CN103675899A - 一种基于子波压缩拓展叠后地震数据频带的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是基于子波压缩拓展叠后地震数据频带的方法，对叠加记录在时间坐标进行傅氏变换得到频谱，计算平均值再做时间坐标傅氏反变换得到零相位的原始子波，按照给定的压缩算子求取压缩子波的频谱，对压缩子波的频谱做时间坐标的傅氏反变换得到压缩子波，计算宽频子波的频谱，将宽频子波的频谱做关于时间坐标的傅氏反变换，得到宽频子波，计算原始子波的自相关，计算原始子波和宽频子波的互相关，求得整形算子与原始叠加记录做褶积得到拓频后的记录。本发明能够提高地震叠后数据的分辨率，同时能够基本保持地震数据的信噪比以及相对振幅关系和时频特性。

Description

一种基于子波压缩拓展叠后地震数据频带的方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术，属于地震资料处理过程中拓展数据频带提高分辨率的技术范畴，是一种提高地震资料成像质量的方法。

背景技术

随着石油工业的发展，对地震勘探的要求越来越高，地震勘探已经进入以精细研究油藏（或油储）特征及其参数为主要内容，为油气开发服务的阶段。在直接研究油气储层时，地震资料的分辨率至关重要。

常规提高地震资料分辨率的方法主要包括谱白化和预测反褶积等方法。预测反褶积是通过压缩地震子波来提高地震资料的分辨率，是最常用的方法之一。但这种方法的前提假设是地震数据中不包含噪声，地震子波为最小相位且波形形状是已知的以及地下反射系数序列是随机的。由于实际地震记录中这些假设很难完全满足，因此在某些时候预测反褶积的结果很难达到预期效果。尤其是，实际数据中都含有噪声，预测反褶积的拓频效果会受到高频噪声的影响，拓宽频带后，由于高频部分也被抬高，信噪比明显下降。而信噪比过低的数据是没法进行后续地震数据处理的。由于这种方法原理的限制，有时预测反褶积的拓频效果很难达到地震数据处理的要求。

发明内容

本发明目是提供一种能提高分辨率，同时保持原始记录的信噪比以及相对振幅关系和时频特性的基于子波压缩拓展叠后地震数据频带的方法。

本发明通过以下步骤实现：

1）采集地震勘探数据；

2）对地震数据进行处理,得到共中心点叠加记录g(x,t)，x为叠加记录的空间坐标；t为时间坐标；

3）在给定空间坐标范围和时窗长度内，对叠加记录g(x,t)在时间坐标进行傅里叶变换得到频谱G(x,ldω)，l=1,2,…,L；dω为圆频率的间隔，l为频率的序号，L为傅里叶变换长度；

步骤3）所述的范围是效果好、信噪比高的叠加记录对应空间坐标的范围。

步骤3）给定时窗长度指在选定的空间坐标范围内，选取叠加记录效果好、信噪比高的时间段。

4）根据下式计算振幅谱平均值A(l)：

$A\left(l\right)=1.0/\mathrm{nx}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nx}}{\mathrm{\Σ}}}\left|\right|G(x_i,\mathrm{ldw})\left|\right|---\left(1\right)$

式中：A(l)是振幅谱平均值，nx是选取的叠加记录的道数，l=1,2,…,L；l为频率的序号，L为振幅谱平均值的频率数；

5）在反射系数为白噪假设条件下，对振幅谱的平均值A(l)做关于时间坐标的傅氏反变换得到零相位的原始子波w(n)，n=-N,-N+1,…,N；

式中：n是原始子波的样点序号，N为半支原始子波的样点数；

6）按照下述方式求取压缩子波的频谱B(j)，把振幅谱的平均值A(l)的第

个数值和第 $L+1-\frac{L}{2a},L+1-\frac{L}{2a}+1,........,L$ 个数值赋给B(j)

得到压缩子波的频谱；

式中：a是压缩子波的压缩系数，其值大于1；B(j)是压缩子波的频谱，l是振幅谱平均值的样点序号，j是压缩子波频谱的样点序号，L为振幅谱平均值的频率数；

7）将压缩子波的频谱B(j)做关于时间坐标的傅氏反变换，得到压缩子波w_a(m)，m=-M,-M+1,…,M；式中：m为压缩子波的序号，M是半支压缩子波的长度；

8)将压缩子波w_a(m)的头和尾分别补充L-M个零，然后对这个数列做时间坐标的傅氏变换得到频谱C(l)；式中：l是计算得到的频谱样点序号；

9）计算宽频子波的频谱D(l)，查找振幅谱平均值A(l)的峰值，该峰值对应的序号是N1；查找频谱C(l)的峰值，该峰值对应的数组序号是N2，把N1之前A(l)的值和N2之后C(l)的值分别赋给宽频子波的频谱D(l)，而N1和N2之间的D(l)的值赋为振幅谱平均值A(l)的最大值；

10）将宽频子波的频谱D(l)做关于时间坐标的傅氏反变换，得到宽频子波w_k(n)，n=-N,-N+1,…,N；式中，D(l)是宽频子波的频谱，n是宽频子波频谱的样点序号，N为半支宽频子波的样点数；

11）根据下式计算原始子波的自相关；

$r_{\mathrm{bb}}\left(s\right)=\underset{i=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)w(i-s)---\left(2\right)$

式中，r_bb(s)是原始子波的自相关，w(i)是原始子波，w(i-s)是时移后的原始子波，s是时移量；

12）根据下式计算原始子波w(n)和宽频子波w_k(n)的互相关；

$r_{\mathrm{db}}\left(s\right)=\underset{i=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)w_k(i-s)---\left(3\right)$

式中，r_db(s)是原始子波和宽频子波的自相关，w(i)是原始子波，w_k(i-s)是时移后的宽频子波，s是时移量；

13）将原始子波w(n)作为输入，宽频子波w_k(n)作为期望，根据下式求得整形算子f(i)，i＝I,I+1,…,I-1,I；

式中，r_bb是步骤11）中计算的自相关矩阵；r_db是步骤12）中计算的互相关矩阵；i是整形算子的序号，I是整形算子的长度；

14）用整形算子f(i)与原始叠加记录g(x,t)做褶积得到拓频后的记录g'(x,t)，完成基于子波压缩的叠后地震数据频带拓展。g′(x,t)与g(x,t)相比，主频升高，频带拓宽，分辨率提高。

本发明通过将原始子波作为输入，宽频子波作为期望求得整形算子，整形算子与原始叠加数据做褶积，可以拓展原始叠加数据的频带，达到提高分辨率的目的。由于在求取原始子波、压缩子波和宽频子波的过程中采用的是多道统计的方法，本发明可以基本保持地震数据的信噪比以及相对振幅关系和时频特性。

附图说明

图1楔形体模型的原始子波(序列1)、压缩子波(序列2)和宽频子波(序列3)的对比；

图2是楔形体模型的原始数据和拓频后数据的对比；

图2(a)是楔形体模型的原始剖面；

图2(b)是楔形体模型的拓频后剖面；

图3是楔形体模型的原始数据频谱和拓频后数据频谱的对比；

图4是实际数据的原始叠加剖面和基于子波压缩拓展频带后的叠加剖面的对比；

图4(a)是原始叠加剖面；

图4(b)是本发明的叠加剖面；

图5是实际数据原始叠加记录的频谱和基于子波压缩拓展频带后的叠加记录频谱的对比；

图5(a)是原始叠加记录的频谱；

图5(b)是本发明的叠加记录的频谱。

具体实施方式

本发明先对所有的地震数据进行处理，得到叠加数据，在选定的时间和空间范围内统计原始子波，然后计算压缩子波和宽频子波，把原始子波作为输入，宽频子波作为期望求得整形算子，整形算子与原始叠加数据做褶积，就可以得到拓频后的数据。

本发明的具体实施方式如下：

1）采集地震勘探数据；

2）对地震数据进行处理，得到共中心点叠加记录g(x,t)；

3）在给定空间坐标范围、给定时窗长度内，对叠加记录g(x,t)关于时间坐标进行傅里叶变换得到频谱G(x',ldw)；

4）根据公式（1）计算振幅谱平均值A(l)

5）在反射系数为白噪假设条件下，对振幅谱的平均值A(l)做关于时间坐标的傅氏反变换得到零相位的原始子波w(n)，n=-N,-N+1,…,N；

6）按照下述方式求取压缩子波的频谱B(j)，把振幅谱的平均值A(l)的第

个数值和第 $L+1-\frac{L}{2a},L+1-\frac{L}{2a}+1,........,L$ 个数值赋给B(j)

得到压缩子波的频谱；

7）将压缩子波的频谱B(j)做关于时间坐标的傅氏反变换，得到压缩子波w_a(m)，m=-M,-M+1,…,M；

8)将压缩子波w_a(m)的头和尾分别补充L-M个零，然后对这个数列做时间坐标的傅氏变换得到频谱C(l)；

9）计算宽频子波的频谱D(l)，查找振幅谱平均值A(l)的峰值，该峰值对应的序号是N1；查找频谱C(l)的峰值，该峰值对应的数组序号是N2，把N1之前A(l)的值和N2之后C(l)的值分别赋给宽频子波的频谱D(l)，而N1和N2之间的D(l)的值赋为振幅谱平均值A(l)的最大值；

10）将宽频子波的频谱D(l)做关于时间坐标的傅氏反变换，得到宽频子波w_k(n)，n=-N,-N+1,…,N；式中，D(l)是宽频子波的频谱，n是宽频子波频谱的序号，N为半支宽频子波的样点数；

11）根据公式(2)计算原始子波w(n)的自相关：

12）根据公式(3)计算原始子波w(n)和宽频子波w_k(n)的互相关；

13）将原始子波w(n)作为输入，宽频子波w_k(n)作为期望，求解公式（4）得到整形算子f(i)；

14）用整形算子f(i)与原始叠加记录g(x,t)做褶积就可以得到拓频后的记录g'(x,t)；

以下是本发明具体实验实例：

1)取得叠前地震记录。

2）对叠前地震记录进行处理得到叠加记录；

图2(a)是楔形体模型的原始剖面，图4(a)是实际数据的原始叠加剖面。

2)按照步骤（3）—步骤（10）对原始叠加记录进行处理得到原始子波、压缩子波和宽频子波。

图1是楔形体模型的原始子波(序列1)、压缩子波(序列2)和宽频子波(序列3)的对比

3）按照步骤（11）—步骤（14）求得整形算子，与原始叠加记录做褶积得到拓频后的叠加记录；

图2(b)是楔形体模型的拓频后剖面，图4(b)是实际数据基于子波压缩拓展频带后的叠加剖面

从图1中可以看出，经过处理的宽频子波与原始子波相比，高频能量升高，而低频部分几乎不变，从而频带变宽。从图2和图3中可以看出，基于子波压缩拓展频带处理后的楔形体模型主频升高，频带变宽，因此同相轴变细，分辨率提高。在原始剖面上，从第110个CMP开始可以分辨楔形体模型的水平同相轴和倾斜同相轴，而拓频处理后从第89个CMP开始就可以将二者分开。从图4中可以看出，原始叠加剖面中同相轴比较粗，频率低；而基于子波压缩拓展频带后的叠加剖面中，同相轴明显变细，频率升高，波组特征更加清晰。从图5中也可以看出，基于子波压缩拓展频带后的叠加记录频带变宽，主频升高，对应拓频后的叠加剖面的分辨率提高。通过以上对比分析可以看出，无论是模型数据还是实际数据，基于子波压缩拓展频带的方法能有效拓宽叠后数据的频带，提高主频，从而提高叠加记录的分辨率。

Claims (3)

1.一种基于子波压缩拓展叠后地震数据频带的方法，特点是通过以下步骤实现：

1）采集地震勘探数据；

2）对地震数据进行处理，得到共中心点叠加记录g(x,t)，x为叠加记录的空间坐标；t为时间坐标；

3）在给定空间坐标范围和时窗长度内，对叠加记录g(x,t)在时间坐标进行傅里叶变换得到频谱G(x,ldω)，l＝1,2,…,L；dω为圆频率的间隔，l为频率的序号，L为傅里叶变换长度；

4）根据下式计算振幅谱平均值A(l)：

$A\left(l\right)=1.0/\mathrm{nx}\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nx}}{\mathrm{\Σ}}}\left|\right|G(x_i,\mathrm{ldw})\left|\right|---\left(1\right)$

式中：A(l)是振幅谱平均值，nx是选取的叠加记录的道数，l=1,2,…,L；l为频率的序号，L为振幅谱平均值的频率数；

5）在反射系数为白噪假设条件下，对振幅谱的平均值A(l)做关于时间坐标的傅氏反变换得到零相位的原始子波w(n)，n=-N,-N+1,…,N；

式中：n是原始子波的样点序号，N为半支原始子波的样点数；

6）按照下述方式求取压缩子波的频谱B(j)，把振幅谱的平均值A(l)的第

个数值和第 $L+1-\frac{L}{2a},L+1-\frac{L}{2a}+1,........,L$ 个数值赋给B(j)

得到压缩子波的频谱；

式中：a是压缩子波的压缩系数，其值大于1；B(j)是压缩子波的频谱，l是振幅谱平均值的样点序号，j是压缩子波频谱的样点序号，L为振幅谱平均值的频率数；

7）将压缩子波的频谱B(j)做关于时间坐标的傅氏反变换，得到压缩子波w_a(m)，m=-M,-M+1,…,M；式中：m为压缩子波的样点序号，M是半支压缩子波的长度；

8)将压缩子波w_a(m)的头和尾分别补充L-M个零，然后对这个数列做时间坐标的傅氏变换得到频谱C(l)；式中：l是计算得到的频谱样点序号；

9）计算宽频子波的频谱D(l)，查找振幅谱平均值A(l)的峰值，该峰值对应的序号是N1；查找频谱C(l)的峰值，该峰值对应的数组序号是N2，把N1之前A(l)的值和N2之后C(l)的值分别赋给宽频子波的频谱D(l)，而N1和N2之间的D(l)的值赋为振幅谱平均值A(l)的最大值；

10）将宽频子波的频谱D(l)做关于时间坐标的傅氏反变换，得到宽频子波w_k(n)，n=-N,-N+1,…,N；式中，D(l)是宽频子波的频谱，n是宽频子波频谱的样点序号，N为半支宽频子波的样点数；

11）根据下式计算原始子波的自相关；

$r_{\mathrm{bb}}\left(s\right)=\underset{i=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)w(i-s)---\left(2\right)$

式中，r_bb(s)是原始子波的自相关，w(i)是原始子波，w(i-s)是时移后的原始子波，s是时移量；

12）根据下式计算原始子波w(n)和宽频子波w_k(n)的互相关；

$r_{\mathrm{db}}\left(s\right)=\underset{i=-N}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)w_k(i-s)---\left(3\right)$

式中，r_db(s)是原始子波和宽频子波的自相关，w(i)是原始子波，w_k(i-s)是时移后的宽频子波，s是时移量；

13）将原始子波w(n)作为输入，宽频子波w_k(n)作为期望，根据下式求得整形算子f(i)，i＝I,I+1,…,I-1,I；

式中，r_bb是步骤11）中计算的自相关矩阵；r_db是步骤12）中计算的互相关矩阵；i是整形算子的序号，I是整形算子的长度；

14）用整形算子f(i)与原始叠加记录g(x,t)做褶积得到拓频后的记录g'(x,t)，完成基于子波压缩的叠后地震数据频带拓展。g′(x,t)与g(x,t)相比，主频升高，频带拓宽，分辨率提高。

2.根据权利要求1的方法，特点是步骤3）所述的范围是效果好、信噪比高的叠加记录对应空间坐标的范围。

3.根据权利要求1的方法，特点是步骤3）给定时窗长度指在选定的空间坐标范围内，选取叠加记录效果好、信噪比高的时间段。

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