CN106707334B - 一种提高地震资料分辨率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高地震资料分辨率的方法，具体步骤如下：对原始地震记录应用连续小波变换CWT时间序列分析；利用连续小波域的多分辨率特征，通过谐频分析计算出各尺度小波的谐波信息逆变换将谐波信息变换回时间域；将得到的时间阈信息加入到原始地震记录上，有效拓展地震数据的频宽。本发明从方法原理上突破了传统褶积模型的限制，不再需要估计地震子波，不再需要假设地层反射系数是稀疏的；利用优势频段信息提取谐波分量，保证拓频结果具有较高的信噪比，具体实现采用FFT算法，计算效率高，可以同时拓展低频与高频。

Description

一种提高地震资料分辨率的方法
技术领域
本发明涉及谐频技术领域，具体是一种提高地震资料分辨率的方法。
背景技术
在地震资料处理中，信噪比和分辨率是评价地震资料品质的两个重要指标。具有高信噪比和高分辨率的地震资料，可以用来进行有效的反演和地质解释，为实现精细油藏描述奠定坚实的基础。因此，如何有效的提高地震资料的分辨率和信噪比，是地震资料处理的一个关键问题。
我们结合地震信号在连续小波域的多分辨率特征，按照谐频分析的思路，扩展地震资料的有效带宽，能够极大的提高地震资料的分辨率，这是其它方法很难达到的。
一直以来，拓展地震信号的高频端和低频端是地震资料采集和处理所追求的目标。地震信号的频带范围一般在几赫兹到几十赫兹之间，其中高频成分主要影响地震资料的分辨率，低频成分主要影响深层构造的成像精度、叠前叠后反演的稳定性和准确性，甚至还可能直接影响油气检测。目前，针对高频成分的补偿方法研究较多，而有关低频保护与补偿的研究较少。
地震波在地下介质中传播时，高频信号相对于低频信号吸收衰减更快，造成了地震信号主频低、带宽窄的特点。将地震信号分解到连续小波域，则表示高频信号的小尺度小波系数能量相对较弱。基于宽频带高分辨率地震信号振幅谱能量近似水平的假设，在连续小波域补偿因为传播损失的高频能量，以恢复地震资料高分辨率特征。下面给出应用连续小波变换扩展单道地震资料频宽步骤：
(1)对单道地震信号f(x)做连续小波变换。将该地震道分解到时间—尺度域，W(τ，s)为拓频前地震信号的小波变换系数：
连续小波变换在时频平面内的良好局部化特性和冗余特性，提供了可以在频率域预测可扩展的频率，并且利用时间频率域中的不完全信息重建信号的可能。时间频率域的联合分辨率受不确定性原理的约束，根据尺度的变化而变化，尺度增大时，时间分辨率较低，频率分辨率较高；反之尺度减小时，时间分辨率较高，频率分辨率较低。
(2)在原始地震信号的振幅谱中选择一个基准频率，以该基准频率计算需要扩展的频率信息的扩展范围，即谐波和次谐波，见图1(以高频端的扩展为例)。
在图1的频率选择中，A点表示所选择的基准频率，B＝A/2；BA之间的频率为基础频率段。扩展频谱的低端与上述类似，基准频率需要重新选择，图1虚线即为扩展低端的基准频率。基准频率定义为一个用于扩展带宽的标准，在原始信号的振幅谱上选择；带宽扩展范围的计算采用倍频程的概念，扩展的高频分量的频率信息称为谐波(一次谐波、二次谐波等)，扩展的低频分量的频率信息称为次谐波(一次次谐波、二次次谐波等)；谐波为基准频率的整数倍，次谐波为基准频率的整数倍的倒数；基础频率为基准频率到基准频率之前一个倍频程之间的频率段，用来预测谐波和次谐波的振幅谱，并且对谐波和次谐波振幅谱进行能量密度调节，从而达到带宽扩展的目的。
(3)在时频域得到带有已扩展带宽的信息对其进行连续小波变换的逆变换，根据式(1)重建已扩频的时间信号
式中，CΨ满足可允许性条件。
上述应用连续小波变换扩展单道地震资料频宽的方法存在如下缺点
1、需要提取可靠的子波；
2、地层反射系数必须满足稀疏假设；
3、原始地震记录必须具有较高的信噪比，否则拓频结果会产生较多噪声；
4、求解压缩感知问题计算量相对较大，方法效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种信噪比高、计算效率高的提高地震资料分辨率的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高地震资料分辨率的方法，具体步骤如下：
(1)对原始地震记录应用连续小波变换CWT时间序列分析：
(2)利用连续小波域的多分辨率特征，通过谐频分析计算出各尺度小波的谐波信息
(3)逆变换将谐波信息变换回时间域：
(4)将步骤(3)得到的时间阈信息加入到原始地震记录上，有效拓展地震数据的频宽。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(1)中的原始地震记录包括原始时间阈地震记录和原始频率阈时间记录。
作为本发明进一步的方案：所述原始时间阈地震记录是地层反射系数与地震子波的褶积。
作为本发明再进一步的方案：所述原始频率阈时间记录是反射系数谱与地震子波谱的乘积。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明从方法原理上突破了传统褶积模型的限制，不再需要估计地震子波，不再需要假设地层反射系数是稀疏的；利用优势频段信息提取谐波分量，保证拓频结果具有较高的信噪比，具体实现采用FFT算法，计算效率高，可以同时拓展低频与高频。
附图说明
图1为现有技术中由基准频率扩展出谐波、次谐波的示意图。
图2(a)为本发明中谐波拓频的基本原理之一。
图2(b)为本发明中谐波拓频的基本原理之二。
图3为本发明中谐波拓频的基本流程示意图。
图4为本发明中高频谐波合成示意图。
图5为本发明中极值褶积法重建原始信号的示意图。
图6为本发明中谐波信号计算示例示意图。
图7为本发明中谐波信号的频谱示意图。
图8为直接拓频后的谱形态异常问题示意图。
图9为本发明中权值预估算方法示意图。
图10为本发明中加入权值预估算的拓频结果示意图。
图11为横向能量异常示意图。
图12为本发明中强轴预压制技术流程示意图。
图13为本发明中强轴预压制技术效果对比示意图。
图14为本发明中数据重采样的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-14，一种提高地震资料分辨率的方法，具体步骤如下：
(1)对原始地震记录应用连续小波变换CWT时间序列分析：
(2)利用连续小波域的多分辨率特征，通过谐频分析计算出各尺度小波的谐波信息
(3)逆变换将谐波信息变换回时间域：
(4)将步骤(3)得到的时间阈信息加入到原始地震记录上，有效拓展地震数据的频宽，进而更好地刻画地下的地层反射。
所述步骤(1)中的原始地震记录包括原始时间阈地震记录和原始频率阈时间记录；所述原始时间阈地震记录是地层反射系数与地震子波的褶积，所述原始频率阈时间记录是反射系数谱与地震子波谱的乘积。
谐波拓频的基本原理如图2所示，由图2(a)中可以看出，在原始信号中加入谐波信号，可以提高原始信号的分辨率。在图2(b)中可以看出，地震子波也可以认为是由不同频率的谐波构成，缺失高频谐波地震子波的分辨率偏低，增入高频谐波地震子波的分辨率得到增强。
图4给出了一个由原始数据得到高频谐波信号的形象过程，得到低频谐波信号的过程与此类似。
本发明采用极值褶积法能够快速得到谐波：谐波计算是谐波提频技术的一个重要环节，图5给出了利用极值褶积法重建原始信号过程，首先将原始信号进行小波分解，然后提取各尺度小波信号的极值(极大值和极小值)，利用这个极值信号与对应尺度的小波进行褶积，可以很好的重新合成小波信号，变换回时间域，恢复信号与原始信号保持一致。整个过程表明，“极值信号”很好的保留了原始信号的信息，当把“极值信号”与小尺度(1/2尺度)和大尺度(2倍尺度)小波信号进行褶积时，就会得到原始小波信号的谐波信号和次谐波信息。图6给出了一个谐波信号计算的例子，图7给出了谐波信号的频谱。
本发明通过权值预估算来控制谐波谱的形态：如图8所示，利用上述的谐波法直接进行拓频，拓频后谱形态会产生一些异常，出现一个“塌陷”频段，通过权值预估算对谐波信号进行能量密度调整，这样谐波和次谐波的能量谱形状会更好。图9给出了权值预估算技术的基本流程，利用期望输出谱逐步校正原始输入谱，采用非线性优化算法，在小波尺度域预先估算各尺度小波信号的权值，进而保证输出数据的频谱逼近期望输出谱。图10给出了加入权值预估算的拓频结果。
本发明通过“强轴”预压制解决“强轴”横向能量异常：当原始地震数据中有非常强的单界面反射信息时，在拓频结果中会出现“强轴”横向能量异常，如图11所示，为了压制这种“强轴”横向能量异常，研究了“强轴”预压制技术。图12给出了“强轴”预压制技术的技术流程，从原始数据中事先估计出一个强轴压制算子，这个算子对于强轴的压制程度是可以控制的，具体参数控制后面还有讨论，对原始数据应用强轴压制算子后再进行拓频，然后在反向应用强轴压制算子，进而得到最终的拓频结果。图13是“强轴”预压制技术效果对比图，应用“强轴”预压制技术后，“强轴”横向能量异常得到了削弱。
本发明通过程序实现充分利用FFT算法来提高计算效率：整个谐波拓频技术涉及了数据重采样(如图14，数据重采样是保证算法横向连续性必要条件)、小波变换、谐波计算等算法，为了保证整个谐波拓频算法的高效性，编程实现时，充分利用了FFT算法，这也是该拓频算法走向叠前的一个必要条件。
本发明从方法原理上突破了传统褶积模型的限制，不再需要估计地震子波，不再需要假设地层反射系数是稀疏的；利用优势频段信息提取谐波分量，保证拓频结果具有较高的信噪比，具体实现采用FFT算法，计算效率高，可以同时拓展低频与高频。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)对原始地震记录应用连续小波变换CWT时间序列分析：
(2)利用连续小波域的多分辨率特征，通过谐频分析计算出各尺度小波的谐波信息利用极值褶积法重建原始信号过程，首先将原始信号进行小波分解，然后提取各尺度小波信号的极值，包括极大值和极小值，利用这个极值信号与对应尺度的小波进行褶积，从而重新合成小波信号，变换回时间域，恢复信号与原始信号保持一致；
(3)逆变换将谐波信息变换回时间域：
(4)将步骤(3)得到的时间阈信息加入到原始地震记录上，有效拓展地震数据的频宽。
2.根据权利要求要求1所述的提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的原始地震记录包括原始时间阈地震记录和原始频率阈时间记录。
3.根据权利要求要求2所述的提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述原始时间阈地震记录是地层反射系数与地震子波的褶积。
4.根据权利要求要求2所述的提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述原始频率阈时间记录是反射系数谱与地震子波谱的乘积。
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