CN112882099A

CN112882099A - 一种地震频带拓宽方法、装置、介质及电子设备

Info

Publication number: CN112882099A
Application number: CN202110213988.XA
Authority: CN
Inventors: 田立新; 刘军; 朱焱辉; 何敏; 朱焕; 孟昶; 周世恒
Original assignee: CNOOC Deepwater Development Ltd
Current assignee: CNOOC Deepwater Development Ltd
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2041-02-25
Also published as: CN112882099B

Abstract

本申请实施例公开了一种地震频带拓宽方法、装置、介质及电子设备。该方法包括：获取地震数据，根据测井数据确定地震数据的地震子波数据；根据所述地震子波数据以及所述地震数据，反演出反射系数的奇分量和偶分量；根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数；根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果。本发明实施例通过可以恢复出地震数据的低频信息和高频信息，并将该信息补偿到地震数据中，实现拓宽地震资料频带的目的。

Description

一种地震频带拓宽方法、装置、介质及电子设备

技术领域

本申请实施例涉及地震勘探技术领域，尤其涉及一种地震频带拓宽方法、装置、介质及电子设备。

背景技术

随着科技水平的快速发展，对于地下油气储层的勘探以及其他地下能源的开发已经显得尤为重要，而地震勘探正是地下能源探查的主要手段之一。常规地震资料由于频带较窄，分辨率较低，难以有效识别和描述储层信息。因此，拓展地震资料的频带宽度，同时提高地震分辨率，对于油气田的开发具有重要作用。目前在地震勘探领域面临的问题主要在于：相对于高频成分，数据中的低频信息缺失会导致地震剖面上出现虚假的高分辨率信息，影响对地震勘探资料的解释和使用。目前，现有的地震资料频带拓宽方法主要有反褶积、时变谱白化、反Q滤波等。这些传统的拓频方法主要用于拓展地震资料的高频部分，其带来的后果是高频拓展后，信噪比降低，频宽一般小于一个倍频程。基于反褶积的低频补偿仅处理了子波，而没有考虑到子波结构的变化；另外，基于空间域滤波的低频稳定性也只是对低频的切片作了处理，无法准确恢复地震资料的低频成分。因此，如何有效的对地震频带进行拓宽，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种地震频带拓宽方法、装置、介质及电子设备，可以恢复出地震数据的低频信息和高频信息，并将该信息补偿到地震数据中，实现拓宽地震资料频带的目的。

第一方面，本申请实施例提供了一种地震频带拓宽方法，所述方法包括：

获取地震数据，根据测井数据确定地震数据的地震子波数据；

根据所述地震子波数据以及所述地震数据，反演出反射系数的奇分量和偶分量；

根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数；

根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果。

可选的，所述方法还包括：

利用傅里叶变换和反射系数奇偶分解方法，确定L1范数约束条件下的反射系数反演目标函数；

相应的，根据所述地震子波数据以及所述地震数据，反演出反射系数的奇分量和偶分量，包括：

根据所述地震子波数据以及所述地震数据，采用坐标轴下降算法对目标函数进行求解，确定反射系数的奇分量和偶分量。

可选的，所述地震数据为分时窗地震数据；

相应的，采用坐标轴下降算法对目标函数进行求解，确定反射系数的奇分量和偶分量，包括：

采用坐标轴下降算法对目标函数进行求解，确定各时窗的反射系数的奇分量序列和偶分量序列。

可选的，根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果，包括：

将所述目标反射系数与宽频子波做卷积处理，确定地震频带拓宽结果。

第二方面，本申请实施例提供了一种地震频带拓宽装置，所述装置包括：

地震子波数据确定模块，用于获取地震数据，根据测井数据确定地震数据的地震子波数据；

分量确定模块，用于根据所述地震子波数据以及所述地震数据，反演出反射系数的奇分量和偶分量；

目标反射系数确定模块，用于根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数；

地震频带拓宽模块，用于根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果。

可选的，所述装置还包括：

反射系数反演目标函数确定模块，用于利用傅里叶变换和反射系数奇偶分解方法，确定L1范数约束条件下的反射系数反演目标函数；

相应的，所述分量确定模块，包括：

分量确定单元，用于根据所述地震子波数据以及所述地震数据，采用坐标轴下降算法对目标函数进行求解，确定反射系数的奇分量和偶分量。

可选的，所述地震数据为分时窗地震数据；

相应的，所述分量确定单元，具体用于：

可选的，所述地震频带拓宽模块，包括：

卷积计算单元，用于将所述目标反射系数与宽频子波做卷积处理，确定地震频带拓宽结果。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请实施例所述的地震频带拓宽方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本申请实施例所述的地震频带拓宽方法。

本申请实施例所提供的技术方案，获取地震数据，根据测井数据确定地震数据的地震子波数据；根据所述地震子波数据以及所述地震数据，反演出反射系数的奇分量和偶分量；根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数；根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果。本申请所提供的技术方案，可以恢复出地震数据的低频信息和高频信息，并将该信息补偿到地震数据中，实现拓宽地震资料频带的目的。

附图说明

图1是本申请实施例提供的地震频带拓宽方法的流程图；

图2是本申请实施例提供的地震频带拓宽工作流程示意图；

图3是本申请实施例提供的不同频带拓宽技术地震剖面对比图；

图4是本申请实施例提供的地震频带对比图；

图5是本申请实施例提供的地震合成记录标定对比图；

图6是本申请实施例提供的反演结果对比图；

图7是本申请实施例提供的地层反射系数示意图；

图8是本申请实施例提供的地震频带拓宽装置的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

图1是本申请实施例提供的地震频带拓宽方法的流程图，本实施例可适用于地震资料处理的情况，该方法可以由本申请实施例所提供的地震频带拓宽装置执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现，并可集成于运行此系统的电子设备中。

如图1所示，所述地震频带拓宽方法包括：

S110、获取地震数据，根据测井数据确定地震数据的地震子波数据。

其中，地震数据可以是在地面上采用地震勘探的方式发出勘探信号后，收集到的数据。地震数据可以在地面以下以波的形式进行传播，并在遇到不同的地层结构后，对地震数据产生反射。

本方案中，测井数据可以是进行钻探或者是在某一个地方设置有测井，在测井中可以实际的获取到地下的各个地层的实际深度和厚度等。并且可以采用实际取样的方式进行分析。

在具有地震数据和测井数据的情况下，可以基于两者进行处理，得到地震子波数据。地震子波是一段具有确定的起始时间、能量有限且有一定延续长度的信号，它是地震记录中的基本单元。一般认为，地震震源激发时所产生的地震波仅是一个延续时间极短的尖脉冲，随着尖脉冲在粘弹性介质中传播，尖脉冲的高频成分很快衰减，波形随之增长，便形成了地震子波，一个地震子波一般有2至3个相位的延续长度，大约有90ms左右，然后以地震子波的形式在地下传播。

S120、根据所述地震子波数据以及所述地震数据，反演出反射系数的奇分量和偶分量。

其中，地震数据可以认为是地震子波数据与地层反射系数的褶积，因此，可以再得到地震子波数据之后，通过运算来确定反射系数。地震数据在谱分解中可以认为一个反射系数序列代表一个薄层。任何一个反射系数序列都可以被定义为其他两个反射系数对之和，其中一个反射系数序列有相同的极性和幅度，称之为偶分量，另一个反射系数序列有相同的幅度但是极性相反，称之为奇分量。

S130、根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数。

在确定奇偶分量之后，可以根据奇分量和偶分量，可以重新构建目标反射系数。具体的，分析实际地震资料选择合适参数，利用目标函数反演出反射系数奇偶分量。重构反射系数，并利用宽频子波重构宽频地震记录。

S140、根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果。

在确定目标反射系数之后，可以与已知的宽频子波进行处理，得到地震频带拓宽结果。本方案根据压缩感知原理，采用井震结合控制和判断地震资料的有效频带，以及螺旋下降算法求解带约束条件的L2范数最小值问题，对地震数据有效频带进行拟合，恢复出地震数据的低频和高频信息，并将该信息补偿到地震数据中，实现地震资料频带的拓宽。

在一个可行的实施例中，可选的，根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果，包括：

其中，宽频子波参数为：低截频率f1＝1Hz，低通频率f2＝3Hz，高通频率f3＝50Hz，高截频率f4＝90Hz。通过卷积处理，可以实现对地震频带拓宽的目的。

在上述技术方案的基础上，可选的，所述方法还包括：

本方案在假设短时窗内的地震波形具有平稳信号特征的基础上，利用傅里叶变换和反射系数奇偶分解方法，推导出了L1范数约束条件下的反射系数反演目标函数。采用压缩感知原理和坐标轴下降算法对目标函数进行求解。对求解出的反射系数系列再褶积一宽频带通子波，从而实现了地震资料频带的拓宽。

在上述技术方案的基础上，可选的，所述地震数据为分时窗地震数据；

其中，时窗划分方式可以是以每80毫秒划分为一个时窗，并且时窗与时窗之间存在相互重叠的部分，例如1-80毫秒为第一个时窗，41-120毫秒为第二个时窗，81-160毫秒为第三个时窗。坐标轴下降算法是一种非梯度优化算法。算法在每次迭代中，在当前点处沿一个坐标方向进行一维搜索以求得一个函数的局部极小值。在整个过程中循环使用不同的坐标方向。对于不可拆分的函数而言，算法可能无法在较小的迭代步数中求得最优解。为了加速收敛，可以采用一个适当的坐标系，例如通过主成分分析获得一个坐标间尽可能不相互关联的新坐标系。

本方案通过这样的设置，根据压缩感知原理，采用井震结合控制和判断地震资料的有效频带，以及螺旋下降算法求解带约束条件的L2范数最小值问题，对地震数据有效频带进行拟合，恢复出地震数据的低频和高频信息，并将该信息补偿到地震数据中，实现地震资料频带的拓宽。

在一个优选的实施方案中，本方案可以采用井震结合基于压缩感知的地震频带拓宽方法及其在后续反演中的应用，图2是本申请实施例提供的地震频带拓宽工作流程示意图，方法流程如图2所示，具体包括以下步骤：

第1步，收集研究区的测井资料和地震资料，分析检查测井资料的可靠性以及地震的保幅性；

第2步，分析实际地震资料选择合适参数，利用目标函数反演出反射系数奇偶分量。重构反射系数，并利用宽频子波重构宽频地震记录。

第3步，结合区域地质认识及现有测井资料情况，迭代重复第2步，调整参数、反演反射系数、重构地震，直到达到最终需求。

第4步，利用重构宽频地震记录，准备地震反演流程。

第5步，进行反演并对结果进行解释。从后续提供的附图中可以看到，宽频地震反演结果与实钻结果更加吻合，说明拓展的低频成分的正确性，同时也说明低频成分对钻前储层和流体预测的重要性。

图3是本申请实施例提供的不同频带拓宽技术地震剖面对比图，其中，A、B、C、D表示四个测井位置。图4是本申请实施例提供的地震频带对比图，其中，高频和低频两个频带是本方案或者常规拓频方案需要拓展的频率范围，可见本方案在低频部分相对于常规拓频方案具有明显的增强。图5是本申请实施例提供的地震合成记录标定对比图，可见右侧虚线框选的深度范围内，本方案能够提供更多的细节，分辨率有了明显的增强。图6是本申请实施例提供的反演结果对比图，其中针对E测井处本方法繁衍得到的阻抗针对灰岩高阻区域具有较为客观的体现，而常规拓频繁衍份方案繁衍为低阻，并不符合实际的测井资料，因此可以体现出本方案的可靠性更高。

本方案根据压缩感知原理，采用井震结合控制和判断地震资料的有效频带，以及螺旋下降算法求解带约束条件的L2范数最小值问题，对地震数据有效频带进行拟合，恢复出地震数据的低频和高频信息，并将该信息补偿到地震数据中，实现地震资料频带的拓宽。利用本方法拓频后的地震资料，低频信息更丰富，同时在保持横向分辨率不变的同时，有效地提高资料的垂向分辨率。利用拓频后数据获得的波阻抗反演剖面低频信息较井插值结果更可靠，较常规资料反演结果分辨率更高，与井吻合度更好。

以下是本申请实施例针对压缩感知原理的解释。压缩感知的原理是利用可压缩信号的稀疏采样数据恢复和重构出原始信号。压缩感知的方程为：Y＝ΦX＝ΦΨS＝ΘS。其理论包括三个部分：1)、信号的稀疏表示；2)、测量矩阵的设计；3)、信号恢复的反演算法。第一，对于地震信号，将时间域密集采样(处理后的地震资料通常采样间隔为2ms)的地震信号变换到频率域(海上地震资料通常有效频带范围：8Hz～60Hz)，可以实现地震数据的压缩，即地震信号的稀疏表示。由于地震信号来自地下无数的反射界面，因此频率域的地震数据也是地下反射界面的稀疏表示。第二，假设地震信号为地震子波与地层反射系数的褶积，其理论公式为S(t)＝W(t)*R(t)。根据褶积理论，时间域的褶积可以表示为频率的矩阵相乘，即S＝WR，S为频率域合成记录向量，W为频率域子波构成的矩阵，R为频率域反射系数向量，其计算公式与压缩感知方程形式一致。第三，基于以上分析，地层反射系数的反演算法完全可以借鉴压缩感知信号恢复的思想。具体理论推导如下：

图7是本申请实施例提供的地层反射系数示意图，首先假设地层有N个反射系数r₁……r_n，其对应的时间轴位置为t₁……t_n，设时间轴的中心位置为t，t_n-t₁＝T₁，t_n-1-t₂＝T₂，……，

(图7)。利用脉冲响应函数表示地层的反射系数，则n+1个层的反射系数时间域表示为：

利用欧拉公式e^jθ＝cosθ+jsinθ，将上式变换到频率域可得到如下的简化形式：

再利用反射系数的奇偶分解

形式，以及将t＝0表示成地层表面时间，取频率域反射系数的实部和虚部式(公式3，公式4)：

由于频率域

由此可得到频率域反射系数的表达式(公式5)：

其中：

其中a_e为偶分量的权重，a_o为奇分量的权重(其形式与压缩感知方程Y＝ΘS。一致)，则地震反射系数的目标函数形式(公式6)：

O(r_e,r_o)＝b-Ax (6)

根据地震反射系数稀疏性的假设，同时降低反演的多解性，要求奇偶反射系数对x应满足||x||₁≤τ其中τ为给定的小量，则带约束的最小化目标函数形式(公式7)：

通过利用拉格朗日乘子法将上式约束优化问题改写为无约束优化问题(公式8)：

上式即为基于压缩感知的稀疏脉冲反射系数谱反演方法的理论公式。式中，λ表示正则化参数，用于平衡结果对于二次项与稀疏项的偏向。较大的正则化参数会使反演得到的反射系数更加稀疏，较小的正则化参数则会提高反演结果与原始数据的相似性。

求解上述无约束优化问题，本文采用坐标轴下降算法，其原理如下：

对所有的奇偶反射系数向量x，令

从k-1＝0次开始，为x赋初值，则通过迭代公式(公式9)，可求得k＝m次迭代结果x^m。

然后计算第m次的迭代结果Ax^m与第m-1次的结果Ax^m-1均方误差小于给定值，或者

小于给定值，则停止迭代循环，将第m次的迭代结果x^m作为最后的奇偶反射系数结果，然后利用反射系数奇偶分解关系，重构出真实位置处的地层反射系数。最后利用重构的反射系数系列褶积一个带通的Ormsby子波[11](公式10)，即可重构出宽频的地震记录，实现地震频带的拓宽。

其中，频率f₁为低截频；f₂为低通频率；f₃为高通频率，f₄为高截频率。

图8是本申请实施例提供的地震频带拓宽装置的结构示意图，如图8所示，该装置可以包括：

地震子波数据确定模块810，用于获取地震数据，根据测井数据确定地震数据的地震子波数据；

分量确定模块820，用于根据所述地震子波数据以及所述地震数据，反演出反射系数的奇分量和偶分量；

目标反射系数确定模块830，用于根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数；

地震频带拓宽模块840，用于根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果。

可选的，所述装置还包括：

相应的，所述分量确定模块，包括：

可选的，所述地震数据为分时窗地震数据；

相应的，所述分量确定单元，具体用于：

可选的，所述地震频带拓宽模块，包括：

本发明实施例所提供的一种地震频带拓宽装置可执行本发明任意实施例所提供的一种地震频带拓宽方法，具备执行一种地震频带拓宽方法相应的功能模块和有益效果。

本申请实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种地震频带拓宽方法，该方法包括：

根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数；

存储介质是指任何的各种类型的存储器电子设备或存储电子设备。术语“存储介质”旨在包括：安装介质，例如CD-ROM、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，诸如DRAM、DDR RAM、SRAM、EDO RAM，兰巴斯(Rambus)RAM等；非易失性存储器，诸如闪存、磁介质(例如硬盘或光存储)；寄存器或其它相似类型的存储器元件等。存储介质可以还包括其它类型的存储器或其组合。另外，存储介质可以位于程序在其中被执行的计算机系统中，或者可以位于不同的第二计算机系统中，第二计算机系统通过网络(诸如因特网)连接到计算机系统。第二计算机系统可以提供程序指令给计算机用于执行。术语“存储介质”可以包括可以驻留在不同未知中(例如在通过网络连接的不同计算机系统中)的两个或更多存储介质。存储介质可以存储可由一个或多个处理器执行的程序指令(例如具体实现为计算机程序)。

当然，本申请实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的地震频带拓宽方法操作，还可以执行本申请任意实施例所提供的地震频带拓宽方法中的相关操作。

本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备中可集成本申请实施例提供的地震频带拓宽装置，该电子设备可以是配置于系统内的，也可以是执行系统内的部分或者全部功能的设备。图9是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图9所示，本实施例提供了一种电子设备900，其包括：一个或多个处理器920；存储装置910，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器920执行，使得所述一个或多个处理器920实现本申请实施例所提供的地震频带拓宽方法，该方法包括：

根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数；

当然，本领域技术人员可以理解，处理器920还实现本申请任意实施例所提供的地震频带拓宽方法的技术方案。

图9显示的电子设备900仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图9所示，该电子设备900包括处理器920、存储装置910、输入装置930和输出装置940；电子设备中处理器920的数量可以是一个或多个，图9中以一个处理器920为例；电子设备中的处理器920、存储装置910、输入装置930和输出装置940可以通过总线或其他方式连接，图9中以通过总线950连接为例。

存储装置910作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块单元，如本申请实施例中的地震频带拓宽方法对应的程序指令。

存储装置910可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储装置910可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储装置910可进一步包括相对于处理器920远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置930可用于接收输入的数字、字符信息或语音信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置940可包括显示屏、扬声器等电子设备。

本申请实施例提供的电子设备，可以恢复出地震数据的低频信息和高频信息，并将该信息补偿到地震数据中，实现拓宽地震资料频带的目的。

上述实施例中提供的地震频带拓宽装置、介质及电子设备可执行本申请任意实施例所提供的地震频带拓宽方法，具备执行该方法相应的功能模块和有益效果。未在上述实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请任意实施例所提供的地震频带拓宽方法。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种地震频带拓宽方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述奇分量和所述偶分量，确定目标反射系数；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述地震数据为分时窗地震数据；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标反射系数与宽频子波，确定地震频带拓宽结果，包括：

5.一种地震频带拓宽装置，其特征在于，所述装置包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

相应的，所述分量确定模块，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述地震数据为分时窗地震数据；

相应的，所述分量确定单元，具体用于：

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述地震频带拓宽模块，包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的地震频带拓宽方法。

10.一种电子设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的地震频带拓宽方法。