CN104237945B - 一种地震资料自适应高分辨处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地震资料自适应高分辨处理方法；资料采集处理得到叠后或者偏移后道集；选取地震资料有效带宽范围；在有效带宽范围内除以子波的频谱得到反射系数的部分谱序列；设计自适应滤波器，对部分谱序列进行滤波；估计对应所选时间位置的反射幅度估计；估计最终得到全部的反射系数序列；结合测井资料，井旁道处理，对剖面的应用效果进行评价，得到对整个地震数据的高保真和高分辨处理结果；在得到的更宽频带的道集的基础上，进行进一步的构造，岩性，微裂缝发育解释和评价，寻找页岩气勘探开发有利区域；结合已有探井，地质各方面资料，提供新的井位设计依据；方法可以进行更精细的页岩气储层解释与评价。

Description

一种地震资料自适应高分辨处理方法

技术领域

本发明属于地震资料数据处理方法，是一种基于非参数谱估计理论，通过模拟相对干扰的统计特征，设计自适应滤波器组对其进行压制，从而对不同时间位置的反射波幅度进行稳定准确地估计，从而提高地震数据剖面分辨率，高保真地拓宽地震数据频带的高分辨率处理技术。

背景技术

我国海相页岩探区储层具有多层系、强改造、高成熟度等明显特征，主要分布在南方山地地区，工区表层和地质条件复杂，相对于常规油气，页岩气勘探开发难度更大。页岩储层分布相对复杂，泥页岩地层虽然很厚，可以达到几百上千米，但是达到有效的页岩气储层标准的只有几十甚至几米。有机碳含量的变化会引起地层密度、速度的变化，但是幅度非常小。这样一来，对页岩气储层的探测和识别时对地震资料的质量，特别是分辨率和保真度方面提出了更高的要求。针对页岩气储层的特征，需要开展具有高保真度的提高分辨率的地震数据处理技术研究。

常规的提高地震数据分辨率方法主要考虑对薄层的识别，以反褶积为代表(黄绪德，1992)，大多基于地震记录的单道的褶积模型(Robinson和Treitel，1980)，在频率域则表现为地震道频谱为子波与反射系数频谱的乘积(Castagna，2004)，主要考虑通过反滤波提高地震记录的视觉分辨率(Porsani和Ursin，1998)。由于噪声的影响仅能恢复有效通带范围内反射系数的部分频谱，地震数据分辨率仍然由频带范围所决定，在分辨能力和信噪比之间存在矛盾(Levy和Fullagar，1981)。随着反演理论研究的进展，稀疏反褶积(朱振宇和刘洪，2005)和反演方法(张繁昌，刘杰，印兴耀等，2008)也成为了识别薄层厚度以及顶底界面位置的重要手段。稀疏性的约束反演技术在寻找强反射，以及抗噪声方面表现出了较大的优势(刘喜武，宁俊瑞，张改兰，2009)。

提高地震数据分辨率方法是提取地质体反射特征的某种途径。基于不同的数学模型， 提高地震数据分辨率的方法也表现为不同的特征(Wiggins，1985；Velis，2008)，反问题理论越来越多地被应用于提高分辨率方法中(王家映，2002)，反演结果依赖于所选择的正演模型中相应的匹配观测数据中近似误差的分布以及对应评价准则的选择(张宏兵，尚作萍，杨长春等，2005)，忽略***误差的具体形式而单纯去“匹配”的做法是存在“风险”的(Parker，1977)。另外，约束条件的建立往往其“指向化”特征太明显，即不同的约束条件下反演结果会表现不同的特征，导致反演得到的模型参数估计结果是无法预测，并且是非常不稳定的(Sacchi，Velis和Cominguez，1992)。从理论上来讲，先验条件是人们对所反演模型参数特征的一个初始的猜测，这个初始的猜测应该近似于真解，即一般情况下应该是符合实际物理规律的。如果这些条件过于“指向化”，这样得到的结果与真实情况往往是有很大的偏差的(Ulrych，2001)。

综上所述，现有地震数据高分辨率处理方法往往在获得高分辨处理结果的同时牺牲了很多有用的地震信息，实际上这些信息存在于地震道波形的微小变化之中，现有的地震数据高分辨方法特别是反演类算法对岩性的微小变化不敏感，高分辨处理后的地震资料在获得了地震数据视觉上的高分辨后丢失了很多有用的储层信息。特别是对于页岩储层的多层系特征以及岩性变化特点，这一大类高分辨率处理方法并不适用。

2002年，Vetterli提出了有限更新率信号的采样和重建理论，这一理论解释了有限带宽情况下反射系数重建的可能性。Vetterli(2002)在重建脉冲序列信号时所用的方法正是参数化谱分析中的一系列方法，比如Prony方法(Kay和Marple，1981)，子空间方法(Kung等，1983；Maravi，2004)等。基于模型的参数类方法的估计性能都十分依赖于假设的数学模型和实际过程的符合程度，在模型不符时常常会得到失败的估计结果。实际上，针对于地震道反射系数的频谱模型特征，非参数化方法表现出更加抗噪的特性(Stoica和Moses，1997)。首先提出的最大似然(Capon)估计方法(Capon，1969)初始主要用于地震数据阵列信号处理中地震波的传播特征的研究，先被解释为一种基于最大似然的谱估计方法。后来，这一方法被用于对有限采样长度的不同频率的正弦信号分别来估计其振幅和相位，估计时首先模拟数据中噪声和相对干扰的协方差，然后设计相应的自适应滤波器使其能够无损地滤过特定的正弦信号的同时又尽可能地压制噪声和其它频率正弦的干扰，从而得到准最大似然估计结果。实验表明Capon估计方法在具有较高的估计稳定性的同时，其对频率接近的正弦信号分量有很高的分辨能力，且在某种意义上该方法可以在统计稳定性和频率分辨率之间进行调节，但问题在于其估计结果有偏差(有偏差原因在于对干扰协方差统 计特征的粗略模拟)。1996年，Li和Stoica提出振幅与相位估计方法，其在目标探测和合成孔径雷达(SAR)成像中有广泛的应用，通过对干扰协方差的模拟设计自适应滤波器组来估计目标。相对于Capon方法的有偏差估计特性，振幅与相位估计方法是一种近无偏差估计，对干扰协方差的模拟更加准确。

因此，我们将这种思想应用于反射系数的频谱模型，对地下的反射幅度进行合理估计，在没有加入人为的先验信息的情况下，通过设计自适应的滤波器组压制相对干扰，可以得到高分辨率的反射系数幅度的估计结果。处理后的剖面或者三维道集资料在表现为较高分辨率较宽频带宽度的同时，同时表现为更准确的反射系数的幅值估计，提供了更丰富的幅度和相位信息，为进一步的针对页岩气储层特征的解释和评价工作提供资料保证。

发明内容

针对现有地震数据提高分辨率方法在频带拓宽效果以及资料保真中存在的问题，本发明以获得高保真度和高分辨率的地震道集为目标，借鉴和利用了国际上先进的统计信号处理方法，基于自适应滤波理论对地震资料进行高分辨处理。在高保真度的要求下，处理得到高分辨的数据体，数据频带得到拓宽，并且包含更高频更细节的地震信息。在此基础上，进行高分辨的属性提取和解释，进行页岩气储层分布的识别和储层地质条件的预测评价，以形成一整套的，针对页岩气藏的，涵盖页岩储层资料的地球物理方法的工作流程和技术体系。

针对页岩储层密度、速度的变化幅度非常小带来的弱反射特征，自适应高分辨率处理方法基于自适应统计滤波理论，设计相应的自适应滤波器组，在最大限度地保持原有地震资料信息的前提下，对地震道集进行处理，估计地下反射幅度。

在地震记录的有效频带范围内，用地震记录的频谱除以地震子波的频谱可以获的反射系数的部分频谱，而根据褶积模型，其恰为有限采样长度的不同频率的正弦信号，其中每个正弦信号频率对应反射系数的时间位置，而正弦振幅对应反射幅度。因此，算法主要针对反射系数的部分频谱模型的这一特征，利用非参数的谱分析理论方法，选取不同的时间位置(对应部分频谱中的正弦的频率)对正弦振幅(即改时间位置的反射幅度)进行估计，算法通过模拟相对干扰(包括其他反射和资料中存在的噪声)的统计特征，设计自适应滤波器对相对干扰进行压制，从而实现对不同时间位置的反射幅度的稳定准确估计。估计结果在剖面上表现为高分辨率特征，资料频带得到拓宽，有效保持了原有资料中微小地质信 息，获得高保真度和高分辨的地震道集。在此基础上，可以进行一系列处理和解释工作，比如剖面构造和层位解释，三维属性提取和地质体刻画等。特别对于非常规页岩气藏的勘探，通过频带宽度的加宽，丰富的振幅和相位信息更适用于刻画页岩气藏相关的岩石物理信息，比如有机碳含量，脆性等，同时可以更精细描述裂缝和微裂缝发育行为，最终为页岩气勘探开发有利区域(“甜点”)的预测提供丰富的资料，为井位和水平井设计提供更可靠的依据。整体的方法技术流程简述如下：

1)对页岩探区采集得到的地震资料进行常规处理和偏移，得到叠后或者偏移后道集；

2)针对二维或者三维道集，选取目标层位(页岩层)提取子波，并计算子波的频谱，并根据实际情况(资料特征，信噪比等)选取地震资料有效带宽范围；

3)抽取单道地震记录，计算其频谱，在有效带宽范围内除以子波的频谱从而得到反射系数的部分谱序列；

4)基于反射系数的部分谱序列与时间域反射脉冲的对应关系，选定某一时间位置，模拟相对干扰的统计特征(相对干扰由部分谱中其他时间位置反射脉冲对应的正弦和噪声构成)，从而设计自适应滤波器，设计准则为使其滤波输出尽量接近所选定时间对应的频率域正弦，同时压制相对干扰，然后应用所设计的滤波器对部分谱序列进行滤波；

5)对滤波后得到的近似正弦序列(对应于所选时间位置)估计其幅度，根据其与时间域反射脉冲的对应关系，其估计即为对应所选时间位置的反射幅度估计；

6)选择不同的时间位置，即针对不同的时间位置并设计相对应的不同的自适应滤波器来估计最终得到全部的反射系数序列；

7)结合测井资料，井旁道处理，对剖面的应用效果进行评价，从而对滤波器组的相关参数进行调整优化效果，最后逐道进行步骤3-6即可得到对整个地震数据的高保真和高分辨处理结果；

8)在得到的更宽频带的道集的基础上，进行进一步的构造，岩性，微裂缝发育等等解释和评价工作，寻找页岩气勘探开发有利区域；

9)结合已有探井，地质等等各方面资料，提供新的井位设计依据。

另外，在实际应用中，对于较高信噪比的资料，方法也可以用于叠前道集的处理，并 且以此为基础可以进行更高精度的叠前AVO反演，叠前属性提取等工作。另外需要注意的是该方法在估计反射系数的时候是同时估计相位信息的，即其对反射幅值的估计结果是复数。所以我们得到的结果包括估计结果实部和虚部组成的复的地震数据剖面，其处理后的资料信息不仅在频带宽度方面，在相位方面也表现为更加丰富的信息。

发明的效果

方法在最大限度地保持原有地震资料信息的前提下，处理获得高保真度和高分辨的地震道集。算法具有自适应特征，不引入人为的“指向性”约束，有效拓宽资料频带，丰富了振幅和相位信息，利用振幅和相位的细微变化了解并解释岩性的变化，可以进行更精细的页岩气储层解释与评价。

附图说明

图1：自适应高分辨率处理方法的主要技术流程

图2：aWedge模型合成合成道集及b各道频谱

图3：aWedge模型合成记录处理实验结果(无噪声)及b频谱恢复效果

图4：aWedge模型合成记录处理实验结果(含噪声)及b频谱恢复效果

图5：井旁道合成记录高分辨率处理试验结果对比

a 25Hz子波合成道 b高分辨率处理结果 c 35Hz子波合成道

图6：a实际井旁道处理结果与b测井合成记录对比

图7：实际数据自适应高分辨处理算法应用实例

a处理前剖面 b高分辨率处理后剖面

图8：实际数据高分辨率处理前后频谱对比

图9：研究区域底图及三维偏移后道集

a研究区域底图 b三维偏移后道集

图10：目标层位及提取的子波和子波频谱

a目标层位 b提取的子波和子波频谱

图11：三维资料高分辨处理结果

图12：不同主频子波的合成井旁道及处理前后地震记录的井旁道

图13：对高分辨率处理得到的地震道集进行精细井震匹配

图14：高分辨率处理基础上的沿目标层位的裂缝相关属性解释

具体实施例方式

图1为自适应高分辨率处理方法应用于地震道高分辨率处理的主要技术流程；

图2为考察方法应用效果所进行的模型试验应用的锲状体模型合成记录(Wedge模型)及其各道频谱，其中合成子波为25Hz雷克子波，地震道集有效带宽范围约10-50Hz；

图3为无噪声情况下方法对Wedge模型道集的处理效果，结果分辨率很高，频率信息有效恢复；

图4为有噪声情况下对Wedge模型道集的处理效果，一定程度上提高了地震道集的分辨率，频带拓宽。

图5为利用实际测井资料合成井旁道，对其进行高分辨率的处理实验，其中左图a为用25Hz子波和测井反射系数的人工合成井旁道集，中图b为对左图中道集进行高分辨处理后的结果，右图c为35Hz子波与测井反射系数的人工合成道集，处理结果分辨率特征与35Hz子波合成道集相一致，说明方法有效提高分辨率，且具有高保真度；

图6为实际井旁道高分辨率处理结果与测井合成记录对比，处理前井旁地震道与25Hz子波及实际测井反射系数的合成记录相对应，而处理后的井旁地震道与用33Hz子波及实际测井反射系数的合成记录有较好对应关系；

图7为针对某地区实际地震资料中某一剖面应用方法的处理效果，处理后的地震剖面分辨率明显提高；

图8为图7中处理前与处理后剖面资料的频带对比图，处理后的资料有效频带明显拓宽。

下面以某页岩气探区的高分辨率处理及解释为例，对高分辨率处理技术进行简要说明：

步骤1)对某页岩气探区资料进行常规叠前偏移，得到三维偏移后道集 (见图9) ；

步骤2)对目标层使用统计自相关法提取零相位子波，并计算子波的频谱，从而选取有效带宽范围 (见图10) ；

步骤3)—6)对三维资料的每一道地震记录，在频率域使用自适应滤波高分辨率算法，最后得到高分辨的三维道集 (见图11) ；

步骤7)根据高分辨率处理前后的频谱变化，结合测井资料(测井声阻抗)，应用相应主频的子波合成井旁道，评价方法的应用效果，进行更精细的井震匹配 (见图12、13) ；

步骤8)—9)在宽频带的地震道集的基础上，进行进一步的构造，岩性，微裂缝发育等地震解释和评价工作(这里以相干和曲率属性预测目标层的裂缝分布为例)，寻找页岩气勘探开发有利区域，最终结合已有探井，地质等等各方面资料，提供新的井位设计依据 (见图14) 。

Claims (1)

1.一种地震资料自适应高分辨处理方法，其特征在于：

方法包括如下步骤：

1)对页岩探区采集得到的地震资料进行常规处理和偏移，得到叠后或者偏移后道集；

2)针对二维或者三维道集，选取目标页岩层层位，提取子波，并计算子波的频谱，并根据道集的资料特征，信噪比选取地震资料有效带宽范围；

3)抽取单道地震记录，计算其频谱，在有效带宽范围内除以子波的频谱从而得到反射系数的部分谱序列；

4)基于反射系数的部分谱序列与时间域反射脉冲的对应关系，选定某一时间位置，模拟相对干扰的统计特征，相对干扰由部分谱中其他时间位置反射脉冲对应的正弦和噪声构成，从而设计自适应滤波器，设计准则为使其滤波输出尽量接近所选定时间对应的频率域正弦，同时压制相对干扰，然后应用所设计的滤波器对部分谱序列进行滤波；

5)对滤波后得到的对应于所选时间位置的近似正弦序列估计其幅度，根据其与时间域反射脉冲的对应关系，其估计即为对应所选时间位置的反射幅度估计；

6)选择不同的时间位置，即针对不同的时间位置并设计相对应的不同的自适应滤波器来估计最终得到全部的反射系数序列；

7)结合测井资料，井旁道处理，对剖面的应用效果进行评价，从而对滤波器组的相关参数进行调整优化效果，最后逐道进行步骤3-6即可得到对整个地震数据的高保真和高分辨处理结果；

8)在得到的更宽频带的道集的基础上，进行进一步的构造，岩性，微裂缝发育解释和评价工作，寻找页岩气勘探开发有利区域；

9)结合已有探井，地质各方面资料，提供新的井位设计依据。