CN102073064B - 一种利用相位信息提高速度谱分辨率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油地球物理勘探地震资料的处理技术，是一种利用相位信息提高速度谱分辨率的方法，激发并记录地震波，得到共中心点道集，沿时间方向进行一阶求导运算，再进行Hilbert变换得到复地震道，以P(t)道同相叠加作为动校正(NMO)的最优速度，按常规速度分析方法计算速度谱，对一个选定进行速度分析的CMP道集，对S_PS中每一个时间采样矢量进行旁瓣压制处理，最后得到速度谱。本发明避免了振幅变化对速度分析的影响，还将噪音的分布转换为具有高斯分布特征，可以有效地抑制异常噪音对速度分析的影响，提高速度谱的分辨率及速度分析的精度。

Description

一种利用相位信息提高速度谱分辨率的方法

技术领域

本发明涉及石油地球物理勘探地震资料的处理技术，是一种利用相位信息提高速度谱分辨率，进而提高地震参数估计可靠性和成像精度的方法。

背景技术

地震勘探是在地表人工激发并产生地震波，在地表或地下用单分量或多分量传感器记录地震波的地层响应，研究它们在地层中的传播规律，以查明地下的地质构造和岩性变化，寻找油气田的地球物理勘探方法。

地震勘探主要分为采集、处理和解释等三个环节。其中，地震采集是在野外针对勘探目标设置并部署观测系统，通过人工激发地震波，并用检波器把地震波在地下传播的情况记录下来，形成用于后续处理和解释的原始资料的过程，该环节主要在野外进行。地震处理则是根据地震波传播理论，利用电子计算机等辅助设备和相应的地震数据处理软件，对野外采集的原始地震资料进行各种加工，去除各种噪声，突出有效信号，以获得能反映地下地层结构的地震剖面及相关的地震波速度等参数资料，供解释人员寻找有利油气圈闭、确定井位使用。地震资料的解释就是要运用地震波传播理论，综合地质、钻井和它物探资料，对地震资料处理环节提供的各种资料进行分析、研究，从而达到了解、推断地下构造和岩层性质的目的。

由于速度参数反映了关于构造和岩性的信息，是连接地震资料和钻井资料的纽带，也是贯穿地震勘探全过程的一项十分重要的参数，因此，获取准确的速度参数是正确地处理和解释地震资料的关键，速度选择的正确与否直接决定了地震勘探的精度和可靠性。其中，在地震资料处理中，速度分析是获取速度的一个重要途径，也是地震数据处理的一个最重要的环节。

速度分析获取速度参数的价值主要在于三个方面：一是改善叠加剖面质量，提高一次反射分辨能力及信噪比，并得到准确的叠加速度及其它参数；二是为偏移成像及时深转换提供速度模型；三是为后续岩性划分、层位对比、反演及地质解释提供有力的支持。尽管目前资料处理中主要有叠加及偏移速度分析都统称为速度分析，但对于各向异性介质，速度分析不仅包括速度参数估计，还涉及到各向异性参数的提取，对于转换波，还可能是同时估计速度、纵横波速度比及各向异性参数。但无论是偏移速度分析还是叠加速度分析，是对于各向同性介质还是各向异性介质，速度分析的实现过程都是通过给定一定范围内变化的测试速度及速度增量，然后分别对不同的速度进行扫描测试，并以合理的度量准则来记录不同速度扫描结果的相干性，形成所谓的速度谱。由于这种相干性反映了不同速度对叠加或偏移成像的分辨率及成像效果，因此通过分析速度的分布特征并选择速度谱中最大相干性所对应的扫描速度，便可以得到速度参数(对于各向异性介质还可以得到各向异性参数)。

为了利用速度分析估计可靠的速度参数，人们已经发展了许多方法，但总体上来说，目前实现速度分析的判断准则主要有叠加、相关及最优化等方法。其中，叠加法以动校正后的道集叠加能量或相似系数作为判断准则来计算速度谱，该类算法简单、便于实现，而且效率也比较高，是目前应用最为广泛的方法，相关法通过对不同道信号作互相关运算来确定并计算速度谱，但该方法的抗干扰能力较差，而且运算量比较大。另外，无论是叠加法还是相关法，它们都忽略了振幅随偏移距的变化特征，速度谱的分辨率也相对比较低，特别是当地震资料上振幅变化特征比较剧烈时，这些方法将会给速度分析带来很大的偏差。

而最优化方法通常利用地震数据所组成的协方差矩阵的特征值估计信噪比并构造能量函数，通过最优估计得到速度谱信息，这种方法避免了常规叠加法的某些缺陷(考虑了噪音对振幅变化的影响)，对窗口内各道之间信号的相关性很敏感，对于能够较容易分开的同相轴可以获得很高的速度分辨率，但该类方法易受强噪声、干涉同相轴及时窗边界奇异性的影响，在速度谱中易差生一些假的次生能量团，进而影响了速度分析的可靠性，同时由于在计算特征值时要做矩阵分解、最优化估计等，因此运算量都比较大。

发明内容

本发明提供一种使速度谱的能量团更为聚焦，便于用户分析和拾取的利用相位信息提高速度分析分辨率的方法。

本发明通过以下具体技术步骤实现：

1)激发地震波并记录地震波，对地震资料进行前期处理，得到用于常规速度分析的共中心点(CMP)道集或共转换点(CCP)道集；

2)对步骤1)中的道集沿时间方向进行一阶求导运算；

步骤2)所述的求导运算按下式进行：

DS(t_i)＝(S(t_i+1)-S(t_i))/dt    (1)

其中，DS为求导后的地震数据，S为原始数据，dt为时间采样间隔。

3)对步骤2)中求导所得的数据进行Hilbert变换得到复地震道，对复地震道除以振幅包络得到用于后续速度分析的道集；

步骤3)所述的Hilbert变换后的复地震道C(t)为：

其中，A(t)为振幅包络，

为瞬时相位；

对(2)式除以振幅包络，得到仅含有相位的复地震道：

(3)式中的P(t)为去掉振幅信息的复地震道。

4)以P(t)道同相叠加作为动校正(NMO)的最优速度，对3)中的P(t)数据按常规速度分析方法计算速度谱；

在水平层状介质中，同一个CMP道集上各道对同一层的反射波到达时间可以视为双曲线：

${t_x}^2=t_0^2+\frac{x^2}{V^2}$ 或 $t_0^2={t_x}^2-\frac{x^2}{V^2}---\left(4\right)$

式中，x为偏移距，t₀为零偏移距时间，t_x为对应于偏移距x时的反射时间，V为NMO速度，

给定最小扫描速度V_min、扫描速度个数M及速度扫描间隔ΔV，利用不同的速度V＝V_min+kΔV，(k＝1，M)按(4)式对P(t)道集进行动校正处理，然后对动校正后的纯相位道P(t)按下式进行相位叠加，

其中N为同一个CMP道集内叠加道的个数，S_PS为相位叠加速度谱的相干度，当NMO速度使得同相轴完全拉平时，相位道叠加为同相最优叠加，S_PS取最大值1，当为随机噪音或完全不相干时，S_PS取最小值0，v为增益控制参数，为了与常规相似系数速度分析保持一致，v一般取值为2；

5)对一个选定进行速度分析的CMP道集，经步骤4)处理后的S_PS为N×M的矩阵，其中N为时间采样个数，M为扫描速度个数，对S_PS中每一个时间采样矢量按下式进行旁瓣压制处理：

$S_{\mathrm{PS}}^{\′}=\frac{{X-X}_{\min }}{X_{\max }-X_{\min }}(\max \_S_{\mathrm{PS}}-\min \_S_{\mathrm{PS}})+\min \_S_{\mathrm{PS}}---\left(6.1\right)$

$X=\frac{S_{\mathrm{PS}}}{1.01-S_{\mathrm{PS}}}---\left(6.2\right)$

其中，X_min与X_max分别为X的最小和最大值，min_S_PS和max_S_PS为对应于每个采样时刻上，M个速度扫描所得S_PS的最小值和最大值，S′_PS为经处理后最后得到速度谱。

本发明利用纯相位叠加作为判断准则实现速度分析，不仅避免了振幅变化对速度分析的影响，而且还将噪音的分布转换为具有高斯分布特征，可以有效地抑制异常噪音对速度分析的影响，提高速度谱的分辨率及速度分析的精度；

本发明的速度分析方法，通过简单替换步骤4)中的旅行时公式，便可很容易实现转换波速度分析及各向异性参数扫描；

本发明的速度分析方法，通过设计一个旁瓣压制滤波器来提高了分辨率，使速度谱的能量团更为聚焦，便于用户分析和拾取。

附图说明

图1为多层理论模型的合成记录及不同方法得到的速度分析结果，左边为具有四个反射层的理论合成记录，中间为常规速度分析方法得到的速度谱，右边为本发明方法得到的速度谱；

图2为具有相同T0时的两个不同速度的反射层模型及其速度分析结果对比，左边为理论合成记录，中间为常规速度分析方法得到的速度谱，右边为本方法得到的速度谱；

图3为某实际资料的速度分析结果，左边为常规方法得到的结果，右边为本发明方法得到的速度谱。

具体实施方式

本发明提供的速度分析方法，其具体实施方式为：

1)在野外激发并接收地震数据，对该数据按常规速度分析流程处理，得到用于速度分析的CMP道集或CCP道集。

2)对1)中的数据进行求导运算，对求导后的数据进行Hilbert变换，并除以振幅包络，得到仅含有相位的复地震道。

3)以公式(5)作为判断准则，对2)中的复地震道按常规速度分析方法进行速度谱计算。

4)利用公式(6)对3)中的速度谱进行旁瓣压制，并输出最后的速度谱。

图1为多层理论模型的合成记录及不同方法得到的速度分析结果，左边为具有四个反射层的理论合成记录，中间为常规速度分析方法得到的速度谱，右边为本发明方法得到的速度谱；图2为具有相同T0时的两个不同速度的反射层模型及其速度分析结果对比，左边为理论合成记录，中间为常规速度分析方法得到的速度谱，右边为本方法得到的速度谱，对于图中的干涉同相轴，常规方法得到的速度在时间上明显不同，而本发明所得的结果则正确反映了同相轴的T0位置；图3为某实际资料的速度分析结果，左边为常规方法得到的结果，右边为本发明方法得到的速度谱。从图上可以看出，无论是多层理论模型、干涉同相轴还是实际资料，本发明提供的方法都能够提高速度谱的分辨率，不仅明显降低了速度谱的背景噪音，而且能量团也都比较聚焦，这对于提高速度分析精度及可靠性都非常重要。

Claims (3)

1.一种利用相位信息提高速度谱分辨率的方法，其特征是通过以下具体技术步骤实现：

1)激发地震波并记录地震波，对地震资料进行前期处理，得到用于常规速度分析的共中心点CMP道集或共转换点CCP道集；

2)对步骤1)中的道集沿时间方向进行一阶求导运算；

3)对步骤2)中求导所得的数据进行Hilbert变换得到复地震道，对复地震道除以振幅包络得到用于后续速度分析的道集；

4)以P(t)道同相叠加作为动校正NMO的最优速度，对3)中的P(t)数据按常规速度分析方法计算速度谱；

在水平层状介质中，同一个CMP道集上各道对同一层的反射波到达时间视为双曲线：

式中，x为偏移距，t₀为零偏移距时间，t_x为对应于偏移距x时的反射时间，V为NMO速度，

给定最小扫描速度V_min、扫描速度个数M及速度扫描间隔ΔV，利用不同的速度V＝V_min+kΔV，k＝1，...，M，按(4)式对P(t)道集进行动校正处理，然后对动校正后的P(t)道集按下式进行相位叠加，

其中N为同一个CMP道集内叠加道的个数，S_PS为相位叠加速度谱的相干度，当NMO速度使得同相轴完全拉平时，相位道叠加为同相最优叠加，S_PS取最大值1，当为随机噪音或完全不相干时，取最小值0，v为增益控制参数，为了与常规相似系数速度分析保持一致，v取值为2；

5)对一个选定进行速度分析的CMP道集，经步骤4)处理后的S_PS为N×M的矩阵，其中N为时间采样个数，M为扫描速度个数，对S_PS中每一个时间采样矢量按下式进行旁瓣压制处理：

$S_{\mathrm{PS}}^{\′}=\frac{X-X_{\min }}{X_{\max }-X_{\min }}(\max \_S_{\mathrm{PS}}-\min \_S_{\mathrm{PS}})+\min \_S_{\mathrm{PS}}---\left(6.1\right)$

$X=\frac{S_{\mathrm{PS}}}{1.01-S_{\mathrm{PS}}}---\left(6.2\right)$

其中，X_min与X_max分别为X的最小和最大值，min_S_PS和max_S_PS为对应于每个采样时刻上，M个速度扫描所得S_PS的最小值和最大值，S′_PS为经处理后最后得到速度谱。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤2)所述的求导运算按下式进行：

DS(t_i)＝(S(t_i+1)-S(t_i))/dt    (1)

其中，DS为求导后的地震数据，S为原始数据，dt为时间采样间隔。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤3)所述的Hilbert变换后的复地震道C(t)为：

其中，A(t)为振幅包络，

(t)为瞬时相位；

对(2)式除以振幅包络，得到仅含有相位的复地震道：

(3)式中的P(t)为去掉振幅信息的复地震道。

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