CN102109612B - 一种地震波吸收衰减补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理勘探数据处理的地震波吸收衰减补偿方法，在VSP原始数据选择一道作为参考道，进行广义S变换，选择采样点作为参考点，并记录时间及其时频谱，对每个样点数据进行广义S变换，将样点时频谱除以参考点时频谱对应频率的时频谱得到吸收衰减曲线，利用吸收衰减信号在时频域的频率差异公式，取自然对数算出相位补偿算子，进行时频域吸收衰减补偿和相位补偿，得到精细的VSP波场剖面。本发明对吸收衰减曲线拟合时可消除噪音，实现无能量损失的广义S反变换，补偿后可提高资料的信噪比及分辨率，实现记录分辨率控制，参考点选择灵活，算法简单，效率高。

Description

一种地震波吸收衰减补偿方法

技术领域

本发明涉及地震勘探数据处理技术，是一种利用地震数据的瞬时频率属性进行地震波吸收衰减补偿方法。

背景技术

在地震勘探中，地层对地震波的吸收造成地震子波时变、资料分辨率降低。特别是在深层，地震资料不能反映地层的真实情况，使处理解释碰到很多难题。因此，有关吸收衰减是需要解决的重点问题。

当前吸收衰减补偿主要有以下几种方法：

1)常规反Q滤波。根据Futterman模型，振幅衰减满足：

其中：t为传播时间；Q为地层品质因子；f为频率，Hale在此基础上提出反Q滤波方法，即：

为相位算子。

这种方法尽管可以在时频域补偿大地引起的振幅与频率衰减作用，但必须已知地层的品质因子Q，然而实际处理中，地层品质因子Q是未知的，需要通过Q扫描试验求取近似值，同时也很难求准时空变的Q值。此外由试验获得的Q不完全符合实际大地的衰减和吸收过程，从而也难以获得稿本便的成像结果。

2)常规谱白化方法，即

其中y(t)为输出数据；t为传播时间；x(t)为输入数据；F_n[]为第n个滤波因子；AGC{}为自动增益；N为滤波个数。

该方法在实际中已经应用多年，但并不广泛。重要原因是它在理论上并不严谨，且无理论出处。它是假设反射系数白噪的条件下，通过对分频数据进行自动增益来补偿振幅随时间和频率的吸收衰减，因此难以保持反射信息的振幅和波形关系。

3)单道或者多道反褶积。地震资料处理中，关于激发子波的吸收衰减是通过时窗统计子波反褶积来补偿的，从而，这类方法的结果是基于时窗内统计平均条件下的补偿，难以较好符合逐点补偿衰减和频率吸收作用。

其中：t为传播时间；x(t)为输入数据；d(t)为反褶积因子；b(t)为期望输出子波；L为时窗长度。

4)基于小波变换的时频域吸收衰减补偿。将时间域的全频信号分解为各个不同频率段的时频域地震信号，对每个频率段的地震信号求取它的吸收衰减曲线，通过地震信号的均方根振幅，利用最小二乘法来拟合出它的吸收衰减曲线。用计算出的吸收衰减曲线对相应频率段的地震信号进行补偿；依次对每个频率段进行上述的大地吸收衰减补偿处理；最后将所有补偿后的各个频率段的信号重建为时间去的全频信号，从而完成时频域的大地吸收衰减补偿。

其中：A(t，f_j)表示在时间t，对应频率f_j(小波变换主频)的地震信号的时频谱；

为吸收曲线的指数项，吸收系数通过最小平方拟合计算得到，n的取值依据能量吸收衰减曲线的复杂性由具体资料确定。补偿后的时频谱为：

该方法是时频谱中在频率方向进行吸收衰减曲线拟合，不能进行相位补偿。

综上所叙述，现有技术对地震数据的处理均有不足之处，反Q滤波难以提供空变参数，谱白化难以保持相对振幅，反褶积不能进行点点补偿。基于小波变换的时频域吸收衰减补偿，不能进行相位补偿。

发明内容

本发明目的是提供利用地震数据的瞬时频率属性，对VSP资料进行频率的吸收衰减补偿和相位补偿，提高了资料的分辨率的地震波吸收衰减补偿方法。

本发明具体步骤包括：

1)采用人工激发并由检波器记录地震波，取得原始地震数据，输入VSP原始数据，输入和初至并按初至拉平；

2)选择一道振幅较大、信噪比、主频较高资料作为参考道，对其进行广义S变换。在其时频谱图上，选择瞬时频率较高，频带较宽的采样点作为参考点，并记录下该采样点的时间及其时频谱；

步骤2)所述的参考道和参考点选择是地震记录中的某一时刻的信号，或某分辨率更高的子波，甚至是脉冲信号中的脉冲点。

3)对每个样点数据进行广义S变换，并将该样点的时频谱除以参考点时频谱中对应频率的时频谱得到吸收衰减曲线；

4)利用吸收衰减信号在时频域的频率差异公式，对吸收衰减曲线取自然对数后利用最小二乘法进行直线拟合，求得等效反射系及等效Q值，并计算出相位补偿算子；

步骤4)所述的等效反射系数是直线拟合中的常数项，为无衰减的地震子波与反射系数之乘积；等效反射系数对于一个地层反射系数，子波有多少个采样点，等效反射系数就有多少个采样点；等效Q值是直线拟合中的一次项系数的倒数。

5)利用求取的等效反射系数和相位补偿算子，对该道数据中的每个采样点信号进行时频域吸收衰减补偿和相位补偿；

6)对该道数据补偿后的时频谱进行无能量损失的广义S反变换，变换到时间域，初至反拉平后按道输出结果；

步骤6)所述的变换到时间域，若原始信号为零，则补偿后的数据依然为零；初至反拉平是初至前数据补零。

7)重复步骤2)-6)，直到所有道都补偿完毕，经过图形处理得到准确描述精细的构造特征VSP波场剖面。

步骤5)所述的吸收衰减补偿采用如下公式计算：

$p(T_k,f)=\frac{r_k}{r_0}p(T_0,f)\exp [-\frac{\mathrm{\πf}(T_k-T_0)}{Q_{\mathrm{eq}}\left(T_k\right)}]\exp [-\mathrm{j\πf}(T_k-T_0)]$

其中，p(T_k，f)为T_k时间，对应频率f的地震信号的时频谱；

p(T₀，f)为参考点T₀时间，对应频率f的地震信号的时频谱；

Q_eq(T_k)是T_k处的等效Q值；

r_k为在没有吸收衰减情况下，T_k时间地层对应的反射系数；

r₀为在没有吸收衰减情况下，T₀时间地层对应的反射系数；

则：

相位补偿算子为：

对α(T_k，f)取自然对数后，利用最小二乘法进行拟合，得到

和Q_eq(T_k)，进而利用

和

加权p(T₀，f)进行补偿，补偿后的时频谱为： ${\left|p(T_k,f)\right|}^{\′}=\frac{r_k}{r_0}\left|p(T_0,f)\right|.$

本发明对吸收衰减曲线拟合时可消除噪音，实现无能量损失的广义S反变换，补偿后可提高资料的信噪比及分辨率，实现记录分辨率控制，参考点选择灵活，算法简单，效率高。

附图说明

图1实际VSP资料；

图2实际VSP资料本发明补偿后效果；

图3实际VSP资料频谱(左)及本发明补偿后(右)的频谱；

图4实际VSP资料第50道记录的时频谱(左)及本发明补偿后该道的时频谱(右)；

图5补偿前后第50道信号频谱对比；

图6补偿前后第50道信号振幅对比；

图7提取的等效反射系数(右)及时变Q值(右)；

图8时变Q值中沿初至时间提取的Q值。

具体实施方式

本发明是在地震勘探资料中利用广义S变换，将地震资料变换到时频域，得到瞬时频率属性；再结合地震波由于吸收衰减造成的瞬时频率上的变化差异，在时频域进行补偿，并进行广义S反变换到时间域，即可完成吸收衰减补偿。

本发明具体实施步骤为：

1)采用人工激发并由检波器记录地震波，取得原始地震数据，输入VSP原始数据，输入和初至并按初至拉平；

2)选择一道振幅较大、信噪比、主频较高资料作为参考道，对其进行广义S变换。在其时频谱图上，选择瞬时频率较高，频带较宽的采样点作为参考点，并记录下该采样点的时间及其时频谱；

3)对每个样点数据进行广义S变换，并将该样点的时频谱除以参考点时频谱中对应频率的时频谱得到吸收衰减曲线；

4)利用吸收衰减信号在时频域的频率差异公式，对吸收衰减曲线取自然对数后利用最小二乘法进行直线拟合，求得等效反射系及等效Q值作为质量控制，并计算出相位补偿算子；

5)利用求取的等效反射系数和相位补偿算子，对该道数据中的每个采样点信号进行时频域吸收衰减补偿和相位补偿；

6)对该道数据补偿后的时频谱进行无能量损失的广义S反变换，变换到时间域，初至反拉平后按道输出结果；

7)重复步骤2)-6)，直到所有道都补偿完毕；7)重复步骤2)-6)，直到所有道都补偿完毕，经过图形处理得到准确描述精细的构造特征VSP波场剖面，剖面消除了吸收衰减的影响。

本发明实例如下：

1)激发并记录地震波，取得原始数据，输入该井原始VSP数据(图1)及初至，并按初至拉平；

2)选择一道振幅较大、信噪比、主频较高资料作为参考道，对其进行广义S变换。在其时频谱图上，选择瞬时频率较高，频带较宽的采样点作为参考点，并记录下该采样点的时间及其时频谱；

3)对每个样点数据进行广义S变换，并将该样点的时频谱(如图4左图)除以参考点时频谱中对应频率的时频谱得到吸收衰减曲线；

4)利用吸收衰减信号在时频域的频率差异公式，对吸收衰减曲线取自然对数后利用最小二乘法进行直线拟合，求得等效反射系(如图7左图)及等效Q值(如图7右图)作为质量控制，并计算出相位补偿算子；

5)利用求取的等效反射系数和相位补偿算子，对该道数据中的每个采样点信号进行时频域吸收衰减补偿(如图4右图)和相位补偿；

6)对该道数据补偿后的时频谱进行无能量损失的广义S反变换，变换到时间域(如图6)，初至反拉平后按道输出结果；

7)重复步骤2)-6)，直到所有道都补偿完毕；经过图形处理得到VSP波场图，剖面消除了吸收衰减的影响，准确描述精细的构造特征。

经过以上的处理过程后，得到了信噪比和分辨率均比较理想的VSP波场(图2)，与原始波场相比(图1)，补偿后的剖面明显的消除了吸收衰减的影响，深浅层能量得到很好的恢复(单道对比如图5)，主频得到提高，比较准确的揭示了该区精细的构造特征。振幅谱对比如图3所示(单道对比如图6)，吸收衰减补偿后信号的频带得到拓展，主频得到提高，无论是时间方向还是深度方向能量一致性(如图7左图中的等效反射系数也可以得到验证，深浅层的反射系数处于一个数量级)得到大大加强。等效Q图(如图7左图)中，随着时间(纵轴)和深度增大(横轴)方向，等效Q的变化趋势呈增大趋势，这与实际地层情况是相吻合的，在等效Q中沿着初至时间提取的Q曲线更直观。

Claims (3)

1.一种地震波吸收衰减补偿方法，其特征在于具体步骤包括：

1)采用人工激发并由检波器记录地震波，取得原始地震数据，输入VSP原始数据，输入和初至并按初至拉平；

2)选择一道振幅较大、信噪比、主频较高资料作为参考道，对其进行广义S变换，在其时频谱图上，选择瞬时频率较高，频带较宽的采样点作为参考点，并记录下该采样点的时间及其时频谱；

3)对每个样点数据进行广义S变换，并将该样点的时频谱除以参考点时频谱中对应频率的时频谱得到吸收衰减曲线；

4)利用吸收衰减信号在时频域的频率差异公式，对吸收衰减曲线取自然对数后利用最小二乘法进行直线拟合，求得等效反射系数及等效Q值，并计算出相位补偿算子；

5)利用求取的等效反射系数和相位补偿算子，对该道数据中的每个采样点信号进行时频域吸收衰减补偿和相位补偿；

所述的吸收衰减补偿采用如下公式计算：

$p(T_k,f)=\frac{r_k}{r_0}p(T_0,f)\exp [-\frac{\mathrm{\πf}(T_k-T_0)}{Q_{\mathrm{eq}}\left(T_k\right)}]\exp [-\mathrm{j\πf}(T_k-T_0)]$

其中，p(T_k，f)为T_k时间，对应频率f的地震信号的时频谱；

p(T₀，f)为参考点T₀时间，对应频率f的地震信号的时频谱；

$Q_{\mathrm{eq}}\left(T_k\right)=\frac{T_k}{{\∫}_{T_0}^{T_k}\frac{\mathrm{\τ}}{Q\left(\mathrm{\τ}\right)}\mathrm{d\τ}},$ Q_eq(T_k)是T_k处的等效Q值；

r_k为在没有吸收衰减情况下，T_k时间地层对应的反射系数；

r₀为在没有吸收衰减情况下，T₀时间地层对应的反射系数；

则： $\mathrm{\α}(T_k,f)=\left|\frac{p(T_k,f)}{p(T_0,f)}\right|=\frac{r_k}{r_0}\exp (-\frac{\mathrm{\πf}(T_k-T_0)}{Q_{\mathrm{eq}}\left(T_k\right)})$

相位补偿算子为：

对α(T_k，f)取自然对数后，利用最小二乘法进行拟合，得到

和Q_eq(T_k)，进而利用

和

加权p(T₀，f)进行补偿，补偿后的时频谱为： ${\left|p(T_k,f)\right|}^{\′}=\frac{r_k}{r_0}\left|p(T_0,f)\right|;$

6)对该道数据补偿后的时频谱进行无能量损失的广义S反变换，变换到时间域，初至反拉平后按道输出结果；

7)重复步骤2)-6)，直到所有道都补偿完毕，经过图形处理得到准确描述精细的构造特征VSP波场剖面。

2.根据权利要求1所述的一种地震波吸收衰减补偿方法，其特征在于步骤2)所述的参考道和参考点选择是地震记录中的某一时刻的信号，或某分辨率更高的子波，或是脉冲信号中的脉冲点。

3.根据权利要求1所述的一种地震波吸收衰减补偿方法，其特征在于步骤4)所述的等效反射系数是直线拟合中的常数项，为无衰减的地震子波与反射系数之乘积；等效反射系数对于一个地层反射系数，子波有多少个采样点，等效反射系数就有多少个采样点；等效Q值是直线拟合中的一次项系数的倒数。

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