本發(fā)明屬于油氣勘探地震資料處理領(lǐng)域，是基于井約束的非穩(wěn)態(tài)相位校正方法，是地震數(shù)據(jù)波形一致性校正的重要內(nèi)容。

現(xiàn)有技術(shù)

關(guān)于子波的零相位化，國外研究起步較早，Levy和Oldenburg、Longbottom等、White在Wiggins提出的盲反褶積基礎(chǔ)上，提出使得輸出地震數(shù)據(jù)非高斯性最強(qiáng)的常相位校正方法。相對Wiggins方法，他們提出的方法自由參數(shù)變少，算法更加穩(wěn)定。為了考慮地震子波相位隨時間變化的情況，Baan采用滑動時窗方法對子波相位進(jìn)行估計，但是該方法有效的前提是相位變化分段平穩(wěn)，為了避免這一限制條件，Baan和Fomel進(jìn)一步將相位估計看做一個最優(yōu)化反演問題，利用局部方差模最大準(zhǔn)則進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位估計，從而提高相位估計的精度，改善相位校正的穩(wěn)定性。Fomel指出在缺少測井資料的情況下，可以采用地震道與其包絡(luò)局部相似度最大的準(zhǔn)則，估算非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的子波相位，該方法相對于局部方差模方法具有更大的動態(tài)范圍，因此拾取的相位信息更加準(zhǔn)確。

國內(nèi)學(xué)者在相位校正方面也做了很多創(chuàng)新性的研究。周興元證明，常相位校正只是在不改變地震道包絡(luò)的前提下改變子波的波形。白治信基于常相位假設(shè)在頻率域?qū)崿F(xiàn)了最佳相位校正。陳必遠(yuǎn)等針對子波相位受復(fù)雜因素的影響，提出了一種隨時間、空間及頻率變化的相位校正方法。郭向宇等在分析已有各種子波處理方法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出了一種新的估計混合相位子波相位的算法。李合群等同時對相位和時差進(jìn)行了局部調(diào)整。宋宗平等在疊前道集中應(yīng)用常相位校正技術(shù)，提高疊加剖面質(zhì)量。國九英和周興元基于最大疊加能量法，提出一種地表一致性相位校正方法，采用迭代算法求取炮點、檢波點的相位校正算子，對地震記錄進(jìn)行校正。高少武等采用純相位濾波器來逼近地表變化引起的相位變化，對地表一致性振幅處理和靜校正處理后的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了地表一致性相位校正處理。單聯(lián)瑜等提出一種新的相位校正判別準(zhǔn)則，先用最大方差模方法對模型的剩余相位進(jìn)行校正，然后用解析法計算各道的相位校正角，從而實現(xiàn)精確的相位校正。

在地震勘探資料處理中，子波的零相位化有助于提高地震資料的分辨率、改善疊加剖面的質(zhì)量。常規(guī)的相位校正方法是利用測井合成記錄對井旁地震記錄進(jìn)行相位估計，然后對整條剖面進(jìn)行常相位校正，該方法沒有考慮地震子波 相位的非穩(wěn)態(tài)性(相位隨時間和空間變化)。雖然通過局部相似度方法利用最大方差模準(zhǔn)則或包絡(luò)最大相似度準(zhǔn)則可以估計出隨時間和空間變化的相位屬性，但是由于零相位判別準(zhǔn)則本身具有一定的局限性，因此精度有限。

由于近地表低、降速帶風(fēng)化層的橫向厚度和速度的變化，以及地震排列上炮點耦合、檢波點耦合條件的差異等近地表因素以及地下介質(zhì)的非均一性和地下構(gòu)造的復(fù)雜性等造成了地震子波相位隨時間和空間變化(李振春等，2008)。將地震子波校正到零相位，不僅可以改善疊加剖面的質(zhì)量，而且能夠有效提高資料的分辨率。因此，在常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理中，有必要進(jìn)行相位校正方法方面的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，在局部地震屬性和局部平面波模型下，提出了一種井約束的非穩(wěn)態(tài)相位校正方法，該方法不僅考慮了子波相位的非穩(wěn)態(tài)性，在相位校正時充分考慮其隨時間和空間的變化,而且充分利用了測井合成地震記錄進(jìn)行相位校正精度高的優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種井約束非穩(wěn)態(tài)相位校正方法，結(jié)合測井?dāng)?shù)據(jù)和井旁地震記錄包絡(luò)形成模型道，利用局部相似度準(zhǔn)則估計出井旁地震數(shù)據(jù)的局部相位屬相，再利用局部傾角信息將井旁地震道的相位信息插值到整個地震剖面，從而得到隨時間和空間變化的相位信息，利用該信息即可對整條剖面進(jìn)行相位校正。

上述方案進(jìn)一步包括包括：

(1)利用測井?dāng)?shù)據(jù)和井旁地震道包絡(luò)構(gòu)建模型道，利用測井?dāng)?shù)據(jù)記錄時間短于地震數(shù)據(jù)記錄時間，將測井?dāng)?shù)據(jù)記錄時間之外的數(shù)據(jù)用井旁地震道的包絡(luò)來代替，合成與原地震數(shù)據(jù)記錄時間相同的模型道；

(2)根據(jù)模型道，以相似度準(zhǔn)則對井旁地震道進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位估計；

(3)利用平面波預(yù)測算子將井旁地震道的局部相位延拓到其他位置；

(4)對所有測井?dāng)?shù)據(jù)位置處進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位估計，然后對所有局部相位屬性剖面取平均，得到隨時間和空間變化的局部相位屬性；

(5)根據(jù)估計出來的局部相位屬性對地震剖面進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位校正，并輸 出相位校正之后的地震剖面。

上述方案還包括：

(2)估計井旁地震道的局部相位，根據(jù)模型道，以相似度準(zhǔn)則對井旁地震道進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位估計，兩個時間序列a_i和b_i的相似系數(shù)定義為：

公式(1)看作兩個最小二乘反演問題解的乘積，

c²＝c₁c₂ (2)

c₁＝(a^Ta)^-1(a^Tb) (3)

c₂＝(b^Tb)^-1(b^Ta) (4)

其中a、b分別是信號a(t)、b(t)的向量表示，x^Ty表示向量x和y點乘，由向量a、b的元素分別構(gòu)造對角矩陣A、B，對方程局部化后相當(dāng)于對反演加入正則化條件，標(biāo)量c₁和c₂變?yōu)橄蛄縞₁和c₂，利用整型正則化，方程(3)、(4)變?yōu)椋?/p>

c₁＝[λ²I+S(A^TA-λ²I)]^-1SA^Tb (5)

c₂＝[λ²I+S(B^TB-λ²I)]^-1SB^Tb (6)

其中S為平滑算子，向量c₁和c₂各元素對應(yīng)相乘后得到隨時間變化的局部相似度c，其結(jié)果采用整形正則化反演進(jìn)行迭代近似得到上式的解。

(3)利用平面波預(yù)測算子將井旁地震道的局部相位延拓到其他位置，采用平面波預(yù)測濾波器算子將井?dāng)?shù)據(jù)位置處的相位信息插值到其他位置處，平面波預(yù)測濾波器用下面的微分方程來描述：

其中P(t,x)為地震波場，σ為隨時間和空間變化的局部傾角；

假定地震剖面s由一系列地震道組成，s＝[s₁ s₂ ... s_N]^T，平面波解構(gòu)濾波器(PWD)算子根據(jù)相鄰道預(yù)測該道數(shù)據(jù)，并將原始道與預(yù)測道相減，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

r＝Ds (8)

其中r為剩余量，D為PWD算子，定義為：

其中I為單位算子，P為預(yù)測算子，通過沿同相軸傾角方向移動原始道來預(yù)測下一道地震數(shù)據(jù)，P_i,j表示由第i道預(yù)測第j道的算子；

式(8)通過正則化共軛梯度法最小化預(yù)測誤差r估計出主要的局部傾角信息，PWC算子是PWD算子的逆，可以通過遞歸算法快速實現(xiàn)PWC算子：

c₁＝s₁,c_k＝s_k+P_k-1,kc_k-1,k＝2,3,...,N (10)。

(5)根據(jù)估計出來的局部相位屬性對地震剖面進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位校正，并輸出相位校正之后的地震剖面，地震道x(t)經(jīng)過相位旋轉(zhuǎn)后變?yōu)椋?/p>

x_rot(t)＝x(t)cosφ(t)+H[x(t)]sinφ(t) (11)

式中，φ(t)為隨時間變化相位旋轉(zhuǎn)角度，H[x(t)]為地震道x(t)的Hilbert變換，采用不同的零相位判別準(zhǔn)則，得到不同的相位校正方法。

發(fā)明效果

井約束非穩(wěn)態(tài)相位校正方法考慮了子波相位的非穩(wěn)態(tài)性，而且充分利用了測井合成地震記錄進(jìn)行相位校正精度高的優(yōu)點。其具體優(yōu)勢和特點表現(xiàn)在以下幾個方面：

一、方法效果的可靠性。該方法綜合不僅考慮了隨時間和空間變化的相位信息，而且考慮了地震剖面的局部構(gòu)造信息，因此更為合理。

二、操作簡單易實現(xiàn)。該方法流程及參數(shù)設(shè)置簡單，運(yùn)算速度快，不依據(jù)任何假設(shè)，不受常規(guī)相位校正方法應(yīng)用的限制。

三、相位校正精度高。該方法不受零相位判別準(zhǔn)則局限性的限制，并且充分利用了測井合成地震記錄進(jìn)行相位校正精度高的優(yōu)點

附圖說明

圖1為本發(fā)明的井約束非穩(wěn)態(tài)相位校正技術(shù)流程圖；

圖2為對一維合成數(shù)據(jù)采用不同相位校正方法的效果對比圖；其中，圖2(a)為波阻抗測井曲線，圖2(b)為反射系數(shù)曲線，圖2(c)為與零相位Ricker 子波褶積之后的地震記錄，圖2(d)為對合成地震記錄進(jìn)行-90°到0度線性變化相位旋轉(zhuǎn)之后的地震記錄，圖2(e)、圖2(f)、圖2(g)分別校正結(jié)果；圖2(h)為這三種方法估算的相位角對比圖。

圖3是二維實際資料單道相位校正；其中，圖3(a)原始疊加剖面，圖3(b)為應(yīng)用PWD估計的局部傾角場。圖3(c)為井旁地震數(shù)據(jù)，圖3(d)為井旁地震數(shù)據(jù)包絡(luò)和測井合成數(shù)據(jù)合成的模型道，圖3(e)為估計的相位角，圖3(f)為校正后的地震道。

圖4是二維實際資料相位校正；其中圖4(a)整條地震剖面的相位信息，圖4(b)校正結(jié)果，圖4(c)、圖4(d)分別為圖4(a)、圖4(b)的局部放大圖。

具體實施方式

本實施例以某探區(qū)二維地震資料為目標(biāo)靶區(qū)，應(yīng)用本方法對該資料進(jìn)行處理，以驗證本方法的效果，流程圖見圖1。

1)利用測井?dāng)?shù)據(jù)和井旁地震道包絡(luò)構(gòu)建模型道；

2)估計井旁地震道的局部相位；

3)利用平面波預(yù)測算子將井旁地震道的局部相位延拓到其他位置；

4)對所有測井?dāng)?shù)據(jù)位置處進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位估計，然后對所有局部相位屬性剖面取平均，得到隨時間和空間變化的局部相位屬性；

5)根據(jù)估計出來的局部相位屬性對地震剖面進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位校正，并輸出相位校正之后的地震剖面。

發(fā)明的詳細(xì)操作簡圖如圖1所示。主要技術(shù)關(guān)鍵點為以下四個：①、構(gòu)建模型道；②、估計井旁地震道的局部相位；③、局部相位延拓；④、對剖面進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位校正。

井約束的非穩(wěn)態(tài)相位校正方法實現(xiàn)過程如下：

(1)利用測井?dāng)?shù)據(jù)和井旁地震道包絡(luò)構(gòu)建模型道

當(dāng)有測井資料時，首先采用測井資料合成地震記錄，由于測井?dāng)?shù)據(jù)記錄時間 往往短于地震數(shù)據(jù)記錄時間，為此，測井?dāng)?shù)據(jù)記錄時間之外的數(shù)據(jù)用井旁地震道的包絡(luò)來代替，這樣就合成了一道與原地震數(shù)據(jù)記錄時間相同的模型道。

(2)估計井旁地震道的局部相位

根據(jù)模型道，可以對井旁地震道進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位估計。相位估計依賴于相似度準(zhǔn)則。兩個時間序列a_i和b_i的相似系數(shù)定義為：

公式(1)可以看作兩個最小二乘反演問題解的乘積，

c²＝c₁c₂ (2)

c₁＝(a^Ta)^-1(a^Tb) (3)

c₂＝(b^Tb)^-1(b^Ta) (4)

其中a、b分別是信號a(t)、b(t)的向量表示，x^Ty表示向量x和y點乘。由向量a、b的元素分別構(gòu)造對角矩陣A、B，對方程局部化后相當(dāng)于對反演加入正則化條件，標(biāo)量c₁和c₂變?yōu)橄蛄縞₁和c₂，利用整型正則化，方程(3)、(4)變?yōu)椋?/p>

c₁＝[λ²I+S(A^TA-λ²I)]^-1SA^Tb (5)

c₂＝[λ²I+S(B^TB-λ²I)]^-1SB^Tb (6)

其中S為平滑算子，向量c₁和c₂各元素對應(yīng)相乘后得到隨時間變化的局部相似度c，其結(jié)果可以采用整形正則化反演進(jìn)行迭代近似得到上式的解(Claerbout，1992)。

(3)利用平面波預(yù)測算子將井旁地震道的局部相位延拓到其他位置。

為了將井?dāng)?shù)據(jù)位置處的相位信息插值到其他位置處，本專利采用平面波預(yù)測濾波器算子來解決這一問題。

平面波預(yù)測濾波器來源于描述地震數(shù)據(jù)的局部平面波模型，可以用下面的微分方程來描述：

其中P(t,x)為地震波場，σ為隨時間和空間變化的局部傾角。

假定地震剖面s由一系列地震道組成，s＝[s₁ s₂ ... s_N]^T。平面波解構(gòu)濾波 器(PWD)算子(Fomel，2002)根據(jù)相鄰道預(yù)測該道數(shù)據(jù)，并將原始道與預(yù)測道相減，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

r＝Ds (8)

其中r為剩余量，D為PWD算子，定義為：

其中I為單位算子，P為預(yù)測算子，通過沿同相軸傾角方向移動原始道來預(yù)測下一道地震數(shù)據(jù)，P_i,j表示由第i道預(yù)測第j道的算子。式(8)可以通過正則化共軛梯度法最小化預(yù)測誤差r估計出主要的局部傾角信息。該反演問題的約束條件通常是使得數(shù)據(jù)空間傾角平滑變化(Fomel，2007)。

PWC算子是PWD算子的逆，可以通過遞歸算法快速實現(xiàn)PWC算子：

c₁＝s₁,c_k＝s_k+P_k-1,kc_k-1,k＝2,3,...,N (10)

該公式的具體推導(dǎo)過程請參考文獻(xiàn)(Fomel等人，2006)。

(4)對所有測井?dāng)?shù)據(jù)位置處進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位估計，然后對所有局部相位屬性剖面取平均，得到隨時間和空間變化的局部相位屬性。

(5)根據(jù)估計出來的局部相位屬性對地震剖面進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位校正，并輸出相位校正之后的地震剖面。

地震道x(t)經(jīng)過相位旋轉(zhuǎn)后變?yōu)椋?/p>

x_rot(t)＝x(t)cosφ(t)+H[x(t)]sinφ(t) (11)

式中，φ(t)為隨時間變化相位旋轉(zhuǎn)角度，H[x(t)]為地震道x(t)的Hilbert變換，采用不同的零相位判別準(zhǔn)則，可以得到不同的相位校正方法。

相對于局部方差模和包絡(luò)局部相似度準(zhǔn)則，基于井?dāng)?shù)據(jù)的非穩(wěn)態(tài)相位校正方法具有最高的精度，為了證明這一點，我們采用某探區(qū)的測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行測試。圖2(a)為波阻抗測井曲線，圖2(b)為反射系數(shù)曲線，圖2(c)為與零相位Ricker子波褶積之后的地震記錄，圖2(d)為對合成地震記錄進(jìn)行-90°到0度線性變化相位旋轉(zhuǎn)之后的地震記錄，對該記錄分別在最大方差模準(zhǔn)則、包絡(luò) 最大相似度準(zhǔn)則、測井約束最大相似度準(zhǔn)則下進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)相位校正，校正結(jié)果分別如圖2(e)、圖2(f)、圖2(g)所示，對比可以看出，由于最大方差模有效的前提是反射系數(shù)序列符合隨機(jī)超高斯分布，因此該方法將各個波峰對應(yīng)的位置作為一個反射層，將其校正為零相位，但是存在薄層時，無法將其校正到正確的相位。包絡(luò)最大相似度準(zhǔn)則受包絡(luò)計算的影響，同樣無法校正薄層地震響應(yīng)的相位，而井約束相位校正方法的精度最高。圖2(h)為這三種方法估算的相位角對比圖，從圖中可以看出，0.02s位置左右三種方法估計的相位角比較接近，而其他位置處利用最大方差模和包絡(luò)最大相似度準(zhǔn)則無法估計出正確的相位角。

為了進(jìn)一步驗證本專利方法的有效性，對某探區(qū)實際資料進(jìn)行相位校正處理，圖3(a)原始疊加剖面，圖中五角星表示井所在的位置，實線部分為測井的時間范圍。圖3(b)為應(yīng)用PWD估計的局部傾角場。圖3(c)為井旁地震數(shù)據(jù)，圖3(d)為井旁地震數(shù)據(jù)包絡(luò)和測井合成數(shù)據(jù)合成的模型道。下面采用局部相似度對井旁地震道進(jìn)行相位估計，估計的相位角如圖3(e)所示，利用該相位角對井旁地震道進(jìn)行相位校正，校正后的地震道如圖3(f)所示，從圖中可以看出，該地震道子波基本校正到零相位，尤其是箭頭所示子波相位校正效果更為明顯。

利用測井合成數(shù)據(jù)對井旁數(shù)據(jù)進(jìn)行相位估計以后，采用平面波預(yù)測算子將該相位信息插值到其他位置，從而得到整條地震剖面的相位信息，如圖4(a)所示，利用插值后的相位信息對原始疊加剖面進(jìn)行相位校正，校正結(jié)果如圖4(b)所示，圖4(c)、圖4(d)分別為圖4(a)、圖4(b)的局部放大圖。從圖中可以看出，采用本專利所提出的相位校正方法可以有效將地震剖面的子波校正到零相位，從而改善疊加剖面的質(zhì)量，提高疊加剖面的分辨率。

相對于線性插值等數(shù)學(xué)插值方法，平面波預(yù)測方法考慮了地震剖面的局部構(gòu)造信息，因此更為合理。