?(Z)?X?X???tZ?X??2?t?Z2???X??N?tZNX012N?X(??tZ)?W(??tZ)?R(??t?Z)??N?tnN?n????t?t?w?(Z?Z?)?r?(Z?Z?)??n???N?n?jkj?1k?1????
上式说明对地震记录作指数加权与对地震子波加权是等效的。对确定的子波,我们可选择?,使Zj??t均大于1,即子波最小相位化。对于实际记录,子波是未知的,我们可通过实验来选取,使子波接近最小相位。由于在衰减子波的同时,反射系数也被
?(t)求取后,可通过反加权得到实衰减,所以不能用太小的因子去衰减。最小相位子波w际子波w(t),即:
?(t)w(t)???t?w(2)地震子波的自相关统计
在式(31)(32)(33)中实质上是用地震记录自相关代替子波自相关,当噪声较强时将引起较大误差。
为讨论问题的方便,我们可将模型(30)简化为:
x(t)??(t)?w(t)?n(t) (35)
由相关和褶积的关系,我们可得到地震记录的自相关Rxx为:
Rxx?x(t)?x(?t) (36) 将(35)代人(36)式得:
Rxx?R???Rww?R?n?w(t)?Rn??w(?t)?Rnn (37) 假设反射系数是白噪的,反射系数与噪音是不相关的,则(25)式变为:
Rxx?Rww?Rnn
假设噪音是白噪的,那么当??0时,
Rxx(?)?Rww(?)???0? (38)
当??0时,因Rnn?0,所以Rxx(0)?Rww(0)
为提高抗干扰能力,我们可以用Rxx(?)在??1,2,3点的值来拟合求取Rxx(0)。设
Rxx(?)符合一二次多项式,按最小二乘法原则,可得到:
Rxx(0)?1?6Rxx(1)?3Rxx(2)?2Rxx(3)? (39) 7实际计算时,用式(39)来代替式(31),(32),(33)中的RXijkXijk(0),可提高子波统计自相关的精度。
(3)期望输出子波选择与反褶积因子求取
反褶积的最终目的是使子波得到更好的压缩,剩余子波的分辨率达到更高。因此得到子波后,期望输出的选择成为非常重要的因素。由于受原始数据频带和信噪比的限制,
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得到的子波只能是具有一定频带宽度的。通常选择的子波为带通子波和Ricker子波,前者延续时间长,旁瓣波形复杂,后者旁瓣幅度大,频带范围窄。为此我们选择了一种新的子波——俞氏子波,它是著名地球物理学家俞寿朋教授的最新研究成果,它实质上是Ricker子波在一定范围内的积分,其表达式为:
y(t)?q1r(t)dg ?pq?p其中,r(t)?1?2(?gt)2?exp1?(?gt)2为Ricke子波,g为峰值频率,p、q为峰值频率的积分范围。俞氏子波的振幅谱为:
????R(f)??ff???exp[?()2]?exp[?()2]?
qp?(q?p)??1俞氏子波和Ricker子波及其相应振幅谱的关系:在相同峰值频率的情况下,俞氏子波的主瓣宽度窄,旁瓣幅度小,频带范围宽,因此分辨率较高,特别当峰值频率选在最高信噪比频带内时,反褶积后的结果会保持良好的信噪比。
子波b(t)和期望输出y(t)确定后,在最小二乘法意义下,可计算双边反褶积因子dcn(t),使
dcn(t)?b(t)?y(t)
实际计算时,可用莱文森(Levinson)递推算法,求解如下托布利兹(Toeplitz)矩阵方程,得到dcn (t),即:
Rbb[1]?Rbb[2n?1]??dcn(?n?1)??Rby(?n?1)??Rbb[0]?R[1]??dcn(?n?2)??R(?n?2)?R[0]?R[2n?2]bbbbbb???????by??????????????????R(n?1)R[2n?1]R[2n?2]?R[0]dcn(n?1)??bybbbb???bb???(40)
(4)反褶积处理中的振幅标定
为了使反褶积前后的能量关系保持不变,我们采用子波能量标定方法,即按公式(39)求取反褶积前后的子波能量,然后计算标定因子C:
C?6Rxx(1)?3Rxx(2)?2Rxx(3) (41)
6Rx?x?(1)?3Rx?x?(2)?2Rx?x?(3)其中Rxx、Rx?x?,分别为反褶积前后地震记录的自相关函数。在多时窗处理中,应用时窗的重叠部分,先进行振幅标定,然后进行线性加权处理,可改善重叠部分的反褶积效果。
在脉冲反褶积中,我们是用地震道的自相关代替子波的自相关来求取反子波算子
a(i)。反子波算子a(i)也就是地震信号的AR模型参数。求出这些参数后,将其与原地震
信号褶积,求出反射系数。这实际上就是将地震信号的AR谱白化的过程。
处理时通常对数据时窗以外的未知部分采用补零的办法,这样求出的自相关函数有偏置现象,尤其是当数据时窗太短时,偏置现象更加严重,无法准确地求出地震道的自
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相关函数。当有噪声时,也会影响对自相关函数的估计。
这种不合理的补零方法可以用最大熵法来代替,也就是说,对数据时窗以外的未知部分不作补零的假设,仅作最大不确定性假设(即最大熵的假设)。我们在最大熵的假设前提下,求出地震信号的AR模型参数,然后将其与地震信号作褶积,求出反射系数。这种方法称为最大熵反褶积,也就是Burg反褶积。它有以下特点:
1)由反褶积求取反子波时,不求自相关函数,而是直接从数据本身采用递推方法求出预测误差,而预测误差就是地震道中的不可预测部分,即该时刻的反射系数。
2)数据时窗长度相对常规脉冲反褶积的(一般大于1 s)要短,只需几十毫秒,可采用滑动时窗方法进行计算。在每一时窗内计算出一个反射系数,自适应性强,可适应子波的时变性。
但是Burg算法受Levinson关系的约束,是用前向与后向预测误差之和为最小的方法求取预测系数,并在每一步递推中改变一个反射系数,为一种局部优化算法。此算法中仍利用了自相关矩阵的Toeplitz性质,而实际上只有无始无终的平稳随机序列才有这种性质。因此Burg反褶积不能完全克服普通脉冲反褶积的缺限。
脉冲/预测反褶积要求子波具有最小相位特性,这种假设在很多实际情况下难以满足。地表一致性反褶积对近地表影响进行的假设有其局限性,只有在一定的条件下这种方法才会取得令人满意的效果。最大熵反褶积要求原地震剖面要有较宽的频带,具有一定的局限性。
三、结束语
通过实验及个人总结,本人得出以下几点结论:
(1)对观测系统的定义一定要非常仔细,否则一旦出错,将会影响整个地震资料处理。
(2)在参数测试过程中,一定要耐心,反复实验,得出最佳效果。 (3)速度谱分析拾取同向轴速度时要仔细。
(4)静动校正看似简单,实际上很难精确反演,处理中不但要熟悉静校正、动校正的各种方法,还要对所处理测线的地表情况认真分析,选用正确的模块,使静校正、动校正尽可能达到最优解。特别是对于存在低幅度构造的剖面,要更加仔细,确保低幅度构造的真实和准确。
(5)反褶积处理时,选择合适的反褶积类型、反褶积因子长度、时窗长度。要多做几个反褶积类型,以观察他们的效果。
在地震资料处理中,反褶积是提高地震勘探分辨率最有效的方法。一种好的反褶积方法应该既能提高信号的主频、拓展频带,又能保持一定的信噪比。现在通常使用的传统反褶积方法为脉冲反褶积和预测反褶积。理论上可以证明:脉冲反褶积是当预测步长为1时的预测反褶积的特例。脉冲反褶积是在假设子波为非时变的前提下,用地震道的
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自相关代替子波的自相关,求取反子波。但是在实际地震资料中,地震子波是时变的,浅层子波频带较宽,深层子波频带较窄。因此用普通脉冲反褶积对整个地震道作处理,地震剖面上必然会出现浅层频率高、深层频率低的现象。脉冲反褶积本质上要求信号是无限长的,时窗短了会使子波自相关的估计产生偏差,提取的反子波误差比较大,反褶积的效果很差。常规的CMP叠加剖面,没有做剩余静校正,叠加效果不理想,信噪比低,增加剩余静正处理后,剖面质量有明显的改进,而地表一致性反褶积不仅仅具有校正剩余静正时差的功能,而且还具有波形一致性校正的作用,所以地表一致性反褶积后频带范围宽,信噪比高,剖面质量好,因此分辨率较高。Burg反褶积实际应用了自相关矩阵的Toeplitz性质,谱估计中效果不好,但是Burg反褶积分辨率高,不受观察时间倒数的限制,与地震数据的其它反褶积方法相比,本方法不需要对地震子波的相位和噪声做更多的假设,可以不考虑子波变化的影响,通过实例分析可知,利用最大熵方法的优势来预测地震数据的高频信息从而提高分辨率,识别薄层是可行的。
反褶积的作用主要是压缩地震反射脉冲的长度,提高反射地震记录的分辨能力,并进一步估计地下反射界面的反射系数。反射系数序列中有波阻抗随时间变化的信息,这就提供了速度和密度随时间变化的信息,随之就可得到地层、岩性及构造在地下中间分布的信息。在有利条件下还可得到岩石孔隙率、渗透率、孔隙流体性质(油、气、水)乃至地层压力的信息。反褶积还可以清除短周期鸣震和多次波等干扰波。
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