王兴芝李添才肖二莲刘明珠丘斌煌侯志平刘秀娟

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司; 2.中海油能源发展股份有限公司物探技术研究所)

基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术在海上三维拖缆地震资料处理中的应用*

王兴芝1李添才2肖二莲2刘明珠2丘斌煌2侯志平2刘秀娟2

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司; 2.中海油能源发展股份有限公司物探技术研究所)

受采集方式和环境的影响,海上三维拖缆地震资料采样不规则,覆盖次数不均匀,采用常规的面元均化处理技术容易导致振幅信息误差,最终影响偏移成像效果。提出了基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理流程,实现了地震数据规则化,该项技术已经成功应用于南海QH油田地震数据中,有效地改善了数据品质,提高了成像质量。

数据规则化;反漏频傅里叶变换;海上拖缆采集;地震资料处理

受羽角、检波线、电缆弯曲、采样稀疏及坏道等因素影响,海上三维拖缆地震资料不规则,尤其是沿联络测线方向的采样稀疏对数据品质影响较大。海上不规则的三维拖缆地震数据通常表现为数据冗余、缺失现象共同存在,甚至有些测线完全缺失近偏移距数据;CMP道集不再满足抛物线型的时距关系,必然会影响动校正、叠加及偏移效果,造成地震剖面扭曲,成像质量差。解决这些问题的常规做法是面元均化技术[1],即对少道甚至无道的CMP借取周围最接近于本CMP点中正常道,作为本CMP点正常道的一种近似处理,从而增加覆盖次数。实践证明,通过面元均化处理后地震资料覆盖次数趋于均匀,连续性和信噪比都有了很大的改善与提高。然而,由于该方法采用的是借道处理,且是直接对炮点、反射点和接收点坐标进行平移,因此地震振幅信息存在误差,且处理后反射点不能保证落在设计的面元中心点,故而将误差带入了后续处理中。

数据规则化技术基于频谱重构信号可以克服借道缺点,但由于地震数据空间方向不规则采样,常规的快速傅里叶变换不能得到数据的真实频谱,所以基于该频谱的处理都是不准确的[2-5]。笔者分析了造成不规则数据频谱能量泄漏的原因,提出了基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术流程,实现了地震数据规则化,有效地改善了数据品质,提高了成像质量。

1 基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术

1.1 核心算法

不规则采样造成傅里叶变换的正交基函数变得不正交,使地震能量泄漏到其他的频率成分上,造成使用傅里叶变换处理数据得到的频谱不真,在此基础上进行的处理均不准确。反漏频傅里叶变换方法就是针对这个原因而设计的一套方法,它的提出就是为了尽可能减少傅里叶系数能量的泄漏,从现代信号的角度来分析,反复运用采样定理来重新估计傅里叶系数,应用一个简单的减法来实现傅里叶变换中基函数的再正交化。

反漏频傅里叶变换[2-3,6]方法应用非均匀傅里叶变换得到不规则数据的频谱,即

式(1)中:k为频率域分量;xl为空间非均匀采样点位置;f(xl)是对应于xl处的信号值;f^(k)是信号对应的频谱;N是非均匀样点个数;ΔX是最大空间; Δxl是空间采样间隔。

假设造成频谱泄漏的是频谱中能量最大的那个系数成分,那么先从频谱中筛选出那个能量最大的频率成分,通过非均匀傅里叶反变换将得到的这个最大能量成分变换到时间域(公式(2)),再从原始的不规则数据中将分离出来的这个成分减掉以更新输入数据(公式(3)),之后把余下的数据作为新输入继续分离,直到把所有的频率成分都分离出来,其流程见图1。

式(2)、(3)中:fk(xl)为时间域地震数据;fu(xl)为时间域迭代减去后的地震数据;其余变量含义同前。

图1 基于反漏频傅里叶变换的数据规则化核心算法流程图

1.2 实现步骤

基于反漏频傅里叶变换的数据规则化实现步骤为:

1)将三维数据体分成若干个单偏移距数据体;

2)对单偏移距数据体进行反漏频傅里叶变换,依次分离出不同频率成分的不规则数据;

3)对反漏频傅里叶变换后的单偏移距数据体运用常规傅里叶变换并按照设计好的网格进行插值,使所有的空道被插值重建,得到规则数据;

4)将单偏移距数据体按后续处理的要求选排成三维数据体。

2 实际应用效果

研究区南海QH油田位于浅水海域,早期针对该区块采集的三维拖缆数据不规则主要表现为反射点位置不在面元中心、偏移距分布不规则和方位分布不规则,尤其是目标区地震数据道缺失严重,覆盖次数极不均匀,有的覆盖次数达到200多次,有的覆盖次数为0。因此,开展了基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术应用,取得了良好效果。

1)面元均化与基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理结果对比。本次研究中先用常规面元均化技术进行处理,结果显示应用常规面元均化技术虽然能解决覆盖次数不均匀的问题,但是依然不能解决借道带来的振幅误差问题以及反射点位置不在面元中心带来的成像误差问题(图2)。而应用基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术后回转波特征更明显(图2中蓝色框位置),同相轴连续性更好(图2中黑色框位置)。

图2 面元均化技术处理(a)与基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理(b)叠加剖面对比

2)CMP点分布处理前后对比。图3为应用基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理前后CMP点分布对比图,可以看出经过数据规则化技术处理后反射点位于面元中心,分布规则。

3)单偏移距剖面处理前后对比。应用基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理后,所有的频率成分都被预测出来,并可按设定好的网格进行插值,即所有的空道被插值重建。图4为单偏移距剖面对比图,可以清晰地看到应用基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理后,缺失资料得到补充,同相轴的连续性得到了改善,信噪比也有了很大提高。

4)叠加剖面处理前后对比。图5为应用基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理前后三维数据体叠加剖面对比图,经过数据规则化技术处理后,缺失资料得到了补充(黑色框位置),特殊噪音得到了压制(蓝色框位置),同相轴更加连续,构造更加清晰。

5)叠加切片处理前后对比。图6为应用基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理前后叠加切片对比图,可以看出经过数据规则技术处理后,能够部分消除采集脚印的影响,提高了数据的信噪比,对改善细节成像质量也起了很大的作用。

图3 基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理前后CMP点分布对比

图4 基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理前后单偏移距剖面对比

图5 基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理前后三维数据体叠加剖面对比

图6 基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术处理前后叠加切片对比(1000ms处)

3 结论与建议

1)基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术比传统的面元均化技术更具优势,后者是借相邻道集的数据补缺失地震道,而前者是通过反漏频傅里叶变换插值出缺失的地震道,因此地震振幅信息更加合理可靠。

2)当前海上拖缆采集条件下,基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术成为三维地震资料常规处理不可缺少的技术手段,该项技术可以使覆盖次数均匀,使反射点位于面元中心,合理重建缺失数据、使同相轴更加连续、特殊噪音得到压制。

3)基于反漏频傅里叶变换的数据规则化技术在地震数据缺失不严重的情况下重建出的地震数据更可靠,在实际应用中取得了较好的效果;但如果数据缺失严重,建议对该项技术做进一步研究,使该方法更具有适用性。

[1] 贾友珠,董伟,张印堂.三维地震资料连片处理中的面元均化技术:以桩海地区为例[J].油气地质与采收率,2002,9(2):50-52.

[2] 渥·伊尔马滋.地震资料分析:地震资料处理、反演和解释[M].刘怀山,王克斌,童思友,等译.北京:石油工业出版社,2006:21-25.

[3] XU S,ZHANG Y,PHAM D,et al.Antileakage Fourier transform for seismic data regularization[J].Geophysics,2005,70(4):87-95.

[4] GULUNAY N.Seismic trace interpolation in the Fourier transform domain[J].Geophysics,2003,68(1):355-369.

[5] ZWARTJES P M,GISOLF A.Fourier reconstruction of marine-streamer data in four spatial coordinates[J].Geophysics, 2006,71(6):171-186.

[6] 孟小红,郭良辉,张致付,等.基于非均匀快速傅里叶变换的最小二乘反演地震数据重建三维地震资料连片处理中的面元均化技术[J].地球物理学报,2008,51(1):235-241.

(编辑:冯 娜)

An application of data regularization based on anti-leakage Fourier transform to 3D marine seismic data processing by tow-cable

Wang Xingzhi1Li Tiancai2Xiao Erlian2Liu Mingzhu2Qiu Binhuang2Hou Zhiping2Liu Xiujuan2

(1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong,524057; 2.CNOOC Energy Technology&Services-Geophysics Technology Co.,Guangdong,524057)

Marine 3D seismic data by tow-cable are usually irregular in sampling and inhomogeneous in coverage due to the impacts of collection mode and environment,and using the traditional approach of bin equalization is easy to result in amplitude error and finally affect imaging quality.A workflow of data regularization based on anti-leakage Fourier transform was developed,by which the regularization of 3D marine seismic data by tow-cable has been realized.This technique was successfully used to process seismic data in QH oilfield,South China Sea,with the data and imaging quality improved effectively.

data regularization;anti-leakage Fourier transform;marine collection by tow-cable; seismic data processing

2013-02-18改回日期:2013-11-28

*“十一五”国家科技重大专项“海洋深水区油气勘探关键技术(编号:2008ZX05025-03A)”部分研究成果。

王兴芝,女,工程师,2008年毕业于中国海洋大学,获硕士学位,现主要从事地球物理方法研究工作。地址:广东省湛江市坡头区中海石油(中国)有限公司湛江分公司(邮编:524057)。E-mail:wangxzh1@cnooc.com.cn。