CN109946740A - 一种基于宽平谱地震子波整形的地震分辨率增强技术 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油气地震勘探领域，是一种通过宽平谱地震子波对地震频谱进行整形来提高地震分辨率的处理技术，它利用阈值进行约束，确定地震频谱的有效频带范围，再通过自适应地设计宽平谱来求取权系数对地震频谱进行补偿，获得足够宽频带的地震数据，实现地震资料的高分辨率处理。主要包括以下步骤：(1)对叠后数据的地震道x(t)进行傅里叶变换求其频谱，并进行归一化处理，获得归一化处理后的频谱X(f)，并采用多项式拟合法求取拟合频谱F(f)；(2)选取阈值M，确定地震频谱的有效频带范围[fa,fb]，并设计宽平谱T(f)，利用宽频谱与拟合谱求取权系数c(f)；(3)将原始地震频谱X(f)与权系数c(f)进行相乘，求取整形处理之后的宽频谱Y(f)，再进行反傅里叶变换可获得高分辨处理后的地震道y(t)。

Description

一种基于宽平谱地震子波整形的地震分辨率增强技术
技术领域
本发明属于油气地震勘探数据处理领域，是一种利用宽平谱地震子波对地震频谱进行整形来提高地震分辨率的处理技术。
背景技术
地震资料的品质直接影响后续地震资料的处理与解释效果，地震资料的信噪比、保真度与分辨率是决定地震资料品质的三个关键因素。如今地震勘探的范围已趋向于更深层的储层勘探，但地震波传播至深层时，由于地层吸收和波的衰减作用、介质的复杂程度等因素的影响导致地震资料的分辨率低、信噪比差。因此，需要进行地震资料的高品质处理。如：压制干扰、提高信噪比，对目的层进行保真处理，提高地震资料的分辨率等。而提高地震资料的分辨率已成为了地震处理和解释的关键。
地震波在传播过程中，由于波前扩散、地层吸收等因素的影响，导致地震信号的高频成分被吸收，导致高频成分不足，而足够的高频成分是提高地震资料分辨率的主要控制因素。如今在提高地震资料分辨率的处理技术上，其中比较成熟的处理方法主要包括：叠前一致性反褶积、谱白化、反Q滤波、时频域高频补偿技术等。理论分析可知，地震频谱的高频成分控制子波的宽窄，低频成分控制子波旁瓣的多少，因此对地震信号进行足够低频和高频的补偿，拓展频带的有效范围是提高地震资料分辨率的主要途径。然而，上述处理方法主要是针对地震信号的高频成分进行补偿，且补偿能力有限，而当高频成分增多时，虽然地震子波变窄，但子波的旁瓣会增多，在提高地震分辨率的同时会给地震资料的处理和解释带来假象。因此，在对地震频谱的频率成分进行补偿时，需要同时对高、低频成分同时进行补偿，拓展频带宽度，在提高地震资料分辨率的同时，确保地震资料的保真度和信噪比，保留地震资料的有效信息。因此，进一步开展高保真的地震资料分辨率增强技术意义重大。
发明内容
本发明是要提供一种利用宽平谱地震子波对地震频谱进行整形来提高地震分辨率的方法，它可根据地震频谱的特征，选择有效的频带范围，根据宽平谱可自适应调节的特点设计宽平谱的频带范围，再通过求取权系数对原始频谱进行补偿，进而提高地震资料分分辨率。
本发明的一种基于宽平谱地震子波整形的地震分辨率增强技术，具有如下优越性：
(1)采用多项式拟合的方法，从原始地震频谱中求取了最优的初始地震子波频谱；
(2)采用阈值进行约束，确定了地震频谱的有效频带范围，可确保地震资料信噪比的同时提高地震资料的分辨率；
(3)可根据地震频谱的有效频带范围，自适应地设计宽平谱，通过求取权系数进行频谱补偿后可获得足够宽频带的地震频谱，在保留有效地震信息的同时提高地震资料的分辨率。
本发明的具体实现原理如下：
地震波在传播过程中，随着传播深度的增加，地震信号的高频成分会被吸收，导致高频成分不足，并且在深部主要为低频成分，因此，对地震频谱进行高、低频成分的补偿、拓展地震资料的有效频带范围，可提高地震资料的分辨率。建立宽平谱地震子波进行地震频谱的整形处理。
宽平谱地震子波的时间域解析式为：
式中，fa、fb分别为平谱段的起始频率和截止频率，fc为终止频率。
频率域解析式为：
式中，a,b用于控制子波谱低、高截频段的削尖速度，N为频带的宽度。
利用宽平谱可自适应调节的特点，可根据地震资料的有效频带范围，自适应地设计宽平谱。基于宽平谱地震子波整形的地震分辨率增强技术主要步骤包括：
⑴对叠后数据的地震道x(t)进行傅里叶变换求其频谱，并进行归一化处理，获得归一化处理后的频谱X(f)；
⑵采用多项式拟合求取X(f)的趋势线F(f)，即最优的初始子波频谱；
⑶选取频谱的阈值M，确定地震频谱的有效频带范围[fa,fb]，fa＜fb；
[fa,fb]＝{X(f)＝M}
⑷根据求取的有效频带范围设计宽平谱T(f)，在该步骤中设计宽平谱时，为了使宽平谱的高频端窗边变化趋势与求取的拟合谱的衰减变化趋势更好地吻合，采取以下步骤构建最优的宽平谱T(f):
a)求取拟合谱F(f)的归一化处理结果G(f)；
b)确定G(f)的主频位置fm；
c)采用大于主频fm位置处G(f)的高频段曲线代替宽平谱高频段的衰减下降趋势，构造最优的宽平谱T(f)，其表达式为：
⑸利用宽频谱T(f)与拟合频谱F(f)并求取权系数c(f)；
c(f)＝T(f)/F(f)
⑹将原始地震频谱X(f)与权系数c(f)进行相乘，求取整形处理之后的宽频谱Y(f)；
Y(f)＝X(f)·c(f)
⑺将整形处理之后的宽平谱求取反傅里叶变换，即可获得高分辨处理后的地震道y(t)。
y(t)＝IFT[Y(f)]
重复上述步骤⑴至⑺，直到处理完地震资料中的所有地震道，即可获得整个工区的高分辨地震数据结果，该处理结果可对后续的薄储层预测、同相轴追踪、地震反演等提供高品质的地震资料。
附图说明
图1是单道频谱分析图，其中：(a)为原始地震道的频谱及其求取的拟合谱；(b)为根据原始地震道频谱设计的宽平谱。
图2是利用宽平谱与拟合谱求取的权系数。
图3是处理前后地震道频谱的对比图。
图4是利用本发明针对某地区的实际地震资料的处理结果示意图，其中：(a)为原始地震剖面示意图；(b)为利用本发明方法处理后获得的分辨率增强的地震剖面示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：⑴对叠后数据的地震道x(t)进行傅里叶变换求其频谱，并进行归一化处理，获得归一化处理后的频谱X(f)；⑵采用多项式拟合求取X(f)的拟合频谱F(f)，即最优的初始子波频谱；⑶选取频谱的阈值M，确定地震频谱的有效频带范围[fa,fb]；⑷根据求取的有效频带范围设计最优的宽平谱T(f)，利用宽频谱与拟合频谱并求取权系数c(f)；⑸将原始地震频谱X(f)与权系数c(f)进行相乘，求取整形处理之后的宽频带地震道频谱Y(f)；⑹将整形处理之后的地震道频谱求取反傅里叶变换，即可获得高分辨处理后的地震道y(t)；⑺重复步骤⑴至⑹，直到处理完地震数据中的所有地震道，即可得到整个工区的高分辨地震数据结果。
本发明的实施实例说明：
图1为对单道地震记录的频谱分析，图1a展示了利用多项式拟合法求取的初始子波频谱，可知，拟合的子波谱的平滑趋势与原始频谱特征具有很好的吻合度，能够较为准确的展示初始子波的频谱特征。图1b为根据地震道的频谱设计的宽平谱，其中频带的宽度为0～100Hz，主要为地震频谱的有效频带范围，且利用拟合谱大于主频的频段代替宽平谱的高频段的下降趋势后，宽平谱高频段的变化趋势更好地吻合地震频谱高频段的衰减变化特征。
图2是利用宽平谱与拟合谱求取的权系数。由图可知，权系数在低频段(约0～20Hz)和高频段(50～100Hz)的权系数值较大，并且高频段的权值最为突出，说明求取的权系数可同时对高频和低频段的频率成分进行加权。
图3是利用本发明处理前后的频谱对比图。由图可知，对比处理前的原始频谱，处理后的频谱在低频段和高频段的频率成分均得到补偿，频谱带宽明显变宽，主频显著提高。
图4为利用本发明基于宽平谱地震子波整形的分辨率增强技术处理前后的地震剖面对比，由图4b可知，地震反射同相轴的分辨率比图4a显著提高，能够刻画和区分更多更薄的地层，利用后续地震资料的处理和解释。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的各实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种基于宽平谱地震子波整形的地震分辨率增强技术，其特征在于采用以下具体步骤：
⑴对叠后数据的地震道x(t)进行傅里叶变换求其频谱，并进行归一化处理，获得归一化处理后的频谱X(f)；
⑵采用多项式拟合求取X(f)的拟合频谱F(f)，即最优的初始子波频谱；
⑶选取频谱的阈值M，确定地震频谱的有效频带范围[fa,fb]，fa＜fb；
[fa,fb]＝{X(f)＝M}
⑷根据求取的有效频带范围利用推导的宽平谱地震子波自适应设计宽平谱T(f)，其中建立的宽平谱地震子波的时间域解析式为：
式中，fa、fb分别为平谱段的起始频率和截止频率，fc为终止频率；
对应的频率域解析式为：
式中，a,b用于控制子波谱低、高截频段的削尖速度，N为频带的宽度；
在该步骤中设计宽平谱时，为了使宽平谱的高频端窗边变化趋势与拟合谱的衰减变化趋势更好地吻合，采取以下步骤构建最优的宽平谱T(f):
a)求取拟合谱F(f)的归一化处理结果G(f)；
b)确定G(f)的主频位置fm；
c)采用大于主频fm位置处G(f)的高频段曲线代替宽平谱高频段的衰减下降趋势，构造最优的宽平谱T(f)，其表达式为：
⑸利用宽频谱T(f)与拟合频谱F(f)并求取权系数c(f)；
c(f)＝T(f)/F(f)
⑹将原始地震频谱X(f)与权系数c(f)进行相乘，求取整形处理之后的宽频谱Y(f)；
Y(f)＝X(f)·c(f)
⑺将整形处理之后的宽平谱求取反傅里叶变换，即可获得高分辨处理后的地震道y(t)；
y(t)＝IFT[Y(f)]
⑻重复步骤⑴至⑺，直到处理完地震数据中的所有地震道，即可得到整个工区的高分辨地震数据结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于宽平谱地震子波整形的地震分辨率增强技术，其特征在于：采用多项式拟合的方法对地震道的原始频谱进行平滑处理，获得了最优的初始子波频谱，在计算权系数时可使结果更加准确。
3.根据权利要求1所述的一种基于宽平谱地震子波整形的地震分辨率增强技术，其特征在于：在对地震道的频带进行拓展时，采用了阈值进行约束，确保了地震频谱的有效频带范围[fa,fb]，可对高频和低频成分同时进行补偿，在确保地震资料信噪比的同时，提高地震资料的分辨率。
4.根据权利要求1所述的一种依赖频率的AVO最优频散流体因子的反演方法，其特征在于：在根据地震频谱的有效频带范围自适应地设计最优宽平谱时，为了使谱的高频端窗边变化趋势与拟合谱的衰减变化趋势更好地吻合，我们求取归一化处理后的拟合谱G(f)，确定其主频位置fm，并采用大于其主频fm位置处的高频段曲线代替宽平谱高频段的衰减下降趋势，构造了最优的宽平谱T(f)，进而通过求取权系数进行频谱补偿后可获得足够宽频带的地震频谱，在保留有效地震信息的同时提高了地震资料的分辨率。
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