专利名称：地震资料品质分析技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油地球物理勘探技术，具体是一种对地震资料采集处理的资料质量进行分析的地震资料品质分析技术。
背景技术：
地震勘探是采用人工激发地震波勘测地下石油、天然气及煤田等有关的地壳结构和地层岩性方法的总称。由于地下介质的力学性质不同，地震波在传播中，会引起地震波的频率、振幅、相位、速度及波场类型等参数的空间变化，通过在地表或井下采用高精度记录设备和相应观测方法可以获得这些特征参数变化的数据，并经地震数据处理技术的去伪存真和成像，最终转换为地质学家(包括油气田及煤田开发工程师)可以识别的图像。地质学家利用这些地震信息不仅可以了解地层构造的几何形态和断裂大小及分布，而且可以了解古地理和古沉积相信息，进而预测储层与油气藏(煤田)的关系。
地震勘探一般可以分为地震资料采集、地震资料处理、地震资料解释三个大的环节。
地震资料采集是通过人工的方法产生地震波。然后用地面地震接收仪器记录由地下反射回来的地震波所引起的地面振动信号，并记录在磁带上，提供给室内计算中心进行后续处理。
地震资料处理是根据地震波的传播理论，利用计算机等设备和相应的处理软件，对野外采集的原始地震数据进行各种加工处理，以获得能反映地下地质结构的“地震剖面图”和反映地下岩石变化的地震波振幅、频率、传播速度等信息。用于研究地下地质构造，寻找有利含油气圈闭，确定钻井井位。
地震资料处理是对地震数据进行去伪存真的加工过程，最终获得能真实反映地下地质情况的有效信息。把野外采集的地震数据资料变为可供解释人员解释的，能反映地下地质结构的地震剖面和相关的地震信息(如速度、振幅、频率等)。
在地震资采集和处理过程中，需要确定地震资料质量的好坏，就要有对地震资料科学、有效分析的地震资料品质分析方法。
高质量的地震资料是油气勘探成功的关键。首先，高质量的野外采集是地震勘探成功的基础，如果原始数据存在严重缺陷，则没有任何办法可以弥补。其次，地震资料处理包含各种处理方法和处理步骤，每一步骤的偏差，以及处理参数的不合理都会影响最终的处理效果。因此，在野外能够及时、准确地发现问题予以补救，就可以避免造成更大的损失。在室内资料处理过程中对地震资料进行科学、有效的资料品质分析，确定哪些信息是真实地层情况的反映，哪些信息是来自外界的干扰，针对不同资料的具体情况合理选择处理方法和处理参数，是保证勘探成功的关键。
地震资料的品质分析的目的是客观、有效地确定影响地震资料品质的主要因素，包括激发能量、有效信号的频带宽度、大地吸收衰减、资料信噪比等。目前在地震资料采集和处理中对地震资料的品质和处理效果分析主要依靠人们的经验进行分析。通常对于采集地震数据选择一些炮(一般是间隔几十或几百炮选取一炮)，通过绘图进行直观的观察分析来评价数据的激发能量的强弱、吸收衰减的大小、资料信噪比的大小等；通过对单炮数据做频率扫描大致判断有效信号的频带范围。对于资料处理流程和处理参数的选择上，一般也采用将不同参数处理的结果通过绘图进行人工对比分析，根据经验选择处理流程和处理参数。这样一来不仅需要绘制大量的图件，而且人为主观因素影响较大，往往最终处理结果因人而异，不仅费时费力，而且难以达到最佳分析效果。另外，传统的人工分析只能定性地说明数据质量的好坏，无法给出准确的定量分析结果，因而缺乏足够的说服力。
发明内容
本发明针对目前地震资料采集、处理过程中品质分析方法存在的问题，提出了一种不受人为干扰，快速有效的地震数据品质定量分析技术。
本发明采用以下技术方案 如下步骤完成 1)根据分析内容和已知野外班报记录选定控制点共炮集或共检波点集数据； 2)根据地震数据的采样率确定最高分析频率，根据目标区块有效反射信号频率的范围选择分析频带，对分析数据的每一炮的各地震道做频率滤波处理，得到每一道数据的分频结果； 3)采用以下公式(1)对同一炮同一频带的所有地震道做时间域中值滤波，得到该炮各频带的统计能量曲线结果； 其中xij(t，f)-采集的地震道 i＝1，2，...N炮集号；j＝j1，...j2炮集内道号；t＝t1...t2计算时窗内样点 Ai(T，f)——时频分析的炮集统计能量，T-计算时窗中点，f-为分析频率 4)将计算出的同一炮的各频带的统计能量曲线结果绘制到同一张图上，得到炮集内的时频分析图；将不同炮同一频带的统计能量曲线结果绘制到同一张图上，得到炮集间的时频分析图； 5)根据地震数据的道长确定最大分析时间，根据目标区块地层情况确定分析时窗大小，对分析数据的每一炮的各地震道在选定的分析时窗内做快速富立叶变换，得到每一道数据各个分析时窗在频率域的变换结果； 6)采用以下公式对同一炮同一分析时窗的所有地震道做频率域中值滤波，得到该炮的各分析时窗的统计频谱曲线； 其中xij(tl)——采集的地震道 i＝1，2，...N炮集号；j＝j1，...j2炮集内道号；tl＝t1...tm反射信号时窗数据Ai(f)——第i炮的频率统计振幅，f——为频率； 7)将同一炮的各分析时窗的统计频谱曲线结果绘制到同一张图上，得到炮集内的频时分析图； 将不同炮同一分析时窗的统计频谱曲线结果绘制到同一张图上，即得到炮集间的频时分析图； 8)采用以下公式3获得地震数据的瞬时频率信噪比图，并确定信噪比临界点； 其中xij(tlS)——采集的地震道 i＝1，2，...N炮集号；j＝j1，...j2炮集内道号；反射信号时窗数据xij(tkN) ——采集地震道(初至前干扰时窗数据) Ri(f)-瞬时频率信噪比，f——为频率； 计算窗根据道长取200-300毫秒，计算时窗每次向下滑动半个时窗进行计算； 9)通过以上步骤4)、7)、8)得到的曲线的交汇图，直接读出能量相对差异值；大地吸收衰减值，瞬时频率信噪比值及信噪比临界点的位置。
本发明还采用以下技术方案 步骤1)在分析近地表大地吸收时选定不同近地表条件的控制点共炮集或共检波点集数据。
步骤1)分析噪声干扰对资料信噪比时选定高频干扰差异大的控制点共炮集或共检波点集数据； 步骤2)最高分析频率小于折叠频率，每个分析频带满足一个倍频程，分析频带的高截频应小于最高分析频率。
步骤2)分析频带为4-6个。
步骤2)分析频带为10-20HZ或20-40HZ或40-80HZ或60-120HZ或80-160HZ。
步骤5)最大分析时间即分析时窗的结束时间应小于道长，当地层厚度大，变化缓慢，分析时窗为大，反之，为小。
步骤5)所述的分析时窗在500-1500MS之间。
步骤5)所述的分析时窗之间重叠或不重叠。
步骤5)所述的分析时窗为4-6个。
步骤5)所述的分析时窗为800-1800MS或1600-2600MS或2400-3400MS或3200-4200MS或3000-5200MS)。
步骤8)分析频带为4-6个频带；分析时窗为4-6个。
13、根据权利要求1或12所述的地震资料品质分析技术，步骤8)分析频带为10-20HZ或20-40HZ或40-80HZ或60-120HZ或80-160HZ；分析时窗为800-1800MS或1600-2600MS或2400-3400MS或3200-4200MS或3000-5200MS。
步骤8)噪声时窗数据为背景噪声炮或在初至前选择一个噪声时窗，噪声时窗的选择与信号分析时窗选择方法相同。
本发明采用时频域分析出时频能量吸收衰减曲线、频时能量吸收衰减曲线、瞬时频率信噪比等，并将相关曲线交汇绘制在同一张图上，直观地反映出分析数据的激发能量的强弱变化、大地吸收衰减的大小、有效信号频带宽度、资料信噪比的大小等，同时可以从图上读出定量的数值。本发明在采集、处理中进行了应用，地震资料的处理结果明显提高，分析处理的结果提供的井位钻井成功率较高。
本发明能够快速、准确地定量反映控制点数据的资料品质情况，避免了人工分析由于经验不足和主观因素造成的误差，该方法给出了定量计算的数值，分析结果更为科学、可靠。如果结合三维地震资料质量监控技术，即可以快速完成整个大面积三维数据的质量分析与监控，确保获得最佳的地震成像效果。
图1为控制分析点炮集显示； 图2为道集内时频分析； 图3为道集间时频分析； 图4为道集内频时分析； 图5为道集间频时分析； 图6为处理结果综合分析。
具体实施例方式 以下结合实施例详细说明本发明 地震资料品质分析技术采用如下步骤 本发明的具体是首先选择工区内具有代表性的(如最好、中等和最差)炮集(或检波点集)数据进行统计定量分析，以后每完成一步处理，都要对控制分析点的数据品质进行统计定量分析。地震数据品质定量分析技术是在时频域中对地震数据进行定量分析的一项新的处理分析技术，主要包括时频分析、频时分析以及信噪比分析。
本发明的具体步骤是 1)根据分析的需要选定具有代表性的控制点共炮集或共检波点集数据)，如果分析沙漠区的近地表大地吸收，可以选择沙丘上激发和沙丘下(平地)激发的数据进行分析；如果分析噪声干扰对资料信噪比的影响，可以选择大风天和无风天或参考野外班报有记录对激发的数据进行分析； 2)根据分析的需要选定几个分析频带，一般为4-6个，如10-20HZ；20-40HZ；40-80HZ；60-120HZ)，对分析数据的每一炮的各地震道做滤波处理，得到每一道数据的分频结果； 根据地震数据的采样率确定最高频率(小于折叠频率)；根据本地区有效反射信号频率的大概范围选择具体分析频带，每个频带满足一个倍频程，实际应用中可以多选几个以满足分析需要。
3)对同一炮同一频带的所有地震道做时间域中值滤波，采用公式(1)得到该炮各频带的统计能量曲线结果； 4)将同一炮的各频带的统计能量曲线结果绘制到同一张图上，即得到炮集内的时频分析结果(如图2所示)。将不同炮同一频带的统计能量曲线结果绘制到同一张图上，即得到炮集间的时频分析结果(如图3所示)。
5)根据分析的需要选定几个分析时窗(一般为4-6个，如800-1800MS；1600-2600MS；2400-3400MS；3200-4200MS)，对分析数据的每一炮的各地震道在选定的分析时窗内做快速富立叶变换，得到每一道数据各个分析时窗在频率域的变换结果； 根据地震数据的道长确定最大分析时间(小于道长)；根据本地区地层的地质特点选择具体分析时窗大小，如地层厚度大，变化缓慢，分析时窗可以选大一些，反之，应选小一些的时窗。每个时窗大小应在500-1500MS之间，时窗之间可以重叠，实际应用中可以多选几个以满足分析需要。
6)对同一炮同一分析时窗的所有地震道做频率域中值滤波，采用公式(2)，得到该炮的各分析时窗的统计频谱曲线； 7)将同一炮的各分析时窗的统计频谱曲线结果绘制到同一张图上，即得到炮集内的频时分析结果(如图4所示)。将不同炮同一分析时窗的统计频谱曲线结果绘制到同一张图上，即得到炮集间的频时分析结果(如图5所示)。
该图是一张多条曲线的交汇图，从图中可以直接获得(读出)能量相对差异值；大地吸收衰减值，瞬时频率信噪比值(都用分贝数表示)及信噪比临界点的位置等。
8)对以上时频分析和频时分析方法还可以选择背景噪声炮集或在初至前选择一个噪声时窗同时进行分析，采用公式3，以获得地震数据的信噪比信息和确定信噪比临界点。
根据地震传播理论，地震波在传播过程中，它的能量和频率都在逐渐衰减，而噪音却不衰减，因此在图中曲线不满足衰减规律出现拐点开始走平的地方就是信噪比小于1即信噪比临界点的位置，或者是噪声曲线与信号曲线交汇点即是信噪比临界点的位置。在信噪比临界点之前信号曲线与噪声曲线的比值就是该时间(或频率)的信噪比。
9)根据时频域统计分析计算方法(公式1至公式3)，计算出时频能量吸收衰减曲线、频时能量吸收衰减曲线、瞬时频率信噪比等，并将相关曲线交汇绘制在同一张图上(如图1至图5所示)， 直观地反映出分析数据的激发能量的强弱变化、大地吸收衰减的大小、有效信号频带宽度、资料信噪比的大小等，同时可以从图上读出定量的数值，如不同部位激发数据的激发能量相差多少分贝；在不同深度大地吸收衰减是多少分贝；在不同频率点有效信号与噪音的比值-信噪比是多少以及信噪比临界点的位置等，信噪比临界点是指信号和噪音的比值为1∶1的地方。
根据地震传播理论，地震波在传播过程中，它的能量和频率都在逐渐衰减，而噪音却不衰减，因此在图中曲线不满足衰减规律出现拐点开始走平的地方就是信噪比小于1即信噪比临界点的位置，或者是噪声曲线与信号曲线交汇点即是信噪比临界点的位置。在信噪比临界点之前信号曲线与噪声曲线的比值就是该时间(或频率)的信噪比。
本发明时频分析方法采用如下公式计算(公式(1)所示)。
其中xij(t，f)-采集的地震道(i＝1，2，...N炮集号；j＝j1，...j2炮集内道号；t＝t1...t2计算时窗内样点) Ai(T，f)——时频分析的炮集统计能量(T-计算时窗中点，f-为分析频率) 本发明频时分析方法采用如下公式计算(公式(2)所示)。
其中xij(tl)——采集的地震道 (i＝1，2，...N炮集号；j＝j1，...j2炮集内道号；tl＝t1...tm反射信号时窗数据) Ai(f)——第i炮的频率统计振幅(f——为频率) 本发明提出瞬时频率信噪比分析方法(公式(3)所示)，它可以比较详细的给出各个频率的信噪比值。
其中xij(tlS)——采集的地震道 i＝1，2，...N炮集号；j＝j1，...j2炮集内道号；反射信号时窗数据 xij(tkN)——采集地震道(初至前干扰时窗数据) Ri(f)-瞬时频率信噪比(f——为频率) 计算时窗选择原则根据道长一般取200-300毫秒，计算时窗每次向下滑动半个时窗进行计算。分析频率一般选取4-6个频带进行分析(如10-20HZ；20-40HZ；40-80HZ；60-120HZ)。分析时窗一般选取4-6个进行分析(如800-1800MS；1600-2600MS；2400-3400MS；3200-4200MS)。噪声时窗数据一般选择背景噪声炮或在初至前选择一个噪声时窗进行分析。
本发明公式(1)的物理含义是对地震数据某一炮计算各地震道在某个分析频率计算时窗内的能量值，得到每一道数据在分析频率的一系列能量值。计算时窗选择原则根据道长一般取200-300毫秒，计算时窗每次向下滑动半个时窗进行计算。然后对同一炮的所有道做中值滤波，即得到该炮某个分析频率的统计能量结果。最后将所选控制炮的计算结果绘制到同一张图上，即完成了控制炮的时频定量分析。该方法采用时间域中值滤波算法提高了该方法的抗干扰能力，使计算结果更加稳定可靠。
本发明公式(2)的物理含义是对地震数据某一炮各地震道在分析时窗内做快速富立叶变换，得到每一道数据在频率域的变换结果。然后对同一炮的所有道做频率域中值滤波，即得到该炮在分析时窗内的各个频率的统计能量结果。最后将所选控制炮的计算结果绘制到同一张图上，即完成了控制炮的频时定量分析(多曲线交汇图)。该方法采用频率域中值滤波算法提高了该方法的抗干扰能力，使计算结果更加稳定可靠。
本发明公式(3)的物理含义是通过计算信号时窗和噪声干扰时窗的各个频率统计能量的比值得到该炮在分析时窗内的各个频率的瞬时频率信噪比。
本发明图(1)是某地区用于地震资料品质分析的控制点炮集数据，其中A-D是工区不同位置的四炮原始单炮数据，E是记录野外环境噪音的背景噪声炮。
本发明图(2)是根据公式(3)计算的控制点炮集数据的道集内时频分析结果，分析频率分别为10-20Hz、20-40Hz、40-80Hz和60-120Hz，从图中可以看出，不同频率间的大地吸收作用十分明显，20HZ和60HZ信号在2秒附近能量差达40分贝；20HZ和40HZ信号在2.5秒附近能量差也达到30分贝。显然对于2000-3500毫秒目的层数据而言，该炮数据要获得高于60Hz的反射信息是非常困难的。图<2>是根据公式(3)计算的控制点炮集数据的道集间时频分析结果，分析频率分别为20-40Hz和60-120Hz，从图中可以看出，不同位置的炮之间存在明显差异。随传遍时间和频率的增大，信号的能量衰减十分明显，20-40Hz信号2秒时信号衰减30分贝；60-120Hz信号2秒时信号衰减达50分贝。另外，从图中还可以看出对于大于20Hz的信号信噪比临界点在4秒附近；而对于大于60Hz的信号信噪比临界点仅到2秒附近。对于本地区而言，高频信噪比太低将是提高分辨率处理中的主要问题，这也说明在采集过程中应重点考虑如何压制高频干扰。
本发明图(4)是根据公式(4)计算的控制点炮集数据的道集内频时分析结果，分析时窗分别为1.4-2.4秒、2.2-3.2秒、3.0-4.0秒和3.8-4.8秒。从图中可以看出，不同时窗之间各个频率的吸收衰减情况，时窗每向深层移动1秒，吸收衰减相应增加大约5分贝。图<5>是根据公式(4)计算的控制点炮集数据的道集间频时分析结果，分析时窗为2-3秒。从图中可以看出，不同位置的炮之间存在明显差异，由于噪声的影响，环境噪声小的炮信噪比临界点可以达到150HZ，而环境噪声大的炮信噪比临界点仅能达到60HZ左右。好炮和差炮之间的噪声能量差可达25-30分贝。
本发明图<6>是控制点炮集数据处理后的综合频时分析结果，从图中可以明显看出各步处理对数据统计频谱的影响，最终处理将数据100Hz的频率能量提升了35分贝。从原始输入数据分析曲线来看，对于2000-3000毫秒目的层数据而言，要同时记录20-160Hz的全部反射信息，检波器将存在动态范围不足的问题，而噪声最小的数据的高频信噪比临界点在150Hz附近。这也说明该三维采集的有效信号最高频率难以超越150Hz。从图<6>的频时综合统计分析可以看出本次相对保持振幅提高分辨率处理的处理效果。
权利要求
1.一种地震资料品质分析技术，其特征在于采用如下步骤
1)根据分析内容和已知野外班报记录选定控制点共炮集或共检波点集数据；
2)根据地震数据的采样率确定最高分析频率，根据目标区块有效反射信号频率的范围选择分析频带，对分析数据的每一炮的各地震道做频率滤波处理，得到每一道数据的分频结果；
3)采用以下公式(1)对同一炮同一频带的所有地震道做时间域中值滤波，得到该炮各频带的统计能量曲线结果；
其中xij(t，f)-采集的地震道
i＝1，2，…N炮集号；j＝j1，…j2炮集内道号；t＝t1…t2计算时窗内样点
Ai(T，f)——时频分析的炮集统计能量，T-计算时窗中点，f-为分析频率
4)将计算出的同一炮的各频带的统计能量曲线结果绘制到同一张图上，得到炮集内的时频分析图；将不同炮同一频带的统计能量曲线结果绘制到同一张图上，得到炮集间的时频分析5)根据地震数据的道长确定最大分析时间，根据目标区块地层情况确定分析时窗大小，对分析数据的每一炮的各地震道在选定的分析时窗内做快速富立叶变换，得到每一道数据各个分析时窗在频率域的变换结果；
6)采用以下公式对同一炮同一分析时窗的所有地震道做频率域中值滤波，得到该炮的各分析时窗的统计频谱曲线；
其中xij(tl)——采集的地震道
i＝1，2，…N炮集号；j＝j1，…j2炮集内道号；tl＝t1…tm反射信号时窗数据Ai(f)——第i炮的频率统计振幅，f——为频率；
7)将同一炮的各分析时窗的统计频谱曲线结果绘制到同一张图上，得到炮集内的频时分析将不同炮同一分析时窗的统计频谱曲线结果绘制到同一张图上，即得到炮集间的频时分析8)采用以下公式3获得地震数据的瞬时频率信噪比图，并确定信噪比临界点；
其中xij(tlS)——采集的地震道i＝1，2，…N炮集号；j＝j1，…j2炮集内道号；反射信号时窗数据xij(tkN)——采集地震道(初至前干扰时窗数据)
Ri(f)-瞬时频率信噪比，f——为频率；
计算窗根据道长取200-300毫秒，计算时窗每次向下滑动半个时窗进行计算；
9)通过以上步骤4)、7)、8)得到的曲线的交汇图，直接读出能量相对差异值；大地吸收衰减值，瞬时频率信噪比值及信噪比临界点的位置。
2.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤1)在分析近地表大地吸收时选定不同近地表条件的控制点共炮集或共检波点集数据。
3.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤1)分析噪声干扰对资料信噪比时选定高频干扰差异大的控制点共炮集或共检波点集数据；
4.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤2)最高分析频率小于折叠频率，每个分析频带满足一个倍频程，分析频带的高截频应小于最高分析频率。
5.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤2)分析频带为4-6个。
6.根据权利要求1或5所述的地震资料品质分析技术，步骤2)分析频带为10-20HZ或20-40HZ或40-80HZ或60-120HZ或80-160HZ。
7.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤5)最大分析时间即分析时窗的结束时间应小于道长，当地层厚度大，变化缓慢，分析时窗为大，反之，为小。
8.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤5)所述的分析时窗在500-1500MS之间。
9.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤5)所述的分析时窗之间重叠或不重叠。
10.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤5)所述的分析时窗为4-6个。
11.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤5)所述的分析时窗为800-1800MS或1600-2600MS或2400-3400MS或3200-4200MS或3000-5200MS)。
12.根据权利要求1所述的地震资料品质分析技术，步骤8)分析频带为4-6个频带；分析时窗为4-6个。
13.根据权利要求1或12所述的地震资料品质分析技术，步骤8)分析频带为10-20HZ或20-40HZ或40-80HZ或60-120HZ或80-160HZ；分析时窗为800-1800MS或1600-2600MS或2400-3400MS或3200-4200MS或3000-5200MS。
14.根据权利要求1或11所述的地震资料品质分析技术，步骤8)噪声时窗数据为背景噪声炮或在初至前选择一个噪声时窗，噪声时窗的选择与信号分析时窗选择方法相同。
全文摘要
本发明涉及一种地震资料品质分析技术，步骤是先选定控制点共炮集数据，确定最高分析频率，根据目标区块有效反射信号频率的范围选择分析频带，对数据每一炮的各地震道做频率滤波处理，得到每一道分频结果；采用公式(1)对同一炮同一频带的所有地震道做时间域中值滤波，得到各频带的统计能量曲线结果，将同一炮的各频带的统计能量曲线结果绘制到同一图上，得到时频分析图。本发明能快速、准确定量反映控制点数据的资料品质情况，避免人工分析的误差，结果可靠。
文档编号G01V1/28GK101221249SQ20071006336
公开日2008年7月16日 申请日期2007年1月10日 优先权日2007年1月10日
发明者云 凌, 军 高 申请人:中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司