CN114384580A - 一种基于可控震源的理想子波定制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可控震源的理想子波定制方法，属于地质勘探领域，包括：S1获取目标勘探区域的地层信息并基于地层信息确定勘探子波的形态及参数；S2将勘探子波数据化后确定所需的理想子波；S3在零相位的子波假设前提下，根据理想子波确定理想子波的谱形态；S4根据理想子波的谱形态编码可控震源的包络函数和瞬时频率函数，进而确定出可控震源的扫描函数，使可控震源发出的扫描信号的谱形态与理想子波的谱形态一致，从而通过可控震源的子波即扫描信号自相关形成的子波获得所需的理想子波。本发明借助于可控震源人为可控的优势，从可控震源的编码方式去设计一个由使用者制定的理想子波谱形态，实现适应于目标区域高分辨率的叠前数据采集。

Description

一种基于可控震源的理想子波定制方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种基于可控震源的理想子波定制方法。

背景技术

目前地震勘探采集已经进入“两宽一高”的时代，野外采集到的两宽一高的地震资料对于后续地震数据高分辨率处理是非常重要的。而宽带地震勘探的实质就是震源激发和检波器接受的反射子波的谱是宽带的，即震源和检波器接收到的子波是高分辨率的。

叠前地震数据的含义可以抽象为：地震子波描述的、各种时距关系规定的同相轴飘在满足一定统计规律的随机噪声中，由此来看，地震地波是地震数据的最基本单元。一个高分辨率的子波有利于识别地下薄层、互层，方便解释人员进行地质解释。

在实际中，震源激发的子波是无法精确获知的，我们对它的判断是一个有限频带、有限延续长度的震荡的函数。因此，有必要提出一个地震子波理论模型来大致地代表实际的地震子波，该模型可以在地震分辨率分析、地震波正演、地震波反演、井震匹配、地震解释、储层识别等方面起重要作用。传统技术采用NormanH.Ricker提出的Rick子波作为地震震源激发的理论子波，Rick子波能很好地代表实际地震子波，并在实际生产中取得广泛的应用。

但是随着当今宽频带地震勘探方式的普及，用这样的子波明显不能表达目前采集的宽带信号。所以业界不由深思该如何定义一个高分辨率子波来代表当前的宽带地震勘探。俞寿鹏在2001年提出宽带Rick子波的概念，他认为子波的分辨率终归体现在时间上，而宽带Rick子波是由不同频率的Rick子波叠加形成的，这样构造的宽带子波主瓣很窄、旁瓣很小，频宽较宽，是冲激函数较好的近似，有较高分辨率。而王华忠则在2020年提出理论子波构造的标准还是基于对实际子波特征的提炼，零相位的、较光滑的、频带较宽的、较为平坦的谱是理论子波的频率特征；主瓣较窄、旁瓣电位水平低、延续时间短是理论子波的时域特征。并且从余弦函数叠加的角度构造了理论子波，并且认为子波的分辨率是由子波振幅谱的整体形态决定了，而不仅仅是传统认为的频宽，也不是优势频率。两位学者分别从子波的时间域的角度和频谱的角度分析了当前宽带地震勘探理论子波的构造。

检索其他相关的文献发现，一些关于地震子波高分辨率的提法大致有两点：第一改变子波时域的函数形式，第二改变子波频谱的形态。两种方案在一定程度上都能够改变子波的形态，提高子波的分辨率。

但上述方法都没有考虑地震勘探的客观物理，即面对的实际地下介质。反射地震勘探的目的就是为了更好地进行地下介质结构的描述和储层的识别，设计高分辨率子波就是为了分辨地下薄层、小断层、小构造等。如果不把设计的子波与勘探目的联系在一起，而只是一味地在数学上提高子波的分辨率显然是不合理的。所以实际需要设计的子波一定能够针对地震勘探的介质。简单地说就是：在勘探之前首先调查目的层，充分了解地震勘探需要分辨地下存在怎样的薄层和怎样的反射系数界面，并以相邻最薄地层可保真分辨为目的，在理论上分析需要一种什么样的子波，从而在子波的主、旁瓣大小，旁瓣的延续长度等方面设计理想子波。这种从目的层到设计子波的方式显然是更合理的。

可控震源作为一种对环境友好、使用高效、方便控制的地震激励源使得其在油气地震勘探中得到广泛的发展。对于当今两宽一高的地震数据采集来说，可控震源有绝对的优势。并且实践表明可控震源可以通过人为的控制激发出宽频带范围的地震波，或者说可以激发一个由使用者任意定制的频谱形态的地震波。可控震源的这种特性用于定制上述针对实际目的层设计的子波是十分有利的。

目前地震勘探很少关注对子波的设计，因此致力于克服现有技术的不足，发明人从可控震源能够设计理想频谱形态的优势出发，去设计使用者定制的高分辨子波。

发明内容

针对现有技术存在的子波设计没有考虑地震勘探的客观物理的问题，本发明的目的在于提供一种基于可控震源的理想子波定制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种基于可控震源的理想子波定制方法，包括以下步骤：

S1、获取目标勘探区域的地层信息，并基于所述地层信息确定勘探子波的形态及参数；

S2、将所述勘探子波数据化后确定所需的理想子波；

S3、在零相位的子波假设前提下，根据所述理想子波确定理想子波的谱形态；

S4、根据所述理想子波的谱形态编码可控震源的包络函数和瞬时频率函数，进而确定出所述可控震源的扫描函数，使所述可控震源发出的扫描信号的谱形态与所述理想子波的谱形态一致，从而通过可控震源的子波即扫描信号自相关形成的子波获得所需的理想子波。

优选的，在S1中，所述目标勘探区域的地层信息包括目标区域内目的层的厚度和顶底反射系数比。

优选的，在S1中，所述勘探子波的参数包括主瓣高度与旁瓣高度的比值以及主瓣宽度与旁瓣宽度的比值。

优选的，在S4中，所述可控震源的扫描函数为

其中A(t)为包络函数且为斜坡函数，f(t)为瞬时频率函数且为线性函数；所述扫描信号自相关形成的子波

所述

表示两个信号的相关；且s^corr(t)＝s(t)，s(t)为所述理想子波；

则所述根据所述理想子波的谱形态编码可控震源的包络函数和相位函数的步骤包括：

S41、根据所述理想子波的谱形态以及公式

确定可控震源扫描信号的振幅谱形态，其中

为理想子波的振幅谱，

为可控震源扫描信号的振幅谱；

S42、根据所述可控震源扫描信号的振幅谱确定扫描信号的起始频率F1和终止频率F2；

S43、根据所述扫描信号的起始频率F1和终止频率F2，确定所述瞬时频率函数

其中T为所述可控震源总的扫描时长且为常数；

S44、依据信号包络的总能量等于频谱总能量得公式

并由振幅谱在线性升频约束下映射成包络函数A(t)，即

S45、根据求得的A(t)和f(t)确定所述可控震源的扫描函数。

优选的，在S43中，所述可控震源总的扫描时长T由人工设置。

第二方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储有可执行程序代码的存储器以及与所述存储器耦合的处理器；其中，所述处理器调用所述存储器中存储的可执行程序代码，执行如上所述的方法。

第三方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上所述的方法。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的技术方案的有益效果是：根据地下介质(地层厚度和反射系数大小相对关系)来设计理想子波，而不是根据传统的在时间域或者频率域来设计高分辨率的子波；在零相位的假设下，对理想子波的设计转化为对理想子波频谱形态的设计，并且借助对可控震源进行编码的方式来产生需要的理想子波频谱形态，从而通过可控震源获得所需的高分辨子波的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一的方法流程图；

图2为本发明实施例一中的理想子波形态示意图；

图3为本发明实施例一中理想子波的谱形态示意图；

图4为本发明实施例一中可控震源扫描信号的振幅谱示意图；

图5为本发明实施例一中可控震源扫描函数中包络函数及瞬时频率函数的示意图；

图6为本发明实施例一中可控震源扫描函数示意图；

图7为本发明实施例一中可控震源扫描信号自相关子波与理想子波对比图；

图8为本发明实施例一中可控震源扫描信号自相关子波的谱形态与理想子波的谱形态的对比图。

图9为本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。

另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

一种基于可控震源的理想子波定制方法，该方法用于通过可控震源获得所需的理想子波，如图1所示，该方法包括S1、S2、S3和S4。

S1、获取目标勘探区域的地层信息，并基于上述的地层信息确定勘探子波的形态及参数。

从勘探目的出发，在设计子波之前需要对目标勘探区域的地层信息具有一定的认知，而基于此设计的子波才能够在反射地震勘探中更好地获得对地下介质结构的描述和储层的识别。其中，目标勘探区域的地层信息包括目标区域内目的层的厚度和顶底反射系数比，例如本实施例中，目的层的厚度为10m，目的层的顶底反射系数比为1：0.25。

在获得目的层的厚度及顶底反射系数比的基础上，根据反射地震勘探领域的知识即能够确定所需要设计的勘探子波的形态和参数。其中，勘探子波的参数包括主瓣高度与旁瓣高度的比值以及主瓣宽度与旁瓣宽度的比值，而在本实施例中，勘探子波的主瓣高度与旁瓣高度的比值为1：0.25，主瓣宽度与旁瓣宽度的比值为1:1.4。

S2、将勘探子波数据化后确定所需的理想子波。

如图2所示，其示出了本实施例所需要的理想子波的形态，通过该理想子波进行反射地震勘探，能够对目标勘探区域中的目的层更好地进行地下介质结构的描述和储层的识别。

理想子波虽然已经被知晓，但是在实际操作中还需要将该理想子波施加到目标勘探区域的目的层上，而本实施例则借助可控震源执行该操作，但需要对可控震源进行编码，以便于可控震源发出的子波与上述的理想子波一致。

S3、在零相位的子波假设前提下，根据理想子波确定理想子波的谱形态。

在基于零相位的子波假设下，理想子波是由其谱形态唯一确定的，反之，在确定了理想子波的谱形态后，理想子波也唯一确定。因此只需要确定可控震源发出的子波的谱形态与理想子波的谱形态一致，那么可控震源发出的子波也即与理想子波一致。即将可控震源的子波设计转化为对可控震源子波的谱形态设计。如图3所示，为本实施例中理想子波的谱形态，即理想子波的振幅谱。

S4、根据理想子波的谱形态编码可控震源的包络函数和瞬时频率函数，进而确定出可控震源的扫描函数，使可控震源发出的扫描信号的谱形态与理想子波的谱形态一致，从而通过可控震源的子波即扫描信号自相关形成的子波获得所需的理想子波。

具体在S4中，可控震源的扫描函数通常可以描述为：

(式1)中，A(t)为包络函数且为斜坡函数，f(t)为瞬时频率函数且为线性函数。

可控震源的子波为其扫描信号的自相关子波，通过以下公式表示：

(式2)中，

表示两个信号的相关，s^corr(t)即为可控震源的子波，本实施例要求其与图2所示的理想子波一致，即有以下公式：

s^corr(t)＝s(t) (式3)；

(式3)中，s(t)即为图2展示的理想子波。

则上述的根据理想子波的谱形态编码可控震源的包络函数和相位函数的步骤包括：

S41、根据理想子波的谱形态以及(式4)确定可控震源扫描信号的振幅谱形态。

由于理想子波与可控震源的子波都是零限位作为前提，且子波都是由其谱形态唯一确定的，因此在(式2)的基础上即可得出(式4)，其中，

为理想子波的振幅谱，

为可控震源扫描信号的振幅谱，如图3所示在理想子波的振幅谱已知前提下，可以根据(式4)得到可控震源扫描信号的振幅谱，如图4所示。

S42、根据可控震源扫描信号的振幅谱确定扫描信号的起始频率F1和终止频率F2；

由图4可以展示的内容可以确定地获得扫描信号的起始频率F1为0Hz、终止频率F2为230Hz。

S43、根据扫描信号的起始频率F1和终止频率F2，确定瞬时频率函数f(t)。

由于瞬时频率函数f(t)为线性函数，因此设：

(式5)中，F1和F2已经求得，而其中的T为可控震源总的扫描时长且通常为常数，例如通常野外的扫描时长T控制在20s以内，而本实施例中设置扫描信号时长T为18s。

S44、依据信号包络的总能量等于频谱总能量的(式6)，并由振幅谱在线性升频约束下映射成包络函数A(t)。

在(式6)的基础上，实现

的过程后，即得到包络函数A(t)。如图5所示，为求得的包络函数A(t)和瞬时频率函数f(t)的示意图。

S45、根据求得的A(t)和f(t)确定可控震源的扫描函数。

将求得的A(t)和f(t)带入到(式1)后即得到可控震源的扫描函数，如图6所示。

综上，在获得可控震源扫描函数的基础上，通过操作可控震源发出扫描信号，其扫描信号自相关子波即为可控震源的子波，其与理想子波的对比如图7所示，可见，通过扫描信号自相关形成的可控震源的子波与理想子波是完全一致的。如图8所示，为可控震源扫描信号自相关子波的谱形态与理想子波的谱形态对比图，可见两者也是一致的。

实施例二

一种电子设备，如图9所示，包括存储有可执行程序代码的存储器以及与该存储器耦合的处理器；其中，处理器调用存储器中存储的可执行程序代码，执行如实施例一公开的方法步骤。

实施例三

一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行如实施例一公开的方法步骤。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于可控震源的理想子波定制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、获取目标勘探区域的地层信息，并基于所述地层信息确定勘探子波的形态及参数；

S2、将所述勘探子波数据化后确定所需的理想子波；

S3、在零相位的子波假设前提下，根据所述理想子波确定理想子波的谱形态；

S4、根据所述理想子波的谱形态编码可控震源的包络函数和瞬时频率函数，进而确定出所述可控震源的扫描函数，使所述可控震源发出的扫描信号的谱形态与所述理想子波的谱形态一致，从而通过可控震源的子波即扫描信号自相关形成的子波获得所需的理想子波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在S1中，所述目标勘探区域的地层信息包括目标区域内目的层的厚度和顶底反射系数比。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在S1中，所述勘探子波的参数包括主瓣高度与旁瓣高度的比值以及主瓣宽度与旁瓣宽度的比值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在S4中，所述可控震源的扫描函数为

其中A(t)为包络函数且为斜坡函数，f(t)为瞬时频率函数且为线性函数；所述扫描信号自相关形成的子波

所述

表示两个信号的相关；且s^corr(t)＝s(t)，s(t)为所述理想子波；

则所述根据所述理想子波的谱形态编码可控震源的包络函数和相位函数的步骤包括：

S41、根据所述理想子波的谱形态以及公式

确定可控震源扫描信号的振幅谱形态，其中

为理想子波的振幅谱，

为可控震源扫描信号的振幅谱；

S42、根据所述可控震源扫描信号的振幅谱确定扫描信号的起始频率F1和终止频率F2；

S43、根据所述扫描信号的起始频率F1和终止频率F2，确定所述瞬时频率函数

其中T为所述可控震源总的扫描时长且为常数；

S44、依据信号包络的总能量等于频谱总能量得公式

并由振幅谱在线性升频约束下映射成包络函数A(t)，即

S45、根据求得的A(t)和f(t)确定所述可控震源的扫描函数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在S43中，所述可控震源总的扫描时长T由人工设置。

6.一种电子设备，其特征在于：包括存储有可执行程序代码的存储器以及与所述存储器耦合的处理器；其中，所述处理器调用所述存储器中存储的可执行程序代码，执行如权利要求1-5任一项所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-5任一项所述的方法。

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