CN109856672B - 基于深度波数谱的瞬变波包提取方法、存储介质与终端 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法、存储介质与终端，通过对深度域地震信号进行积分变换，得到深度波数谱；将每一深度点的波数谱变换到同态域，得到对应的波数复赛谱，经低通滤波后反变换为波数谱；确定波数谱中每一深度点的波数谱最大值，根据该最大值对应的波数，计算对应深度的瞬变波包；合成深度域地震记录，并与观测地震记录对比，若差别超过设定值则返回积分变换，改变积分变换的调节因子，重新得到深度波数谱，直到最终计算的差值满足设定值。

Description

基于深度波数谱的瞬变波包提取方法、存储介质与终端

技术领域

本公开涉及一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法、存储介质与终端。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着叠前深度偏移技术的发展，深度域地震资料越来越多。与时间域资料相比，深度域地震资料具有构造真实直观的特点，可以综合利用测井资料得到更精确的反映地下地层情况的资料。在深度地震资料反演中，影响反演过程的至关重要一步是深度域合成地震记录，进行深度域层位标定。深度域层位标定是联系深度域地震资料和测井资料的桥梁，其准确与否取决于深度域合成地震记录的好坏，而精确的深度域合成地震记录依赖于准确的地震瞬变波包的提取。

目前，地震波包提取方法一般是先通过时间域地震资料提取地震子波，然后通过时深转换及深度域重新采样，将时间域的子波转换为深度域的波包，然而由于时间域和深度域地震的非线性特征，用这种方法提取到的波包用于深度域合成记录误差较大。同时，由于地层的吸收衰减作用，地震波包的波数在每个深度点是不一样的，随深度变化而变化。在深度域用同一个波包进行合成地震记录不符合实际情况，因此合成地震记录与观测地震记录相似度不高，影响了深度域反演的准确性。

林伯香在《利用变换深度域速度函数制作深度域合成地震记录》一文中指出，深度域波包是地层速度的函数，其传播过程不满足线性时不变条件，必须对深度域速度函数进行适当的变换，使其满足褶积方法计算合成地震记录的条件。此后，很多学者通过不同的方法变换速度函数，在深度域提取波包并合成地震记录。例如张杰在《基于Gibbs抽样方法的深度域地震子波提取》一文中提出基于褶积理论，首先对层速度和层厚度用一个常速度进行变换，在变换后的常速度下，利用抽样方法进行波包提取；陈学华等人在《深度域地震子波的优化提取方法》中提出一种深度域速度变换与脊回归算法相结合的深度域地震子波提取方法。此类深度域波包提取方法都依赖地层速度模型，速度变换方法不同则波包提取结果不同，在实际应用中还存在诸多问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法、存储介质与终端，本公开利用深度域地震记录的深度波数谱来提取瞬变波包，实现了深度域瞬变波包的精确提取。利用此瞬变波包通过瞬变褶积模型合成深度地震记录，与实际地震记录匹配良好。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法，包括：

对深度域地震信号进行积分变换，得到深度波数谱；

将每一深度点的波数谱变换到同态域，得到对应的波数复赛谱，经低通滤波后反变换为波数谱；

确定波数谱中每一深度点的波数谱最大值，根据该最大值对应的波数，计算对应深度的瞬变波包；

合成深度域地震记录，并与观测地震记录对比，若差别超过设定值则返回积分变换，改变积分变换的调节因子，重新得到深度波数谱，直到最终计算的差值满足设定值。

作为进一步的限定，对深度域地震信号进行积分变换的具体过程为：

式中S(γ,ω)表示深度波数谱；γ表示目标深度点；ω表示圆波数；s(h)表示深度域地震信号；h表示对应的深度范围；W(h,ω)是深度域高斯窗函数：

其中β为调节因子。

作为进一步的限定，波数谱变换到同态域，得到其对应的波数复赛谱的具体过程包括：对每一深度的波数谱进行傅里叶变换，对变换结果的对数值进行傅里叶反变换，进而得到每一深度的波数复赛谱。

作为进一步的限定，计算瞬变波包的具体过程为：在经过低通滤波并反变换后的波数谱中，找到每一深度点的波数谱最大值，此最大值对应的波数即为该深度点波包的主波数，将主波数带入雷克子波公式得到该深度的瞬变波包。

作为进一步的限定，合成深度域地震记录，并与观测地震记录对比的具体过程为：将得到的瞬变波包带入到瞬变褶积模型中，得到深度域合成地震记录，得到的深度合成地震记录与观测地震记录进行对比。

作为进一步的限定，瞬变褶积模型为：

式中Y表示长度为N的深度域合成地震记录；w₁、w₂，…，w_N表示每一深度点的瞬变波包，这些波包构成波包矩阵；r₁、r₂，…，r_N表示测井反射系数。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的基于深度波数谱的瞬变波包提取方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的基于深度波数谱的瞬变波包提取方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开利用深度域积分变换及同态域滤波，寻找每一深度点的波数谱最大值，将此最大值对应的波数带入到雷克子波公式中，得到瞬变波包。相对于常用的波包提取方法，本公开有以下优点：

(1)直接利用深度域地震数据的深度波数谱提取瞬变波包，摆脱了对地层速度模型的依赖；

(2)利用同态域滤波后的波数谱，消除了高波数反射系数的影响；

(3)本方法能够实现合成地震记录与观测地震记录在深度域的良好匹配。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是深度域瞬变波包提取流程图。

图2是井旁地震道及其深度波数谱。

图3是同态域滤波前后的波数谱对比。

图4(a)(b)是不同点处的理论波包与提取波包的波形对比。

图5(a)(b)是深度域观测地震记录与不同波包合成的地震记录对比；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

本实施例针对业界波包提取方法中未考虑波包的波数随深度变化，以及深度域合成地震标定依赖地层速度模型的问题，提供基于深度波数谱的瞬变波包提取方法。利用深度域地震记录的深度波数谱来提取瞬变波包，实现了深度域瞬变波包的精确提取。利用此瞬变波包通过瞬变褶积模型合成深度地震记录，与实际地震记录匹配良好。图1是深度域瞬变波包提取流程图。具体包括：

(1)对井旁地震信号进行深度域积分变换，获得其深度波数谱。计算深度波数谱的方法为：

式中S(γ,ω)表示深度波数谱；γ表示目标深度点；ω表示圆波数；s(h)表示深度域地震信号；h表示对应的深度范围；W(h,ω)是深度域高斯窗函数：

其中β为调节因子。随着β的增大或减小，窗函数随波数的变化速率会加快或减慢。

(2)将每一深度点的波数谱变换到同态域，得到其对应的波数复赛谱。步骤如下：

①将每一深度的波数谱进行傅里叶变换；

②将①的对数值进行傅里叶反变换，得到每一深度的波数复赛谱

式中α表示某一深度点波数谱的傅里叶频率。

(3)对每一深度点，将低通滤波后的波数复赛谱反变换为波数谱；

(4)在反变换后的波数谱中，找到每一深度点的波数谱最大值，将此最大值对应的波数带入雷克子波公式中，得到此深度的瞬变波包。具体步骤如下：

①在反变换后的波数谱中，找到每一深度点的波数谱最大值，此最大值对应的波数即为该深度点波包的主波数ω_m；

②将ω_m带入雷克子波公式(4)中，得到该深度的瞬变波包：

(5)通过瞬变褶积模型合成深度域地震记录，并与观测地震记录对比，若差别较大返回(1)，改变S变换的调节因子，提取更精确的波包并输出。具体步骤如下：

①将步骤(4)得到的瞬变波包带入到瞬变褶积模型(5)中，得到深度域合成地震记录：

式中Y表示长度为N的深度域合成地震记录；w₁、w₂，…，w_N表示每一深度点的瞬变波包，这些波包构成波包矩阵；r₁、r₂，…，r_N表示测井反射系数；

②将①得到的深度合成地震记录与观测地震记录进行对比；

③若合成地震记录与观测地震记录匹配度高，则输出瞬变波包矩阵；否则返回步骤(1)，修改积分变换的β值，重复步骤(1)到(5)，直到合成记录与观测记录能很好匹配为止。

图2是井旁地震记录(左)经过深度域积分变换得到的深度波数谱(右)。深度域井旁地震记录(左)经过积分变换后，得到深度波数谱(右)，其横坐标为波数值，纵坐标为地震数据的深度值。

得到地震记录的深度波数谱后，将每一深度点的波数谱变换到同态域，得到其复赛谱。对复赛谱低通滤波再反变换，便得到此深度点波包的波数谱。图3是某一深度点处同态域滤波前后波数谱的对比，横坐标表示波数，纵轴表示波数谱的幅度。从图3可以看出，同态域滤波前的波数谱有多个峰值，这是由于其中同时包含波包和地层反射系数的波数信息。经同态域低通滤波后，波数谱变得光滑，并且具有单峰值。由于在同态域，波包的波数较低，而地层反射系数的波数较高，经过同态域低通滤波后，消除了反射系数的影响，从而波数谱变得光滑。

每一深度点的波数谱经同态域滤波后，波数谱最大值对应的波数即为该深度点波包的主波数，将其带入雷克子波公式中，即得到该深度的瞬变波包。图4(a)、(b)是不同深度点处的理论波包与本方法提取的瞬变波包的波形对比。图4(a)为2030米处的波包形状，图4(b)为2110米处的波包形状。横轴为波包的延续长度，纵轴为波包的振幅。由图4可见，不同深度点处的理论波包与提取波包的波形吻合良好。同时，2110米处的波包比2030米处的波包波形宽一些，这是由于地层速度随深度逐渐增加，使波包的波数随深度的增加而减小所致。图4说明本实施例能够提取每一深度点的瞬变波包，而且自动考虑了地层速度变化的影响。

图5(a)、(b)是深度域观测地震记录与不同波包合成的地震记录对比，其中图5(a)是用本实施例提取的瞬变波包通过瞬变褶积模型合成的深度地震记录与观测地震记录的对比，图5(b)为用常规方法提取波包合成的地震记录与观测记录的对比。在图5(a)、(b)中，左边5道为观测地震记录，右边5道为合成地震记录。随着深度增加，地层速度会越来越高，因此深度域地震记录随着深度的增加，同相轴会逐渐变胖，从图5的观测地震记录中可以看到这一特点。在图5(a)中，利用瞬变波包合成的地震记录同样具有这一特点，而且与观测地震记录吻合，吻合度达95％。而图5(b)的合成地震记录同相轴在较深部位比观测地震记录瘦，在较浅部位比观测地震记录胖，吻合度仅为86％。在图5(b)2065m附近，常规方法合成的地震记录与下一同相轴发生干涉，使2075m处的波谷未显现出来；而图5(a)瞬变波包合成的地震记录中，此深度的同相轴与观测地震记录的同相轴形态一致。在图5(b)所示的2140m附近，合成地震记录同相轴明显比观测地震记录的同相轴瘦；而图5(a)在此深度位置，合成地震记录和观测地震记录胖瘦程度相同，符合地震记录随深度的增加，同相轴逐渐变胖的规律。

相应的，还提供：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行本实施例的基于深度波数谱的瞬变波包提取方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行本实施例的基于深度波数谱的瞬变波包提取方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法，其特征是：包括：

对深度域地震信号进行积分变换，得到深度波数谱；

将每一深度点的波数谱变换到同态域，得到对应的波数复赛谱，经低通滤波后反变换为波数谱；

确定波数谱中每一深度点的波数谱最大值，根据该最大值对应的波数，计算对应深度的瞬变波包；

合成深度域地震记录，并与观测地震记录对比，若差别超过设定值则返回积分变换，改变积分变换的调节因子，重新得到深度波数谱，直到最终计算的差值满足设定值。

2.如权利要求1所述的一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法，其特征是：对深度域地震信号进行积分变换的具体过程为：

式中S(γ,ω)表示深度波数谱；γ表示目标深度点；ω表示圆波数；s(h)表示深度域地震信号；h表示对应的深度范围；W(h,ω)是深度域高斯窗函数：

其中β为调节因子。

3.如权利要求1所述的一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法，其特征是：波数谱变换到同态域，得到其对应的波数复赛谱的具体过程包括：对每一深度的波数谱进行傅里叶变换，对变换结果的对数值进行傅里叶反变换，进而得到每一深度的波数复赛谱。

4.如权利要求1所述的一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法，其特征是：计算瞬变波包的具体过程为：在经过低通滤波并反变换后的波数谱中，找到每一深度点的波数谱最大值，此最大值对应的波数即为该深度点波包的主波数，将主波数带入雷克子波公式得到该深度的瞬变波包。

5.如权利要求1所述的一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法，其特征是：合成深度域地震记录，并与观测地震记录对比的具体过程为：将得到的瞬变波包带入到瞬变褶积模型中，得到深度域合成地震记录，得到的深度域合成地震记录与观测地震记录进行对比。

6.如权利要求5所述的一种基于深度波数谱的瞬变波包提取方法，其特征是：瞬变褶积模型为：

式中Y表示长度为N的深度域合成地震记录；w₁、w₂，…，w_N表示每一深度点的瞬变波包，这些波包构成波包矩阵；r₁、r₂，…，r_N表示测井反射系数。

7.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的基于深度波数谱的瞬变波包提取方法。

8.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的基于深度波数谱的瞬变波包提取方法。