1.1 地震资料预处理
开平东地震资料覆盖次数60次,道间距12.5 m,炮间距为25 m。对地震资料的预处理手段主要为滤波技术应用。其主要目的是为了消除地震资料的噪音,增强有效信号,提升地震资料信噪比。目前常见滤波手段有阿尔法滤波、F-X滤波和各项异性扩散滤波。各项异性扩散滤波是保边去噪处理中应用较广泛的一种滤波技术,其扩散方程的形式为偏微分方程,具有较高的计算效率和稳定性[9]。与其他滤波相比,其优势在于在滤除多余噪音的同时能够保证断层断点的特点,适合构造复杂地区。
本次研究将几种滤波方法同时进行了测试,从实际效果看,F-X滤波后主要的反射界面同向轴连续,噪音去除效果较好。但是目的层内幕反射特征不清晰,断裂成像较差。阿尔法滤波对噪音去除效果较好,但是断裂改善不大,且局部小尺度断裂滤波后特征不明显。扩散滤波后噪音消除效果好,断裂成像改善较为明显,A区构造高部位内幕反射结构清晰。因此综合优选扩散滤波作为本工区预处理方法(图3)。
1.2 降频处理
基于Marr小波变换的分频处理技术是继承和发展了窗口傅立叶变换的局部化思想,它能在时间域和频率域同时对信号进行局部化分析,并且能随着频率成份的改变而自动调整窗口的形状以达到所需的要求[10]。Marr小波变换的基函数为高斯函数的二阶导数,公式如下:
Φ( tm )=( 1-t 2m )e-t 2m/2=-d 2/d t 2m ( e-t 2m/2 )(时间域) (1)
图3 预处理前后对比剖面Fig.3 Comparison profile before and after preprocessing
Ψ(ω)= 2Π ω2e-ω2/2 Ψ(ω=0)=0(频率域) (2)
式(1)、(2)中: Φ(tm)为M a r r小波变换基函数时间域; tm为 Marr小波变换时间,单位s; Ψ(ω)为Marr小波变换基函数频率域; ω为频率,单位Hz[11]。用Marr小波变换对基于雷克子波的地震数据进行分频处理,所得到的分频数据体具有一定的地质意义,可以有效提升地质体的识别精度。
本次对基于扩散滤波预处理后的数据体进行分频处理,提取10 Hz、20 Hz、30 Hz、40 Hz单频体进行分析(图4)。10 Hz单频体表现为A区构造带内幕清楚,断裂成像特征好,火成岩下伏地层同向轴清晰,断裂断点特征好;20 Hz单频体分辨率有所提升,目的层内幕反射结构清楚,火成岩下伏地层同相轴连续性好,断裂清楚,但是局部小尺度断裂成像变差;30 Hz单频体火成岩下伏地层反射出现“破碎”现象,局部小尺度断裂转弱,部分消失。目的层内幕反射结构变差;40 Hz单频体附近,火山岩下伏地层成像进一步破碎,部分断裂响应特征消失,局部出现断裂假象。
从上述分析可以看出,火成岩对高频成分有吸收和屏蔽的作用。因此针对本区断裂成像不适用提频,需采取降频处理,尽可能恢复下伏地层形态,以达到增强断裂成像效果。
本次选取过工区A区构造主测线做一次降频处理测验,降频后主频由原来30 Hz,降为23 Hz。两者剖面对比效果来看,降频处理后,可以看出下伏地层中地层结构清楚,反射同相轴连续性改善,负花状构造特征清晰,A1构造带内幕断裂断点清楚。由此也证明降频处理对有利于断裂成像。
图4 不同单频体特征对比剖面Fig.4 Comparison profile of different single frequency body features
1.3 分频重构与融合技术
1.3.1 分频重构
地震沉积学认为:地震同相轴既不是简单地反映等时界面,也不是单纯的反映岩性界面,而是受地震资料频率的控制。不同的低频资料中反射同相轴更多地反映岩性界面信息,而高频资料中反射同相轴更多地反映等时沉积界面信息[12]。研究表明,地震资料的分频重构处理存在优势频段[13-14]。其目的旨在针对特定的目标体进行分频解释与重构,突出优势频段。
本次重构特征频率来源于一次降频处理的测试结果,优势频率为23 Hz,低频成分选取10 Hz和15 Hz,高频成分选取30 Hz和35 Hz,重构权重以23 Hz及低频为主,高频成分为辅。选取原则一是以清晰反映断层断点和火成岩下伏地层展布;二是根据中低频资料对大型断裂反映更明显,而高频资料反映小断层或裂缝更明显。重构依据来源于地震主频与地层厚度之间存在的调谐关系。即主频高对薄层调谐,主频低对厚层调谐。利用井波阻抗谱作为标杆,通过地震分频体加权完成重构过程。
重构后数据体主频降为23 Hz,与原始资料对比分辨率得到有效提升。火成岩下伏地层同向轴清晰,花状断裂特征较好。A构造带内部反射结构改善较大。综合分析认为该数据体可用于剖面解释(图5)。
1.3.2 分频相干与融合技术
在上述数据重构的基础上,开展分频相干分析技术研究。分频相干的目的旨在观察不同尺度断裂响应特征,为下一步融合做准备。
本次研究参考了前期分频和一次降频对断裂响应的结果,认为15 Hz和23 Hz能够较好的反映中—大尺度的断裂,35 Hz能够更好的反映小尺度断裂。对不同频率相干体提取T70层面以下0~20 ms平均绝对振幅(图6)。从低频段相干图中可以看出,南部A区构造带大断裂整体呈北西西向展布,断裂响应清晰。北部断裂展布较为复杂,局部因为上覆火成岩影响,接触关系不明显,近东西向断裂展布特征不明显;中频段南部局部小断裂增多,北西西向展布清楚。北部断裂接触关系可以分辨,基本克服火成岩的影响,满足断裂解释需求;高频段相干南部A区附近小尺度断裂进一步增多,证明本区缝网系统发育程度较高。北部断裂清晰度则减弱,说明火成岩对高频成分具屏蔽作用。
图5 分频重构与原始地震数据对比剖面Fig.5 Comparison profile between frequency division reconstruction and original seismic data
图6 不同频率段T70往下0~20 ms相干平面图Fig.6 Coherent plane diagram of 0-20 ms below different frequency bands T70
1.3.3 RGB融合显示技术
RGB色彩融合技术是将时频分析得到的低、中、高不同频段的数据分别用为R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)三原色进行融合显示。首先分别对R、G、B赋予0~255的强度值,并将属性值归一化至该范围得到IR、IG、IB。最后定义映射函数S和IRGB,其中S用来对RGB图像进行描述, IRGB表示最终合成的颜色值,则:
IRGB=S(IR,IG,IB) (0≤IR≤255,0≤IG≤255,0≤IB≤255) (3)
根据IRGB的值得到新的融合图像来对地质特点进行综合分析[15]。
这种显示方法对于突出各分频属性中能量近似特征区域有很好的效果,可以突出共性、弱化差异[6]。从而克服单一地震属性显示不足和单属性色彩不能突出区域异常的缺点,这是目前时频分析的最佳成像方式[16]。
本次研究是在前人研究的基础上,考虑到火成岩的影响,而采取先降频再分频。在分频的基础之上,本着突出大尺度断裂和断裂切割关系,进一步厘清中小尺度断裂的原则,将高中低频相干按照1:1:1的比例进行RGB三原色融合。
融合显示后可以看出,断裂整体特征清晰,边界清楚。南北为两套不同的断裂体系。北部整体以拉张性质为主,小尺度断裂相对不发育。南部为拉张和走滑共生,发育北西西向正断层和走滑性质的雁列断层。因此在评价A区圈闭有效性的时候,需要注意雁列断层的影响(图7)。
本次RGB融合对比了某商业软件全频段相干数据体。从对比效果看,本次融合在提升了分辨率的基础之上,有效的展示了不同级别断裂的展布特征,进一步指导圈闭落实评价,支撑井位部署工作。
图7 T70RGB融合相干对比图Fig.7 Comparison diagram of T70RGB fusion coherence