CN109884705B - 双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,包括:采用地震数据资料,并对叠后数据进行四个不同域的分解;进行时频分析处理;基于均方根误差最小的原则,在二维时频谱中进行子波振幅谱的谱拟合处理;拟合得到对应的二维子波振幅谱;根据双重约束谱拟合得到的二维时间——频率域子波振幅谱,设计二维时间——频率域的提高分辨率算子;在不同域内,分别将二维时间——频率域提高分辨率算子应用到地震数据中,同步进行多域能量一致性补偿及提高分辨率同步处理。该双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法有效保护了弱信号的时频特征和反射系数的波组关系,是一种相对保幅的提高分辨率处理技术。
Description
技术领域
本发明涉及地震资料处理技术领域,特别是涉及到一种双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法。
背景技术
地震勘探获得单炮地震记录之后,需要对地震记录资料进行后续的室内处理工作,主要的三个处理环节分别是:反褶积、叠加和偏移。地震记录数据是地层反射系数序列与地震子波褶积的结果,地震记录同相轴是波阻抗界面,而不是地层的绝对界面。由于实际地震子波不是尖脉冲,相距太近的岩性或构造界面就不能很好的分辨,特别是薄互层更是难以有效识别。反褶积的目的就是压缩地震子波,拓宽地震记录资料的频带,提高地震数据的分辨能力。
在进行常规的反褶积处理之前,需要对地震记录资料的球面扩散、界面反射和地层吸收衰减等进行能量补偿,子波一致性是做好常规反褶积处理的必要条件。但是地下信息是未知的,无法通过球面扩散、界面反射和地层吸收衰减处理实现子波的完全一致性。地震信号在地层中传播,由于地层的吸收衰减作用,地震资料中地震子波会随着地层深度的增加而变化,制约着常规反褶积处理的效果。特别是随着勘探程度的深入,对地震资料的分辨率提出了更高的要求,地震成果数据往往不能满足地质解释和储层精细描述的要求,制约着高效勘探与开发。为此我们发明了一种新的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现地震资料的高分辨率处理,大幅提高储层描述和油气识别的精度的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现:双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,该双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法包括:步骤1,采用地震数据资料,并对叠后数据进行四个不同域的分解;步骤2,进行时频分析处理,时频分析方法采用修正归一化变分辨率(GS)变换处理,通过修正GS变换得到对应地震数据的二维时频谱;步骤3,基于均方根误差最小的原则,在二维时频谱中进行子波振幅谱的谱拟合处理;步骤4,设置一系列大小不同的多项式拟合参数X和Y,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,拟合得到对应的二维子波振幅谱;步骤5,根据双重约束谱拟合得到的二维时间——频率域子波振幅谱,设计二维时间——频率域的提高分辨率算子;步骤6,在不同域内,分别将二维时间——频率域提高分辨率算子应用到地震数据中,同步进行多域能量一致性补偿及提高分辨率同步处理。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现:
在步骤1,采用的地震数据资料包括叠加后地震纯波数据或叠加后地震成果数据;对叠后数据进行四个不同域的分解,四个域分别是:分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域。
在步骤2,在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域这四个域内分别进行时频分析处理,时频分析方法采用修正GS变换处理,通过修正GS变换可以得到对应地震数据的二维时频谱,二维时频谱的数学表达式如下:
式中:sig(T)是分解后四个域内的一道地震数据,T为时间,单位是ms;GS(ψ,Fre)是sig(T)的二维时频谱;Fre为频率,单位是Hz;参数α和β用于调节修正GS变换窗函数的时间延续长度和衰减趋势;ψ为窗函数的时间位置,单位是ms。
在步骤3,基于均方根误差最小的原则,在二维时频谱GS(ψ,Fre)中进行子波振幅谱的谱拟合处理,子波振幅谱的谱拟合数学表达式如下:
式中:Wave(Fre,Tline)是谱拟合处理得到的二维子波振幅谱;Fre为频率,单位是Hz;Tline为时间,单位是ms;X和Y为谱拟合处理的多项式拟合参数;β为Tline时间的多项式拟合权值;为频率Fre的多项式拟合系数;
在步骤4,设置一系列大小不同的多项式拟合参数X和Y,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,拟合得到对应的二维子波振幅谱,并计算得到子波自相关与地震记录自相关的误差值,根据最佳参数优选方法确定最优的子波振幅谱拟合参数多项式拟合,得到分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内地震数据的二维时间——频率域子波振幅谱。
在步骤4,在多项式参数拟合过程中,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,基于最小二乘原则进行自适应参数拟合,并将拟合参数N的遍历范围设置为[2,10],参数k的遍历范围设置为[0,3],进一步限定了参数拟合的范围,拟合得到的参数稳定性高、应用效果合理,拟合得到最佳的拟合参数后,将拟合得到的最佳参数应用到所有数据中;所述噪音强度谱为在二维时频域内计算得到的信号与噪音强度占比的二维谱;所述能量密度谱为在二维时频域内计算得到的不同频率范围内信号能量的二维谱。
在步骤5,根据双重约束谱拟合得到的二维时间——频率域子波振幅谱,设计二维时间——频率域的提高分辨率算子,在设计提高分辨率算子过程中,分别在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,利用测井信息进行校正,通过多次往复循环的方式,实现最优提高分辨率算子的设计,从而使得井旁道地震数据提高分辨率结果趋近于测井信息。
在步骤5,在设计提高分辨率算子过程中,分别在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,利用测井信息进行校正,即将初步的提高分辨率算子应用到原始数据中,然后利用测井信息对初步处理的数据进行校正;通过多次往复循环的方式,不断降低校正误差,实现最优提高分辨率算子的设计,从而使得井旁道地震数据提高分辨率结果趋近于测井信息。
该双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法还包括,在步骤6之后,重复上述步骤,直到全部地震资料完成测井信息校正的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理工作。
本发明中的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,属于地震资料的提高分辨率处理,可得到高分辨率地震资料的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理。该双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法根据双重约束谱拟合得到的二维时间——频率域子波振幅谱,设计二维时间——频率域的提高分辨率算子,分别在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,利用测井信息进行校正,通过多次往复循环的方式,实现最优提高分辨率算子的设计,消除了不同域内地震子波的非一致性差异。双重约束二维子波谱提高地震分辨率处理方法能够更好的适应地震信号是平稳信号的假设条件,克服地震子波差异的影响,有效保护了弱信号的时频特征和反射系数的波组关系,是一种相对保幅的提高分辨率处理技术。
附图说明
图1为本发明的一具体实施例中叠后地震资料纯波剖面图;
图2为本专利方法为本发明的一具体实施例中处理得到的叠后地震资料剖面图;
图3为本发明的一具体实施例中叠后地震资料纯波剖面的傅里叶振幅谱的示意图;
图4为本发明的一具体实施例中处理后地震资料剖面的傅里叶振幅谱的示意图;
图5为本发明的一具体实施例中叠后地震资料纯波剖面的二维时频谱的示意图;
图6为本发明的一具体实施例中处理后地震资料剖面的二维时频谱的示意图;
图7为本发明的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法的一具体实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举出较佳实施例,并配合附图所示,作详细说明如下。
如图7所示,图7为本发明的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法的流程图。
步骤101:采用常规的地震数据资料,包括叠加后地震纯波数据或叠加后地震成果数据,并对叠后数据进行四个不同域的分解,四个域分别是:分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域;通过四个不同域的分解,可以有效保护了弱信号的时频特征和反射系数的波组关系,保证了提高分辨率处理的保幅性。
步骤102:在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域这四个域内分别进行时频分析处理,时频分析方法采用修正GS变换处理,通过修正GS变换可以得到对应地震数据的二维时频谱,二维时频谱的数学表达式如下:
式中:sig(T)是分解后四个域内的一道地震数据,T为时间,单位是ms;GS(ψ,Fre)是sig(T)的二维时频谱;Fre为频率,单位是Hz;参数α和β用于调节修正GS变换窗函数的时间延续长度和衰减趋势;ψ为窗函数的时间位置,单位是ms;
步骤103:基于均方根误差最小的原则,在二维时频谱GS(ψ,Fre)中进行子波振幅谱的谱拟合处理,子波振幅谱的谱拟合数学表达式如下:
式中:Wave(Fre,Tline)是谱拟合处理得到的二维子波振幅谱;Fre为频率,单位是Hz;Tline为时间,单位是ms;X和Y为谱拟合处理的多项式拟合参数;β为Tline时间的多项式拟合权值;为频率Fre的多项式拟合系数;
步骤104:设置一系列大小不同的多项式拟合参数X和Y,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,拟合得到对应的二维子波振幅谱,并计算得到子波自相关与地震记录自相关的误差值,根据最佳参数优选方法确定最优的子波振幅谱拟合参数多项式拟合,可得到分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内地震数据的二维时间——频率域子波振幅谱;在多项式参数拟合过程中,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,基于最小二乘原则进行自适应参数拟合,并将拟合参数N的遍历范围设置为[2,10],参数k的遍历范围设置为[0,3],进一步限定了参数拟合的范围,拟合得到的参数稳定性高、应用效果合理,拟合得到最佳的拟合参数后,将拟合得到的最佳参数应用到所有数据中;所述噪音强度谱为在二维时频域内计算得到的信号与噪音强度占比的二维谱;所述能量密度谱为在二维时频域内计算得到的不同频率范围内信号能量的二维谱。
步骤105:根据双重约束谱拟合得到的二维时间——频率域子波振幅谱,设计二维时间——频率域的提高分辨率算子,在设计提高分辨率算子过程中,分别在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,利用测井信息进行校正,通过多次往复循环的方式,实现最优提高分辨率算子的设计,从而使得井旁道地震数据提高分辨率结果趋近于测井信息;在设计提高分辨率算子过程中,分别在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,利用测井信息进行校正,即将初步的提高分辨率算子应用到原始数据中,然后利用测井信息对初步处理的数据进行校正。通过多次往复循环的方式,不断降低校正误差,实现最优提高分辨率算子的设计,从而使得井旁道地震数据提高分辨率结果趋近于测井信息。
步骤106:在不同域内,分别将二维时间——频率域提高分辨率算子应用到地震数据中,同步进行多域能量一致性补偿及提高分辨率同步处理,大幅提高了处理效率和实际应用效果;
步骤107:重复上述步骤,直到全部地震资料完成测井信息校正的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理工作。针对叠后地震数据,在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,进行能量一致性及补偿处理,在进行多域能量补偿的同时,同步利用提高分辨率算子进行提高分辨率处理,多域能量一致性补偿及高分辨率同步处理的思路大幅提高了处理效率和薄层识别应用效果。
以下为应用本发明的一具体实施例。
(1)选取实际地震记录资料,进行静校正、去噪、反褶积和偏移处理后得到纯波剖面资料。叠后地震资料纯波剖面时间长度为8000ms,时间采样间隔为2ms,叠后剖面横线301条,纵线410条,对局部数据进行显示,如图1所示,图1为叠后地震资料纯波剖面,显示部分的时间范围为650ms-1350ms,地震道数为901道,图2为本方法处理得到的叠后地震资料剖面。
(2)对叠后数据进行四个不同域的分解,四个域分别是:分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域。分偏移距域即根据炮点和检波点的位置关系,对不同偏移距的数据进行叠加处理,分偏移距步长范围为200m-600m,可根据实际工区的特点进行选择,本工区采用500m的分偏移距步长,即分偏移距域分别是:0-500m、501-1000m、1001-1500m、1501-2000m、2001-2500m、2501-3000m、3001-3500m、3501-4000m、4001-4500m、4501-5000m、5001-最大偏移距。
(3)分方位域即根据观测系统方位角进行分解处理,方位角范围为0-360°,分方位角步长为15°-45°,可根据实际工区的特点进行选择,本工区采用30°步长,即分方位域分别是:0-30°、31°-60°、61°-90°、91°-120°、121°-150°、151°-180°、181°-210°、211°-240°、241°-270°、271°-300°、301°-330°、331°-360°。
(4)分覆盖次数域即根据三维地震资料采集特点,进行分覆盖次数的叠加处理,分覆盖次数步长范围为10-50次,可根据实际工区的特点进行选择,本工区总覆盖次数为230次,因此选取分覆盖次数补偿为30次,分覆盖次数域分别是:0-30次、31-60次、61-90次、91-120次、121-150次、151-180次、181-210次、211-230次。
(5)分频带范围域即是将地震资料进行不同频带的划分,地震勘探数据的总频带宽度一般为5Hz-150Hz左右,在进行频带范围划分时,需要根据实际资料的特征进行。图3为叠后地震资料纯波剖面的傅里叶振幅谱,频带范围为10Hz-70Hz;图4为本方法处理后地震资料剖面的傅里叶振幅谱,频带范围为5Hz-140Hz。本工区原始数据的频带范围为10Hz-70Hz,因此选取分频带步长为20Hz,分频带范围域包括:0-20Hz、21-40Hz、41-60Hz、61-80Hz、81-100Hz、101-120Hz、121-140Hz。通过四个不同域的分解,从而能够将地震子波的非一致性在四个域内分别进行校正,在进行提高分辨率处理时,可以有效保护了弱信号的时频特征和反射系数的波组关系,保证了提高分辨率处理的保幅性。
(6)对地震资料进行修正GS变换处理,得到修正GS变换的二维时频谱,如图5和图6所示。图5为叠后地震资料纯波剖面的二维时频谱,输入数据即为图1的叠后纯波剖面数据;图6为本方法处理后地震资料剖面的二维时频谱,输入数据即为图2的提高分辨率地震资料数据。进行GS变换处理时,参数α和β用于调节修正GS变换窗函数的时间延续长度和衰减趋势,参数取值分别为:α=1.0和β=2.0,选取不同的α和β值,可以获得不同的时频分辨率。
(7)在二维时频谱中,基于均方根误差最小的原则,进行子波振幅谱的谱拟合处理。设置一系列大小不同的多项式拟合参数,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,拟合得到对应的二维子波振幅谱,并计算得到子波自相关与地震记录自相关的误差值,根据最佳参数优选方法确定最优的子波振幅谱拟合参数多项式拟合,可得到分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内地震数据的二维时间——频率域子波振幅谱。
(8)在多项式参数拟合过程中,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,基于最小二乘原则进行自适应参数拟合,并将拟合参数X的遍历范围设置为[2,10],参数Y的遍历范围设置为[0,3],进一步限定了参数拟合的范围,拟合得到的参数稳定性高、应用效果合理,拟合得到最佳的拟合参数后,将拟合得到的最佳参数应用到所有数据中;所述噪音强度谱为在二维时频域内计算得到的信号与噪音强度占比的二维谱;所述能量密度谱为在二维时频域内计算得到的不同频率范围内信号能量的二维谱,最终确定该工区地震资料的最佳拟合参数为X=1和Y=4;
(9)应用最佳拟合参数X=1和Y=4进行谱拟合处理,得到地震数据的二维时间——频率域子波振幅谱。根据双重约束谱拟合得到的二维时间——频率域子波振幅谱,设计二维时间——频率域的提高分辨率算子,在设计提高分辨率算子过程中,分别在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,利用测井信息进行校正。
(10)利用测井信息进行校正处理,即将初步的提高分辨率算子应用到原始数据中,然后利用测井信息对初步处理的数据进行校正。通过多次往复循环的方式,不断降低校正误差,实现最优提高分辨率算子的设计,从而使得井旁道地震数据提高分辨率结果趋近于测井信息。
(10)在不同域内,分别将二维时间——频率域提高分辨率算子应用到地震数据中,同步进行多域能量一致性补偿及提高分辨率同步处理,大幅提高了处理效率和实际应用效果;
(11)重复上述步骤,直到全部地震资料完成测井信息校正的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理工作。
(12)针对叠后地震数据,在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,进行能量一致性及补偿处理,在进行多域能量补偿的同时,同步利用提高分辨率算子进行提高分辨率处理,多域能量一致性补偿及高分辨率同步处理的思路大幅提高了处理效率和薄层识别应用效果。
对比图1与图2,图1为叠后地震资料纯波剖面,图2为本方法处理得到的叠后地震资料剖面。应用双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法后,地震剖面的分辨率整体上得到提高,在不破坏地震剖面品质的情况下提高了地震分辨率,原先不能分辨的薄互层得到较好的识别,地质构造形态更加清晰可靠,相对保真性较好。
对比图3和图4,图3为叠后地震资料纯波剖面的傅里叶振幅谱,频带范围为10Hz-70Hz;图4为本方法处理后地震资料剖面的傅里叶振幅谱,频带范围为5Hz-140Hz。应用双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法后,地震资料的傅里叶振幅谱得到有效拓宽,高频有效信息得到较好的恢复,由70Hz拓展到140Hz,同时也补偿一定的低频信息,低频段由10Hz拓展到5Hz,地震资料的有效频带宽度明显增加,主频得到提升。
对比图5与图6,图5为叠后地震资料纯波剖面的二维时频谱,输入数据即为图1的叠后纯波剖面数据;图6为本方法处理后地震资料剖面的二维时频谱,输入数据即为图2的提高分辨率地震资料数据。叠后纯波数据的时频谱存在低频段和高频段能量弱的问题,即频带宽度较窄,地震资料的分辨能力弱。应用双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法后,地震资料的二维时频谱中低频段和高频段能量变强,地震资料频带宽度明显增加,同时二维时频谱保持了原始数据的频谱特征和时频特性,具有较好的保真特性,有利于后续的储层精细描述和油藏刻画。
Claims (9)
1.双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,其特征在于,该双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法包括:
步骤1,采用地震数据资料,并对叠后数据进行四个不同域的分解;
步骤2,进行时频分析处理,时频分析方法采用修正归一化变分辨率GS变换处理,通过修正GS变换得到对应地震数据的二维时频谱;
步骤3,基于均方根误差最小的原则,在二维时频谱中进行子波振幅谱的谱拟合处理;
步骤4,设置一系列大小不同的多项式拟合参数X和Y,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,拟合得到对应的二维子波振幅谱;所述噪音强度谱为在二维时频域内计算得到的信号与噪音强度占比的二维谱;
步骤5,根据双重约束谱拟合得到的二维时间——频率域子波振幅谱,设计二维时间——频率域的提高分辨率算子;
步骤6,在不同域内,分别将二维时间——频率域提高分辨率算子应用到地震数据中,同步进行多域能量一致性补偿及提高分辨率同步处理。
2.根据权利要求1所述的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,其特征在于,在步骤1,采用的地震数据资料包括叠加后地震纯波数据或叠加后地震成果数据;对叠后数据进行四个不同域的分解,四个域分别是:分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域。
5.根据权利要求1所述的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,其特征在于,在步骤4,设置一系列大小不同的多项式拟合参数X和Y,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,拟合得到对应的二维子波振幅谱,并计算得到子波自相关与地震记录自相关的误差值,根据最佳参数优选方法确定最优的子波振幅谱拟合参数多项式拟合,得到分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内地震数据的二维时间——频率域子波振幅谱。
6.根据权利要求5所述的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,其特征在于,在步骤4,在多项式参数拟合过程中,通过噪音强度谱及能量密度谱的双重约束下,基于最小二乘原则进行自适应参数拟合,并将拟合参数N的遍历范围设置为[2,10],参数k的遍历范围设置为[0,3],进一步限定了参数拟合的范围,拟合得到的参数稳定性高、应用效果合理,拟合得到最佳的拟合参数后,将拟合得到的最佳参数应用到所有数据中;所述能量密度谱为在二维时频域内计算得到的不同频率范围内信号能量的二维谱。
7.根据权利要求1所述的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,其特征在于,在步骤5,根据双重约束谱拟合得到的二维时间——频率域子波振幅谱,设计二维时间——频率域的提高分辨率算子,在设计提高分辨率算子过程中,分别在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,利用测井信息进行校正,通过多次往复循环的方式,实现最优提高分辨率算子的设计,从而使得井旁道地震数据提高分辨率结果趋近于测井信息。
8.根据权利要求7所述的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,其特征在于,在步骤5,在设计提高分辨率算子过程中,分别在分偏移距域、分方位角域、分覆盖次数域、分频带范围域内,利用测井信息进行校正,即将初步的提高分辨率算子应用到原始数据中,然后利用测井信息对初步处理的数据进行校正;通过多次往复循环的方式,不断降低校正误差,实现最优提高分辨率算子的设计,从而使得井旁道地震数据提高分辨率结果趋近于测井信息。
9.根据权利要求1所述的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法,其特征在于,该双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理方法还包括,在步骤6之后,重复上述步骤,直到全部地震资料完成测井信息校正的双重约束时频域子波谱提高地震分辨率处理工作。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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