数字检波器地震资料特点与处理对策

1单点数字检波器地震资料特点及处理对策冯 刚 1，毕丽飞 2,3，李建明 3，孔庆丰 3（1. 中石化胜利油田物探公司，山东东营，257001 ；2.中国地质大学，湖北武汉，430074； 3.中石化胜利油田物探院，山东东营，257001） 摘要：数字检波器单点采集的地震资料具有高分辨率、低信噪比等特点。针对分辨率、信噪比这一矛盾问题，在分析数字检波器基本原理的基础上，本文提出了利用多种、多域反褶积技术和优选偏移距叠加等方法进一步提高资料的分辨率，对原始噪音及提高分辨率时产生的噪音多次运用多种去噪手段和室内组合等技术来提高资料的信噪比。在垦 71 实际资料处理过程中，通过认真分析原始资料和大量实验，形成了一套进一步提高分辨率并兼顾信噪比的处理方法，取得了良好的效果。关键词：数字检波器；处理；分辨率；信噪比 前 言胜利油田在国家级及中石化“十条龙”重点项目油藏综合地球物理技术研究重点区块垦 71地区利用三分量数字检波器采集了一条二维多波实验线和三维多波资料。通过分析和处理资料认为：数字检波器单点采集的地震资料频率动态范围变化大，分辨率高但信噪比相对较低，分辨率与信噪比之间存在着很大的矛盾。提高地震剖面信噪比和分辨率一直是石油物探技术领域研究的主题 1，也是公认的一对矛盾，即大多数去噪方法提高了信噪比却降低了分辨率，反之提高了分辨率却降低了信噪比 2，在数字检波器接收的三分量地震资料处理中这种现象表现得尤为明显。在大量实验与处理攻关后，本文提出了在多域、多次应用多种提高分辨率与信噪比方法进行迭代处理，既能提高资料的分辨率，又能提高信噪比，做到了高分辨率与高信噪比的最佳组合。1 数字检波器工作原理及资料特点1.1 工作原理 数字检波器（图 1）由 MEMS传感器和力反馈集成电路 ASIC组成。其中MEMS传感器由两对固定电极和一块可移动的质量块电极构成振动响应系统，可移动电极和固定电极之间形成了一个电容器。当可动的质量块电极感应到地震加速度时，质量块电极就会沿着轴的方向上下移动，此时两个电极之间的间隙就会发生变化。因而就改变了电极构成电容器的电容量。这个电容量变化的信2息反馈到 ASIC电路中，从而使 ASIC电路产生一个配平力来组织质量块电极的运动，以便使质量块电极返回到零位置。同时，这个配平力在 ASIC电路中被转换成 格式编码输出的电压，送往地震仪。图 1 数字检波器工作原理 图 2 数字三分量检波器内部结构数字三分量检波器内部由两大板块组成，上方板块是 Line management，相当于采集站，进行电源及数据传输的管理；下方是由一个垂直分量（Z）和水平分量（X、Y）组成的传感板块，见图 2。1.2 数字检波器资料特点由于数字检波器传感器采用芯片，而常规模拟检波器传感器采用弹簧，两种检波器性能及工作原理不同，致使资料存在很大差异,如表 1所示。 性能指标 数字检波器 模拟检波器 结 果ASICMEMSZSensorX, YLine managementHousing3线性振幅和相位响应 0-800Hz 10-250Hz 频带宽畸 变 -90dB -70dB 小动态范围 120dB 60-80dB 大信噪比 HF较好，但单点采集高低频噪音严重 LF较好 单点 HF较差陡度范围 20° 10° 大振幅测定精度 +0.25% +3.5% 高正交测定精度 +0.25° +1.0° 高表 1 数字检波器与模拟检波器技术指标对比从垦 71地区实际原始资料来看（图 3） ，也存在分辨率高、信噪比低等特点。(a)模拟检波器资料 (b)单点数字检波器资料图 3 不同检波器资料比较通过认真分析原始资料，认为单点数字检波器资料处理的重点是：在提高信噪比的情况下，继续保持数字检波器资料的高频优势。2 信噪比与分辨率间的关系为了深入研究信噪比与分辨率关系，先给出含噪记录分辨率的定义。在有噪音的情况下，地震记录的分辨率和信噪比定义如下：分辨率定义为： （1）dGwNS)()(2信噪比定义为： （2）R)(4（设地震记录为：x(t)=s(t)+n(t)，信号 s(t)和噪声 n(t)都是平稳随机过程，它们的谱密度分别为 GS()和 GN()，又设信号与噪声是带限的，频带宽度为 B，且信号与噪声在频率域重叠） 1。由定义式（1） （2）可以看到，信噪比越高分辨率越低，提高分辨率之后，记录的信噪比大大降低，这主要是因为提高分辨率前记录本身存在噪音，提高分辨率之后，这些噪音被放大，对于数字检波器资料来说，由于频带较宽，低频端和高频端信噪比更低，提高分辨率后两端噪音放大更明显，更需要多次去噪保证反褶积前的输入记录和反褶积后的资料都具有高的信噪比。3 处理对策3.1多域、多种提高分辨率技术反褶积是提高分辨率的重要手段，它通过压缩基本地震子波来提高地震资料的时间分辨率，使信号变为脉冲函数。其数学形式为：x(t)= (t)*e(t)+n(t)，式中，x(t)表示地震记录，(t)为基本地震子波，e(t)为地层脉冲响应，n(t)为随机环境噪音，*为褶积符号 3、4 。本文提出了在炮域、CMP 域和剖面上运用不同的反褶积方法，同时在信噪比有保障的情况下，通过减少叠加次数或不叠加的方法逐步来提高资料的分辨率。炮域地表一致性反褶积技术的应用效果见图 4所示，反褶积后信号的有效频带变宽。CMP 域统计子波反褶积技术的应用效果见图 5所示，反褶积后 NMO道集的分辨率提高，NMO 道集的有效频带变宽。优选偏移距叠加、叠后预测反褶积及反 Q滤波技术的应用效果见图 6，后者分辨率得到明显改善。 (a)提高分辨率前频谱 (b)提高分辨率后频谱图 4 炮集提高分辨率5(a)提高分辨率前频谱 (b)提高分辨率后频谱图5 CMP域提高分辨率(a)提高分辨率前 (b)提高分辨率后图 6 叠后提高分辨率剖面通过在多域应用多种反褶积方法有效地提高了资料的分辨率，但同时也在一定程度上降低了信噪比，需要加大去噪力度。3.2 多域、多种去噪技术数字检波器三分量地震资料高低频噪音都很严重，尤其在提高分辨率的同时，高频噪音比有效信号提高的幅度更大，需要在提高分辨率技术前后多次对噪音进行压制，以达到分辨率、信噪比的最佳组合。在炮域压制面波、异常噪音等干扰，应用效果见图 7，压噪后炮集信噪比得到了提高。在 CMP域压制高频噪音，应用效果见图 8，压噪后 CMP道集信噪比得到了提高。叠后压制随机及高频噪音应用效果见图 9，噪音得到很好的压制。小面元资料的道组合技术提高资料信噪比，应用效果见图 10，组合叠加后6同相轴能量增强、资料信噪比得到了提高。(a)噪音压制前单炮 (b)噪音压制后单炮图 7 炮域压制噪音(a)噪音压制前道集 (b) 噪音压制后道集图 8 CMP 域压制噪音(a) 噪音压制前 (b) 噪音压制后频谱图 9 叠加剖面目的层频谱7(a)常规叠加 (b)组合叠加图 10 组合叠加效果3.3 处理流程在保证资料分辨率的情况下，通过多次应用去噪方法有效地提高了资料的信噪比，通过分析三分量资料的处理结果，认为此方法可行，能同时提高数字检波器三分量地震资料的信噪比与分辨率。通过测试分析和技术应用，最终总结出了一套处理流程图，见图 11。图 11 提高数字三分量资料信噪比与分辨率流程图4 处理效果4.1 不同检波器资料处理效果比较垦 71地区数字检波器资料与模拟检波器资料同时采集，炮排共用，模拟检波器资料信噪比高，频率低，处理中加强了提高分辨率技术；数字检波器资料频带相对较宽，信噪比较低，处理中加强了提高信噪比技术应用，但数字检波器采用单点接收，解决了检波器组合由于剩余时差造成的降频问题，使得最终成果在保真、断点干脆程度、波组特征等方面比高精度成果有较大改善。 叠后预测反褶积、反 Q 滤波 叠后去噪炮域多种去噪 炮域地表一致性反褶积 炮域去噪CMP 域统计子波反褶积CMP 域去噪叠 加抽道集8(a) 模拟检波器剖面 (b)数字检波器剖面图 13 不同检波器剖面4.2数字检波器三分量资料处理效果三分量（P 波、P-SV 波和 P-SH波）最终处理剖面及频谱见图 13、14，资料的信噪比和分辨率都达到了较满意的程度，同相轴形态清晰、相干性好、对比性好、可解释性强。(a) P-P 波 (b) P-SV 波 (c) P-SH 波图 13 三分量资料叠加剖面(a) P-P 波 (b) P-SV 波 (c) P-SH 波图 14 三分量资料叠加频谱95 几点认识利用上述方法技术完成了垦 71地区数字检波器三分量资料处理工作，取得了理想的效果，为今后数字检波器地震资料处理积累了经验、奠定了基础。同时也得到了如下结论：（1）反褶积技术是提高分辨率的主要手段。数字检波器资料由于频带宽，频率动态范围变化大，在提高分辨率的同时频带进一步展宽，会伴生许多高、低频噪音，信噪比明显降低，需要在提高分辨率前后利用多种去噪手段压制噪音。（2）对于小面元资料，应在室内进行组合处理提高信噪比和连续性；对于覆盖次数高的资料，从道集上选择好的道进行叠加，能提高分辨率。（3）数字检波器资料本身就是高精度资料，在处理过程中应打破常规处理模式，研究出一套高精度处理流程。（4）提高纵波的分辨率和信噪比方法可以用到数字检波器转换波资料处理中来，但要注意一些处理参数的变化。参考文献：1 刘学伟，李衍达.在高保真条件下同时提高信噪比和分辨率问题的研究.石油物探,1996,35(3)2 王卫华.提高地震剖面信噪比和分辨率的一种新途径.石油地球物理勘探 ,1997,32(2)3 李振春，张军华.地震数据处理方法.石油大学出版社， 2004，561144 渥.伊尔马兹.地震数据处理石油工业出版社.1994，71112Characteristics and processing countermeasures for the multi-component seismic data from single digital detector collectionGang Feng1,Lifei Bi2,3,Jianming Li3, Qingfeng Kong3 (1.Geophysical Exploration&development corp. ,Shengli Oilfield, SinoPec,Dongying, Shandong,257001； 2. China University of Geosciences,wuhan,hubei,430074; 3. Geophysical Research Institute of Shengli Oilfield, SinoPec,Dongying, Shandong,257001) Abstract：The three-component seismic data from single digital detector collection is characterized by high-resolution and low-SNR. For solving the contradictory of the