CN114624765B - 一种相位域地震数据处理与重构方法、装置及可存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相位域地震数据处理与重构方法、装置及可存储介质，其中方法包括：S1：获取原始地震数据及对应的地震数据时窗范围；S2：判断所述地震数据时窗范围为宽时窗或窄时窗，若为宽视窗提取所述原始地震数据对应的地震时变子波，若为窄时窗则提取所述原始地震数据对应的地震统计子波；S3：对所述地震时变子波或所述地震统计子波进行反褶积处理，得到反射系数；S4：将所述反射系数与所述地震时变子波或所述地震统计子波进行计算，得到对应的零度相位地震剖面数据等步骤；本发明利用相位分解重构的原理，将不同相位的信号分离出来，以达到提取有用的信息。

Description

一种相位域地震数据处理与重构方法、装置及可存储介质

技术领域

本发明涉及地震数据处理技术领域，更具体的说是涉及一种相位域地震数据处理与重构方法、装置及可存储介质。

背景技术

目前，在地震波传播过程中，地下介质的岩性或物性变化都将引起地震波属性特征的变化，包括速度、振幅、频率、相位等，这些变化已经成为地球物理储层预测、流体识别的重要依据。相位作为地震记录的重要属性之一，携带了丰富的地层反射信息。

受地震波分辨率的影响，较薄的层很难被识别，当地震信号中特定的相位分量被分开时，在薄层内发生的细微的横向阻抗变化可以在其地震相中明显放大，这样就有利于对薄层进行识别。所以，与地震子波的相位相对应的相位分量，就可以表示单独的界面或任何其他对称变化时间的反射系数序列。例如：假设有一个零相位子波，那么在不含流体的层位或未与和流体接触的层位上就可以直接显示在零相位分量上面；薄层和倾斜地层的波阻抗界面将出现在与子波相差+90°的相位分量上；在薄层中由油气等资源引起的亮点是因为储集层的波阻抗异常低，那这些亮点就会出现在和零相位子波相差-90°的相位分量上。从上述例子中就可以看出，地震相位变化能够反映地层结构变化信息，相位域的地震数据里包含很多了地质信息。利用相位分解重构的原理，将不同的地质信息区分离出来，提高地震勘探技术对油气储集层的识别检测，具有深远的勘探意义。

但是，现有技术在相位信息应用中，主要集中在地震数据的最小相位化、零相位化、相位移动等算法的相关研究。但是前人并没有开展相应的地震相位域数据提取的研究，主要工作仍然是集中在地震数据频率域提取。如何从地震数据中获取更加准确的相位信息，并加以分析、处理，是目前利用地球物理方法开展储层特性预测研究的热点和难点问题之一。

因此，如何提供一种能够解决上述问题的相位域地震数据处理与重构方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种相位域地震数据处理与重构方法、装置及可存储介质，利用相位分解重构的原理，将不同相位的信号分离出来，以达到提取有用的信息。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种相位域地震数据处理与重构方法，包括：

S1：获取原始地震数据及对应的地震数据时窗范围；

S2：判断所述地震数据时窗范围为宽时窗或窄时窗，若为宽视窗提取所述原始地震数据对应的地震时变子波，若为窄时窗则提取所述原始地震数据对应的地震统计子波；

S3：对所述地震时变子波或所述地震统计子波进行反褶积处理，得到反射系数；

S4：将所述反射系数与所述地震时变子波或所述地震统计子波进行计算，得到对应的零度相位地震剖面数据；

S5：将所述零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到对应的地震相位域数据，并对所述地震相位域数据进行单相位度数提取，得到重构的地震相位数据。

优选的，所述S2具体包括：

S21：当所述地震数据时窗范围为宽时窗时，利用广义S变换方法对所述原始地震数据进行处理，其中所述原始地震数据表示为：

S(t)＝r(t)*w(t)+n(t)(1)

式中，S表示合成地震记录，r表示反射系数，w表示地震子波，n表示噪声，t表示为时间，“*”为褶积算符；

对式(1)等号两边同时取自相关，建立地震记录自相关与子波自相关的关系式，具体表达式为：

S22：对式(2)进行傅里叶变换，具体表达式为：

式中，F(*)表示经过傅里叶变换后的运算结果；

S23：对式(3)进行改进S变换，具体表达式为：

式中，t和f分别是时间和频率；m、p、k、r均为控制参数，S_T(t,f)表示每一时刻的子波局部谱，τ为进行s变换时选取高斯窗函数中确定窗函数位置的值；

S24：根据式(4)得到的每一时刻的子波局部谱进行快速傅里叶逆变换，得到对应的所述地震时变子波，具体表达式为：

w₂₀＝ifft(S_T(t,f)) (5)。

优选的，所述S2具体还包括：

S25：当所述原始地震数据时窗范围为窄时窗时，对所述原始地震数据取四阶累积量，具体表达式为：

式中，和/>分别为地震记录和反射系数的四阶累积量；为地震子波的四阶矩，τ_i(i＝1,2,3)表示不同的时间延迟，并且τ_i是一个比地震记录长度小的多的整数；

S26：将式(6)进行改写，具体表达式为：

式中，σ是反射系数四阶累积量的近似值；

S27：利用多道地震记录的四阶累积量叠加提取所述地震统计子波，相应的目标函数具体表达式为：

优选的，所述S3具体包括：

S31：利用所述对所述地震时变子波或所述地震统计子波进行反褶积处理，得到初始反射系数，具体表达式为：

γ₁(t)＝w₁₀*s(t)或γ₂(t)＝w₂₀*s(t) (9)

式中，γ₁(t)为所述地震统计子波和所述原始地震数据进行反褶积处理后的到的反射系数，γ₂(t)为所述地震时变子波和所述原始地震数据进行反褶积处理后的到的反射系数；

S32：对所述初始反射系数取正，且令负值为空值，得到最终的反射系数。

优选的，所述S4具体包括：利用所述反射系数与所述地震时变子波或所述所述地震统计子波进行相乘，并多次重复所述S3-S4，得到所述零度相位地震剖面数据。

优选的，所述S5具体包括：

S51：将所述零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到不同度数的地震相位域数据，其中相位移动的范围为(-180°)-(180°)，

S52：对所述不同度数的地震相位域数据进行单相位度数提取，或者按照相位区间完成不同相位度数的地震相位域数据相加，得到重构的地震相位数据。

进一步，本发明还提供一种利用上述任一项所述的一种相位域地震数据处理与重构方法的装置，包括：

数据获取模块，用于获取原始地震数据及对应的地震数据时窗范围；

数据判断模块，用于判断所述地震数据时窗范围为宽时窗或窄时窗，若为宽视窗提取所述原始地震数据对应的地震时变子波，若为窄时窗则提取所述原始地震数据对应的地震统计子波；

数据处理模块，用于对所述地震时变子波或所述地震统计子波进行反褶积处理，得到反射系数；

数据计算模块，用于将所述反射系数与所述地震时变子波或所述地震统计子波进行计算，得到对应的零度相位地震剖面数据；

数据重构模块，用于将所述零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到对应的地震相位域数据，并对所述地震相位域数据进行单相位度数提取，得到重构的地震相位数据。

进一步，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上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的地震数据处理与重构方法。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种相位域地震数据处理与重构方法、装置及可存储介质，在原始地震信号的相位谱中进行处理，在考虑地震数据的时窗范围的情况下，生产成零相位子波，将子波与原始地震信号进行反褶积处理后得到反射系数序列(其中只去反射系数为正的值，并且令负的值为0)，然后利用子波和反射系数序列做褶积，得到零相位的地震剖面数据，将子波进行相移后重复上述步骤得到不同相位的地震剖面数据，即完成对地震数据的相位分离重构。按照实际地震数据处理需求，对以上得到分相位度数地震数据进行单相位度数提取，或者按照相位区间完成不同相位度数地震数据相加，即可得到重构的地震相位数据。以识别薄层为例：通过选择不同的相位分量所对应的地层，并拾取相位更为一致的地层，提高识别薄层的精确性，为识别薄层提供可靠依据；

本发明将地震信号的相位分离重构的原理与反褶积原理进行综合运用，对地震信号利用只含有特定相位分量信息的地震数据，不仅可以更加清晰地刻画描述地下储层特征，而且能够对地震信号的分辨率不受影响；此外，对所有的相位数据进行叠加可以无损恢复原始地震信号，更有利于薄层识别与储层特性预测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种相位域地震数据处理与重构方法的整体流程图；

图2为本发明提供的一种相位域地震数据处理与重构装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1所示，本发明实施例公开了一种相位域地震数据处理与重构方法，包括：

S1：获取原始地震数据及对应的地震数据时窗范围；

其中，宽时窗是针对厚度较厚的地层，或者整体剖面；窄时窗是针对厚度较薄的薄层，或者某一特定层位。

S2：判断地震数据时窗范围为宽时窗或窄时窗，若为宽视窗提取原始地震数据对应的地震时变子波，若为窄时窗则提取原始地震数据对应的地震统计子波；

S3：对地震时变子波或地震统计子波进行反褶积处理，得到反射系数；

S4：将反射系数与地震时变子波或地震统计子波进行计算，得到对应的零度相位地震剖面数据；

S5：将零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到对应的地震相位域数据，并对地震相位域数据进行单相位度数提取，得到重构的地震相位数据。

在一个具体的实施例中，S2具体包括：

S21：当地震数据时窗范围为宽时窗时，利用广义S变换方法对原始地震数据进行处理，其中原始地震数据表示为：

S(t)＝r(t)*w(t)+n(t)(1)

式中，S表示合成地震记录，r表示反射系数，w表示地震子波，n表示噪声，t表示为时间，“*”为褶积算符；

对式(1)等号两边同时取自相关，建立地震记录自相关与子波自相关的关系式，具体表达式为：

S22：对式(2)进行傅里叶变换，具体表达式为：

式中，F(*)表示经过傅里叶变换后的运算结果；

S23：由于基本窗函数的固定形态限制了S变换的使用范围，Moukadem等提出引入控制参数重新定义高斯窗函数变化，对式(3)进行改进S变换，具体表达式为：

式中，t和f分别是时间和频率；m、p、k、r均为控制参数，S_T(t,f)表示每一时刻的子波局部谱，τ为进行s变换时选取高斯窗函数中确定窗函数位置的值；

S24：根据式(4)得到的每一时刻的子波局部谱进行快速傅里叶逆变换，得到对应的地震时变子波，具体表达式为：

w₂₀＝ifft(S_T(t,f))(5)。

在一个具体的实施例中，S2具体还包括：

S25：当原始地震数据时窗范围为窄时窗时，选择高阶统计量法进行对统计子波的提取，对原始地震数据取四阶累积量，具体表达式为：

式中，和/>分别为地震记录和反射系数的四阶累积量；为地震子波的四阶矩，τ_i(i＝1,2,3)表示不同的时间延迟，并且τ_i是一个比地震记录长度小的多的整数；

S26：式(1)褶积模型对应的三阶累积量形式与(6)式类似，由于统计性地震子波提取方法对反射系数的非高斯白噪假设，其三阶累积量为0，而其四阶累积量不为0，因此更常采用四阶累积量，反射系数序列长度越长，其四阶累积量就越接近一个脉冲函数将式(6)进行改写，具体表达式为：

式中，σ是反射系数四阶累积量的近似值；

S27：利用多道地震记录的四阶累积量叠加提取地震统计子波，相应的目标函数具体表达式为：

在一个具体的实施例中，S3具体包括：

S31：利用对地震时变子波或地震统计子波进行反褶积处理，得到初始反射系数，具体表达式为：

γ₁(t)＝w₁₀*s(t)或γ₂(t)＝w₂₀*s(t) (9)

式中，γ₁(t)为地震统计子波和原始地震数据进行反褶积处理后的到的反射系数，γ₂(t)为地震时变子波和原始地震数据进行反褶积处理后的到的反射系数；

S32：对初始反射系数取正，且令负值为空值，得到最终的反射系数，具体表达式为：

或

在一个具体的实施例中，S4具体包括：利用反射系数与地震时变子波或地震统计子波进行相乘，

S_1i(0°)(t)＝w₁₀*γ₁₀(t)或S_2i(0°)(t)＝w₂₀*γ₂₀(t) (12)

式中，S_1i(0°)(t)、S_2i(0°)(t)分别为地震统计子波与正反射系数褶积后得到的单道地震信号、地震时变子波与正反射系数褶积后得到的单道地震信号，i为地震道数；

多次重复S3-S4，得到零度相位地震剖面数据，具体表达式为：

或

其中：S_1(0°)(t)为按照统计子波的提取方式得到的零相位的地震剖面，S_2(0°)(t)为按照时变子波的提取方式得到的零相位的地震剖面。

在一个具体的实施例中，S5具体包括：

S51：将零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到不同度数的地震相位域数据，其中相位移动的范围为(-180°)-(180°)；

S52：按照实际地震数据处理需求，对不同度数的地震相位域数据进行单相位度数提取，或者按照相位区间完成不同相位度数的地震相位域数据相加，得到重构的地震相位数据，具体表达式为：

或

式中，S₁、S₂为原始地震剖面，S_1(0°)、S_1(90°)、S_1(-90°)、...、S_1(180°)、S_1(-180°)为按照统计子波的提取方式得到的不同相位的地震剖面；S_2(0°)、S_2(90°)、S_2(-90°)、...、S_2(180°)、S_2(-180°)为按照时变子波的提取方式得到的不同相位的地震剖面。

参见附图2所示，本发明实施例还提供一种利用上述实施例中任一项的一种相位域地震数据处理与重构方法的装置，包括：

数据获取模块，用于获取原始地震数据及对应的地震数据时窗范围；

数据判断模块，用于判断地震数据时窗范围为宽时窗或窄时窗，若为宽视窗提取原始地震数据对应的地震时变子波，若为窄时窗则提取原始地震数据对应的地震统计子波；

数据处理模块，用于对地震时变子波或地震统计子波进行反褶积处理，得到反射系数；

数据计算模块，用于将反射系数与地震时变子波或地震统计子波进行计算，得到对应的零度相位地震剖面数据；

数据重构模块，用于将零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到对应的地震相位域数据，并对地震相位域数据进行单相位度数提取，得到重构的地震相位数据。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例中中任一项的地震数据处理与重构方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种相位域地震数据处理与重构方法，其特征在于，包括：

S1：获取原始地震数据及对应的地震数据时窗范围；

S2：判断所述地震数据时窗范围为宽时窗或窄时窗，若为宽视窗提取所述原始地震数据对应的地震时变子波，若为窄时窗则提取所述原始地震数据对应的地震统计子波；

S3：对所述地震时变子波或所述地震统计子波进行反褶积处理，得到反射系数；

S4：将所述反射系数与所述地震时变子波或所述地震统计子波进行计算，得到对应的零度相位地震剖面数据；

S5：将所述零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到对应的地震相位域数据，并对所述地震相位域数据进行单相位度数提取，得到重构的地震相位数据；

所述S2具体包括：

S21：当所述地震数据时窗范围为宽时窗时，利用广义S变换方法对所述原始地震数据进行处理，其中所述原始地震数据表示为：

s(t)＝r(t)*w(t)+n(t)(1)

式中，s表示合成地震记录，r表示反射系数，w表示地震子波，n表示噪声，t表示为时间，“*”为褶积算符；

对式(1)等号两边同时取自相关，建立地震记录自相关与子波自相关的关系式，具体表达式为：

S22：对式(2)进行傅里叶变换，具体表达式为：

式中，F(*)表示经过傅里叶变换后的运算结果；

S23：对式(3)进行改进S变换，具体表达式为：

式中，t和f分别是时间和频率；m、p、k、r均为控制参数，S_T(t,f)表示每一时刻的子波局部谱，τ为进行S变换时选取高斯窗函数中确定窗函数位置的值；

S24：根据式(4)得到的每一时刻的子波局部谱进行快速傅里叶逆变换，得到对应的所述地震时变子波，具体表达式为：

w₂₀＝ifft(S_T(t,f)) (5)

S25：当所述原始地震数据时窗范围为窄时窗时，对所述原始地震数据取四阶累积量，具体表达式为：

式中，和/>分别为地震记录和反射系数的四阶累积量；为地震子波的四阶矩，τ₁,τ₂,τ₃表示不同的时间延迟；

S26：将式(6)进行改写，具体表达式为：

式中，σ是反射系数四阶累积量的近似值，表示地震记录四阶累积量的近似值；

S27：利用多道地震记录的四阶累积量叠加提取所述地震统计子波，相应的目标函数具体表达式为：

2.根据权利要求1所述的一种相位域地震数据处理与重构方法，其特征在于，所述S3具体包括：

S31：利用所述地震时变子波或所述地震统计子波进行反褶积处理，得到初始反射系数，具体表达式为：

γ₁(t)＝w₁₀*s(t)或γ₂(t)＝w₂₀*s(t) (9)

式中，γ₁(t)为所述地震统计子波和所述原始地震数据进行反褶积处理后得到的反射系数，γ₂(t)为所述地震时变子波和所述原始地震数据进行反褶积处理后得到的反射系数；

S32：选取值为正的初始反射系数，且令负值为空值，得到最终的反射系数。

3.根据权利要求1所述的一种相位域地震数据处理与重构方法，其特征在于，所述S5具体包括：

S51：将所述零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到不同度数的地震相位域数据，其中相位移动的范围为(-180°)-(180°)，

S52：对所述不同度数的地震相位域数据进行单相位度数提取，或者按照相位区间完成不同相位度数的地震相位域数据相加，得到重构的地震相位数据。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的一种相位域地震数据处理与重构方法的装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取原始地震数据及对应的地震数据时窗范围；

数据判断模块，用于判断所述地震数据时窗范围为宽时窗或窄时窗，若为宽视窗提取所述原始地震数据对应的地震时变子波，若为窄时窗则提取所述原始地震数据对应的地震统计子波；

数据处理模块，用于对所述地震时变子波或所述地震统计子波进行反褶积处理，得到反射系数；

数据计算模块，用于将所述反射系数与所述地震时变子波或所述地震统计子波进行计算，得到对应的零度相位地震剖面数据；

数据重构模块，用于将所述零度相位地震剖面数据进行相位移动，得到对应的地震相位域数据，并对所述地震相位域数据进行单相位度数提取，得到重构的地震相位数据。

5.一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上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的地震数据处理与重构方法。