CN110858004B - 基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法及系统，属于地震勘探技术应用领域。该方法首先构建标准地震道记录，通过对比标准地震道记录与实际地震道记录的频谱形态差异实现对实际震道记录的信噪比评价。本发明通过实际工区井资料得到标准地震道记录，以此标准地震道记录为基础对实际地震道记录的频谱形态进行对比分析，与标准地震道记录的频谱形态相似的地震道记录具有相似的信噪比，形态差异较大的说明噪音大，信噪比较低，根据此特点进行实际资料的信噪比评价分析，因此在实际工作中，本发明方法能更加准确地对资料的信噪比进行评估，求取不同接收位置的信噪比，建立信噪比模型。

Description

基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法及系统

技术领域

本发明属于地震勘探技术应用领域，具体涉及一种基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法及系统。

背景技术

地震勘探的难点地区主要包括山前带灰岩、下扬子、黄土塬、红层、火成岩覆盖区等，这些地区同时都是地震勘探需要攻关的地区，都存在一个共同的难点，就是地震资料信噪比低；严重影响了地震勘探的资料品质，制约了这些地区油气勘探的进程。信噪比是衡量地震资料好坏的一个重要指标，地震资料的信噪比越高，则地震资料越好，处理结果就越可信，因此对于资料品质的评价而言，地震资料信噪比的准确的评价估计是非常重要的。

通过文献调研发现基于资料的信噪比估计方法很多，主要有叠加法、时间域/频率域SVD法等，主要的思路还是利用信号之间的具有一定相似性和噪音相似性很小的特点，通过相邻地震道互相关来得到信号成分能量，地震道自身相关来得到总能量，总能量与信号能量差值作为噪音能量，这样就可以得到资料的信噪比。例如：中国专利公开文献CN201410583378.9公开了一种信噪比模型建立方法，中国公开文献“地震资料信噪比定量计算及方法比较”(《石油地球物理勘探》2009年第4期)系统地介绍和讨论了信噪比估算的5种方法,即能量叠加法、频谱估算法、功率谱估算法、相关法和特征值法。但是在实际资料分析中发现，不同资料对应的目的层频谱形态相似表明具有相同的信噪比，对于能量的不足可以通过采集或处理中提高覆盖次数来解决，因此传统方法对于评价不同资料信噪比有缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法及系统，通过建立不同单炮位置的一个标准高信噪比记录，然后通过标准地震道频谱和实际资料不同地震道频谱形态差异的分析来评估不同地震道的信噪比，进而完成整个单炮信噪比的评价，最后建立信噪比模型，为资料信噪比评价提供一种新方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法，首先构建标准地震道记录，通过对比标准地震道记录与实际地震道记录的频谱形态差异实现对实际震道记录的信噪比评价。

所述方法包括：

(1)构建标准地震道记录；

(2)利用傅里叶变换将时间域的标准地震道记录和实际地震道记录变换到复数域；

(3)在复数域中求取标准地震道记录与实际地震道记录的互相关得到有效频谱；在复数域中求取实际地震道记录的自相关得到总频谱；

(4)根据所述有效频谱和总频谱计算得到实际地震道记录的信噪比。

所述步骤(1)的操作包括：

收集工区地震测线附近的vsp井资料，获取层位数据，通过相邻两个层位的波阻抗求取反射系数；

选择子波；

将所述子波和所述反射系数进行褶积得到合成记录，将该合成记录作为标准地震道记录。

所述子波采用雷克子波，其主频与实际地震道记录的主频相同。

所述步骤(2)的操作包括：

标准地震道记录在时间域为w(n,t)＝w_k,l，对其进行傅里叶变换后得到W＝a+bi；

实际地震道记录在时间域为r(n,t)＝r_k，l，对其进行傅里叶变换后得到R＝c+di；

其中，n表示地震道数；t表示时间；k和l分别表示地震道数和时间离散值；a和b分别表示复数域的实部和虚部；c和d分别表示复数域的实部和虚部,i表示虚数单位。

所述步骤(3)的操作包括：

利用下式在复数域求取标准地震道记录和实际地震道记录之间的互相关得到有效频谱Cc(R,W)：

利用下式在复数域求取实际地震道记录的自相关得到总频谱Ac(R,R)：

所述步骤(4)的操作包括：

利用下式求取实际地震道记录的信噪比R_s/n：

R_s/n＝Cc/N

或者，R_s/n＝Cc²/N²

或者，R_s/n＝Cc²/Ac²-Cc²

其中，N为噪音，N²＝Ac²-Cc²

Ac、Cc分别为Ac(R,R)、Cc(R,W)的缩写。

一种基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价系统，包括：

构建标准地震道记录单元：用于收集工区地震测线附近的vsp井资料，获取层位数据，通过相邻两个层位的波阻抗求取反射系数；选择子波，将所述子波和所述反射系数进行褶积得到合成记录，将该合成记录作为标准地震道记录；

傅里叶变换单元：与构建标准地震道记录单元连接，利用傅里叶变换将时间域的标准地震道记录和实际地震道记录变换到复数域；

频谱计算单元：与傅里叶变换单元连接，用于在复数域中求取标准地震道记录与实际地震道记录的互相关得到有效频谱，在复数域中求取实际地震道记录的自相关得到总频谱；

信噪比计算单元：与频谱计算单元连接，根据所述有效频谱和总频谱计算得到实际地震道记录的信噪比。

所述构建标准地震道记录单元选择的子波为雷克子波，所述雷克子波的主频与实际地震道记录的主频相同；

所述傅里叶变换单元利用傅里叶变换将时间域中的标准地震道记录w(n,t)＝w_k,l变换为复数域中的W＝a+bi，将时间域中的实际地震道记录r(n,t)＝r_k，l变换为复数域中的R＝c+di，其中，n表示地震道数；t表示时间；k和l分别表示地震道数和时间离散值；a和b分别表示复数域的实部和虚部；c和d分别表示复数域的实部和虚部,i表示虚数单位；

所述频谱计算单元利用下式在复数域求取标准地震道记录和实际地震道记录之间的互相关得到有效频谱Cc(R,W)：

所述频谱计算单元利用下式在复数域求取实际地震道记录的自相关得到总频谱Ac(R,R)：

所述信噪比计算单元利用下式求取实际地震道记录的信噪比R_s/n：

R_s/n＝Cc/N

或者，R_s/n＝Cc²/N²

或者，R_s/n＝Cc²/Ac²-Cc²

其中，N为噪音，N²＝Ac²-Cc²

Ac、Cc分别为Ac(R,R)、Cc(R,W)的缩写。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行所述的基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过实际工区井资料得到标准地震道记录，以此标准地震道记录为基础对实际地震道记录的频谱形态进行对比分析，与标准地震道记录的频谱形态相似的地震道记录具有相似的信噪比，形态差异较大的说明噪音大，信噪比较低，根据此特点进行实际资料的信噪比评价分析，因此在实际工作中，本发明方法能更加准确地对资料的信噪比进行评估，求取不同接收位置的信噪比，建立信噪比模型。

附图说明

图1(a)频谱相似性对比；

图1(b)图1(a)中的①与④的差异标注；

图2(a)一定频带子波；

图2(b)井数据得到的对应反射系数；

图2(c)子波和反射系数得到的合成地震记录；

图3vsp井资料对应的层位数据；

图4雷克子波；

图5合成记录标准地震道记录；

图6实际单炮地震资料；

图7实际单炮地震资料对应目的层对偏移距的信噪比分布；

图8本发明方法的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明在评价估计不同资料信噪比之前首先得到一个各自对应的最高信噪比标准地震道记录，然后与实际地震记录逐道进行估计，与标准地震道频谱形态越接近信噪比越高，噪音越小；形态差异越大，信噪比越小，噪音越强，差异部分体现为噪音部分，如图1(a)图1(b)所示，图1(a)中的①表示标准地震道频谱；②、③、④表示其它地震道频谱；①与②、③形态一致，相似性强，信噪比相当；①与④形态差异较大，相似性差，信噪比较低，二者的差异如图1(b)中的深色块标注所示，表示相对于标准地震道记录而言地震道的噪音。

本发明从标准地震道记录出发，通过频谱形态差异对实际资料不同地震道进行信噪比估计评价，进而完成不同地震道的信噪比分析。

如图8所示，本发明包括以下几个部分：

(1)构建标准地震道记录，如图8中的步骤S1所示

收集工区vsp井资料，最大程度靠近地震测线，建立工区反射系数，采用满足本工区地质地震条件下的资料主频的子波(子波一般选择雷克子波(理论上噪音最小)，但是子波主频须按照实际资料的主频选择(即子波的主频与实际地震道记录的主频相同)与反射系数，由子波和反射系数通过褶积得到合成记录，作为标准地震道记录，图2(a)到图2(c)所示展示合成记录制作过程。图2(a)为一定频带子波，图2(b)为井数据得到的对应反射系数，图2(c)为子波和反射系数得到的合成地震记录。

(2)基于标准地震道记录和地震记录频谱相似性特征信噪比估算

1)，首先把时间域的标准地震道记录和地震记录数据(即实际地震道)通过傅里叶变换后得到复数域，如图8中的步骤S2所示。

标准地震道记录在时间域记录为w(n,t)＝w_k,l，FFT变换后为W＝a+bi；实际地震道在时间域记录为r(n,t)＝r_k，l，FFT变换后为R＝c+di，其中，n表示地震道数；t表示时间；k和l分别表示地震道数和时间离散值；a和b分别表示复数域的实部和虚部；c和d分别表示复数域的实部和虚部,i表示虚数单位。

2)在复数域中求取二者的互相关和实际地震道的自相关结果，如图8中的步骤S3所示：

标准地震道记录和地震道之间的互相关如下所示：

地震道自相关如下所示：

其中，Ac(R,R)为总频谱，Cc(R,W)为有效频谱。

3)如图8中的步骤S4所示，不同频率成分对应的信噪比如下：

噪音如下所示：

N²＝Ac²-Cc²

Ac、Cc分别为Ac(R,R)、Cc(R,W)的简写。

则对应的信噪比为：

R_s/n＝Cc/N(或＝Cc²/N₂＝Cc²/Ac₂-Cc₂)

通过上式得到的坐标图中的横坐标是频率，纵坐标是信噪比，因此体现了不同频率成分对应的信噪比。

不同偏移距和不同方位角的信噪比模型都是采用上述公式计算信噪比，不同偏移距和方位角体现在不同位置的实际单炮记录。

采用标准地震道记录对不同偏移距和方位角地震资料，进行信噪比估算，进行评价分析。由于标准地震道记录是没有噪音和衰减的理想记录，信噪比理论上是最高的，那么实际地震记录与标准地震道频谱形态越接近，那么相似性越强，互相关值越大，信噪比越高。

下面以某工区为例，介绍本发明方法的一个应用实例：

首先通过收集本工区井资料(vsp资料)，进行层位数据获取(采用vsp测井数据可以得到不同深度对应的地层速度值)，vsp井资料对应的层位数据如图3所示(图3中的曲线表示分层精度更高的地层分层，直线表示按照大套地层分层，即速度值在某一区间的划分为一层)，再通过相邻两层的波阻抗(采用通用的公式即可，下一层密度和速度平方的乘积(ρ_lowv² _low)减去上一层密度和速度平方的乘积(ρ_upv² _up)再除以二者的和(ρ_lowv² _low+ρ_upv² _up))求取反射系数，再与如图4所示的雷克子波进行褶积得到合成记录，作为标准地震道记录(如图5所示)。

对实际地震资料(如图6所示)的目的层，用标准地震道记录进行频率域(即复数域)的相关性分析，得到不同偏移距的信噪比分布，如图7所示，信噪比分布与实际单炮记录吻合度很好，中部信噪比极地，两边信噪比升高。

本发明通过实际工区井资料得到合成标准地震道记录，以此标准地震道记录为基础对实际地震道记录的频谱形态进行对比分析，与标准地震道记录的频谱形态相似的地震记录具有相似的信噪比，形态差异较大的说明噪音大，信噪比较低，根据此特点进行实际资料信噪比评价分析，得到不同偏移距和不同方位角信噪比模型。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法，其特征在于：所述方法首先构建标准地震道记录，然后通过对比标准地震道记录与实际地震道记录的频谱形态差异实现对实际地 震道记录的信噪比评价；

所述方法包括：

(1)构建标准地震道记录；

(2)利用傅里叶变换将时间域的标准地震道记录和实际地震道记录变换到复数域；

(3)在复数域中求取标准地震道记录与实际地震道记录的互相关得到有效频谱；在复数域中求取实际地震道记录的自相关得到总频谱；

(4)根据所述有效频谱和总频谱计算得到实际地震道记录的信噪比。

2.根据权利要求1所述的基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法，其特征在于：所述步骤(1)的操作包括：

收集工区地震测线附近的vsp井资料，获取层位数据，通过相邻两个层位的波阻抗求取反射系数；

选择子波；

将所述子波和所述反射系数进行褶积得到合成记录，将该合成记录作为标准地震道记录。

3.根据权利要求2所述的基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法，其特征在于：所述子波采用雷克子波，其主频与实际地震道记录的主频相同。

4.根据权利要求1所述的基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法，其特征在于：所述步骤(2)的操作包括：

标准地震道记录在时间域为w(n，t)＝w_k，1，对其进行傅里叶变换后得到W＝a+bi；

实际地震道记录在时间域为r(n，t)＝r_k，1，对其进行傅里叶变换后得到R＝c+di：

其中，n表示地震道数；t表示时间；k和l分别表示地震道数和时间离散值；a和b分别表示复数域的实部和虚部；c和d分别表示复数域的实部和虚部，i表示虚数单位。

5.根据权利要求4所述的基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法，其特征在于：所述步骤(3)的操作包括：

利用下式在复数域求取标准地震道记录和实际地震道记录之间的互相关得到有效频谱Cc(R，W)：

利用下式在复数域求取实际地震道记录的自相关得到总频谱Ac(R，R)：

6.根据权利要求5所述的基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法，其特征在于：所述步骤(4)的操作包括：

利用下式求取实际地震道记录的信噪比R_s/n：

R_s/n＝Cc/N

或者，

其中，N为噪音，N²＝Ac²-Cc²

Ac、Cc分别为Ac(R，R)、Cc(R，W)的缩写。

7.一种实现权利要求1-6任一所述的基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法的系统，其特征在于：所述系统包括：

构建标准地震道记录单元：用于收集工区地震测线附近的vsp井资料，获取层位数据，通过相邻两个层位的波阻抗求取反射系数；选择子波，将所述子波和所述反射系数进行褶积得到合成记录，将该合成记录作为标准地震道记录；

傅里叶变换单元：与构建标准地震道记录单元连接，利用傅里叶变换将时间域的标准地震道记录和实际地震道记录变换到复数域；

频谱计算单元：与傅里叶变换单元连接，用于在复数域中求取标准地震道记录与实际地震道记录的互相关得到有效频谱，在复数域中求取实际地震道记录的自相关得到总频谱；

信噪比计算单元：与频谱计算单元连接，根据所述有效频谱和总频谱计算得到实际地震道记录的信噪比。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述构建标准地震道记录单元选择的子波为雷克子波，所述雷克子波的主频与实际地震道记录的主频相同；

所述傅里叶变换单元利用傅里叶变换将时间域中的标准地震道记录w(n,t)＝w_k,l变换为复数域中的W＝a+bi，将时间域中的实际地震道记录r(n,t)＝r_k，l变换为复数域中的R＝c+di，其中，n表示地震道数；t表示时间；k和l分别表示地震道数和时间离散值；a和b分别表示复数域的实部和虚部；c和d分别表示复数域的实部和虚部,i表示虚数单位；

所述频谱计算单元利用下式在复数域求取标准地震道记录和实际地震道记录之间的互相关得到有效频谱Cc(R,W)：

所述频谱计算单元利用下式在复数域求取实际地震道记录的自相关得到总频谱Ac(R,R)：

所述信噪比计算单元利用下式求取实际地震道记录的信噪比R_s/n：

R_s/n＝Cc/N

或者，

其中，N为噪音，N²＝Ac²-Cc²

Ac、Cc分别为Ac(R，R)、Cc(R，W)的缩写。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行的至少一个程序，所述至少一个程序被所述计算机执行时使所述计算机执行权利要求1至6任一所述的基于标准地震道频谱相关性差异的信噪比评价方法中的步骤。

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