CN101201407B - 相对无高频泄漏等效n点平滑谱模拟反褶积方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地震数据处理，是一种等效N点平滑谱模拟反褶积方法。实施步骤是采集地震数据，对某一时窗的地震数据做傅立叶变换，计算截止频率为FE和采样率为DT的时间域低通滤波算子作为等效N点平滑算子，FE与DT满足FE*DT＝X*DF*1.024，进而得到地震子波振幅谱估计值和反子波，再与原始地震数据褶积，得到该时窗的反褶积后地震数据。本发明没有对地震子波振幅谱做单一峰值的假设，适应复杂的地震子波振幅谱，与最小平方多项式拟合相比，模拟出的地震记录振幅谱曲线形态不受全局影响，计算效率高，稳定性更好，地震剖面分辨率提高。

Description

相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，属于地震数据处理的反褶积，具体是一种可得到高分辨率地震剖面的相对无高频泄漏的等效N点平滑谱模拟反褶积方法。

背景技术

地球物理勘探通过常规的方法在取得观测结果之后，要对地震数据进一步处理，一般有三个主要处理流程：反褶积、叠加、以及偏移。地震剖面实际上是地下的地层反射系数序列与地震子波褶积的结果。由于地震子波具有一定的时间长度，不是尖脉冲，它的褶积效应使地震剖面上显示的反射层(或称为同相轴)变粗，时间上相邻的反射层彼此相连或重合，不能清楚分辨。所以地下的地质情况因而也不能清楚的确定，对最终勘探成果有重大影响。反褶积的目的就是压缩地震子波长度，使反射层变细，彼此分开，提高地震剖面的分辨率。

反褶积中最关键的一步是求取地震子波。谱模拟反褶积是反褶积方法中的一种，它利用地震记录振幅谱与地震子波振幅谱的相似性来求取地震子波做反褶积。谱模拟反褶积条件是地震子波的振幅谱是光滑的。常规谱模拟反褶积假设地震子波振幅谱是类似瑞利分布概率密度(以下式1)的具有单峰的光滑曲线，据此构造一个多项式对地震记录做最小平方意义下的拟合，求得地震子波振幅谱的值，然后求取反子波对地震记录做反褶积。

瑞利分布的概率密度：

$p\left(x\right)=\frac{x}{{\mathrm{\μ}}^2}\exp (-\frac{x^2}{2{\mathrm{\μ}}^2}),x\≥0,\mathrm{\μ}>0$ (式1)

常规谱模拟反褶积方法将地震子波振幅谱局限于单峰曲线，不足以描述地震子波振幅谱的复杂性；多项式最小平方拟合算法具有统计性特征，使最终的拟合曲线形态依赖于原始数据的每个部分，不同频段的曲线形态彼此相关；求解多项式需解矩阵方程，算法较为复杂，数据敏感性较强，难以得到高分辨率的地震剖面。

发明内容

本发明目的在于提供一种处理过程简单，不需要使用多项式最小平方拟合求子波值的、可以得到高分辨率的地震剖面的相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法。

本发明通过以下技术手段实现：

采用以下具体实施步骤：

1)采用通常的手段野外勘探采集地震数据(叠加前数据或叠加后数据)；

2)根据地震数据不同时间段的频率特征，采用通常的手段将地震数据由浅层到深层分时窗；

3)对某一时窗的地震数据做傅立叶变换，得地震数据的振幅谱；4)采用以下方法得到地震数据振幅谱的等效N点平滑算子：

计算截止频率为FE和采样率为DT的时间域低通滤波算子作为等效N点平滑算子，FE与DT满足FE*DT＝X*DF*1.024；

式中：

截止频率FE单位为：赫兹，

采样率DT单位为：秒，

地震数据振幅谱的频率采样间隔DF单位为：赫兹，

X取值为0.02至0.1秒，

给定DT为任意非零值，求得FE的值，得到低通滤波算子；

5)用等效N点平滑算子与地震数据振幅谱褶积，得到地震子波振幅谱估计值；

6)由地震子波振幅谱求最小相位或零相位子波，从而求得反子波；

7)反子波与原始地震数据褶积，得到该时窗的反褶积后地震数据；

8)重复步骤3到7，直到所有时窗均做完谱模拟反褶积；

9)对各个时窗相邻部分做交叉融合处理，确保反褶积后地震数据不出现时窗分界线；

10)采用通常的方法绘制出反褶积后提高分辨率的地震剖面。

本发明还通过以下技术手段实现：

所述步骤2)的分时窗频率相近的时间段为一个时窗，时窗数量6个以下并且地震勘探目的层远离相邻时窗交界。

所述步骤4)的X取值为0.06秒。

所述步骤4)的X值与分辨率相关。

所述步骤4)的DT为任意非零的值。0.001至0.02秒。

所述步骤4)的DT为0.001至0.1秒。

所述步骤4)的给定FE为任意非零的值，求得DT的值，计算低通滤波算子。

所述步骤4)的FE为3至200赫兹。

所述步骤4)中，确定等效N点平滑算子另一种方法是以已知地震记录振幅谱的采样率DF为采样率，计算针对频率域采样数据的低通滤波算子作为等效N点平滑算子。

给定X的值为0.02至0.1秒之间，以TE＝X为低通滤波算子的截止频率。

本发明不需要使用最小平方拟合来求地震子波振幅谱估计值，因而对地震子波没有单峰的假设条件；同时，地震记录振幅谱的拟合曲线局部形态不受其它部分的影响；算法与最小平方拟合相比更为简单。

本发明较之常规谱模拟反褶积方法，没有对地震子波振幅谱做单一峰值的假设，可适应形态比较复杂的地震子波振幅谱；与最小平方多项式拟合相比，模拟出的地震记录振幅谱曲线形态不受全局影响，计算效率高，稳定性更好，所得地震剖面分辨率明显得到提高。

附图说明

图1是常规七点平滑对2ms采样间隔数据的频谱响应图；

图中以曲线的第一个最小值对应频率轴坐标(图中为70Hz左右)作为截止频率，以2ms为采样间隔，构造时间域低通滤波器，即为相对无高频泄漏的等效7点平滑算子。

图2是本发明等效平滑模拟与多项式最小平方拟合所得结果比较图；

图中Raw spectrum是原始地震记录振幅谱；after NH是多项式最小平方拟合的结果；after LP是本发明所用等效N点平滑的结果。

图3是对图2中的三条振幅谱曲线再做FFT变换，得到的振幅谱的频谱；

图中两条模拟振幅谱曲线的频谱大致相同，而最小平方拟合(after NH)的结果在0.02-0.05s对原始谱谱形态有所改造。

图4是原始地震记录剖面图；

图5是本发明反褶积结果图；

本发明的谱模拟反褶积结果剖面，使用了相对无高频泄漏等效N点平滑算子模拟地震记录振幅谱。对比图4是原始地震记录剖面图可以看出，处理后的剖面频率得到提高，在不破坏原有剖面质量的情况下，部分同相轴的连续性变得更好，一些原先不能分开的同相轴也分开了，分辨率明显提高。

具体实施方式

谱模拟反褶积的基础是假设地震子波的振幅谱是光滑曲线。地震记录的振幅谱，是子波振幅谱与反射系数序列振幅谱的乘积。它的剧烈振荡部分，是反射系数序列作用的结果；而基本的一阶光滑波形，是地震子波作用的结果。因而，消除地震记录振幅谱中的剧烈振荡部分，得到的光滑波形才是地震子波振幅谱的值。

常规的N点平滑(如5点、7点平滑等)即可消除振幅谱的锯齿状振荡，其平滑效果(或谱响应)具有类似阻尼振荡曲线的特征：在频率轴起始部分，谱值迅速降低；随着频率增加，开始高低来回振荡，振荡幅度逐渐减小趋向于零，见附图1中7点平滑的频谱响应曲线。从图1可以看出，常规N点平滑存在明显的高频泄漏。因此，本申请以N点平滑谱响应为参照，采用低通滤波算子来做地震记录振幅谱的平滑，在低频段它的谱响应与N点平滑类似，而在高频段它消除阻尼振荡带来的泄漏。

具体的说，本申请以N点平滑谱响应曲线在频率轴上达到第一个最小值的频率值作为截止频率，构造低通滤波器算子，即为相对无高频泄漏的等效N点平滑算子。

通过实际发现当振幅谱的采样间隔DF＝(1/1.024)Hz时，用15点平滑的等效滤波算子处理时拟合的效果最好，结果与最小平方拟合所得可比拟(附图2、3)；此时滤波算子的截止频率FE和采样间隔DT需要满足：FE*DT＝X(式中*表示乘积，以下同)，X的值在0.04与0.08之间，一般取值X＝0.06。

当振幅谱的频率采样间隔为DF时，等效平滑算子的截频FE和采样率DT需满足以下关系：FE*DT＝X*DF*1.024，X的具体值如前段所述。

对任何情况，等效N点平滑算子都可视为截频TE＝Y，Y值在0.04s至0.08s之间，一般取Y＝0.06s，采样率DF(即地震记录振幅谱的采样率)的针对频率域采样数据的低通滤波器。

本发明在以下步骤3中可求取相对无高频泄漏等效N点平滑算子，然后对地震记录振幅谱做平滑处理，得到地震子波振幅谱的估计值。其它的步骤即可与常规谱模拟反褶积方法相同。

本发明步骤包括：

(1)用通常的方法野外地震勘探采集得到数据(叠加前数据或叠后剖面数据)；

(2)用通常的方法对时间域地震数据做傅立叶变换，得地震数据的振幅谱；

(3)根据地震数据振幅谱的频率采样间隔，求取相对无高频泄漏的等效N点平滑算子；

(4)用平滑算子与地震数据振幅谱褶积，从而得到地震子波振幅谱估计值；

(5)由地震子波振幅谱求最小相位或零相位子波，从而求得反子波；

(6)反子波与地震数据褶积，得到反褶积后的地震数据；

(7)输出反褶积，用通常的方法处理的道高分辨率的地震剖面。

本发明的具体实施方式为：

(1)采用通常的手段野外勘探采集地震数据(叠加前数据或叠加后数据)；

(2)根据地震数据不同时间段的频率特征，采用通常的手段将地震数据由浅层到深层分时窗；

分时窗频率相近的时间段为一个时窗，时窗数量6个以下并地震勘探目的层远离相邻时窗交界；

(3)对某一时窗的地震数据做傅立叶变换，得地震数据的振幅谱；

(4)采用以下方法得到地震数据振幅谱的等效N点平滑算子：

计算截止频率为FE或采样率为DT的时间域低通滤波算子作为等效N点平滑算子，FE与DT满足FE*DT＝X*DF*1.024；

式中：

计算截止频率为FE单位为：赫兹，地震记录振幅谱的采样率DT单位为：秒，地震数据振幅谱的频率采样间隔DF单位为：赫兹X取值为0.02至0.1秒，所述的X取值为0.06秒，改变所述的X的值可得到不同的提高分辨率。

给定DT为任意非零值，求得FE的值，计算低通滤波算子；

所述的DT为0.001至0.02秒。

也可将FE设为任意非零的值，如给定FE为30至80赫兹，求得DT的值，计算低通滤波算子。

另一种方法是求取以截频TE＝X，地震记录振幅谱的采样率DF的针对频率域采样数据的低通滤波器，满足FE*DT＝X*DF*1.024；X作为等效N点平滑算子。

(5)用等效N点平滑算子与地震数据振幅谱褶积，得到地震子波振幅谱估计值；

(6)由地震子波振幅谱求最小相位或零相位子波，从而求得反子波；

(7)反子波与原始地震数据褶积，得到该时窗的反褶积后地震数据；

(8)重复步骤3到7，直到所有时窗均做完谱模拟反褶积；

(9)对各个时窗相邻部分做交叉融合处理，确保反褶积后地震数据不出现时窗分界线；

(10)采用通常的方法绘制出反褶积后提高分辨率的地震剖面。

本发明实施1例采用以下步骤：

1)野外采集地震数据，并进行叠加，时长6s，采样间隔4ms，共1000道；

2)根据地震数据由浅到深的频率特征，人为将地震数据分为3个时窗：0-1500ms，1500-2500ms，2500-6000ms；

3)对时窗1(或时窗2、时窗3)的地震数据做傅立叶变换，得频率采间隔DF为0.4882812Hz(时窗2为0.976563Hz，时窗3为0.2441406Hz)的地震记录振幅谱；

4)求取截止频率FE为30Hz，采样间隔DT为1ms(时窗2为2ms，时窗3为0.5ms)，样点数201的时间域低通滤波器，作为等效N点平滑算子；此处FE*DT＝X*DF*1.024，取X＝0.06s，固定FE＝30Hz，由此可计算得DT值。

5)用等效N点平滑算子与时窗1的原始地震记录振幅谱褶积，得到地震子波振幅谱估计值；

6)用地震子波振幅谱估计值求零相位子波(对叠加前数据，通常求最小相位子波)，从而求得反子波；

7)反子波与时窗1的原始地震数据褶积，得到该时窗的反褶积后地震数据；

8)重复步骤3到7，直到时窗1、2、3均做完谱模拟反褶积；

9)对各个时窗相邻部分做交叉融合处理，确保反褶积后地震数据不出现时窗分界线；

10)绘制出反褶积后提高了分辨率的地震剖面(图5)。

实施例1的结果见图5所示。

本发明实施例2采用了以下步骤：其中与以上实施例1区别的步骤是：

2)根据地震数据由浅到深的频率特征，人为将地震数据分为3个时窗：0-1000ms，1000-3000ms，3000-6000ms；

3)对时窗1(或时窗2、时窗3)的地震数据做傅立叶变换，得频率采样间隔DF为0.976563Hz(时窗2为0.4882812Hz，时窗3为0.2441406Hz)的地震记录振幅谱；

4)取采样间隔DT为2ms，截止频率FE为25Hz(时窗2为12.5Hz，时窗3为6.25Hz)，样点数201的时间域低通滤波器，作为等效N点平滑算子；此处FE*DT＝X*DF*1.024，取X＝0.05s，固定采样率DT＝2ms，由此计算截止频率FE的值。

本发明实施例3采用了以下步骤：其中与以上实施例1区别的步骤是：

4)取X＝0.063s，求取以TE＝X为截止频率，采样率DF为0.4882812Hz，的针对频率域采样数据的低通滤波算子，样点数为101，作为等效N点平滑算子，即选择时窗2为0.976563Hz，时窗3为0.2441406Hz，即时窗地震记录振幅谱的频率采样间隔。

Claims (7)

1.一种相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法，其特征在于：采用以下具体实施步骤：

1)采用通常的手段野外勘探采集地震叠加前数据或叠加后数据；

2)根据地震数据不同时间段的频率特征，采用通常的手段将地震数据由浅层到深层分时窗；

3)对某一时窗的地震数据做傅立叶变换，得地震数据的振幅谱；

4)采用以下方法得到地震数据振幅谱的等效N点平滑算子：

计算截止频率为FE和采样率为DT的时间域低通滤波算子作为等效N点平滑算子，截止频率FE与采样率DT满足FE*DT＝X*DF*1.024；

式中：

截止频率FE单位为：赫兹，

采样率DT单位为：秒，

地震数据振幅谱的频率采样间隔DF单位为：赫兹，

X取值为0.02至0.1秒，

给定采样率DT为任意非零值，求得截止频率FE的值，得到低通滤波算子；

5)用等效N点平滑算子与地震数据振幅谱褶积，得到地震子波振幅谱估计值；

6)由地震子波振幅谱求最小相位或零相位子波，从而求得反子波；

7)反子波与原始地震数据褶积，得到该时窗的反褶积后地震数据；

8)重复步骤3到7，直到所有时窗均做完谱模拟反褶积；

9)对各个时窗相邻部分做交叉融合处理，确保反褶积后地震数据不出现时窗分界线；

10)采用通常的方法绘制出反褶积后提高分辨率的地震剖面。

2.根据权利要求1所述的一种相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法，其特征在于：所述步骤2)的分时窗频率相近的时间段为一个时窗，时窗数量6个以下并且地震勘探目的层远离相邻时窗交界。

3.根据权利要求1所述的一种相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法，其特征在于：所述步骤4)的X取值为0.06秒。

4.根据权利要求1所述的一种相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法，其特征在于：所述步骤4)的X值与分辨率相关。

5.根据权利要求1所述的一种相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法，其特征在于：所述步骤4)的采样率DT为0.001至0.1秒。

6.根据权利要求1所述的一种相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法，其特征在于：所述步骤4)的给定截止频率FE为任意非零的值，求得采样率DT的值，计算低通滤波算子。

7.根据权利要求6所述的一种相对无高频泄漏等效N点平滑谱模拟反褶积方法，其特征在于：所述步骤4)的截止频率FE为3至200赫兹。

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