CN102269822A - 一种混合的地层吸收补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地球物理勘探技术的地震资料处理中混合的地层吸收补偿方法。把当前道接收到的地震波场信号从时间域变换到频率域，从所处的频率网格映射到新的频率网格中，进行与频率相关的比例缩放，变换到时间域得到校正的地层吸收所造成的地震波频散效应的波场信号，采用时间域增益限制滤波器进行循环卷积得到新的波场信号。本发明在频率域进行快速的频散校正，在时间域进行稳定的振幅补偿，保证了吸收补偿过程的稳定高效，提高了地震资料分辨率及薄地层的解释准确性。

Description

一种混合的地层吸收补偿方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，是一种地震资料处理中混合的地层吸收补偿方法。

背景技术

在地球物理勘探领域中，当激发的地震波在地下介质中传播时，地层的Q吸收效应可以使地震波的能量衰减，并且频率越高衰减越快，致使接收到的地震信号频带变窄，分辨率降低；同时由于吸收造成的地震波频散效应使地震波的相位发生畸变，导致地震剖面与测井数据不能有效匹配，给解释人员带来不准确的信息。因此补偿地层的吸收效应对提高地震资料分辨率、薄地层的解释准确性及更好的井-地数据匹配有很大的意义。

目前采用的Q吸收补偿方法存在两个大的问题：稳定性和效率。

时间域的Q吸收补偿方法是通过串联反Q滤波来实现，这种方法对于比较长的地震道来说，其稳定性不能得到有效保证，方法有很大的局限性。

频率域的Q吸收补偿方法通过波场延拓来实现，通过在延拓算子中引入地层吸收因子来实现对振幅和频散补偿，这种方法需要逐个数据样点进行计算，对于大的三维叠前地震数据来说，其效率不能满足生产需要。

发明内容

本发明目的在于提供一种稳定性好和效率提高的混合的地层吸收补偿方法。

本发明采用以下技术方案实现，具体实施步骤是：

1)采集地震数据，按照炮集或共中心点道集记录方式排列；

2)用傅立叶变换方法把当前道接收到的地震波场信号从时间域变换到频率域；

3)把步骤2)得到的频率域波场从所处的频率网格映射到新的频率网格中；

所述的映射关系为：

$\mathrm{\Ω}=2\mathrm{\πf}{\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)}^{\mathrm{\γ}},\mathrm{\γ}=\frac{1}{\mathrm{\πQ}}$

上式中：Ω是新的频率网格变量，f是当前所处的频率网格变量，f_peak是当前地震数据的主频，γ是与地层吸收因子有关的变量，Q是表示当前地层的品质因子，由测量得到；

4)把步骤3)得到的新频率网格下的波场进行与频率相关的比例缩放；

所述的与频率相关的比例缩放因子为：

$\frac{1}{1-\mathrm{\γ}}{\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)}^{\mathrm{\γ}},\mathrm{\γ}=\frac{1}{\mathrm{\πQ}}$

上式中：f是旧的频率网格变量，f_peak是当前地震数据的主频，γ是与地层吸收因子有关的变量，Q是表示当前地层的品质因子；

5)把步骤4)缩放得到的新频率网格下的波场从频率域用傅立叶变换方法变换到时间域得到校正的地层吸收所造成的地震波频散效应的波场信号；

6)设计时间域的增益限制滤波器；

时间域增益限制滤波器为：

$g\left(t\right)=\mathrm{IFFT}\left(\left\{\begin{array}{c}f,f<f_{\mathrm{clip}}\\ f_{\mathrm{clip}}\&CenterDot;{\cos }^2\left(\frac{f-f_{\mathrm{clip}}}{f_{\mathrm{nyq}}-f_{\mathrm{clip}}}\right),f>f_{\mathrm{clip}}\end{array}\right.\right),f_{\mathrm{clip}}=\ln 10\&CenterDot;\frac{Q}{\mathrm{\&pi;t}}\&CenterDot;\frac{G_{\lim }}{20}$

上式中：IFFT()表示对括号里的表达式用傅立叶方法进行反变换，f为频率，f_clip是由增益限制求取的截止频率，f_nyq为奈奎斯特频率，G_lim为增益限制其值为30分贝，t为当前层底的时间，Q为当前地层的品质因子；

7)用步骤5)得到的波场信号与步骤6)得到的增益限制滤波器进行循环卷积得到新的波场信号，补偿了由于地层吸收造成的地震波能量损失，特别是高频成分的能量损失，是当前层吸收补偿后的结果；

步骤7)所述的循环卷积计算为：

$y\left(t\right)=x\left(t\right)+b\left(t\right)[x\left(t\right)*g\left(t\right)]+\frac{1}{2!}b{\left(t\right)}^2[x\left(t\right)*g\left(t\right)*g\left(t\right)]+\mathrm{LL}$

其中 $b\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&pi;t}}{Q}$

上式中：x(t)是步骤5)得到的波场信号，b(t)是与地层吸收因子有关的算子，Q是表示当前地层的品质因子，g(t)是步骤6)得到的增益限制滤波器，y(t)是输出信号；

8)把步骤2)得到的地震波场向下延拓到下一层的顶部；

步骤8)所述的波场向下延拓因子为：

$\left\{\begin{array}{c}{e}^{i\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)\mathrm{\&Delta;t}}\&CenterDot;e^{\frac{\mathrm{\&pi;f\&Delta;t}}{Q}},f<f_{\mathrm{clip}}\\ e^{i\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)\mathrm{\&Delta;t}}\&CenterDot;e^{\frac{\mathrm{\&pi;}{f}_{\mathrm{clip}}\mathrm{\&Delta;t}}{Q}}\&CenterDot;{\cos }^2\left(\frac{f-f_{\mathrm{clip}}}{f_{\mathrm{nyq}}-f_{\mathrm{clip}}}\right),f>f_{\mathrm{clip}}\end{array}\right.$

上式中：f为频率，f_clip为达到增益限制时的截止频率，f_nyq为奈奎斯特频率，Δt为当前地层的时间厚度，Q为当前层的吸收品质因子；

9)重复步骤3)到步骤8)进行当前层的地层吸收补偿，直到所有层都补偿完成；

10)重复步骤2)到步骤9)进行下一个地震道的地层吸收补偿，直到所有地震道都补偿完成。

本发明通过时间频率混合的方法来实现地层的Q吸收补偿，在频率域进行快速的频散校正，在时间域进行稳定的振幅补偿，保证了吸收补偿过程的稳定高效，提高了地震资料分辨率及薄地层的解释准确性。

附图说明

图1是接收到的原始炮集记录；

图2是使用本方法进行吸收补偿后的相同炮集记录；

图3是图1原始炮集的振幅谱，横坐标是频率，纵坐标是振幅值；

图4是图2使用本方法进行吸收补偿后炮集的振幅谱，横坐标是频率，纵坐标是振幅值；

图5是原始数据的叠加段；

图6是使用本方法进行吸收补偿后的叠加段。

图7是使用本方法和频率域方法针对相同数据的运行效率对比，纵坐标为运行时间，单位为秒。

具体实施方案

本发明实施例中使用的数据是从野外实际采集的二维测线数据，数据的基本情况是：数据道长为7000毫秒，采样间隔为2毫秒，整条测线总共794炮，每炮594道，该工区分4个地层，0-110毫秒为第一层，品质因子为130，110-2700毫秒为第二层，品质因子为200，2700-3400毫秒为第三层，品质因子为300，3400-7000毫秒为第四层，品质因子为450。

具体实施步骤是：

1)在地表沿测线方向不同位置处人工激发地震波，在接收位置放置地震波接收器串接收地震波场信号，再由电缆传到记录仪器记录地震波波场，经过解编后得到按炮集方式排列的记录，图1所示是该数据的单炮原始数据。

2)用傅立叶变换方法把当前道接收到的地震波场信号从时间域变换到频率域；

3)把步骤2)中得到的频率域波场从当前所处的频率网格映射到新的频率网格中；

步骤3)所述的映射关系为：

$\mathrm{\&Omega;}=2\mathrm{\&pi;f}{\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)}^{\mathrm{\&gamma;}},\mathrm{\&gamma;}=\frac{1}{\mathrm{\&pi;Q}}$

上式中：Ω是新的频率网格变量，f是当前所处的频率网格变量，f_peak是地震数据的主频为35赫兹，γ是与地层吸收因子有关的变量，Q是当前地层的品质因子为130。

4)把步骤3)得到的新频率网格下的波场进行与频率相关的比例缩放；

步骤4)中与频率相关的比例缩放因子为：

$\frac{1}{1-\mathrm{\&gamma;}}{\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)}^{\mathrm{\&gamma;}},\mathrm{\&gamma;}=\frac{1}{\mathrm{\&pi;Q}}$

上式中：f是旧的频率网格变量，f_peak是当前数据的主频为35赫兹，γ是与地层吸收因子有关的变量，Q是当前地层的品质因子为130。

5)把步骤4)缩放得到的新频率网格下的波场从频率域用傅立叶变换方法变换到时间域得到校正的地层吸收所造成的地震波频散效应的波场信号；

6)设计时间域的增益限制滤波器；

步骤6)中时间域增益限制滤波器为：

$g\left(t\right)=\mathrm{IFFT}\left(\left\{\begin{array}{c}f,f<f_{\mathrm{clip}}\\ f_{\mathrm{clip}}\&CenterDot;{\cos }^2\left(\frac{f-f_{\mathrm{clip}}}{f_{\mathrm{nyq}}-f_{\mathrm{clip}}}\right),f>f_{\mathrm{clip}}\end{array}\right.\right),f_{\mathrm{clip}}=\ln 10\&CenterDot;\frac{Q}{\mathrm{\&pi;t}}\&CenterDot;\frac{G_{\lim }}{20}$

上式中：IFFT()表示对括号里的表达式用傅立叶方法进行反变换，f为频率，f_clip是由增益限制求取的截止频率，f_nyq为奈奎斯特频率，G_lim是增益限制为30分贝，t是当前层底的时间为110毫秒，Q是当前地层的品质因子为130；

7)用步骤5)得到的波场信号与步骤6)得到的增益限制滤波器进行循环卷积得到新的波场信号，补偿了由于地层吸收造成的地震波能量损失，特别是高频成分的能量损失，是当前层吸收补偿后的结果；

步骤7)中所述的循环卷积计算为：

$y\left(t\right)=x\left(t\right)+b\left(t\right)[x\left(t\right)*g\left(t\right)]+\frac{1}{2!}b{\left(t\right)}^2[x\left(t\right)*g\left(t\right)*g\left(t\right)]+\mathrm{LL}$

其中 $b\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&pi;t}}{Q}$

上式中：x(t)是步骤5)得到的波场信号，b(t)是与地层吸收因子有关的算子，Q是表示当前地层的品质因子为130，g(t)是步骤6)得到的增益限制滤波器，y(t)是输出信号；

8)把步骤2)得到的地震波场向下延拓到下一地层的顶部；

步骤8)中所述的波场向下延拓因子为：

$\left\{\begin{array}{c}{e}^{i\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)\mathrm{\&Delta;t}}\&CenterDot;e^{\frac{\mathrm{\&pi;f\&Delta;t}}{Q}},f<f_{\mathrm{clip}}\\ e^{i\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)\mathrm{\&Delta;t}}\&CenterDot;e^{\frac{\mathrm{\&pi;}{f}_{\mathrm{clip}}\mathrm{\&Delta;t}}{Q}}\&CenterDot;{\cos }^2\left(\frac{f-f_{\mathrm{clip}}}{f_{\mathrm{nyq}}-f_{\mathrm{clip}}}\right),f>f_{\mathrm{clip}}\end{array}\right.$

上式中：f为频率，f_clip为达到增益限制30分贝时的频率，f_nyq为奈奎斯特频率，Δt是当前层的时间厚度为110毫秒，Q是当前层的吸收品质因子为130。

9)重复步骤3)到步骤8)进行当前地震道所有地层的吸收补偿，直到所有层都补偿完成；

10)重复步骤2)到步骤9)进行下一个地震道的地层吸收补偿，直到所有地震道都补偿完成。

图2是图1中的原始炮集记录使用本方法处理以后的结果。

图3和图4分别对应图1和图2中数据的振幅谱，可以很容易的看出使用本方法进行地层Q吸收补偿后，无论是频带宽度还是主频都有了明显的提高。

图5和图6分别是原始数据和使用本方法进行吸收补偿后的一部分叠加数据段，对比这两幅图可以明显看到分辨率的改善，特别是薄层分辨率的提高。

图7是本方法和传统的频率域方法针对本实验数据的效率对比图，相同的计算机硬件环境下，具体硬件是四颗英特尔至强CPU，主频2.83GHZ，内存为8G的戴尔工作站，频率域方法运行时间为134409秒，本方法运行时间为5872秒，为本方法的效率相对于频率域方法提高近22倍。

本发明通过时间频率混合的方法来实现地层的Q吸收补偿，在频率域进行快速的频散校正，在时间域进行稳定的振幅补偿，保证了吸收补偿过程的稳定高效，提高了地震资料分辨率及薄地层的解释准确性。

Claims (4)

1.一种混合的地层吸收补偿方法，其特征是采用以下具体实施步骤：

1)采集地震数据，按照炮集或共中心点道集记录方式排列；

2)用傅立叶变换方法把当前道接收到的地震波场信号从时间域变换到频率域；

3)把步骤2)得到的频率域波场从所处的频率网格映射到新的频率网格中；

所述的映射关系为：

$\mathrm{\&Omega;}=2\mathrm{\&pi;f}{\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)}^{\mathrm{\&gamma;}},\mathrm{\&gamma;}=\frac{1}{\mathrm{\&pi;Q}}$

上式中：Q是新的频率网格变量，f是当前所处的频率网格变量，f_peak是当前地震数据的主频，γ是与地层吸收因子有关的变量，Q是表示当前地层的品质因子，由测量得到；

4)把步骤3)得到的新频率网格下的波场进行与频率相关的比例缩放；

5)把步骤4)缩放得到的新频率网格下的波场从频率域用傅立叶变换方法变换到时间域得到校正的地层吸收所造成的地震波频散效应的波场信号；

6)采用时间域增益限制滤波器为：

$g\left(t\right)=\mathrm{IFFT}\left(\left\{\begin{array}{c}f,f<f_{\mathrm{clip}}\\ f_{\mathrm{clip}}\&CenterDot;{\cos }^2\left(\frac{f-f_{\mathrm{clip}}}{f_{\mathrm{nyq}}-f_{\mathrm{clip}}}\right),f>f_{\mathrm{clip}}\end{array}\right.\right),f_{\mathrm{clip}}=\ln 10\&CenterDot;\frac{Q}{\mathrm{\&pi;t}}\&CenterDot;\frac{G_{\lim }}{20}$

式中：IFFT()表示对括号里的表达式用傅立叶方法进行反变换，f为频率，

f_clip是由增益限制求取的截止频率，

f_nyq为奈奎斯特频率，

G_lim为增益限制其值为30分贝，

t为当前层底的时间，

Q为当前地层的品质因子；

7)用步骤5)得到的波场信号与步骤6)得到的增益限制滤波器进行循环卷积得到新的波场信号，是当前层吸收补偿后的结果；

8)把步骤2)得到的地震波场向下延拓到下一层的顶部；

9)重复步骤3)到步骤8)进行当前层的地层吸收补偿，直到所有层都补偿完成；

10)重复步骤2)到步骤9)进行下一个地震道的地层吸收补偿，直到所有地震道都补偿完成。

2.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤4)所述的频率相关的比例缩放的比例缩放因子为：

$\frac{1}{1-\mathrm{\&gamma;}}{\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)}^{\mathrm{\&gamma;}},\mathrm{\&gamma;}=\frac{1}{\mathrm{\&pi;Q}}$

上式中：f是旧的频率网格变量，f_peak是当前地震数据的主频，γ是与地层吸收因子有关的变量，Q是表示当前地层的品质因子。

3.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤7)所述的循环卷积计算为：

$y\left(t\right)=x\left(t\right)+b\left(t\right)[x\left(t\right)*g\left(t\right)]+\frac{1}{2!}b{\left(t\right)}^2[x\left(t\right)*g\left(t\right)*g\left(t\right)]+\mathrm{LL}$

其中 $b\left(t\right)=\frac{\mathrm{\&pi;t}}{Q}$

上式中：

x(t)是步骤5)得到的波场信号，

b(t)是与地层吸收因子有关的算子，

Q是表示当前地层的品质因子，

g(t)是步骤6)得到的增益限制滤波器，

y(t)是输出信号。

4.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤8)所述的波场向下延拓因子为：

$\left\{\begin{array}{c}{e}^{i\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)\mathrm{\&Delta;t}}\&CenterDot;e^{\frac{\mathrm{\&pi;f\&Delta;t}}{Q}},f<f_{\mathrm{clip}}\\ e^{i\left(\frac{f}{f_{\mathrm{peak}}}\right)\mathrm{\&Delta;t}}\&CenterDot;e^{\frac{\mathrm{\&pi;}{f}_{\mathrm{clip}}\mathrm{\&Delta;t}}{Q}\&CenterDot;{\cos }^2\left(\frac{f-f_{\mathrm{clip}}}{f_{\mathrm{nyq}}-f_{\mathrm{clip}}}\right),f>f_{\mathrm{clip}}}\end{array}\right.$

式中：

f为频率，

f_clip为达到增益限制时的截止频率，

f_nyq为奈奎斯特频率，

Δt为当前地层的时间厚度，

Q为当前层的吸收品质因子。

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