CN104216014B - 一种地震信号分频处理方法 - Google Patents

Abstract

一种地震信号分频处理的方法包括步骤：(i)利用地震采集设备，获得地震信号；(ii)将野外采集到的地震数据进行格式转换，满足数据处理的格式需求；(iii)对满足格式要求的地震数据进行观测系统定义和置道头：(iv)对原始地震信号进行频率分析和倍频程扫描，定量地分析每个频率成分对地下地质构造的影响；(v)将地震信号分成不同的频率体：(vi)将频率体D₁、D₂和D₃分别进行精细地震资料处理，包括球面扩散补偿、地表一致性剩余振幅补偿、地表一致性反褶积、预测反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像；(vii)将处理后的频率体按照地质结构重构成最终成果数据体：(ⅷ)将重构后的数据体经过最终有效滤波、合理增益处理后用于地震勘探综合研究、地下地质构造的解释、反演及裂缝预测等，帮助地质人员寻找有利油气构造及岩性圈闭、提高钻井井位的精度。

Description

一种地震信号分频处理方法

技术领域

本发明属于地球物理勘探领域，涉及一种地震信号信号处理的方法，具体涉及在油气勘探开发中为了提高地震勘探处理的质量而进行的一种地震信号分频处理方法。

背景技术

石油和天然气在国民经济中占有极其重要的地位。油气勘探的方法有很多种，其中地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法，它利用人工方法激发的弹性波来定位矿藏，确定位置，获取工程地质信息。它的基本原理是:人工激发所引起的弹性波在岩石中传播时，若遇到岩层的分界面便产生反射波或折射波，在它们返回地面时用高灵敏度的仪器记录下来，根据波的传播过程和旅行时间，确定发生弹性波反射或折射的岩层界面的埋藏深度和形状，从而认识地下地质构造，寻找油气圈闭，完成地震勘探基本流程的主要方法有折射波法、反射波法和投射波法。其中反射波法石油地震勘探资料处理技术是石油地球物理勘探中的一项及其重要技术，在石油勘探领域中起着非常重要的作用。

地震勘探是利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的一种物探方法。在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。

随着石油勘探日趋复杂，对地震资料的要求也越来越高。在资料处理的整个过程中，如何充分利用采集到的各种有效信号，进一步提高地震资料处理的质量，保证复杂部位、低信噪比资料的成像精度是地震资料处理的重要问题。野外采集到的不同的频率成分反映了不同的地下地质信息，现有的处理技术是针对某个个别模块，如各种噪音的压制、反Q滤波、地表一致性剩余静校正等采用模型道分频等的处理方法，取得了较好的效果，但在实际工作中，没有完全充分地考虑地震资料的各个频率的贡献，对成像有一定的制约性。

中国专利申请CN1873441A公开了一种地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法，其利用初至前干扰背景能量来识别干扰波的横向分布，在频率域通过正常道振幅包络内插值与干扰道原始振幅包络比值获得噪声压制因子，并利用该压制因子在频率域对不正常道频谱进行压制，从而提高地震记录叠前资料的信噪比，但是该专利申请只是压制地震数据中与激发源无关的背景噪声的方法，是多种针对单一噪音压制方法中的一种，具有局限性，如果干扰道中存在有效信号，则在压制噪音的同时，有可能把同频率段的有效信号当作噪音压制掉，从而损失有效信号，降低有效信号的成像质量。

美国专利申请US7333392B2公开了一种估算和重构地震反射的方法，其利用Karhunen.Loeve变换，将在目标区选择的地震数据转换成信号模型，形成模式共变数矩阵，计算矩阵的本征值和本征矢量，利用本征矢量进行信号的相干估算，将原始信号与模型信号加权求和从而获得目标区重构后的数据，但是该专利申请存在过分依赖原始数据信噪比的缺陷，若信噪比太低，则不能估算出高质量的信号模型，从而不能重构出更好的数据。另外该申请是对目标区内低信噪比资料进行重构，这样会破坏与目标区外信号的地球物理特性的关系，影响地震构造岩性解释。

因此，为了适应精细石油地震勘探对地震资料的需求，亟需一种更有效、更精细的处理方法，对采集到的有效信号的频率成分进行精细分析，考虑地下介质对地震信号造成的多种影响，不同频率成分的信号对地下地质结构起的作用不同，在不破坏地震反射信号的相对关系的基础上，使采用的各种处理技术能够取得更理想的效果，较好地解决现有常规地震资料处理方法在使用上所面临的分辨率与信噪比的矛盾，更好地提高地震资料的成像精度，有利于下一步的地质综合研究。

发明内容

为了解决上面所述的技术问题，本发明提出一种地震信号分频处理的方法，使用该方法能够解决地震资料处理方法中对不同的地震信号的频率成分考虑不周，混在一起进行处理造成技术应用的局限，使低信噪比资料的复杂部位构造成像模糊的问题。

依据本发明的技术方案，一种地震信号分频处理方法包括以下步骤：(1)将野外采集到的地震数据进行格式转换，满足处理软件的格式需求；(2)对满足格式要求的地震数据进行观测系统定义和置道头；(3)对原始地震信号进行频率分析和倍频程扫描，定量地分析每个频率成分对地下地质构造的影响；(4)将地震数据分成不同的频率体；(4)对不同的频率体，分别进行地震资料精细处理，包括球面扩散补偿、地表一致性剩余振幅补偿、地表一致性反褶积、预测反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像；(5)将处理后的频率体按照地质构造重构成最终成果数据体。

具体为：该地震信号分频处理方法包括以下步骤：

(i)可以利用地震采集设备，获得地震信号:

在勘探目标区，在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波，得到地震波的波形和记录的炮点、检波点的大地坐标及炮点、检波点的相对关系信息的原始地震资料；

(ii)将野外采集到的地震数据进行格式转换，满足处理软件的格式需求；

(iii)对满足格式要求的地震数据进行观测系统定义和置道头：

模拟野外，定义一个相对坐标系，将野外的激发点、接收点的实际位置放到这个相对坐标系中，根据定义的观测系统，计算出各个需要的道头字的值并放入地震数据的道头中；

(iv)对原始地震信号进行频率分析和倍频程扫描，定量地分析每个频率成分对地下地质构造的影响；

(v)将地震信号分成不同的频率体：

通过对采集信号的频率分析和倍频程扫描，结合地质认识，确定有效信号频率段f_a、有效信号频率段f_b和有效信号频率段f_c之后，确定用于分频处理的频率段F_A、F_B和F_C，F_A＝f_a+Δf，F_B＝f_b+2Δf＝f₂-f₁+2Δf，F_C＝f_c+2Δf＝f_neq-f₂+2Δf，Δf＝0.1f_neq，由所有的F_A组成的信号形成频率体D₁，由所有的F_B组成的信号形成频率体D₂，由所有的F_C组成的信号形成频率体D₃；

(vi)将频率体D₁、D₂和D₃分别进行精细地震资料处理，包括球面扩散补偿、地表一致性剩余振幅补偿、地表一致性反褶积、预测反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像；

(vii)将处理后的频率体按照地质结构重构成最终成果数据体：

频率体D₁、频率体D₂和频率体D₃完成各自独立偏移处理后得到不同的偏移信号体D_1m、D_2m和D_3m，然后按照公式①中的方法进行信号重构，得到新的偏移成果体D：

$D=\underset{t=0}{\overset{t_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{1m}\left(t\right)(10+\frac{t}{t_{\max }}\×80)\%+D_{2m}\left(t\right)(60-\frac{t}{t_{\max }}\×60)\%+D_{3m}\left(t\right)(30-\frac{t}{t_{j2}}\×20)\%$

………………………………①

其中，t为信号记录时间，t_j2为地质界面J2的反射时间，t_max为地质构造最深位置的反射时间；

(ⅷ)将重构后的数据体经过最终有效滤波、合理增益处理后用于地震勘探综合研究、地下地质构造的解释、反演及裂缝预测等，帮助地质人员寻找有利油气构造及岩性圈闭、提高钻井井位的精度。

其中，步骤(iv)中所述对原始地震信号进行频率分析和倍频程扫描，定量地分析每个频率成分对地下地质构造包括以下步骤：

(41)对经过观测系统定义的原始单炮记录进行频率分析和倍频程扫描，确定有效信号的范围；

(42)对叠加剖面进行频率分析和倍频程扫描，根据不同的信号频率在叠加剖面上的成像效果来确定不同的频率成分对不同位置构造的贡献程度，从而确定分频的频率点。

本发明所述的信号分频处理方法，将分频后的频率体，分别进行地震资料精细处理，包括振幅补偿、反褶积、静校正、水平叠加、速度建模、偏移成像，这样，可以更精细地考虑各个频率信号对地下地质构造体速度的影响，改善不同频率信号的成像精度，可以有针对性地进行精细处理，提高复杂构造、低信噪比资料的成像质量。

本发明所述的信号分频处理方法，针对复杂地质结构、原始资料品质，将分频后的频率体按照地质结构加权重构，得到最终成果数据体，以满足地质人员综合研究的需求。

附图说明

图1低信噪比复杂构造资料常规处理剖面；

图2地震采集单炮的频谱；

图3地震采集单炮(全频)；

图4利用频率段f_a进行频率扫描后的单炮；

图5利用频率段f_b进行频率扫描后的单炮；

图6利用频率段f_c进行频率扫描后的单炮；

图7利用频率段f_a进行频率扫描后的结果示意图；

图8利用频率段f_b进行频率扫描后的结果示意图；

图9利用频率段f_c进行频率扫描后的结果示意图；

图10地震采集单炮的频谱；

图11以往常规处理结果；

图12本方法分频处理结果；

图13正弦函数平滑补偿示意图；

图14地震信号分频处理方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。对这些地震波信号进行分频处理。

其中，在下面所使用的术语“信号”为本领域的通用词语，指代在地震勘探中通过地震数据采集设备采集到的地震数据。术语“浅层信号”指代地震数据中浅层的有效信号。术语“深层信号”指代地震数据中深层的有效信号。术语“观测系统定义”指代地震数据处理的一种模拟野外采集时的观测方式并置于地震数据道头上的处理方法。

本发明的地震信号分频处理方法包括以下步骤：

(i)在野外勘探目标区中在地表以人工方法激发地震波，利用地震采集设备，获得地震数据，具体为地震波的波形和记录的炮点、检波点的大地坐标及炮点、检波点的相对关系信息的原始地震资料；

(ii)将野外采集到的地震数据进行格式转换，满足数据处理的格式需求；

(iii)对满足格式要求的地震数据进行观测系统定义和置道头：

模拟野外，定义一个相对坐标系，将野外的激发点、接收点的实际位置放到这个相对坐标系中，根据定义的观测系统，计算出各个需要的道头字的值并放入地震数据的道头中；

(iv)对原始地震信号进行频率分析和倍频程扫描，定量地分析每个频率成分对地下地质构造的影响；

(v)将地震信号分成不同的频率体：

通过对采集信号的频率分析和倍频程扫描，结合地质认识，确定有效信号频率段f_a、有效信号频率段f_b和有效信号频率段f_c之后，确定用于分频处理的频率段F_A、F_B和F_C，其中F_A＝f_a+Δf，F_B＝f_b+2Δf＝f₂-f₁+2Δf，F_C＝f_c+2Δf＝f_neq-f₂+2Δf，Δf＝0.1f_neq，由所有的F_A组成的信号形成频率体D₁，由所有的F_B组成的信号形成频率体D₂，由所有的F_C组成的信号形成频率体D₃；

(vi)将频率体D₁、D₂和D₃分别进行精细地震资料处理，包括球面扩散补偿、地表一致性剩余振幅补偿、地表一致性反褶积、预测反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像；

(vii)将处理后的频率体按照地质结构重构成最终成果数据体；

(ⅷ)将重构后的数据体经过最终有效滤波、合理增益处理后用于地震勘探综合研究、地下地质构造的解释、反演及裂缝预测等，帮助地质人员寻找有利油气构造及岩性圈闭、提高钻井井位的精度。

下面参考附图，对本发明进一步解释和说明。

图1所示为低信噪比复杂地质构造资料常规处理剖面，1-1区内资料信噪比较低，构造复杂，常规处理不能充分考虑不同频率成分对地下构造的影响，造成最终中深层复杂构造部位成像效果较差，不能满足石油地质勘探的需求，采用本发明方法则可以有效地解决该问题。

其具体实施步骤为：

1.对原始资料进行格式转换；

将野外采集到的地震数据进行格式转换，满足数据处理的格式需求；

2.对满足格式要求的地震数据进行观测系统定义和置道头：

模拟野外，定义一个相对坐标系，将野外的激发点、接收点的实际位置放到这个相对坐标系中，根据定义的观测系统，计算出各个需要的道头字的值并放入地震数据的道头中；

3.进行频率分析和频率扫描，确定各个频率段的优势；

首先对经过观测系统定义的单炮记录进行频率分析和倍频程扫描，确定有效波的范围，再对叠加剖面进行倍频程扫描，根据不同的频率成分在叠加剖面上的成像结果来确定不同的频率成分对不同位置构造的贡献程度；如附图2所示为频率分析的结果，其中横坐标为频率f，纵坐标为振幅A，曲线a表示为地震资料频率随振幅变化的趋势，f_neq为尼奎斯特频率，f₁为D₁点的频率，f₂为D₂点的频率，f_neq为D₃点的频率，即奈奎斯特频率。f_a为0～D₁点的频率范围，f_a＝f₁，f_b为D₁～D₂的频率范围，f_b＝f₂-f₁，f_c为D₂～D₃的频率范围，f_c＝f_neq-f₂。图3为定义完观测系统的单炮，对单炮和初叠剖面进行倍频程扫描，扫描范围为F＝0～5hz、5～10hz、10～20hz、20～40hz、30～60hz、40～80hz、50～100hz、60～120hz、70～140hz，根据扫描结果和频率分析，确定三个有效频段F_a、F_b和F_c，图4为经过F_a滤波的结果，图5为经过F_b滤波的结果，图6为经过F_c滤波的结果。图7为经过F_a滤波的地震叠加剖面，0为起始时间，t_j1、t_j2、t_j3分别为地震构造三个反射界面J1、J2、J3的反射时间，t_n为地震记录的最大时间，7-1区表示为浅层信号有10％是由有效频率段f_a的数据组成，即表示f_a频率段对地质构造的浅层资料的贡献程度为10％，7-2区表示为中层资料有50％是由有效频率段f_a的数据组成，即表示f_a频率段对地质构造的中层信号的贡献程度为50％，7-3区表示为深层资料有80％是由有效频率段f_a的数据组成，即表示f_a频率段对地质构造的深层信号的贡献程度为80％。图8为经过F_b滤波的地震叠加剖面，其中8-1区表示为浅层信号有60％是由有效频率段f_b的数据组成，即表示f_b频率段对地质构造的浅层信号的贡献程度为60％。8-2区表示为中层信号有40％是由有效频率段f_b的数据组成，即表示f_b频率段对地质构造的中层资料的贡献程度为40％，8-3区表示为深层信号有20％是由有效频率段f_b的数据组成，即表示f_b频率段对地质构造的深层信号的贡献程度为20％。图9为经过F_c滤波的地震叠加剖面，其中9-1区表示为浅层信号有30％是由有效频率段f_c的数据组成，即表示f_c频率段对地质构造的浅层信号的贡献程度为30％。9-2区表示为中层信号有10％是由有效频率段f_c的数据组成，即表示f_c频率段对地质构造的中层资料的贡献程度为10％，9-3区表示为深层信号没有f_c的数据组成，即表示f_c频率段对地质构造的深层信号的贡献程度为0；

4.将置完道头的信号按照不同频段进行分频处理；

根据上述步骤(2)的结果确定有效频率段f_a、有效频率段f_b和有效频率段f_c之后，可进一步确定用于分频后的频率段F_A、F_B和F_C，示意图10，F_A＝f_a+Δf，F_B＝f₂-f₁+2Δf，F_C＝f_neq-f₂+2Δf,Δf＝0.1f_neq，由所有的F_A组成的单炮形成分频后的频率体D₁，由所有的F_B组成的单炮形成分频后的频率体D₂，由所有的F_C组成的单炮形成分频后的频率体D₃；

5.将分频后的频率体D₁、D₂和D3分别进行独立的精细地震资料振幅补偿、反褶积、静校正、水平叠加、速度建模、偏移成像，得到不同的偏移信号体D_1m、D_2m和D_3m。

6.将分频后的偏移信号体合并，构成最终偏移成果体：

将分频后的不同的偏移信号体D_1m、D_2m和D_3m按照公式①中的方法进行合并得到新的偏移信号体D：

$D=\underset{t=0}{\overset{t_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{1m}\left(t\right)(10+\frac{t}{t_{\max }}\×80)\%+D_{2m}\left(t\right)(60-\frac{t}{t_{\max }}\×60)\%+D_{3m}\left(t\right)(30-\frac{t}{t_{\max }}\×20)\%$

…………………………………………①

其中t为地震记录时间，t_max为有效构造最深处的反射时间，如图11所示为未经过分频信号处理前的叠加剖面，11-1区的偏移成像效果不好，图12所示为经过分频信号处理前的叠加剖面，，12-1区的信噪比均有了较大提高，低信噪比复杂构造的成像质量得到大幅度改进。

重构后的偏移数据体经过最终滤波、合适的增益处理后用于地震资料综合研究和解释。

在上述步骤中所涉及的对地震资料进行振幅补偿、反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像可分别采用常规技术手段，也可以采用下面的优选技术手段，具体如下：

(1)对地震资料进行振幅补偿：

振幅补偿是对地层的吸收效应所引起的振幅效应，对炮点、检波点和偏移距的数据集合进行振幅均衡补偿。补偿可以从该道的起始时间开始。

首先按照以下公式进行计算：

A₀(t)＝A_i(t) ②

A₀(t)＝A_i(t)*exp(t*PAR) 0<t<T_S+T_L ③

A₀(t)＝A_i(t)*exp(t_L*PAR) t≥T_S+T_L ④

式中，A₀(t)为输出样点值；A_i(t)为输入样点值；t表示时间(以秒为单位)，T_S为补偿起始时间，PAR为补偿指数，T_L为补偿长度，即补偿的终了时间。

振幅补偿可遵循图13所示，按照正弦函数平滑补偿完成。图中，S₁是时间t₁处的补偿值；S₂是时间t₂处的补偿值；t₂-t₁为转换区；t₀为正弦函数的原点时间。

(2)对地震资料进行反褶积：

反褶积是地震资料处理中的一个重要技术。反褶积的目的是通过压缩地震反射子波的延续长度，来提高地震资料的分辨能力。通过反褶积，能够估计出地下反射界面的反射系数，还可以压制多次波。反褶积可以在叠前进行，也可以在叠后进行，也可以在频率域进行。

地震记录x(t)等于子波b(t)与反射系数r(t)的褶积

x(t)＝b(t)*r(t)

我们所期望的结果是

Y(t)＝δ(t)*r(t)＝r(t)

褶积模型在频率域的表达式

X(ω)＝B(ω)R(ω)

所以

$R\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{B\left(\mathrm{\&omega;}\right)}X\left(\mathrm{\&omega;}\right)$

令 $A\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{1}{B\left(\mathrm{\&omega;}\right)},$ 则

R(ω)＝A(ω)X(ω)

r(t)＝a(t)*x(t)

下一步是要求出反子波a(t)。

已知地震子波，求出反子波，然后把反子波与地震记录进行褶积，得到反射系数的过程，既为反褶积处理。

(3)对地震资料进行静校正：

消除因激发条件和接受条件变化(主要是由于地形起伏和近地表结构的变化造成的)所引起的时差，这个过程称为静校正。

进行静校正包括两个方面：一是提取静校正量，二是实现静校正。由于一般假设地震波在低速带中垂直入射，则各记录道的静校正量不随时间的变化而变化，对于每个激发点或接收点来说，均只有一个静校正量。剩余静校正技术通常利用的是反射波。剩余静校正的基本模型，即动校正后道集与模型道之间的时差所以表示为炮点项、检波点项、构造项和剩余动校正项四项之和，即

Τ_ij＝s_i+r_j+c_(i+j)+a_(i+j)x²

其中，方程左端表示时差，方程右端四项分别表示炮点项、检波点项、构造项和剩余动校正项。

基于这一模型，对上述各道时差进行迭代分解，即可求出炮点和检波点静校正量。其过程一般为：

建立模型道；

将动校正后的道集与模型道进行相关来计算时差；

利用这些时差来计算炮点和检波点的静校正量平；

应用静校正量进行静校正。

(4)对地震资料进行自适应水平叠加：

自适应水平叠加在均值叠加时各道的加权系数为1，参与叠加的各个地震道质量是有差别的。如果让质量好的道参与叠加的成分多，质量差的道参与叠加的成分少，质量很差的道不参与叠加，这样的叠加效果肯定会更好，这样的叠加方法就是自适应水平叠加方法。

基本原理是通过在每个记录道上，随时间乘上不同的加权系数，来控制它们参与叠加的比例。可以采用最小二乘法来计算加权系数。在确定加权系数时，需要有一个标准道，让各道加权后都和此标准道最为接近。因此首先要求标准道，其次是求加权系数。

(a)标准道的形成

标准道的信噪比应比较高，一般是将均值叠加剖面进行相干加强后作为标准道。

(b)计算加权系数

对于地震记录中的某一段，其中心时刻为t，时窗长度为L，d_j(t)表示第j道，c_j(t)表示该道的加权系数，标准道为d_ref(t)。我们的目标是使d_j(t)经过c_j(t)加权后最接近标道，则问题变成使得c_j(t)d_j(t)最接近标准道d_ref(t)。根据最小二乘法原理，最小均方差ξ为

$\mathrm{\&xi;}=\underset{k=t-L/2}{\overset{t+L/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}[c_j\left(t\right)d_j\left(k\right)-d_{\mathrm{ref}}\left(k\right){]}^2$

欲使ξ最小，必须时

$\frac{\&PartialD;\mathrm{\&xi;}}{{\&PartialD;c}_j\left(t\right)}=0$

即

$\frac{\&PartialD;\mathrm{\&xi;}}{{\&PartialD;c}_j\left(t\right)}=2\underset{k=t-L/2}{\overset{t+L/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}[c_j\left(t\right)d_j\left(k\right)-d_{\mathrm{ref}}\left(k\right)]=0$

化简得

$c_j\left(t\right)=\frac{\underset{k=t-L/2}{\overset{t+L/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{d}_{\mathrm{ref}}\left(k\right)d_j\left(k\right)}{\underset{k=t-L/2}{\overset{t+L/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{d}_j\left(k\right)d_j\left(k\right)}$

这就是求加权系数的计算公式。显示可以看出，分子是d_ref(t)与d_j(t)的零延迟互相关，分母是d_j(t)的零延迟自相关。

具体步骤

(a)计算标准道

首先形成均值叠加道，然后进行相干加强，最终得到标准道。

(b)计算加权系数

根据上述公式计算加权系数，实际上是在某一给定的时窗内，计算标准道和记录道的互相关，以及计算记录道的自相关。求出的各道加权系数均是时间的函数，为了使加权叠加效果较好，要使加权系数位于一定的范围之内，具体限制条件为：

经过上述限制后，一般对加权系数沿道间进行平滑滤波，使加权系数趋于平滑。平滑可以采用中值滤波，也可以采用均值滤波方式或其它滤波方式。

(c)加权叠加：

用求出的加权系数对每道进行加权，然后将加权后的地震记录叠加，这样就得到了自适应加权叠加结果。

(5)对地震资料进行偏移成像：

地下介质中每个点都可以看作绕射点，在自激自收剖面上，每个绕射点对应一个双曲线型响应，所以自激自收剖面可以看成是许多双曲线型响应叠加而成。

绕射波双曲线

地震剖面上某个地震道x的时间t_x可由下示计算：

${t_x}^2={t_0}^2+\frac{{4x}^2}{{v_{\mathrm{rms}}}^2}$

单层倾斜介质

${t_x}^2={t_0}^2+\frac{{4x}^2}{{v_1}^2}$

总而言之，自激自收剖面上绕射波双曲线一般可以表示为

${t_x}^2={t_0}^2+\frac{{4x}^2}{{v_{\mathrm{rms}}}^2}$

t₀为双曲线顶点时间，v_rms为绕射点以上介质的均方根速度，x为其它道到顶点道的距离，t_x为各道绕射波时间。

常规克希霍夫偏移是沿绕射双曲线作振幅叠加。在某输入道上的一个特定时间样点t₀及该样点处的均方根速度v_rms，就可以确定过这样点的绕射双曲线(顶点为该样点)

$t^2={t_0}^2+\frac{{4x}^2}{{v_{\mathrm{rms}}}^2}$

沿该双曲线求和，并将和置于该样点，如此继续下去，计算出各道各个样点的绕射双曲线求和，就可得道克希霍夫偏移剖面。

在绕射求和时，需考虑以下三个因素：

传播方向

球面发散

相位、振幅恢复

克希霍夫积分方程

$P_{3D}(x_1,y_1,z_1,t=0)=\&Integral;\&Integral;\frac{\cos \mathrm{\&theta;}}{2\mathrm{\&pi;rc}}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;t}P(x,y,z=0,t=r/c)d_x{d}_y$

其中r为P(x,y,z＝0)点到P(x1,y1,z1)的距离，c＝v/2.

$P_{3D}(x_1,y_1,z_1,t=0)=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;t}\&Integral;\&Integral;\frac{\cos \mathrm{\&theta;}}{2\mathrm{\&pi;rc}}P(x,y,z=0,t=r/c)d_x{d}_y$

在二维情况下

$P_{2D}(x_1,z_1,t=0)=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;t}\&Integral;\frac{\cos \mathrm{\&theta;}}{\sqrt{2\mathrm{\&pi;rc}}}{P}^{1/2}(x,z=0,t=r/c)d_x$

$P_{3D}(x_1,y_1,z_1,t=0)=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;t}\frac{1}{{\mathrm{\&pi;v}}^2{T}_0}\&Integral;\&Integral;{\left(\frac{T_0}{T}\right)}^{2}P(x,y,z=0,t=T)d_x{d}_y$

$P_{2D}(x_1,z_1,t=0)=\frac{{\&PartialD;}^{1/2}}{\&PartialD;t}\frac{1}{\mathrm{\&pi;}\sqrt{{\mathrm{vT}}_0}}\left[{\&Integral;\&Integral;\left(\frac{T_0}{T}\right)}^{3/2}P(x,z=0,t=T)d_x\right]$

上述公式表明对三维数据要进行90度相位校正，对二维数据要进行45度相位校正。

对远道的加权系数小，近道大，也就是说，绕射点能量主要取决于近绕射点道。

偏移前要确定波前弧或者绕射波曲线在x方向上的范围L，L成为偏移孔径。L值由最大实际倾角来确定。

L≧2vt0tgφ

倾角越大，L越大

有效波越深，t₀越大，L越大。

孔径的中心，原则上位于x₀处，但也可以是不对称的。

进一步地，本发明将不同的频率体D₁、D₂和D₃分别进行精细地震资料处理，包括球面扩散补偿、地表一致性剩余振幅补偿、地表一致性反褶积、预测反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像可分别采用常规精细处理技术手段。

将频率体的D₁、D₂和D₃中采用地震资料振幅补偿是对炮点、检波点和偏移距的数据集合进行振幅均衡补偿，其包括以下步骤：

(61)振幅补偿是对地层的吸收效应所引起的振幅效应，对炮点、检波点和偏移距的数据集合进行振幅均衡补偿。补偿可以从该道的起始时间开始。

首先按照以下公式进行计算：

A₀(t)＝A_i(t) ②

A₀(t)＝A_i(t)*exp(t*PAR) 0<t<T_S+T_L ③

A₀(t)＝A_i(t)*exp(t_L*PAR) t≥T_S+T_L ④

式中，A₀(t)为输出样点值；A_i(t)为输入样点值；t表示时间(以秒为单位)，T_S为补偿起始时间，PAR为补偿指数，T_L为补偿长度，即补偿的终了时间。

(62)振幅补偿可遵循图13所示，按照正弦函数平滑补偿完成。图中，S₁是时间t₁处的补偿值；S₂是时间t₂处的补偿值；t₂-t₁为转换区；t₀为正弦函数的原点时间。

本发明的优势在于，一方面，信号分频处理方法包括对野外地震采集的二维或三维地震资料进行观测系统定义，将野外观测系统的信息赋予数据道头中。另一方面，信号分频处理方法包括要对野外地震采集的二维或三维地震资料进行频率分析和倍频程扫描，定量地分析每个频率成分对地下地质构造的影响。

更进一步地，本发明所述的地震信号分频处理方法，其优点在于首先考虑到振幅补偿中低频和高频吸收衰减情况的不一致性，同时考虑反褶积在提高地震资料分辨率的同时却降低了信噪比，而提高中深层低信噪比资料的主要思路是提高中深层有效信号的能量，进而考虑到不同频率信号存在的静校正量不一致，同时进行静校正处理会影响同相轴的同相叠加的效果，不同频率信号的成像聚焦效果取决于频率高低的一致性，因此如何使振幅补偿、反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像既能提高分辨率，又能提高信噪比是提高处理质量的关键所在。

本发明所述的地震信号分频处理方法，把地震资料拆分为不同的频率段，并分别对它们进行振幅补偿，这样做，能够保持振幅原有的特征，对不同因素造成的振幅吸收衰减的情况进行恢复，为后续处理打下良好的基础。

本发明所述的地震信号分频处理方法，在对不同信号频率体振幅处理的前提下，分别对它们进行反褶积，这样做的反褶积更能兼顾高、低频成分，理想地解决了分辨率与反褶积之间的矛盾。

本发明所述的地震信号分频处理方法，充分考虑到不同频率信号存在的静校正量不一致，同时进行静校正处理会影响同相轴的同相叠加的效果，该方法可以提高静校正的精度。

本发明所述的地震信号分频处理方法，其优点在于考虑到不同频率信号的成像聚焦效果取决于频率高低的一致性，因此对不同频段的信号频率体分别独立进行偏移，可使最终处理的地震资料成像效果较好，大大提高了处理质量，对深层成像贡献很大。

本发明所述的方法可以针对不同的地震采集信号进行多套数据的信号进行分频,并对分频后的数据体分别进行地震资料处理包括振幅补偿、反褶积、静校正、水平叠加、偏移等处理，之后重构得到理想的处理结果,示意图14为地震信号分频处理方法流程图,A为原始地震信号数据,D₁、D₂……D_n为分频后的n个信号体,对n个信号体分别进行地震资料处理包括振幅补偿、反褶积、静校正、水平叠加、偏移等，得到偏移后的信号体D_1m、D_2m……D_nm，D为按照地质构造重构后的结果，这种方法可以充分发挥所有信号的有效作用,利用采集到的所有有效信息精确地刻画出地下地质构造的形态,为地震解释提供高质量的地震剖面。

尤其明显的是，使用本发明的地震信号分频处理方法，考虑地下介质对地震信号造成的多种影响，不同频率成分的信号对地下地质结构起的作用不同，在不破坏地震反射信号的相对关系的基础上，使采用的各种处理技术能够取得更理想的效果，较好地解决现有常规地震资料处理方法在使用上所面临的分辨率与信噪比的矛盾，更好地提高地震资料的成像精度，有利于下一步的地质综合研究。

该方法还可以针对不同的地震采集信号按照多种思路进行分频，使用更灵活、方便、有效。能够解决地震资料处理方法中对不同的地震信号的频率成分考虑不周，混在一起进行处理造成技术应用的局限，使低信噪比资料的复杂部位构造成像模糊的问题，改进低信噪比复杂构造的资料处理效果，提高地震剖面的质量，满足精细勘探的需求。

如上述，已经清楚详细地描述了本发明提出的地震信号分频处理方法。尽管本发明的优选实施例详细描述并解释了本发明，但是本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出多种修改。

Claims (2)

1.一种地震信号分频处理方法，其包括以下步骤：

(i)在野外勘探目标区中在地表以人工方法激发地震波，利用地震采集设备，获得地震数据，具体为地震波的波形和记录的炮点、检波点的大地坐标及炮点、检波点的相对关系信息的原始地震资料；

(ii)将野外采集到的地震数据进行格式转换，满足数据处理的格式要求；

(iii)对满足格式要求的地震数据进行观测系统定义和置道头：

模拟野外，定义一个相对坐标系，将野外的炮点、检波点的实际位置放到这个相对坐标系中，根据定义的观测系统，计算出各个需要的道头字的值并放入地震数据的道头中；

(iv)对原始地震信号进行频率分析和倍频程扫描，定量地分析每个频率成分对地下地质构造的影响；

(v)将地震信号分成不同的频率体：

通过对采集信号的频率分析和倍频程扫描，结合地质认识，确定有效信号频率段f_a、有效信号频率段f_b和有效信号频率段f_c之后，确定用于分频处理的频率段F_A、F_B和F_C，其中F_A＝f_a+Δf，F_B＝f_b+2Δf＝f₂-f₁+2Δf，F_C＝f_c+2Δf＝f_neq-f₂+2Δf，Δf＝0.1f_neq，其中f₁、f₂为不同的频率点，f_neq为奈奎斯特频率，由所有的F_A组成的信号形成频率体D₁，由所有的F_B组成的信号形成频率体D₂，由所有的F_C组成的信号形成频率体D₃；

(vi)将频率体D₁、D₂和D₃分别进行精细地震资料处理，包括球面扩散补偿、地表一致性剩余振幅补偿、地表一致性反褶积、预测反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像；

(vii)将处理后的频率体按照地质结构重构成最终成果数据体；

(viii)将重构后的数据体经过最终有效滤波、合理增益处理后用于地震勘探综合研究、地下地质构造的解释、反演及裂缝预测，帮助地质人员寻找有利油气构造及岩性圈闭、提高钻井井位的精度；

步骤(iv)中所述对原始地震信号进行频率分析和倍频程扫描，定量地分析每个频率成分对地下地质构造的影响包括以下步骤：

(41)对经过观测系统定义的原始单炮记录进行频率分析和倍频程扫描，确定有效信号的范围；

(42)对叠加剖面进行频率分析和倍频程扫描，根据不同的信号频率在叠加剖面上的成像效果来确定不同的频率成分对不同位置构造的贡献程度，从而确定分频的频率点；

步骤(vi)中对频率体D₁、D₂和D₃进行地震资料振幅补偿是对炮点、检波点和偏移距的数据集合进行振幅均衡补偿，其包括以下步骤：

振幅补偿是对地层的吸收效应所引起的振幅效应，对炮点、检波点和偏移距的数据集合进行振幅均衡补偿，补偿可以从地震道的起始时间开始：

首先按照以下公式进行计算：

A₀(t)＝A_i(t) ①

A₀(t)＝A_i(t)*exp(t*PAR)0<t<T_S+T_L ②

A₀(t)＝A_i(t)*exp(t_L*PAR)t≥T_S+T_L ③

式中，A₀(t)为输出样点值；A_i(t)为输入样点值；t表示时间，T_S为补偿起始时间，PAR为补偿指数，T_L为补偿长度，即补偿的终了时间，

振幅补偿可按照正弦函数平滑补偿完成；

其中步骤(vii)中，频率体D₁、频率体D₂和频率体D₃完成各自独立偏移处理后得到不同的偏移信号体D_1m、D_2m和D_3m，然后按照下述公式④中的方法进行信号重构，得到新的偏移成果体D：

其中，t为信号记录时间，t_j2为地质界面J₂的反射时间，t_max为地质构造最深位置的反射时间。

2.如权利要求1所述的地震信号分频处理方法，其中步骤(vi)中所述将不同的频率体D₁、D₂和D₃分别进行精细地震资料处理，包括球面扩散补偿、地表一致性剩余振幅补偿、地表一致性反褶积、预测反褶积、静校正、水平叠加、偏移成像可分别采用常规精细处理技术手段。