基于压缩感知的叠后稀疏反演低频补偿技术分析与研究

◇中国石油辽河油田勘探事业部 刘 康

本文主要对基于压缩感知的叠后稀疏反演低频补偿技术进行了分析与研究，首先简要阐述了该技术的基本原理，然后利用模型测试的方式验证了该方法的有效性，最后将其应用于辽河东部凹陷青龙台地区的实际地震数据，结果表明：该方法可以在不影响高频段地震信号的前提之下，有效补偿低频信号的能量，实现地震弱信号能量的增强。

据有关数据的统计表明，我国石油和天然气的消费量巨大，严重依赖进口。截止到2020年12月底，我国石油和天然气的进口量分别为5.4亿吨、1.01亿吨、对外依存度分别为73%、43%，油气资源的短缺已经严重影响了我国的经济发展和能源安全。目前，随着我国经济和科技的蓬勃发展，油气勘探开发的效果日益显著，油气储量和产量连年递增。但是，经过多年的开采，我国大部分油田都进入了勘探开发的中后期，生产的难度日益加大，勘探开发的目标也逐渐发生改变，其中最为显著的一点就是勘探的深度不断增加[1-2]。随着勘探的深度持续加大，地震资料的品质会不断降低，同时地震资料还会缺失低频和高频信息，进而严重影响了地震资料成像的精度和储层预测的可靠性，从而加大了勘探开发的风险[2-3]。因此，针对地震数据频带能量补偿的方法应运而生。

目前，地震资料频带能量补偿的算法比较多，但是基本都是对高频进行补偿，针对低频的能量补偿算法较少，而且或多或少都会存在一定的缺陷，很难得到理想的低频补偿效果，给油田深层油气勘探开发工作带来了一定的困难[3,4]。近些年以来，基于压缩感知理论的采样和恢复理论发展迅速，已经广泛应用于地震数据的重建、地震采集观测系统的设计、地震数据去噪等方面，取得了较好的效果。本文主要对基于压缩感知的叠后稀疏反演低频补偿技术进行了分析与研究。

1 基本原理

根据相关原理，地震数据一般可以表示如下：

对式（1）进行Fourier（傅里叶）变换，将其转换为频率域，计算公式如下：

2 模型测试

为了验证该方法的有效性，取主频为35Hz的雷克子波，在100ms、250ms和400ms处设置相应的反射系数序列，通过褶积运算得到合成地震记录。然后运用式（3）和式（4），对合成地震记录进行低频补偿，结果见图1。从图中可以看出，补偿之后的地震数据旁瓣得到一定的压缩，分辨率也得到有效提高。

图1 低频补偿前后合成地震记录

3 实际应用分析

青龙台地区位于辽河东部凹陷的北段，探明率比较低，具有比较好的油气成藏条件。对该区的地震采集数据和区域地质背景进行分析可知，地震资料的处理难度较大，主要的难点有以下4个方面：①拼接工区井炮和可控震源资料差异及工区复杂近地表的影响，使得数据子波空间属性差异明显；②可控震源激发数据噪音相对炸药激发数据较重，难以满足浅层微幅构造圈闭及砂体的刻画需求；③震源激发区高频信号相对较弱，主频较低，频带较窄，加之岩性复杂使得薄储层有利砂体的识别预测难度大；④工区断裂构造复杂发育，潜山边界及内幕不清，速度横纵向变化较快。

针对上述问题，通过运用高质量工区拼接处理技术、静校正技术、线性噪音压制技术、振幅补偿技术、多次波压制技术、叠前深度偏移技术等多种处理方式获得了叠后地震数据。但是经过分析发现，叠后地震数据10Hz以下的信息有所缺失，在一定程度上会影响后续地震解释和储层预测的可靠性和精度。因此，本文采用基于压缩感知的叠后稀疏反演低频补偿技术对叠后地震数据进行了处理，结果如图2所示。从图中可以看出，补偿之后的地震数据的能量得到一定程度的增强，同相轴的反射清晰，波组之间的关系层次分明，断层面和潜山界面的成像清晰。其次，从频谱分析的结果可知，补偿之后的深层和浅层地震数据频带明显变宽，10Hz以下的信息得到有效补偿，分辨率显著提高，而且没有损害高频信息（图3）。

图2 低频补偿前后地震资料对比

图3 低频补偿前后不同深度地震数据的频谱分析对比

4 结论与认识

地震数据缺失低频信息，不但会降低地震资料的分辨率，而且影响了后续地震解释和储层预测的精度，尤其是对油田深层油气勘探开发的影响较大。基于压缩感知的叠后稀疏反演低频补偿技术可以在不损伤高频段地震信息的情况下，有效补偿地震数据的低频信息，不但提高了地震数据的分辨率，而且有效改善了地震数据的品质，并且也为后续的地震解释和储层预测提供了比较可靠的地震资料，从而为油田深层油气勘探工作提供了坚实的技术保障。