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  工作流程:信号分析—叠加成像—偏移归位

  信号分析:进行噪声压制、能量恢复补偿。

  叠加成像:将离散的单炮数据转换成系统的剖面图像。

  偏移归位:把信号归位到真实位置和形态。

超深层勘探项目处理解释工作场景。 张海 摄

  地震处理就如同洗照片,把地震采集到的零散信号,转变成连续可视化的图像,把一块块分散的砖,砌成一道道整齐的墙,再建成一栋栋立体的房。在深部地震信号处理过程中,面临着远超常规浅中层处理的难题。由于在地震波从地表向地下传播再反射回地表接收器的过程中,深度越大,传播空间就越大,几何能量扩散越厉害,地层吸收掉的能量也越多,接收到的反射信号就越弱,甚至不足激发时的5%,就像声音在空气中传播,同样声贝的发声,距离越远,能听到的音量越弱。为了恢复深部弱信号并将之准确成像,超深物探信号处理的计算流程超过40个步骤,关键步骤包括噪声压制、能量补偿、速度拾取、偏移归位等。

  在集团公司重点工程中秋西三维地震处理过程中,由于地表山体林立,高差超过1500米,地下错综复杂,塑性盐层揉皱分布,虽然项目组采用炸药、可靠震源、气枪三种激发,水陆两种检波器接收,但因城市工业、铁路高速路网震动干扰严重,地震处理仍面临世界级难题。

  在地震资料处理过程中需要去伪存真提纯,首先要解决噪声压制难题。就像一袋米中混杂了不同颗粒的砂子和不同类型的杂质,将之筛除干净的过程,就是噪声压制的过程。在地震传播过程中,地滚波、地面工业交通震动干扰、风吹草动的随机干扰、高压线50赫兹干扰等,都会伴随着反射信号一起被接收。在去噪的过程中,一方面要把干扰波去除干净,同时要保证不伤害到有效反射波。就像做手术一样,既要切除病变灶体,又要保护健康组织。比手术更难的是,噪声和有效信号不是分区存在,而是一体混叠,去噪就成了双刃剑,需要精准操刀。

  在操作过程中,处理项目组创新了“六分法”去噪技术,按照分类、分时、分频、分域、分步、分区压制干扰,整体上按照“先规律后随机,先低频后高频”的原则,规则噪声和低频噪声能量强、占比重,先压制,随机噪声和高频噪声干扰后压制,通过多域组合、多次迭代、循序渐进、逐步压制,将有效信号从鱼目混珠的干扰中提取出来。

  其次是精微能量分析,精确恢复信号原貌。地震信号在长途奔波中,一方面能量扩散,另一方面地层吸收,能量逐渐变弱且不均匀。同样是炸药激发,疏松黄土比致密岩石激发的能量传播能力弱,就像敲击海绵和石块,两者受力程度不一样;同样是沙漠地表接收,更疏松的背风面比迎风面接收能力弱,就像黑布和白布吸光能力不一致;同样的深层传播,倾斜地层、断裂破碎带比平整地层反射能力弱,就像同样是凸透镜,布满裂纹凹槽的镜面比光滑镜面的聚焦能力弱。在这样的传播信号处理中,需要把不同的激发、传播、接收能量恢复到同一水准。

  对此,处理项目组发展完善了几何扩散补偿、地表一致性能量均衡和反Q滤波等技术,将严重衰减且空间不一致的信号恢复原貌。

  再次是精细速度追踪,精准同相叠加。地震传播的核心在速度。当我们判别西瓜的生熟程度时,通常用手敲击表面,通过声音判断内部情况。当瓜不成熟时,内部密实、声音清脆;瓜成熟时,内部疏松、声音沉闷,这种现象是疏松介质对波吸收得更多,同时波传播速度较慢。地震波在不同岩石中传播的速度不同,当地下岩层孔隙度较高时,与同类性质岩石相比,地震传播速度较低,尤其是含油气时,速度变化明显。信号从不同方向传导到同一位置的用时不同,要准确捕捉速度变化,就需要将所有反射信号传导至同一反射位置的用时进行零偏移距校正,即把所有信号传输用时都校正成检波器与激发点在同一垂向位置时信号传输所需的用时,此时同步叠合保证能量值最强。如同多个手电筒照出去,要让正前方最亮,就要将光束聚焦,出发点都聚到正中心的手电筒这个点上。校正后形成的地震叠加剖面基本可以反映地下结构。

  最后是深度偏移成像,信号归位归真。当地层都是水平结构且横向速度一致时,叠加成像是水平的,但地层有起伏、断点或速度横向变化时,叠加成像就与实际产状(即地层的倾角、倾向和走向)不一致,成像产生哈哈镜效应,就像从一定角度看水中的鱼,看到的位置并不是鱼的真实位置,要捕到鱼,就要偏移归位。地震信号未做偏移归位时,剖面上看到的位置和形态,并不是完全真实的。地震偏移归位经历叠后时间偏移、叠后深度偏移、叠前时间偏移和叠前深度偏移四个阶段。

  为了使深层地震反射准确归位,东方物探公司成像团队研发了井控约束各项异性叠前深度偏移技术,比传统的技术归位精度大幅提高。在库车山地,传统方法深度误差可达10%以上,横向误差最大达到1000多米,而新方法将深度误差降低到1%,横向位置误差降低到50米以内。

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