井地联合地震数据反褶积

蔡志东 刘聪伟 王 勇 鲜 强 王 冲

（①东方地球物理公司新兴物探开发处，河北涿州072751；②东方地球物理公司研究院，河北涿州072751）

·处理技术·

井地联合地震数据反褶积

蔡志东*①刘聪伟①王 勇②鲜 强②王 冲①

（①东方地球物理公司新兴物探开发处，河北涿州072751；②东方地球物理公司研究院，河北涿州072751）

常规地面地震反褶积通过试验确定反褶积算子，由于受数据驱动的影响，存在一定的不确定性。为此，基于井地联合地震数据，提出一种任意激发点和接收点平均计算独立算子的两步法反褶积方法，利用井中地震数据提取反褶积算子，对地面地震数据进行反褶积，有效地压制了多次波、改善了子波形态，在实际地震数据处理中取得了很好的应用效果。

井地联合 VSP 数据处理 反褶积

1 引言

反褶积是地震资料处理中常用的方法，同时也是关键处理步骤之一。通过反褶积算子的提取和应用，达到改善地震记录的子波形态、压制多次波的目的，从而改善纵向分辨率，得到更加真实的地下反射系数序列［1］。

目前在地震数据处理中，基本的反褶积方法包括脉冲反褶积、预测反褶积［2］、两步法反褶积［3，4］等。随着高精度油气勘探技术的快速发展，高分辨率的地震处理和解释技术不断被提出，出现了很多创新或改进的反褶积算法［5-8］，却鲜有求取更真实反褶积算子的方法。

可靠反褶积算子的提取是地震资料处理中的一个难题，目前反褶积算子受数据驱动的影响，主要依靠数学方法估算，存在不确定性。在复杂构造地区往往精度较低，难以达到压制多次波、改善子波形态和提高分辨率的目的，影响层位的识别和构造解释。

众所周知，垂直地震剖面（VSP）方法在反褶积处理中独具优势［9］，这是因为在垂直地震数据采集中，可同时接收上行波和下行波，在反褶积时，可以利用下行波提取算子对上行波进行反褶积［10］。因此垂直地震剖面处理通常能够得到较好的反褶积效果。

井地联合地震采集方法是将地面地震和VSP的观测系统相结合，同时采集地震数据的一种方法［11，12］。基于井地联合地震数据，发挥 VSP和地面地震的反褶积算法中各自的优势，获得可靠反褶积处理结果，对于高分辨率地震勘探具有重要意义［13］。

2 方法原理

2.1 两步法反褶积

传统的两步法反褶积主要分两个步骤：①在共激发点道集上进行多道统计子波反褶积，消除激发点对子波的影响；②在共接收点道集上进行多道统计反褶积，消除接收点上子波的差别［3］。假定反射系数是白噪声，在最小平方准则下求解。地震模型为

式中：x为地震记录；b为地震激发子波；r为反射系数；g为接收点的滤波因子；*为褶积符号。

式（1）中b和g两个算子通过数学统计估算。处理中利用同一个算子进行多道反褶积，虽然有益于增强处理后波场的横向连续性，却不能代表真实的地质情况，因为实际上各道的子波并不相同，它受到激发点及检波器附近地表条件的双重影响［4］。对于井地联合地震数据，提出一种任意激发点或接收点平均计算独立算子的两步法反褶积方法，即

式中：x ij为第i炮第j道的地震记录；si为第i炮激发的地震子波；rij为反射系数；g j为第j道接收点的滤波因子。

2.2 VSP反褶积算子提取方法

首先利用VSP振幅补偿进行振幅恢复，然后利用波场分离将VSP数据中下行波和上行波分离，将下行波数据沿初至拉平、叠加，得到一个单道子波数据，该数据即为VSP反褶积算子d。

2.3 反褶积算子替换

传统的VSP子波替换法主要是利用单一的VSP反褶积算子进行地面地震反褶积算子的匹配［14-16］，而本项研究基于特别设计并采集的井地联合地震数据，在地面地震激发位置和接收位置均有VSP的激发点相对应，因此地面地震中第i炮位置总是存在VSP反褶积算子d i，同时第j道接收点位置也存在VSP反褶积算子d j，以d i和d j替换式（2）中的si和g j，得到

由于d i和d j已由VSP方法精确求出，而x ij已知，故可求出反射系数rij，完成两步法反褶积。

3 模型试验

为了验证方法的可靠性，建立二维模型并对模型数据进行处理，试验内容包括模型建立、观测系统确定、地震数据正反演等。

3.1 模型建立及观测系统定义

模型中井位于模型中部，如图1所示，模型共分为4层，自上而下速度依次为1800、2000、2200、2400m／s，模型分为左右两部分，左侧各层深度分别为30、60、1000、1500m，右侧各层深度分别为50、100、1000、1500m。浅部两层左右两侧深度不同，在井附近采用了线性过渡。

图2为观测系统图。激发点置于地表，范围为-1000～1000m，激发点间隔为100m，激发点数共计201个。接收点分为两部分，地面部分与激发点位置完全重合，井下部分范围为0～1500m，接收点间隔100m，接收点数共计352个（其中井中151个）。A点和B点为处理过程中两个试验点。

图1 速度模型

图2 观测系统图

3.2 仅地面检波点接收的模型正反演

当不考虑井中接收时，观测系统仅为地面激发点和接收点，模型正演得到传统的地面地震数据，图3为图2中A点对应的共接收点道集，其中白色虚线表示井的位置。图4为图2中B点对应的共激发点道集。比较两图可知，在0.9～1.2s之间两个道集均观察到了上行多次波，但多次波成分有明显的差异。

基于所得到的模型数据进行地震数据处理。图5为反褶积前的叠加剖面；图6为反褶积后的叠加剖面。对比两图可以看出，反褶积后多次波得到压制，但仍有少量残余（图6）。

图3 图2中A点对应的共接收点道集

图4 图2中B点对应的共激发点道集

图5 反褶积前叠加剖面

图6 反褶积后叠加剖面

3.3 利用VSP反褶积算子的模型正反演

当仅考虑井中接收时，观测系统为地面激发点和井中接收点，相当于 Walkaway-VSP观测方式，模型正演得到VSP地震数据。图7为图2中A点位置的VSP记录。图8为图2中B点位置的VSP记录。由图可见VSP下行波及多次波，亦可见上行波及多次波，且两张记录中多次波存在明显差异。

对VSP数据进行振幅衰减补偿、波场分离等处理，分别得到A点和B点的下行波波场，如图9和图10所示。进而拉平数据，叠加得到反褶积算子，如图11所示，其中第1道为A点反褶积算子，第2道为B点反褶积算子。基于本文所研究的两步法反褶积方法，将两个算子应用于最终井地联合反褶积中，得到如图12所示结果。与图6相对比，可见多次波压制彻底，取得了较好的反褶积结果。

图8 图2中B点位置的VSP记录

图9 图2中A点位置的VSP下行波波场

图10 图2中B点位置的VSP下行波波场

图11 图2中A、B点位置的反褶积算子

图12 井地联合反褶积叠加剖面

4 实例分析

中国西部A区位于沙漠腹地，地表环境以起伏沙丘为主，工区内最大高程差接近100m，且大部分区域沙层厚度超过200m，深部地层中存在一套强反射煤层；从以往资料看，该区域地震资料存在较强多次波，其多次波来源于低速沙层底界面，同时由于煤层的屏蔽作用，深部特征不清晰。

2013年，通过系统的设计论证及参数试验，采集得到完整的井地联合地震数据，分别进行了常规反褶积和井地联合反褶积，如图13和图14所示。对比两图可知，井地联合反褶积较好地压制了全程多次波，煤层以下深部地层波阻特征更加清晰。

图13 常规反褶积叠加剖面

图14 井地联合反褶积叠加剖面

5 结论

（1）井地联合方法可以获得精确的反褶积算子，进而有效地压制多次波、改善数据频率特征，为后续的资料处理奠定基础。

（2）井地联合地震处理成果数据信噪比和分辨率更高，可以很好地满足地质构造和岩性解释的需求。

（3）井地联合地震数据采集比单纯地面地震采集成本高出约15%～20%，适宜在地表情况复杂或多次波发育的地区进行勘探。

（4）在井地联合反褶积前，应对地面地震数据进行地表一致性子波处理。

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10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.01.002

蔡志东，刘聪伟，王勇，鲜强，王冲.井地联合地震数据反褶积.石油地球物理勘探，2017，52（1）：8-12，26.

1000-7210（2017）01-0008-05

*河北省涿州市东方地球物理公司新兴物探开发处，072751。Email：caizhidong＠cnpc.com.cn

本文于2016年5月19日收到，最终修改稿于同年11月11日收到。

本项研究受“十三·五”国家重大专项课题“随钻地震波测量技术与装备研制”（2016ZX05020005-001）资助。

（本文编辑：金文昱）

蔡志东 高级工程师，1978年生；2002年和2005年分别获得中国地质大学（北京）地球探测与信息技术专业学士学位、硕士学位；现就职于东方地球物理公司，主要从事井中地震方法研究、VSP数据处理解释及应用软件开发等。