CN106443771A - 提高转换波地震数据分辨率的方法及其速度反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高转换波地震数据分辨率的方法以及转换波地震数据高精度速度反演方法。本发明利用小波变换的多尺度信息，在小波频率域中求取需要频带延拓的频率数据振幅谱以及曲线拟合振幅谱值，通过求取与高频测井记录振幅谱的曲线拟合振幅谱值的拓频算子，对该频带范围内的小波域数据进行拓频处理，然后，通过小波逆变换到时间域，得到高分辨率、高精度转换波数据；而且，可以通过对频带拓宽后的转换波数据进行速度反演，获得了更精细的反演结果。本发明的有益效果包括：能够获得高分辨率、高精度转换波地震数据；能够获得更精细的反演结果。

Description

提高转换波地震数据分辨率的方法及其速度反演方法

技术领域

本发明涉及油气勘探地震资料处理领域，具体来讲，涉及一种提高转换波地震数据分辨率的方法以及一种转换波地震数据高精度速度反演方法。

背景技术

目前，随着多波地震勘探的不断深入，提高油气藏的预测精度一直是多波勘探中重点研究的问题。因为多波勘探采集出的转换波分辨率有限、频带范围较窄、精度不高，无法达到后续储层预测分辨多薄层最小厚度的要求，所以如何提高地震转换波的分辨率是提高速度反演精度的关键。

反褶积是常用提高地震资料分辨率的处理技术，但该类方法都仅仅利用地震资料自身的信息，求取反褶积算子，通过该算子重新分配能量，拓宽地震资料的高频部分，而低频部分往往得不到很好的保留，提频后数据的保真性较差。再加上地层对地震波的吸收，导致地面地震资料缺乏相应的高频信息，从而受到较窄频带范围限制，无法有效地提高转换波的分辨率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

为了解决现有技术中的诸多不足中的至少一项，本发明提供了一种提高转换波地震数据分辨率的方法以及一种转换波地震数据高精度速度反演方法。

总体来讲，本发明主要利用小波变换的多尺度信息，在小波频率域中求取需要频带延拓的频率数据振幅谱以及曲线拟合振幅谱值，通过求取与高频测井记录振幅谱的曲线拟合振幅谱值的拓频算子，对该频带范围内的小波域数据进行拓频处理，然后，通过小波逆变换到时间域，得到高分辨率、高精度转换波数据；而且，可以通过对频带拓宽后的转换波数据进行速度反演，获得了更精细的反演结果。

本发明的一方面提供了一种提高转换波地震数据分辨率的方法。所述方法包括：采集得到转换波地震数据和测井信号数据，对转换波地震数据经预处理和叠前偏移后得到转换波偏移剖面，所述方法还包括以下步骤：

A、对转换波地震数据的振幅谱进行频带分析，以得出优势主频带范围和待延拓频带范围，并在优势主频带范围内求取主频值，利用主频值与测井信号数据生成高频合成记录；

B、对所述步骤A中的高频合成记录求取第一曲线拟合振幅谱值；

C、利用式1对步骤A中转换波偏移剖面数据进行一级小波变换分解，分解为第一级低频数据和第一级高频数据，然后对第一级低频数据进行二级小波变换分解，分解为第二级低频数据和第二级高频数据，随后对第二级低频数据进行三级小波变换分解，分解为第三级低频数据和第三级高频数据，所述式1为：

其中，k为尺度2^k-1的变化参数，j为数据样点序号，x(k,j)为尺度2^k-1下的分解数据，h(i)为低通滤波，i为数据长度m内的序号；

D、对步骤C中的各级高频数据(即，所有级数的高频尺度)求取第二曲线拟合振幅谱值；

E、在希望输出振幅谱值与第一曲线拟合振幅谱值的最小平方误差最小的情况下，求得延拓算子，

其中，希望振幅谱值与第二曲线拟合振幅谱值的关系符合式2，式2为：

其中，为希望振幅谱值，A_s为第二曲线拟合振幅谱值，ω为频率，τ为延迟频率序号，Q为延拓算子；

F、利用式2求得希望输出振幅谱通过傅里叶反变换得到高频小波数据，利用小波逆变换将高频小波数据与所述第三级低频数据进行三级逆小波变换重构后，再与所述第二级低频数据进行二级逆小波变换重构，随后再与所述第一级低频数据进行一级逆小波变换重构，得到高频拓展数据，即为具有高分辨率的转换波地震数据。

在本发明的提高转换波地震数据分辨率方法的一个示例性实施例中，所述步骤A中的高频合成记录可以通过式3得到，式3为：

其中，f为雷克子波主频参数，其等于所述主频值，t为时间。

在本发明的提高转换波地震数据分辨率方法的一个示例性实施例中，所述第一曲线拟合振幅谱值可以通过式4得到，式4为：

其中，

其中，ω为频率，ω₀为初值频率值，X(f)为高频测井合成记录数据进行傅里叶变换得到的振幅谱，i为频率序号，t为时间。

在本发明的提高转换波地震数据分辨率方法的一个示例性实施例中，所述步骤D可以通过以下方式实现：对步骤C中的各级高频数据进行求和处理，然后利用傅里叶变换求取平均振幅谱，再根据步骤B同理求取所述各级高频数据的曲线拟合振幅谱值(例如，通过将步骤B中的X(f)(即，高频测井合成记录数据经傅里叶变换得到的振幅谱)替换为本步骤中的平均振幅谱)，即为所述第二曲线拟合振幅谱值。

在本发明的提高转换波地震数据分辨率方法的一个示例性实施例中，步骤C中的小波变换分解的级数为2级或者4级以上。相应地，步骤F中的小波逆变换的级数也相应调整。

本发明的另一方面提供了一种转换波地震数据高精度速度反演方法。所述反演方法通过对如上所述提高转换波地震数据分辨率方法得到的高频拓展数据进行速度反演来实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：能够获得高分辨率、高精度转换波地震数据；能够获得更精细的反演结果。

附图说明

图1A示出了实际转换波数据；图1B示出了经本发明的提高转换波地震数据分辨率方法处理后的转换波数据。

图2A示出了延拓前的数据振幅谱；图2B示出了经本发明的提高转换波地震数据分辨率方法延拓后的数据振幅谱。

图3A示出了延拓前转换波速度反演剖面；图3B示出了经本发明的高精度速度反演方法延拓后的转换波速度反演剖面。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的提高转换波地震数据分辨率的方法及转换波地震数据高精度速度反演方法。

在本发明的一个示例性实施例中，转换波高精度速度反演方法可通过以下步骤来实现：

(1)采集转换波地震数据和测井信号数据，转换波地震数据经过预处理和叠前偏移后得到的转换波偏移剖面。

(2)对地震数据振幅谱进行频带分析，给出待延拓频带范围，并在范围内求取主频值，与测井信号生成高频合成记录。

本步骤可以按下列方式完成：

(a)对经过预处理和叠前偏移后得到的转换波偏移剖面进行傅里叶变换求取其振幅谱，分析其优势主频带范围(或称有效信号频带范围)和待延拓频带范围，求取待延拓频带范围内中值为主频率值。通常，通过分频扫描可确定优势主频带范围。待延拓范围一般为中高频，普通技术人员可通过经验给出。主频值是优势频带范围内信号能量最强值所在的频率值。

(b)以步骤(a)的主频值为雷克子波主频参数f(如下面式1)，对测井信号中反射系数进行褶积处理，得到高频测井合成记录数据w(t)(亦可简称为测井合成记录数据或高频合成记录)。

其中，f为雷克子波主频参数，单位为频率(Hz)；t为时间，单位毫秒(ms)。

(3)对步骤(2)中测井合成记录数据求取曲线拟合振幅谱值A_W(可作为第一曲线拟合振幅谱值)。

本步骤可以按下列方式完成：

(a)假设曲线拟合函数f(ω)为：

其中：ω为频率，ω₀为初值频率值，A和B为待定频率参数。

对式(2)两边取对数函数得：

(b)步骤(a)中式(3)等式变换为：

令式(4)中s＝-ln[f(ω)]，则式(4)可简化为：

s＝aω²+bω+c (5)

对高频测井合成记录数据进行傅里叶变换得其振幅谱：

令则通过将高频测井合成记录数据的振幅谱与曲线拟合振幅谱s求误差平方和最小的方式，得到待定参数值：

其中，i为振幅样点序号，n为振幅样点个数。

将式(5)代入式(7)中，并对待定参数求导且导数为零，得参数值a，b，c求解方程：

通过求解方程(8)可得式(5)中参数值a，b，c值后，进而可得式(2)中曲线拟合振幅谱待定参数值：

通过式(2)与式(9)可得测井合成记录数据求取曲线拟合振幅谱值A_W＝f(ω)。

(4)对于步骤(1)中的转换波地震偏移剖面，利用小波变换把其数据分成3级尺度数据。

本步骤可以按下列方式完成：

(a)对地震偏移剖面利用小波变换式(即，式(10))进行3级尺度数据分解。

其中，k为尺度2^k-1的变化参数，j为数据样点序号，x(k,j)为尺度2^k-1下的分解数据，h(i)为低通滤波，i为数据长度m内的序号。

(b)先对数据进行一级小波变换分解，分解为低频数据x_L(1,j)和高频数据x_H(1,j)；然后对低频数据x_L(1,j)进行二级小波变换分解，分解为低频数据x_L(2,j)和高频数据x_H(2,j)；最后再把二级低频数据x_L(2,j)进行三级小波变换分解，分解为低频数据x_L(3,j)和高频数据x_H(3,j)。

(5)对步骤(4)的三级尺度中的高频部分数据(即，x_H(1,j)、x_H(2,j)和x_H(3,j))求取曲线拟合振幅谱值A_S(可作为第二曲线拟合振幅谱值)。

本步骤可以按下列方式完成：

对步骤(4)中的高频数据x_H(1,j)、x_H(2,j)、x_H(3,j)进行求和处理，然后利用傅里叶变换(如，式(6))可求取平均振幅谱再根据步骤(3)同理求取步骤(4)中的高频数据的曲线拟合振幅谱值A_S。

(6)对步骤(3)和(5)振幅谱值之间求取延拓算子。

本步骤可以按下列方式完成：

步骤(5)中地震数据曲线拟合振幅谱A_S与希望输出振幅谱存在以下关系：

其中，τ为延迟频率序号，Q为延拓算子。

即：希望输出振幅谱需要通过式(11)地震数据曲线拟合振幅谱A_S与延拓算子Q求解。

为了达到高频延拓的目的，需要使得希望输出振幅谱与步骤(3)中测井合成记录曲线拟合振幅谱A_W尽可能一致，即：这两个振幅谱最小平方误差E最小时对应的延拓算子Q为最佳值。

其中，i为振幅样点序号，n为振幅样点个数。

在式(12)中对延拓算子Q中每个分量进行求导，并令其为零得：

其中，λ为频率序号。

式(13)可利用矩阵方式求解，可令A_S构成的矩阵为M，其逆矩阵为M^-，A_W构成的列向量矩阵为C，则式(13)中延拓算子矩阵Q的求解表达式为：

Q＝M^-C (14)

(7)对步骤(6)中延拓算子进行高频延拓处理，并与步骤(4)中的低频部分(例如，低频部分包括x_L(1,j)，x_L(2,j)和x_L(3,j))利用小波逆变换到时间域。对于小波逆变换，常规技术人员在获知前面式(10)的小波变换方式的情况下，即可确定小波逆变换的方式。

本步骤可以按下列方式完成：

利用式(14)与式(11)得到三级尺度高频希望输出振幅谱(即，高频数据x_H(1,j)、x_H(2,j)、x_H(3,j)求和的希望输出振幅谱(例如，通过将步骤(5)中的曲线拟合振幅谱值A_S和步骤(6)中的延拓算子Q一起代入式(11)而得到)；通过傅里叶反变换可得到其高频小波数据x_H(j)。

利用小波逆变换把高频小波数据x_H(j)与步骤(4)中的低频数据x_L(3,j)进行三级逆小波变换重构后，再与低频数据x_L(2,j)进行二级逆变换重构，最后再与x_L(1,j)进行一级逆变换重构得到高频拓展数据，该数据具有较高的分辨率(亦可称为高分辨率数据)。

(8)对步骤(7)中高分辨率数据进行高精度速度反演。即，对通过本示例性实施例的上述步骤(1)至(7)所得到的有测井数据约束的高分辨率数据，进行速度反演。

本步骤可以按下列方式完成实现：

速度反演是储层预测的核心技术，其对反演数据的分辨率与精度要求较高，通过上面步骤(7)得到高分辨率地震数据，对该数据利用高阶累积量、高阶统计等常规子波提取方法，获取其高精度混合相位子波，利用褶积式可得近似反射系数，那么通过关系递推可计算出其地层波阻抗剖面，即：

其中，Z₀为初始波阻抗，Z_j+1为j+1层波阻抗，r_i为反射系数。

需要说明的是，在本发明的方法中，也可利用小波变换把步骤(1)中的转换波地震偏移剖面数据分成2级尺度数据或者4级尺度以上的数据，分级的方式与步骤(4)相似，即将上一级的低频数据再分级形成新一级的低频数据和新一级的高频数据。相应地，步骤(5)中的高频数据对应所有分级尺度中的高频数据；同样，相应地，步骤(7)中进行与步骤(4)对应级数的小波比变换。不过，相对而言，分级过多会造成处理效率过慢，优选地，分为3级。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加的清楚明白，下面结合具体示例来进一步详细说明本发明的示例性实施例。

在本发明的另一个示例性实施例中，本发明的转换波高精度速度反演方法可包括以下步骤：

第一步：对采集到的转换波地震数据和测井信号数据，地震经过预处理和叠前偏移后得到的转换波偏移剖面；

第二步：对地震数据振幅谱进行频带分析，如有效信号所在频带范围为0-80Hz，给出待延拓频带范围为40-80Hz，并在范围内求取主频值为40Hz，与测井信号生成f＝40Hz高频合成记录；

第三步：对第二步中测井合成记录数据求取曲线拟合振幅谱值A_W；

(a)曲线拟合函数f(ω)为：

通过式(2)可得测井合成记录数据求取曲线拟合振幅谱值A_W＝f(ω)；

第四步：对第一步中地震偏移剖面利用小波变换把数据分成3级尺度数据；对地震偏移剖面利用小波变换式进行3级尺度数据分解：

其中，k为尺度2^k-1的变化参数，j为数据样点序号，x(k,j)为尺度2^k-1下的分解数据，h(i)为低通滤波。

先对数据进行一级小波变换分解，分解为低频数据x_L(1,j)和高频数据x_H(1,j)；然后对低频数据x_L(1,j)进行二级小波变换分解，分解为低频数据x_L(2,j)和高频数据x_H(2,j)；最后再把二级低频数据x_L(2,j)进行三级小波变换分解，分解为低频数据x_L(3,j)和高频数据x_H(3,j)。

第五步：对第四步的三级尺度中高频部分数据求取曲线拟合振幅谱值A_S；

将高频数据x_H(1,j)、x_H(2,j)、x_H(3,j)求和处理，然后利用式(2)可求取平均振幅谱再根据步骤(3)同理求取高频数据的曲线拟合振幅谱值A_S。

第六步：对第三步和第五步的振幅谱值之间求取延拓算子；

第四步中地震数据曲线拟合振幅谱A_S与希望输出振幅谱存在以下关系：

可令A_S构成的矩阵为M，其逆矩阵为M^-，A_W构成的列向量矩阵为C，则式(4)中延拓算子矩阵Q的求解表达式为：

Q＝M^-C (5)

第七步：对第六步中延拓算子进行高频延拓处理，并与第四步中低频部分利用小波逆变换到时间域；

本步骤按下列方式完成：

利用式(4)与式(5)得到三级尺度高频希望输出振幅谱，通过傅里叶反变换可得到其高频小波数据x_H(j)。

利用小波逆变换把高频小波数据x_H(j)与第四步中低频数据x_L(1,j)重构为高频拓展数据，该数据具有较高的分辨率。

第八步：对第七步中高分辨率数据进行高精度速度反演。

本步骤按下列方式完成：

速度反演是储层预测的核心技术，其对反演数据的分辨率与精度要求较高，通过上面第七步得到高分辨率地震数据，对该数据利用高阶累积量、高阶统计等常规子波提取方法，获取其高精度混合相位子波，利用褶积式可得近似反射系数，那么通过关系递推可计算出其地层波阻抗剖面，即：

其中，Z₀为初始波阻抗，Z_j+1为j+1层波阻抗。

图1A示出了实际转换波数据；图1B示出了经本发明的提高转换波地震数据分辨率方法处理后的转换波数据，其中，横坐标为地震数据道号，纵坐标为时间(ms)。对比图1A与图1B的转换波偏移剖面，可以看出：本发明的方法能够明显提高转换波分辨率，且经本发明的方法处理后层间信息更加分明和丰富，有利于为后续速度反演提供高精度剖面。

图2A示出了延拓前的数据振幅谱；图2B示出了经本发明的提高转换波地震数据分辨率方法延拓后的数据振幅谱，其中，横坐标为频率(Hz)，纵坐标为振幅。对比图2A与图2B的处理前后的振幅谱，可以看出：经本发明的方法处理后的频带得到明显拓宽，高频部分得到明显拓展，低频部分保持较好。

图3A示出了延拓前转换波速度反演剖面；图3B示出了经本发明的高精度速度反演方法延拓后的转换波速度反演剖面，其中，横坐标为频率(Hz)，纵坐标为归一振幅值。对比图3A与图3B的速度反演剖面，可以看出：延拓后剖面层间速度分辨率更高、低速储层段分辨更加明确，目的层低速特征更加明显可辨。

综上所述，本发明的方法能够获得高分辨率、高精度转换波地震数据；而且能够获得更精细的反演结果。

尽管上面已经结合附图和示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (6)

1.一种提高转换波地震数据分辨率的方法，所述方法包括：采集得到转换波地震数据和测井信号数据，对转换波地震数据经预处理和叠前偏移后得到转换波偏移剖面，其特征在于，所述方法还包括步骤：

A、对转换波地震数据的振幅谱进行频带分析，以得出优势主频带范围和待延拓频带范围，并在优势主频带范围内求取主频值，利用主频值与测井信号数据生成高频合成记录；

B、对所述步骤A中的高频合成记录求取第一曲线拟合振幅谱值；

C、利用式1对步骤A中转换波偏移剖面数据进行一级小波变换分解，分解为第一级低频数据和第一级高频数据，然后对第一级低频数据进行二级小波变换分解，分解为第二级低频数据和第二级高频数据，随后对第二级低频数据进行三级小波变换分解，分解为第三级低频数据和第三级高频数据，所述式1为：

$x(k,j)=\underset{i=-m}{\overset{m}{\Σ}}h\left(i\right)x(k-1,j-2^{k-1}i),$

其中，k为尺度2^k-1的变化参数，j为数据样点序号，x(k,j)为尺度2^k-1下的分解数据，h(i)为低通滤波，i为数据长度m内的序号；

D、对步骤C中的各级高频数据求取第二曲线拟合振幅谱值；

E、在希望输出振幅谱值与第一曲线拟合振幅谱值的最小平方误差最小的情况下，求得延拓算子，

其中，希望振幅谱值与第二曲线拟合振幅谱值的关系符合式2，式2为：

其中，为希望振幅谱值，A_s为第二曲线拟合振幅谱值，ω为频率，τ为延迟频率序号，Q为延拓算子；

F、利用式2求得希望输出振幅谱通过傅里叶反变换得到高频小波数据，利用小波逆变换将高频小波数据与所述第三级低频数据进行三级逆小波变换重构后，再与所述第二级低频数据进行二级逆小波变换重构，随后再与所述第一级低频数据进行一级逆小波变换重构，得到高频拓展数据，即为具有高分辨率的转换波地震数据。

2.根据权利要求1所述的提高转换波地震数据分辨率的方法，所述步骤A中的高频合成记录通过式3得到，式3为：

$w\left(t\right)=(1-2\×{(\mathrm{\π}\×f\×t)}^2)\×{\exp }^{(-{(\mathrm{\π}\×f\×t)}^2)f},$

其中，f为雷克子波主频参数，其等于所述主频值，t为时间。

3.根据权利要求1所述的提高转换波地震数据分辨率的方法，所述第一曲线拟合振幅谱值通过式4得到，式4为：

$f\left(\mathrm{\ω}\right)=A\exp \[-\frac{{(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)}^2}{B^2}\],$

其中，

$\left\{\begin{array}{c}A=\exp (\frac{b^2}{4a}-c)\\ B=\frac{1}{\sqrt{a}}\\ {\mathrm{\ω}}_0=-\frac{b}{2a}\end{array}\right.,$

$\left[\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right]={\left[\begin{array}{ccc}\underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i^4& \underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i^3& \underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i^2\\ \underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i^3& \underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i^2& \underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i\\ \underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i^2& \underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i& n\end{array}\right]}^{-1}\×\left[\begin{array}{c}\underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i^2{\stackrel{\‾}{s}}_i\\ \underset{i}{\Σ}{\mathrm{\ω}}_i{\stackrel{\‾}{s}}_i\\ \underset{i}{\Σ}{\stackrel{\‾}{s}}_i\end{array}\right],$

$\stackrel{\‾}{s}=ln\left|X\left(f\right)\right|,$

$\left|X\left(f\right)\right|=\left|\underset{-\mathrm{\∞}}{\overset{+\mathrm{\∞}}{\∫}}x\left(t\right)e^{-i2\mathrm{\π}ft}dt\right|,$

其中，ω为频率，ω₀为初值频率值，X(f)为高频测井合成记录数据进行傅里叶变换得到的振幅谱，i为频率序号，t为时间。

4.根据权利要求1所述的提高转换波地震数据分辨率的方法，所述步骤D通过以下方式实现：

对步骤C中的各级高频数据进行求和处理，然后利用傅里叶变换求取平均振幅谱，再根据步骤B同理求取所述各级高频数据的曲线拟合振幅谱值(例如，通过将步骤B中的X(f)(即，高频测井合成记录数据经傅里叶变换得到的振幅谱替换为本步骤中的平均振幅谱)，即为所述第二曲线拟合振幅谱值。

5.根据权利要求1所述的提高转换波地震数据分辨率的方法，步骤C中的小波变换分解的级数为2级或者4级以上。

6.一种转换波地震数据高精度速度反演方法，其特征在于，所述反演方法通过对如权利要求1至5中任意一项所述方法得到的高频拓展数据进行速度反演来实现。