CN102323616B - 提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法 - Google Patents

提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法。它是考虑利用高灵敏度检波器和常规检波器按同样的条件进行观测。然后，将同等条件下采集的地震数据以20Hz为界分别进行分频处理。之后，将高灵敏度检波器对应的大于20Hz的地震数据作为期望输出，求出匹配滤波器，进而对所有常规检波器采集的大于20Hz的地震数据进行匹配滤波。最后，将常规检波器采集的小于等于20Hz的地震数据和大于20Hz的匹配后的地震数据进行数据重构，就获得了分频匹配的地震数据。本发明使得常规检波器对应地震数据高频成分得到了加强，并且低频成分得到了保持，提高了灰岩出露区地震数据的分辨率。

Description

提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法
技术领域
本发明涉及地震勘探领域，尤其涉及一种提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法。
背景技术
我国南方海相碳酸盐岩沉积盆地的分布幅员辽阔，从目前普光气田的发现来看，该地区地下油气等资源极为丰富。目前，常规检波器在大面积灰岩出露区能有效接收地震数据的低频成分，但是对高频信号不能有效接收；高灵敏度检波器能有效接收高频信号，但是高灵敏度检波器放大了低频噪声、对低频信号接收效果差，使得灰岩出露区难以获得高分辨率的地震数据，严重制约了该地区进一步油气勘探。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法。
提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法的步骤如下：
1）利用高灵敏度检波器和常规检波器进行地震数据的对比接收：
将野外地震排列某一个接收点的常规检波器换成高灵敏度检波器接到大线上，并将高灵敏度检波器埋置在相邻的一个接收点的位置上，进行数据采集；
2）分频处理：
设灰岩地表某点实际振动信号为                                               
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE002
，常规检波器、高灵敏度检波器的系统响应分别为
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE006
，若忽略耦合系统差异的影响，则以上检波器实际接收的信号分别为，
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE008
              （1）
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE010
              （2）
采用余弦函数在频率域构造滤波函数，以20Hz为界，对同等条件下高灵敏度检波器和常规检波器采集的地震数据进行分频处理；若地震数据的采样率为1ms，那么将会获得0-20Hz和20-500Hz两个频段的地震数据，分频后的地震数据表示为，
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE012
       （3）
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE014
       （4）
其中
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE016
为第个频带（），
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE022
对应0-20Hz，
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE024
对应20-500Hz，
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE026
为余弦分频滤波函数，、
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE030
分别为常规检波器、高灵敏度检波器对应的分频后的地震数据；
3）匹配处理：
在20-500Hz频率范围内，利用算子
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE032
表示两种检波器的系统响应差异，得出，
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE034
            （5）
利用最小二乘原理，将式（5）构建为维纳方程，
                        （6）
其中，
Figure 2011101521854100002DEST_PATH_IMAGE038
是一个矩阵，为
Figure DEST_PATH_IMAGE040
的自相关函数；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
是系统差异算子；
Figure DEST_PATH_IMAGE044
是
Figure 119319DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure DEST_PATH_IMAGE046
的互相关函数。
利用式（6）求出20-500Hz频率范围内的检波器系统响应差异算子，将其称为匹配滤波器，然后，利用
Figure 24958DEST_PATH_IMAGE032
对同频段的其它常规检波器采集的地震数据进行匹配处理，即可得到匹配处理后的地震数据，表示为，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
            （7）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为利用常规检波器采集的地震数据，匹配后的地震数据。
4）数据重构：
对0-20Hz频率范围内的常规检波器采集的地震数据与20-500Hz频率范围内常规检波器对应的匹配后的地震数据进行重构，即得到分频匹配处理后的地震数据
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，表示为，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
        （8）。
本发明充分利用了高灵敏度检波器接收高频信号的优势和常规检波器接收低频信号的优势，同时避开了高灵敏度检波器接收低频信号的不足和常规检波器接收高频信号的不足，采用分频匹配的方法提高了常规检波器采集的地震数据的分辨率，为解决我国南方海相碳酸盐岩地区的地震数据分辨率低的问题提供了一个有效的实施方案。
附图说明
图1 是高灵敏度检波器和常规检波器对比接收示意图；
图2 是0-20Hz频率范围内不同检波器接收的地震记录；
图3 是大于20Hz频率的不同检波器接收的地震记录；
图4 是两种检波器接收地震记录的频谱；
图5 是0-20Hz分频匹配前后的地震记录；
图6 是大于20Hz频率的分频匹配前后的地震记录；
图7 是分频匹配前后地震记录对应的频谱图。
具体实施方式
提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法的步骤如下：
1）利用高灵敏度检波器和常规检波器进行地震数据的对比接收：
将野外地震排列某一个接收点的常规检波器换成高灵敏度检波器接到大线上，并将高灵敏度检波器埋置在相邻的一个接收点的位置上，进行数据采集；
2）分频处理：
设灰岩地表某点实际振动信号为
Figure 934140DEST_PATH_IMAGE002
，常规检波器、高灵敏度检波器的系统响应分别为
Figure 645744DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 510931DEST_PATH_IMAGE006
，若忽略耦合系统差异的影响，则以上检波器实际接收的信号分别为，
Figure 587472DEST_PATH_IMAGE008
              （1）
Figure 170900DEST_PATH_IMAGE010
              （2）
采用余弦函数在频率域构造滤波函数，以20Hz为界，对同等条件下高灵敏度检波器和常规检波器采集的地震数据进行分频处理；若地震数据的采样率为1ms，那么将会获得0-20Hz和20-500Hz两个频段的地震数据，分频后的地震数据表示为，
       （3）
Figure 343572DEST_PATH_IMAGE014
       （4）
其中
Figure 653331DEST_PATH_IMAGE016
为第
Figure 658809DEST_PATH_IMAGE018
个频带（
Figure 712215DEST_PATH_IMAGE020
），
Figure 489678DEST_PATH_IMAGE022
对应0-20Hz，
Figure 970338DEST_PATH_IMAGE024
对应20-500Hz，
Figure 200462DEST_PATH_IMAGE026
为余弦分频滤波函数，
Figure 57560DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 751846DEST_PATH_IMAGE030
分别为常规检波器、高灵敏度检波器对应的分频后的地震数据；
3）匹配处理：
在20-500Hz频率范围内，利用算子表示两种检波器的系统响应差异，得出，
Figure 386407DEST_PATH_IMAGE034
            （5）
利用最小二乘原理，将式（5）构建为维纳方程，
                        （6）
其中，是一个矩阵，为
Figure 293817DEST_PATH_IMAGE040
的自相关函数；是系统差异算子；
Figure 759751DEST_PATH_IMAGE044
是
Figure 100733DEST_PATH_IMAGE040
和的互相关函数。
利用式（6）求出20-500Hz频率范围内的检波器系统响应差异算子，将其称为匹配滤波器，然后，利用
Figure 51689DEST_PATH_IMAGE032
对同频段的其它常规检波器采集的地震数据进行匹配处理，即可得到匹配处理后的地震数据，表示为，
            （7）
其中，
Figure 246839DEST_PATH_IMAGE050
为利用常规检波器采集的地震数据，
Figure 676684DEST_PATH_IMAGE052
匹配后的地震数据。
4）数据重构：
对0-20Hz频率范围内的常规检波器采集的地震数据与20-500Hz频率范围内常规检波器对应的匹配后的地震数据进行重构，即得到分频匹配处理后的地震数据
Figure 652730DEST_PATH_IMAGE054
，表示为，
        （8）。
实施例：
将野外地震排列某一接收点上的（通常为一个近震源排列接收点）常规检波器（型号20DX）换成高灵敏度检波器（型号SSJ-10H）接到大线上，然后将高灵敏度检波器移动至相邻的接收点的位置上，并将此高灵敏度检波器按照相同位置常规检波器埋置的方式进行埋置，具体观测方式如图1所示。之后，进行数据采集。
图2为某地进行实验时所得到的频率范围为0-20Hz的常规检波器记录与高灵敏度检波器记录，其中图2（a）为常规检波器记录，图2（b）为高灵敏度检波器记录。图3为频率范围为大于20Hz频率的常规检波器记录与高灵敏度检波器记录，其中图3（a）为常规检波器记录，图3（b）为高灵敏度检波器记录。图4为两种检波器地震记录的频谱图，其中图4（a）为常规检波器对应地震记录的频谱，图4（b）为高灵敏度检波器对应地震记录的频谱。从图2-图4明显可以看出，0-20Hz频率范围常规检波器地震数据的有效信号多于高灵敏度检波器，大于20Hz频率时高灵敏度检波器地震数据的有效信号多于常规检波器，表明常规检波器有利于接收低频信号，高灵敏度检波器有利于接收高频信号。
分频匹配方法的基本原理：
设灰岩地表某点实际振动信号为，常规检波器、高灵敏度检波器的系统响应分别为
Figure 47436DEST_PATH_IMAGE004
、，若忽略耦合系统差异的影响，则以上检波器实际接收的信号分别为，
Figure 792856DEST_PATH_IMAGE008
              （1）
Figure 290833DEST_PATH_IMAGE010
              （2）
采用余弦函数在频率域构造滤波函数，以20Hz为界，对同等条件下高灵敏度检波器和常规检波器采集的地震数据进行分频处理，若地震数据的采样率为1ms，那么将会获得0-20Hz和20-500Hz两个频段的地震数据，分频后的地震数据可表示为，
Figure 796901DEST_PATH_IMAGE012
       （3）
Figure 950801DEST_PATH_IMAGE014
       （4）
其中为第
Figure 123474DEST_PATH_IMAGE018
个频带（
Figure 66022DEST_PATH_IMAGE020
），
Figure 441640DEST_PATH_IMAGE022
对应0-20Hz，
Figure 862257DEST_PATH_IMAGE024
对应20-500Hz，
Figure 334826DEST_PATH_IMAGE026
为余弦分频滤波函数，
Figure 120380DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 45610DEST_PATH_IMAGE030
分别为常规检波器、高灵敏度检波器对应的分频后的地震数据；
在20-500Hz频率范围内，利用算子
Figure 204672DEST_PATH_IMAGE032
表示两种检波器的系统响应差异，可以得出，
Figure 531748DEST_PATH_IMAGE034
            （5）
利用最小二乘原理，将式（5）构建为维纳方程，
Figure 753782DEST_PATH_IMAGE036
                        （6）
其中，是一个矩阵，为
Figure 928728DEST_PATH_IMAGE040
的自相关函数；
Figure 47994DEST_PATH_IMAGE042
是系统差异算子；
Figure 503246DEST_PATH_IMAGE044
是
Figure 340752DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 906863DEST_PATH_IMAGE046
的互相关函数。
利用式（6）即可求出20-500Hz频率范围内的检波器系统响应差异算子，将其称为匹配滤波器。然后，利用
Figure 506788DEST_PATH_IMAGE032
对同频段的其它常规检波器采集的地震数据进行匹配处理，即可得到匹配处理后的地震数据，表示为，
Figure 893907DEST_PATH_IMAGE048
            （7）
其中，
Figure 935813DEST_PATH_IMAGE050
为利用常规检波器采集的地震数据，匹配后的地震数据。
对0-20Hz频率范围内的常规检波器采集的地震数据与20-500Hz频率范围内常规检波器对应的匹配后的地震数据进行重构，即可得到分频匹配处理后的地震数据
Figure 826725DEST_PATH_IMAGE054
，表示为，
        （8）
匹配滤波结果对比：
图5为0-20Hz分频匹配前后的地震记录，其中图5（a）为分频匹配前的地震记录，图5（b）为分频匹配后的地震记录；图6 是大于20Hz频率的分频匹配前后的地震记录，其中图6（a）为分频匹配前的地震记录，图6（b）为分频匹配后的地震记录；图7 是分频匹配前后地震记录对应的频谱图。从图5-图7可以看出，分频匹配后地震数据的高频成分得到了加强，低频成分得到了保持，表明分频匹配处理增加了地震数据的分辨率。
综上来看，分频匹配方法充分利用了高灵敏度检波器接收高频信号的优势和常规检波器接收低频信号的优势，同时避开了高灵敏度检波器接收低频信号的不足和常规检波器接收高频信号的不足，提高了灰岩出露区地震数据的分辨率。

Claims (1)

1.一种提高灰岩出露区地震数据分辨率的分频匹配方法，其特征在于它的步骤如下：
1）利用高灵敏度检波器和常规检波器进行地震数据的对比接收：
将野外地震排列某一个接收点的常规检波器换成高灵敏度检波器接到大线上，并将高灵敏度检波器埋置在相邻的一个接收点的位置上，进行数据采集；
2）分频处理：
设灰岩地表某点实际振动信号为                                                
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE001
，常规检波器、高灵敏度检波器的系统响应分别为
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE003
，若忽略耦合系统差异的影响，则以上检波器实际接收的信号分别为，
              （1）
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE005
              （2）
采用余弦函数在频率域构造滤波函数，以20Hz为界，对同等条件下高灵敏度检波器和常规检波器采集的地震数据进行分频处理；若地震数据的采样率为1ms，那么将会获得0-20Hz和20-500Hz两个频段的地震数据，分频后的地震数据表示为，
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE006
       （3）
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE007
       （4）
其中
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE008
为第
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE009
个频带（
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE010
），
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE011
对应0-20Hz，
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE012
对应20-500Hz，为余弦分频滤波函数，
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE015
分别为常规检波器、高灵敏度检波器对应的分频后的地震数据；
3）匹配处理：
在20-500Hz频率范围内，利用算子表示两种检波器的系统响应差异，得出，
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE017
            （5）
利用最小二乘原理，将式（5）构建为维纳方程，
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE018
                        （6）
其中，
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE019
是一个矩阵，为
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE020
的自相关函数； h=(h(t1),h(t2),…h(tn))是系统差异算子；是和
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE022
的互相关函数；
利用式（6）求出20-500Hz频率范围内的检波器系统响应差异算子，将其称为匹配滤波器，然后，利用
Figure 604103DEST_PATH_IMAGE016
对同频段的其它常规检波器采集的地震数据进行匹配处理，即可得到匹配处理后的地震数据，表示为，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
            （7）
其中，
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE024
为利用常规检波器采集的地震数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
匹配后的地震数据；
4）数据重构：
对0-20Hz频率范围内的常规检波器采集的地震数据与20-500Hz频率范围内常规检波器对应的匹配后的地震数据进行重构，即得到分频匹配处理后的地震数据
Figure 2011101521854100001DEST_PATH_IMAGE026
，表示为，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
        （8）。
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