地震数据处理质量分析与评价系统的研发及应用

范旭，娄兵，郑鸿明，窦强峰，张超

地震数据处理质量分析与评价系统的研发及应用

范旭1，娄兵1，郑鸿明1，窦强峰1，张超2

1.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所(新疆乌鲁木齐830013)
2.天津精采潜龙公司(天津102249)

详细阐述了地震数据处理质量过程分析与定量评价系统(Seis-ProQC)的功能与效果。它是一套独立于各资料处理系统的过程质控分析与定量评价软件平台，由新疆油田自主研发，可实现针对不同处理目标的全过程量化分析与评价，既可用于地震资料处理人员开展资料处理各环节的定量分析、优选处理方法和参数，也可实现资料处理的第三方过程化质量评价与管理，推动地震资料处理成果品质的整体提升。地震数据处理质量过程分析与定量评价系统的开发与应用，实现了资料处理质量管理的规范化，质量监控的过程化，质量评价的定量化。软件系统具有快速高效、交互与批量方式相融合、质控结果可视化的特点。

资料处理;数据格式;量化分析;地震属性;过程质控

1 地震数据处理质量分析与评价系统简介

1.1系统开发的目的

目前石油行业地震资料处理软件众多，数据分析及质控方法各异，往往造成相同的原始地震资料分析出不同的属性结果，同时由于地震原始资料采集方法、勘探环境及地下构造的变化，资料处理技术手段、处理人员专业技术水平及软件掌握程度的差异，造成资料处理成果千差万别。针对这些问题，地震资料处理及质量管理部门为提高资料处理品质，保证处理质量，建立了地震数据处理质量分析与评价体系及管理办法，其目的是在资料处理过程中采用各种分析手段优选资料处理参数和流程，监控处理各环节质量[1]。配合该体系而研发的地震数据处理质量分析与评价系统(Seis-ProQC)是一套独立于各资料处理系统，具备完善的质控属性分析功能和灵活的交互分析手段，可对原始数据、处理过程数据及处理成果数据实现实时监控的软件系统，该系统独立于各资料处理软件，其目的是实现统一标准，统一量纲的质控分析，避免由于各资料处理系统软件算法、显示方法的不同造成资料处理结果评价的差异。

1.2系统结构与功能

根据地震资料处理硬件环境配置及结构特点，目前地震资料处理现状是数据运行及管理主要由并行计算机完成，处理过程分析主要由桌面台式机或工作站完成，因此质控系统平台的结构及运行方式必须适应上述工作特点，既能利用并行技术及开展海量数据的属性分析，又能使处理及质控分析人员在桌面台式机或工作站开展快速资料处理环节分析与评价，其运行模式如图1所示，可实现两种模式的系统运行，模式一为工程数据库与质控系统客户端程序独立于不同工作站，模式二为工程数据库与质控系统客户端程序均运行于移动工作站。

1.2.1 系统主体逻辑结构

地震数据处理质量分析与评价系统软件平台(Seis-ProQC)，系统主体逻辑结构及功能如图2所示，该系统平台由质控项目管理、质控环节定义、质控参数定义、交互化属性分析、质控系统数据库以及与资料处理系统接口模块几部分组成[2-3]。

质控项目管理模块主要负责处理质控项目的建立、加载及查询等管理功能。

质控环节定义模块主要是依据处理项目的类型及处理目标，结合勘探区块的表层特点及原始资料信噪比、能量、频率等属性分析情况，用于定义处理质控监控的环节、质控的点、线、面。

质控参数定义模块用过交互向导方式定义质控分析的参数，包括质控分析哪些属性，质控分析的视窗范围，以及开展地震数据属性采用的数学算法。

属性计算模块是依据定义的质控参数，开展地震数据属性计算，同时还可以管理正在运行的属性分析作业，实现进度查看、进程管理等功能。

交互化属性分析及对比显示模块主要用于依据数据属性计算的结果，开展曲线、柱状图、平面图及表格方式的对比、分析及显示。

质控平台数据库存放了质控项目相关的基础信息、质控分析参数信息、质控分析辅助信息(如表层信息数据、速度数据、井数据等)、质控属性及质控报告等信息。

1.2.2 系统主要功能

地震数据处理质量分析与评价系统可实现对各处理环节叠前及叠后地震数据的常规属性分析、统计及结果图形化显示，实现对各环节处理前后属性的对比分析，主要包括频率、信噪比、能量，同时根据资料处理类型的不同，可实现AVO分析对比、地震速度显示、平面等时切片分析等一些处理解释一体化质控分析功能[4]。

在质控管理上可实现多工区管理及质控，具备地震数据的点、线、面定义;实现分析时窗的交互定义，实现质控结果的表格化、图形化输出功能。

总之Seis-ProQC系统针对目前各地震资料处理系统质量控制多采用定性分析的缺点，采用定量分析的方法，对地震数据进行质量控制分析，具有操作方便，自动化程度高，支持多种处理系统文件格式，可实现地震资料处理过程质量控制的快速高效。

2 系统研发关键技术

式中:RSN为含信比;S代表有效信号，dB;N代表噪声，dB;Rxy表示地震道X与Y的互相关，Rxx、Ryy分别表示地震道X和地震道Y的自相关。

描述地震资料品质常用的属性有含信比、主频、频带宽度、能量、背景噪声、子波一致性、AVO特征等物理量。通过这些地震属性可以比较地震资料处理前后发生的改变并判定质量的相对变化。核心模块方法原理(含信比、主频和频宽、子波一致性)简述如下。

含信比即地震记录中有效信号所占的百分比，它直接反映出地震资料的品质和地震反射的可信度，是衡量地震资料好坏的重要标志之一，含信比是信噪比的另一种表达方式，两者可以通过算式互换，它的值域在0～1之间容易用图形方式描述。信噪比计算方法是在不分离信号和噪音的前提下，利用信号和噪音在空间上的线性相关性，获得信号和噪音相对分布，达到信噪比定量分析的目的。假设自相关相似系数是信号和噪声能量的总和，互相关相似系数只包含有效信号的能量，那么含信比计算方式为:

主频和频宽是表征地震记录分辨率属性的关键参数，一个复杂的地震波是由不同频率和初相的谐波叠加而成。按照付立叶分析理论，任意复杂的周期函数在满足狄利克莱条件下，均可以展成付立叶级数，表示成不同初相谐波函数的和。

式中:M为样点数，Δt、Δf分别为时间域和频率域的采样间隔。主频可定义为频谱极大值对应的频率，即能量占主要成分谐波的频率或时间域一个完整地震波形周期的倒数。频带宽度理论上等于主频能量值的0.707倍截取的两个频率之间的宽度，在这个频带范围内认为是完全通放带，之外的频带均受到不同程度的压制。

子波一致性是地震资料处理质量控制的一个重要属性，地震采集的信号按照褶积理论是反射系数与地震子波褶积而成，反射系数是由上下界面介质的速度和密度决定，它是客观存在且不随地震采集方式的变化而变化。地震子波则不然，虽然影响子波特性的因素很多，最重要的因素还是地震波激发震源类型和激发围岩性质决定。由于从地震记录中提取子波的算法相对复杂，运算量大，质控系统采用的是以地震道自相关函数替代子波自相关函数的方法用于分析子波的特征：

对于地震单炮记录而言，可以在给定的窗口内对每一道求取自相关函数，叠加后作为本炮的子波自相关函数进行分析。

跨平台系统开发技术:系统可同时运行于并行计算机及桌面个人工作站，客户端软件开发采用C++语言，C++是最常见的开发语言之一，具有面向对象、执行效率高，兼容C、Fortran，代码维护性好等优势与特点，适合于开发海量数据运算的交互程序。采用C++语言开发的质控软件平台可运行于Linux、Windows操作系统，方便资料处理及分析人员操作应用。

跨系统数据提取技术:目前国内外地震资料处理系统众多，其内部数据格式各异，Seis-ProQC系统开发中为了避免数据格式转换带来的资源占用和低效问题，通过对各处理系统内部格式的解剖，实现了对不同数据格式的直接识别与提取，目前可实现标准SEGY格式以及主流处理系统CGG、EPOS、Geoeast、Promax内部数据的直接读取。

海量数据高效分析技术:随着地震勘探难度及需求的提高，外业采集覆盖次数和覆盖密度逐步提升，特别是高密度、宽方位地震资料数据量急剧攀升，给室内资料处理质控分析及监控带来了一系列问题，尤其是质控分析效率问题，Seis-ProQC质控系统采用多线程及共享内存方式提高数据吞吐量，通过试验对比，优选出每次最佳数据读取粒度，达到提高海量数据高效分析的目的[5]。同时在编程实现方面，通过MPI+OpenMP混合编程共享内存并行计算方法提高运行效率，图3为MPI+OpenMP混合编程共享内存数据的并行计算方法示意，通过这种编程模式，属性分析软件可以利用MPICH2在通用网络互联的多个计算节点上开启属性分析进程，进程之间通过MPI消息传递模式协同工作，每个MPI进程将独立申请并管理必要的内存空间，从集中存储系统上读取同一个数据体文件中指定未知的相关数据，然后通过OpenMP开启多个计算线程，OpenMP以道集指标计算为并行计算单元同时对内存中数据进行属性分析计算。所有线程结束后，相关进程将属性分析结果发回集中存储指定文件相对应位置，然后回收注销内存空间，向管理节点发送处理结束消息后等候管理进程通知，接到管理进程结束通知后注销相应进程。

多窗口联动交互分析技术:Seis-ProQC质控系统能够将处理各环节量化分析结果以表格、图形方式显示，实现了不同显示方式间的互动操作，便于查找数据属性的极值点和特征信息。同时在质控参数定义方面实现了交互定义，方便操作。

3 应用实例

3.1资料处理质控点、线、面的定义

地震资料处理数据量大，处理环节多，质控分析不可能做到逐点逐线。在质控分析中主要是通过对原始地震资料信噪比、频率、激发能量的统计分析后，结合表层的变化，选择工区具有代表性的特征点、线开展贯穿处理过程的分析对比，Seis-ProQC质控系统可实现上述功能，方便后续对比分析，图4为准噶尔盆地某三维利用Seis-ProQC质控系统分析后选定的处理过程质控点、线示意，质控分析人员可依据工区高程的变化情况，结合主要目的层信噪比的平面特征来选择质控分析的点、线，这些质控点有质控系统记录后贯穿处理质控分析全过程。

3.2不同处理方法结果对比分析质控

利用Seis-ProQC地震数据处理质量分析与评价系统可以对资料处理各环节不同方法处理结果进行量化分析对比，判定方法与参数选择是否合理，图5为资料处理振幅补偿环节不同补偿方式目的层均方根变化统计平面图，振幅补偿前(图5(a))由于受地表及地下条件变化，各单炮目的层振幅差异较大，图5(b)、图5(c)分别为不同方法振幅属性平面统计，可以直观地判断图5(b)由于处理参数选择不当未能较好地消除由于表层因素造成的空间振幅差异，工区北部条带状能量差异，明显是由补偿方法的参数定义造成。图5(c)为调整振幅补偿流程和参数后的工区目的层振幅平面统计，可以看出较好地消除了表层因素造成的振幅差异。

3.3资料处理各环节品质分析及效果

Seis-ProQC地震数据处理质量分析与评价系统软件平台不仅可实现对处理参数变化造成的属性差异对比，亦可对各环节的处理结果开展质控分析，通过分析各环节资料品质的变化，判定资料处理是否合理。图6分别为原始单炮叠加、去噪后叠加、反褶积后叠加及最终叠加目的层信噪比平面图及统计柱状图，通过质控平台的时间切片信噪比分析功能统计分析主要目的层信噪比变化情况，可直观地看出随着资料处理关键环节进程的推进，说明处理过程中目的层信噪比逐步提高。

4 结论

地震数据处理质量分析与评价系统能够依据地震资料处理类型及处理目的不同，制定相应的质控关键环节，按照点、线、面相结合的方式，开展定量化的地震属性分析，并以此为基础监控资料处理结果和质量。系统对各环节涉及的地震资料频率、信噪比、能量、子波展开分析，针对一些特殊的需求可以实现井控振幅分析、速度分析、静校正分析、地震属性平面分析等。可实现对处理各阶段数据实现量化统计、交互分析及显示功能并生成质检报告。该系统既可用于地震资料处理人员开展资料处理各环节的定量分析，优选处理方法和参数，也可实现资料处理的第三方过程化质量评价与管理，有利于推动地震资料处理成果品质的整体提升。

地震数据处理质量分析与评价系统独立于各资料处理软件，避免了各处理系统之间分析造成的量纲差异，为地震资料处理过程分析及质量评价提供了软件手段，实现了资料处理质量管理的规范化，质量监控的过程化，质量评价的定量化，软件系统具有快速高效、交互操作灵活、质控结果可视的特点，目前已在新疆油田地震资料处理中全面推广应用。

[1]袁非，梁桂美.地震数据处理质量控制体系建设及效果[J].石油工业技术监督，2010，26(9):61-63.

[2]唐庆宝，张国旗.地震数据处理质量控制体系建设及效果[J].石油工业技术监督，2008，24(3):12-13.

[3]关昕，王建民，王元波，等.地震资料处理质量监控及效果分析[J].大庆石油地质与开发，2008，27(2):124-127.

[4]朱淑芬.对地震资料处理过程的强化监督[J].石油工业技术监督，2008，24(5):27-30.

[5]胡英，张研，徐右平，等.改进陆上地震资料处理质量的监控方法[J].石油地球物理勘探，2006，41(6):676-680.

The seismic data processing quality process analysis and quantitative evaluation system developed by Xinjiang Oilfield is a software platform for process quality control analysis and quantitative evaluation which is independent of other data processing systems，and its function and effect are elaborated.It can finish the quantitative analysis and evaluation of different processing targets.It can be not only used for the quantitative analysis of various aspects of seismic data processing and the optimization of data processing methods and parameters，but also for the third-party process quality assessment and management of data processing to improve the quality of seismic data processing.The development and application of the seismic data processing quality process analysis and quantitative evaluation system achieve the normalization of data processing quality management，the procedurization of quality monitoring and control and the quantification of quality evaluation.The software has the characteristics of high efficiency，the combination of interactive and batch modes and the visualization of quality control results.

data processing;data format;quantitative analysis;seismic attribute;process quality control

学敏

2014-11-25

范旭(1968-)，男，高级工程师，现从事勘查地球物理相关工作。