CN105974467B - 一种地震记录变时窗自动增益控制方法 - Google Patents

Abstract

一种地震记录变时窗自动增益控制方法，属于地震资料数据处理领域。该方法首先根据给定的最浅层和最深层的时窗长度，计算出各个时窗的长度，在此基础上计算出各个时窗内各个点的平均振幅值，进而得到每个时窗内每个采样点的均衡值。模型数据的实验结果显示，基于变时窗自动增益控制处理的炮集记录，既可保证浅层的弱反射得到较好的能量增益，又可最大限度的保留深层的动力学特征，是一种较为理想的能量增益处理方法。

Description

一种地震记录变时窗自动增益控制方法

技术领域

本发明属于地震资料数据处理领域，是一种既可增强浅层的弱反射信息又可保证深层反射动力学特征的有效均衡方法。

背景技术

由于地震波的几何扩散效应以及在复杂的地质构造条件下地层吸收衰减的影响，会使得地震记录上浅层的反射波能量较强，而深层的反射波能量较弱，浅层与深层能量差异较大，并且随着炮检距的增大，道与道之间相同深度也存在能量不均衡的情况。炮集记录的能量不均衡情况会严重影响深层的成像精度，因此地震数据处理时需要对地震记录进行能量均衡处理。

能量均衡是应用一定的数学处理方法对地震记录进行处理，使得浅、中、深层的反射同相轴能量达到均衡。当前的能量均衡方法主要有两种：一种是真振幅恢复，其主要处理步骤包括波前扩散能量补偿、地层吸收能量补偿和地表一致性能量调整等，理论上若能够得到地下介质的真实速度、Q值等参数，则真振幅恢复处理将可严格地按地震波的动力学特征对地震记录进行能量均衡处理，但是实际工程中地下介质的速度、Q值等参数都是未知的，因此真振幅恢复的能量均衡效果受到影响；另一种常用的能量增益方法是自动增益控制(AGC)，其应用时窗内的平均能量值对时窗内每个点的能量进行均衡，并通过时窗的滑动处理实现记录内所有点的均衡处理。

常规的自动增益控制采用固定时窗，其在时窗选取时遇到困难：若时窗太大，浅层的弱反射难以得到有效增益，而时窗太小又会破坏深层的动力学特征，不利于后续的地质解释。因此本文提出了一种基于变时窗的地震记录自动增益控制方法，其在浅层利用小时窗，深层利用大时窗，时窗随着深度线性增加，以达到浅中深层有效增益的目的。数值试验结果显示，相比于传统的自动增益控制方法，基于变时窗的自动增益控制方法既可保证浅层的弱反射得到较好的能量增益，又可最大限度地保留深层的动力学特征，是一种较为理想的能量增益处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种地震记录变时窗自动增益控制方法，以保证浅层的弱反射得到较好的能量增益，并最大限度的保留深层的动力学特征。对于每炮地震记录，首先在确定最浅层和最深层的时窗长度的基础上，计算出时窗移动的线性增量；然后在计算过程中时窗长度由浅至深线性增加，以满足浅层和深层的不同增益需要。

本发明采取以下技术方案：

一种地震记录变时窗自动增益控制方法，其特征在于它具体包括以下步骤：

(1)设记录长度为T，给定最浅层时窗长度T₁和最深层时窗长度T₂，按下列步骤计算从浅层到深层每个时窗的长度；所述的地震记录的获得方式为：在野外通过人工震源来激发产生地震波，地震波向地下传播，遇到地质反射界面后地震波反射向上到达地面，通过地面上布置的检波器接收并由地震记录仪器记录下来所得到的地震数据；

①利用式(1)计算每次时窗移动的线性增量l；

式中，N₂和N₁分别是最深层和最浅层时窗中心点的采样点序号；

②利用式(2)计算每个时窗的长度；

式中，int{}表示取整运算，Δt为采样间隔，I表示第I个时窗(取值范围为1～N₂-N₁)；

(2)计算地震记录每一道每个采样点的平均振幅值，按以下步骤计算：

①在第一个时窗内，基于式(3)计算时窗中心点的平均振幅值；

式中，表示第j道n时刻的平均振幅值，X_j,k表示第j道k时刻的采样值，m＝int{L[I]/2}为时窗长度的一半；

②将时窗向下滑动一个采样点，时窗中心点位置不变，时窗长度调整为L[I]，重复①操作，从而得到第二个时窗中心点的平均振幅值。

③随着时窗不断向下滑动，最终可得到T₁/2至T-T₂/2范围内所有点的平均振幅值；

④对于t<T₁/2的时间采样点，令其等于T₁/2点的平均振幅值；对于t>T-T₂/2的时间采样点，令其等于T-T₂/2点的平均振幅值，这样即可得到该道每个采样点的平均振幅值。

⑤根据步骤①～④求取地震记录每一道每个采样点的平均振幅值；

(3)利用式(4)计算地震记录每一道每个采样点的加权系数；

式中，参数Q为均衡参数，可控制输出数据的大小，选择1000；

(4)利用式(5)对每个采样点进行振幅均衡计算，即可得到该地震记录每一道每个采样点的均衡振幅值；

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明提出的一种地震记录变时窗自动增益控制方法，在变时窗长度的基础上计算记录中每道每个采样点的加权系数，然后利用这些加权系数求取记录中各点的均衡振幅值。相比于传统的自动增益控制方法，基于变时窗的自动增益控制方法，既可保证浅层的弱反射得到较好的能量增益，又可最大限度地保留深层的动力学特征。

附图说明

图1水平层状速度模型；

图2单炮地震记录；

图3变时窗自动增益控制处理的单炮地震记录；

图4 100ms固定时窗自动增益控制处理的单炮地震记录；

图5 1000ms固定时窗自动增益控制处理的单炮地震记录；

图6基于变时窗的自动增益控制处理流程图。

具体实施方式

下面通过实施例来对本发明的技术方案作进一步解释，但本发明的保护范围不受实施例任何形式上的限制。

实施例1

本发明提出的地震记录变时窗自动增益控制方法，具体的实施过程主要分为以下四步：(1)在确定地震记录最浅层和最深层的时窗长度的基础上，计算出每个时窗的长度；(2)计算地震记录每一道每个采样点的平均振幅值；(3)计算地震记录每一道每个采样点的加权系数；(4)计算地震记录每一道每个采样点的均衡振幅值。

本论文基于一个7层的水平层状模型(速度模型如图1所示，具体参数见表1，为得到浅层弱反射信号，第二与第三层以及第三与第四层速度间隔较小)，应用有限差分正演模拟方法模拟得到一个单炮地震记录，地震记录的获得方式为：在野外通过人工震源来激发产生地震波，地震波向地下传播，遇到地质反射界面后地震波反射向上到达地面，通过地面上布置的检波器接收并由地震记录仪器记录下来所得到的地震数据；然后应用该单炮地震记录进行能量均衡处理实验。该单炮地震记录共有300道，道间距为5m，采样间隔为0.5ms，记录时间6000ms(单炮记录如图2所示)。

表1速度模型参数表

	深度(km)	速度(m/s)
			第一层	0.0-0.5	1500
第二层	0.5-1.0	2100
			第三层	1.0-1.5	2500
第四层	1.5-2.0	2900
			第五层	2.0-4.5	3500
第六层	4.5-8.0	4500
			第七层	8.0-12.5	5500

下面将详细阐述本发明的具体实施过程：

(1)给定最浅层时窗长度为T₁＝100ms，最深层时窗长度为T₂＝1000ms，按以下步骤计算从浅层到深层每个时窗的长度：

①利用式(6)计算得到每次移动时窗时时窗长度的线性增量l＝0.08ms；

式中，N₂＝11000和N₁＝100分别是最深层和最浅层时窗中心点的采样点序号；

②利用式(7)计算每个时窗的长度(采样点个数)。

式中，int{}表示取整运算，Δt为采样间隔，I表示第I个时窗(取值范围为1～10900)；

(2)计算地震记录每一道每个采样点的平均振幅值，按以下步骤计算：

①在第一个时窗内，基于式(8)计算时窗中心点的平均振幅值。

式中，表示第j道n时刻的平均振幅值，X_j,k表示第j道k时刻的采样值，m＝int{L[I]/2}为时窗长度的一半；

②将时窗向下滑动一个采样点，时窗中心点位置不变，时窗长度调整为L[I]，重复①操作，从而得到第二个时窗中心点的平均振幅值。

③随着时窗不断向下滑动，最终可得到50ms至5500ms范围内所有点的平均振幅值；

④对于t<50ms的时间采样点，令其等于50ms处的平均振幅值；对于t>5500ms的时间采样点，令其等于5500ms处的平均振幅值，这样即可得到该道每个采样点的平均振幅值。

⑤根据步骤①～④求取地震记录每一道每个采样点的平均振幅值。

(3)利用式(9)计算地震记录每一道每个采样点的加权系数；

式中，参数Q为均衡参数，可控制输出数据的大小，选择1000；

(4)利用式(5)对每个采样点进行振幅均衡计算，即可得到该地震记录每一道每个采样点的均衡振幅值。

以上步骤的流程图如图6所示。

为了说明本发明所述方法的有效性，这里与基于传统的自动增益控制方法得到的单炮地震记录(如图4、5所示)进行了对比。由图4可知，经100ms小时窗自动增益处理后，浅层的弱反射能量得到较好的增益效果，深层的能量也得到较好的增益。但对比速度模型可以发现，在深层多出了很多虚假信号(如图4箭头所示)，这是因为小时窗包含的地震信号较少，在深层作用时，把层间能量均衡到相近的级别，破坏了深层所需要的动力学特征，均衡出了许多虚假同相轴。由图5可知，经过1000ms时窗均衡后，深层能量得到较好恢复并未出现虚假信号，但浅层的弱反射同相轴却没有得到有效增益(见图5中圆圈标定部分)。由此可见，虽然大时窗能保证深层的动力学特征，但因为大时窗中包含过多的强能量信号，不利于浅层的弱反射同相轴的均衡。由图3可知，经变时窗自动增益控制处理后，浅层的弱反射得到了较好的增益，而深层的能量也得到了恢复，并且由于深层的时窗较大，深层地震波的动力学特征得到了保证，未出现虚假同相轴，满足了地震记录在浅中深层不同的均衡要求。

由此可见，基于地震记录变时窗自动增益控制方法处理的炮集记录，在保证浅层的弱反射得到较好的能量增益的基础上，又最大限度地保留了深层的动力学特征，是一种理想的炮集记录均衡方法。

Claims (1)

1.一种地震记录变时窗自动增益控制方法，其特征在于它具体包括以下步骤：

(1)设记录长度为T，给定最浅层时窗长度T₁和最深层时窗长度T₂，按下列步骤计算从浅层到深层每个时窗的长度；所述的地震记录的获得方式为：在野外通过人工震源来激发产生地震波，地震波向地下传播，遇到地质反射界面后地震波反射向上到达地面，通过地面上布置的检波器接收并由地震记录仪器记录下来所得到的地震数据；

①利用式(1)计算每次时窗移动的线性增量l；

$l=\frac{T_2-T_1}{N_2-N_1}---\left(1\right)$

式中，N₂和N₁分别是最深层和最浅层时窗中心点的采样点序号；

②利用式(2)计算每个时窗的长度；

$L\&lsqb;I\&rsqb;=\mathrm{int}\left\{\frac{T_1}{\mathrm{\&Delta;}t}\right\}+\mathrm{int}\left\{\frac{l/2}{\mathrm{\&Delta;}t}\&CenterDot;I\right\}\&CenterDot;2---\left(2\right)$

式中，int{}表示取整运算，Δt为采样间隔，I表示第I个时窗，取值范围为1～N₂-N₁；

(2)计算地震记录每一道每个采样点的平均振幅值，按以下步骤计算：

①在第一个时窗内，基于式(3)计算时窗中心点的平均振幅值；

$\stackrel{\&OverBar;}{A_{j,n}}=\frac{\underset{k=n-m}{\overset{n+m}{\&Sigma;}}\left|X_{j,k}\right|}{L\&lsqb;I\&rsqb;}---\left(3\right)$

式中，表示第j道n时刻的平均振幅值，X_j,k表示第j道k时刻的采样值，m＝int{L[I]/2}为时窗长度的一半；

②将时窗向下滑动一个采样点，时窗中心点位置不变，时窗长度调整为L[I]，重复①操作，从而得到第二个时窗中心点的平均振幅值；

③随着时窗不断向下滑动，最终可得到T₁/2至T-T₂/2范围内所有点的平均振幅值；

④对于t<T₁/2的时间采样点，令其等于T₁/2点的平均振幅值；对于t>T-T₂/2的时间采样点，令其等于T-T₂/2点的平均振幅值，这样即可得到该道每个采样点的平均振幅值；

⑤根据步骤①～④求取地震记录每一道每个采样点的平均振幅值；

(3)利用式(4)计算地震记录每一道每个采样点的加权系数；

$P_{j,n}=\frac{Q}{\stackrel{\&OverBar;}{A_{j,n}}}---\left(4\right)$

式中，参数Q为均衡参数，可控制输出数据的大小，选择1000；

(4)利用式(5)对每个采样点进行振幅均衡计算，即可得到该地震记录每一道每个采样点的均衡振幅值；

$\stackrel{\&OverBar;}{X_{j,k}}=P_{j,k}\&times;X_{j,k}.---\left(5\right)$