CN110095815B - 一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地震波振幅补偿领域，公开了一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法，包括有：步骤1，在计算机输入叠后纯波地震数据；步骤2，提取统计子波或者确定性子波；步骤3，基于稀疏脉冲反褶积得到强反射层的反射系数；步骤4，根据反射系数迭代计算得到透射损失系数；步骤5，根据透射损失系数计算得到透射补偿系数；步骤6，利用透射补偿系数对叠后纯波地震数据进行透射补偿，实现消除由于上覆强反射屏蔽层带来的能量屏蔽效应。

Description

一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法

技术领域

本发明涉及地震波振幅补偿领域，特别是涉及一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法。

背景技术

现今地震数据处理地震振幅补偿主要采用幂函数型的球面扩散校正和指数型的吸收校正进行，忽略了地震信号的透射损失补偿。

从地震振幅补偿量的大小来说，球面扩散是第一位的，吸收衰减是第二位的，而透射损失是第三位的；虽然透射补偿相对于球面扩散补偿和吸收衰减补偿是次要的，但对实现高保真振幅补偿仍是不可忽视的，尤其对有些地区，当目的层上方存在强反射界面时，如：火成岩极高速或者气层极低速反射层，常因透射损失在常规的相对振幅保持叠加剖面上造成目的层部位反射波振幅很弱而成为“空白区”，给地震资料的精细解释及地质认识带来困难。

如果能引入透射损失补偿，恢复目的层反射波的真实振幅，就可以提升地震反射信号的能量、成像精度及数据保真度，不仅有利于地震资料常规解释工作，而且有利于后续的叠后波阻抗反演及属性分析等处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法，通过透射补偿系数的计算，得到透射损失补偿后的纯波地震数据，消除由于上覆屏蔽层带来的能量屏蔽效应。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在计算机输入叠后纯波地震数据；

(2)提取统计子波或者确定性子波；

(3)根据稀疏脉冲反褶积得到强反射层的反射系数；

(4)根据反射系数迭代计算得到透射损失系数；

(5)根据透射损失系数计算得到透射补偿系数；

(6)利用透射补偿系数对叠后纯波地震数据进行透射损失补偿。

进一步地，所述步骤(2)的子波在无井的层段根据叠后纯波地震数据提取到统计性子波，用于无井段的子波提取。

进一步地，所述统计性子波的提取，反射系数不满足白噪假设的地震数据进行振幅阈值处理后，仅保留强反射界面反射波，使地震数据中的子波形态与真实子波形态更加接近，具体步骤为：

设定振幅阈值为Aε，最小稀疏时间间隔为Δt，振幅阈值应用时窗大小为Δt_app；

计算地震道y的希尔伯特变换，其计算公式为：

利用地震道及希尔伯特变换计算地震数据包络，其计算公式为：

根据稀疏时间间隔Δt及振幅阈值Aε确定强反射振幅位置t₀及振幅包络值E(t₀)，对强振幅位置地震数据应用时窗Δt_app范围进行振幅调整，其计算公式为：y(t)＝y(t)·sca，

其中，t₀-Δt_app/2≤t≤t₀+Δt_app/2，sca＝0.5[1+cos(2πt₁/Δt_app)]，-Δt_app/2≤t≤Δt_app/2，时窗之外，sca＝0。

进一步地，所述地震数据子波形态为非对称非零相位，通过频率域广义雷克子波拟合，其计算公式为：

W(ω)＝(u/2)^-0.5u(ω/ω₀)^uexp(-(ω/ω₀)²+0.5u)exp[-iωτ₀+iπ(1+0.5u)]

式中，τ₀为对称中心的时间；

ω₀为参考角频率；

u为频率比指数(0.1＜u＜＝2.2)；

其中，实际地震记录的频谱平均频率为：

实际地震记录频谱的标准差为：

式中，A(ω)为地震数据频谱；

频率比指数通过地震数据频谱的平均频率及标准差整合，其计算公式为：

式中，Γ(u)为伽玛函数，

确定了广义雷克子波的频率谱后，通过傅立叶反变换即可得到时间域地震子波，进而可进行稀疏脉冲反褶积。

进一步地，所述步骤(2)的子波在有井的层段提取到确定性子波，提取确定性子波还需要在步骤(1)中输入测井纵波速度与密度曲线，用于有井段的子波提取。

进一步地，所述步骤(3)是通过L2-L1范数约束反演的反射系数来控制反演的稀疏性，其公式为：

式中：|·|₁——L1范数算子；

λ——为正则化参数；

*——褶积算子；

y——观测数据；

R——反射系数；

w——子波；该公式可通过迭代重加权的方式进行求解。

进一步地，所述公式的R在计算过程中增加强反射系数控制方程，其公式为：

式中：R₀——反射系数大小控制系数，可根据深度设定；达到进一步控制反射系数稀疏性的效果。

进一步地，所述步骤(4)迭代计算得到该点总的透射损失系数，其公式为：

式中：n——采样点序号；

——通过稀疏脉冲反褶积得到的包含透射损失的反射系数；

——不包含透射损失的反射系数；

所述公式的边界条件为：

用于浅到深迭代计算不包含透射损失的反射系数。

进一步地，所述步骤(5)先计算得出该点总的透射损失系数，其公式为：

式中：N——采样点数

再计算出透射损失补偿系数，其公式为：

式中：N——采样点数；对叠后纯波地震数据进行透射补偿。

附图说明

图1是本发明实施例中的透射补偿方法的流程图；

图2是本发明实施例中的地震子波振幅处理的对比图；

图3是本发明实施例中的一个包含高速屏蔽层的模型数据透射补偿前后的结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1所示，示意性地显示了本发明实施例的一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法，使用过程中需要满足以下前提条件：

(1)在一定范围内子波不变，因此，针对不同的时间深度及横向范围，需要提取不同的子波，该子波相对于阻抗反演来说，精度要求相对较低；

(2)由于对地震透射影响较大的主要是强反射地层，因此在进行稀疏脉冲反褶积的过程中仅仅保留强反射系数，对于小于某一值的反射系数置零，同时对于纵向反射系数的稀疏度也进行合理控制，有助于提高补偿的精度及稳定性；

本发明所述的方法包括如下步骤：

实施方案1

步骤一，在计算机输入叠后纯波地震数据，将叠后纯波地震数据导入计算机用于子波的提取和后续透射补偿的计算；

步骤二，根据上述的叠后纯波地震数据，无井的情况提取统计性子波，使其反射系数不满足白噪假设的地震数据进行振幅阈值处理后，仅保留强反射界面反射波，设定振幅阈值为Aε，最小稀疏时间间隔为Δt，振幅阈值应用时窗大小为Δt_app；

计算地震道y的希尔伯特变换，其计算公式为：

利用地震道及希尔伯特变换计算地震数据包络，其计算公式为：

根据稀疏时间间隔Δt及振幅阈值Aε确定强反射振幅位置t₀及振幅包络值E(t₀)，对强振幅位置地震数据应用时窗Δt_app范围进行振幅处理，其计算公式为：y(t)＝y(t)·sca，

其中，t₀-Δt_app/2≤t≤t₀+Δt_app/2，sca＝0.5[1+cos(2πt₁/Δt_app)]，

-Δt_app/2≤t≤Δt_app/2，时窗之外，sca＝0。

结合图2所示为本实施例所述统计子波提取效果，结合图2-a所示，在进行振幅阈值处理技术应用后，仅保留了对应的强反射振幅。

进一步地，由于实际地震数据子波还受处理因素及噪音的影响，其形态往往是非对称非零相位的，通过频率域广义雷克子波进行拟合，其计算公式为：

W(ω)＝(u/2)^-0.5u(ω/ω₀)^uexp(-(ω/ω₀)²+0.5u)exp[-iωτ₀+iπ(1+0.5u)]

式中，τ₀为对称中心的时间；

ω₀为参考角频率；

u为频率比指数(0.1＜u＜＝2.2)；

式中，A(ω)为地震数据频谱；

频率比指数通过地震数据频谱平均频率及标准差整合，其计算供公式为：

式中，Γ(u)为伽玛函数，

结合图2-b所示，真实数据频谱的中心位置与真实子波的频谱存在一定差异，强反射数据频谱与真实子波频谱中心位置比较一致，但是其振幅形态差异较大，经过强反射系数频谱近似校正后的频谱与真实子波的频谱高度一致，足以证明本发明中统计子波提取技术对于包含强反射地震数据子波提取准确度有了非常大的提高。

确定了广义雷克子波的频率谱后，通过傅立叶反变换即可得到时间域地震子波，进而可进行稀疏脉冲反褶积。

步骤三，根据稀疏脉冲反褶积得到强反射层的反射系数；通过L2-L1范数约束反演的反射系数以控制反演的稀疏性，其公式为：

式中：|·|₁——L1范数算子；

λ——为正则化参数；

*——褶积算子；

y——观测数据；

R——反射系数；

w——子波；

本公式用迭代重加权的方式进行求解，在计算过程中增加强反射系数控制方程进一步控制反射系数的稀疏性，其方程为：

式中：R₀——反射系数大小控制系数，根据深度设定；计算出反射系数。

步骤四，根据反射系数迭代计算得到透射损失系数；首先通过由浅到深迭代计算不包含透射损失的反射系数，其公式为：

式中：n——采样点序号；

——通过稀疏脉冲反褶积得到的包含透射损失的反射系数；

——不包含透射损失的反射系数；

所述公式的边界条件为：

计算得出透射损失系数，通过稀疏性控制部分小于特定值及特定层厚的反射系数，实现透射稀疏补偿的合理性。

步骤五，根据透射损失系数计算得到透射补偿系数；通过步骤四得到的反射系数，计算得出该点总的透射损失系数其公式为：

式中：N——采样点数

再计算出透射损失补偿系数，其公式为：

式中：N——采样点数；计算得出透射补偿系数。

步骤六，利用透射补偿系数对叠后纯波地震数据进行透射补偿；通过步骤一到五公式得到透射补偿系数，将其与包含透射损失的叠后纯波地震数据做补偿即可得到消除透射损失后的纯波地震数据。

实施方案2

当层段有井时，

步骤一，在计算机输入叠后纯波地震数据、测井纵波速度与密度曲线。

步骤二，对有井的层段提取到确定性子波；首先进行井震标定，对叠后纯波地震数据与测井数据进行标定匹配；然后利用标定后的叠后纯波地震数据与测井数据提取地震子波。

接下来步骤参照上述实施方案1中步骤三至六，在此不做赘述。

结合图3本文通过一个模型数据来测试本方法的有效性，图中结果不考虑球面扩散效应，其中图3(A)为理论不含透射损失的地震剖面，图3(B)包含透射衰减的地震剖面，图3(C)为文中方法补偿后的地震剖面，图3(D)为道序号为150道的单道地震数据补偿前后与真实地震数据对比，图例中NO TL表示无透射损失(NO Transmission Loss)，with TL表示带透射损失(with Transmission Loss)，TC表示透射损失补偿(TransmissionCompensated)。图3(A)中450ms处包含一个高速屏蔽层，反射系数为0.65，从图3(B)中可以看到，由于该屏蔽层的影响，其下覆地层同相轴反射能量明显变弱，存在一个能量阴影区，同时由于累积透射损失的影响，除了第一个同相轴能量没有明显变化以外，图3(B)中的同相轴能量均有不同程度的变弱，这将影响后续地震解释工作。在应用了文中所提出的透射补偿技术以后(图3(C))，由于透射带来的能量损失得到了较好地补偿，高速屏蔽层下覆局部能量阴影区得到了较好地消除，整个剖面由于透射损失带来的振幅变弱得到了合理补偿。从图3(D)中过高速屏蔽层的道序号150的单道波形对比可以看到，由于高速屏蔽层的影响，下覆地层同相轴能量损失了近50％，经过透射补偿以后，其能量与理论数据(图3(A))虽然还存在微小的差异，但是总体吻合较好。

综上可知，本专利发明一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法，可以有效消除由于上覆强反射屏蔽层带来的能量屏蔽效应，提升了地震反射信号的能量、成像精度及数据保真度，有利于地震资料常规解释工作，便于后续的叠后波阻抗反演及属性分析等处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于稀疏脉冲反褶积的透射补偿方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

(1)在计算机输入叠后纯波地震数据；

(2)提取统计子波；

(3)根据稀疏脉冲反褶积得到强反射层的反射系数；

(4)根据反射系数迭代计算得到透射损失系数；

(5)根据透射损失系数计算得到透射补偿系数；

(6)利用透射补偿系数对叠后纯波地震数据进行透射损失补偿。

所述统计子波提取为对其反射系数不满足白噪假设的地震数据进行振幅阈值处理，仅保留强反射界面反射波，使地震数据中的子波形态与真实子波形态更加接近，所述振幅阈值处理为：

设定振幅阈值为Aε，最小稀疏时间间隔为Δt，振幅阈值应用时窗大小为Δt_app；

计算地震道y的希尔伯特变换，其计算公式为：

利用地震道及希尔伯特变换计算地震数据包络，其计算公式为：

根据稀疏时间间隔Δt及振幅阈值Aε确定强反射振幅位置t₀及振幅包络值E(t₀)，对强反射振幅位置地震数据应用时窗Δt_app范围进行振幅处理，其计算公式为：y(t)＝y(t)·sca

其中，t₀-Δt_app/2≤t≤t₀+Δt_app/2，

sca＝0.5[1+cos(2πt₁/Δt_app)]，-Δt_app/2≤t₁≤Δt_app/2，时窗之外，sca＝0；

所述地震数据子波形态为非对称非零相位时，通过频率域广义雷克子波拟合，其计算公式为：

W(ω)＝(u/2)^-0.5u(ω/ω₀)^uexp(-(ω/ω₀)²+0.5u)exp[-iωτ₀+iπ(1+0.5u)]式中，τ₀为对称中心的时间；

ω₀为参考角频率；

u为频率比指数，0.1＜u＜＝2.2；

其中，实际地震记录的频谱平均频率为：

实际地震记录频谱标准差为：

式中，A(ω)为地震数据频谱；

频率比指数通过地震频谱的平均频率及标准差整合，其计算公式为：

式中，Γ(u)为伽玛函数。

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