補(bǔ)償j變換的復(fù)時(shí)-頻譜提高地震剖面分辨率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理及油氣地震勘探開發(fā)領(lǐng)域，涉及一種通過對地震勘探信號的 J變換的復(fù)時(shí)-頻譜進(jìn)行補(bǔ)償以提高垂直地震剖面分辨率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在油氣勘探中，對油藏和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的精細(xì)描述需要高分辨率的地震數(shù)據(jù)。然而，由 于大地地層介質(zhì)的粘滯性，使得地震波在地下傳播時(shí)受到大地吸收和頻散作用，相對降低 了地震波高頻部分的能量，導(dǎo)致地震信號分辨率降低。
[0003] 研宄人員提出了各種提高勘探地震信號分辨率的方法。在早期，基于簡單褶積模 型，假設(shè)地震數(shù)據(jù)為平穩(wěn)信號，提出反褶積算法以提高地震數(shù)據(jù)的分辨率。隨后，人們認(rèn)識 到地層對地震波有吸收衰減作用，導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)為非平穩(wěn)信號，從而提出的各種非平穩(wěn)反 褶積方法和反Q濾波方法來提高地震信號的分辨率。文獻(xiàn)《地震數(shù)據(jù)處理應(yīng)用技術(shù)》2008 年3月石油工業(yè)出版社306頁中，認(rèn)為非平穩(wěn)反褶積方法致力于反褶積的數(shù)學(xué)模型本身的 研宄，放寬假設(shè)條件，而反Q濾波方法通過改善反褶積前的數(shù)據(jù)特性，使之更好地適應(yīng)反褶 積要求。
[0004]文獻(xiàn) Margrave and Lamoureux (2〇01)在《CREWES Research Report》卷 I3 中第 241-276的文章"Gabor deconvolution"將Gabor變換用于提高地震分辨率，提出一個(gè)新的 非平穩(wěn)反褶積方法，方法基于反射系數(shù)為白譜，及經(jīng)過大地吸收衰減的震源子波為最小相 位這兩個(gè)假設(shè)，方法實(shí)現(xiàn)需要估計(jì)時(shí)變地震子波。隨后有許多學(xué)者對此方法進(jìn)行改進(jìn)。而 通常經(jīng)過大地吸收衰減的震源子波可能會是混合相位。Hale (1981)最早提出反Q濾波，同 樣有許多學(xué)者對此方法進(jìn)行各種改進(jìn)。反Q濾波可在頻率、振幅、相位等方面對信號進(jìn)行補(bǔ) 償，其缺點(diǎn)需要知道準(zhǔn)確度Q值。
[0005] 這個(gè)發(fā)明給一個(gè)提高地震分辨率的新方法。方法通過對地震信號的時(shí)-頻譜進(jìn)行 調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償?shù)卣鹦盘柲芰克p，達(dá)到提高地震分辨率的目的，其中，地震信號的時(shí)-頻譜 通過J變換獲取。新方法不需要計(jì)算Q值，不涉及震源子波的估計(jì)及最小相位假設(shè)。方法僅 假設(shè)反射系數(shù)為波動變化的白譜序列，及震源子波是一個(gè)含有豐富頻率成分的短時(shí)信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 要解決的技術(shù)問題
[0007] 現(xiàn)有的提高勘探地震信號分辨率的方法主要是反Q濾波和非平穩(wěn)反褶積。反Q 濾波方法需要計(jì)算Q值，而Q值的獲取是一個(gè)比較艱難的工作。非平穩(wěn)反褶積較著名的有 Gabor反褶積，需要在最小相位的假設(shè)下需要估計(jì)時(shí)變地震子波。為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足 之處，本發(fā)明提出一種通過補(bǔ)償?shù)卣鹦盘柕腏變換復(fù)時(shí)-頻譜以提高勘探地震信號分辨率 的新方法。方法假設(shè)地層反射系數(shù)序列為白譜，幾乎所有提高勘探地震信號分辨率的方法 均采用此假設(shè)，及假設(shè)震源子波是一個(gè)含有豐富頻率成分的短時(shí)信號。
[0008] 技術(shù)方案
[0009] 勘探地震信號是地下結(jié)構(gòu)的一個(gè)映像，含有豐富的地球物理信息。但是，由于大地 介質(zhì)的粘滯性，勘探地震子波在地下傳播時(shí)，會發(fā)生能量衰減和頻散現(xiàn)象，特別是高頻信息 能量衰減嚴(yán)重。從而，導(dǎo)致地震信號分辨率下降，使得與高頻信息相關(guān)的較小的地層結(jié)構(gòu)信 息不能反映出來。這種情況不利于地質(zhì)工作者進(jìn)行地震信號解釋，以及進(jìn)一步對地下結(jié)構(gòu) 作精細(xì)描述。
[0010] 大地的吸收衰減作用相當(dāng)于一個(gè)濾波器。這個(gè)濾波器對震源子波的高頻成分有強(qiáng) 的吸收衰減作用，從而，使得高頻成分?jǐn)y帶的地下結(jié)構(gòu)信息在地震數(shù)據(jù)中不能表現(xiàn)出來。但 是這些信息并沒有消失，只是被高能量成分或噪音遮掩，不能顯性表現(xiàn)出來。通過尋找恰當(dāng) 的數(shù)學(xué)物理方法對大地吸收衰減的高頻能量信息進(jìn)行補(bǔ)償，使高頻成分所攜帶的結(jié)構(gòu)信息 顯性展現(xiàn)，以達(dá)到提高勘探地震信號分辨率的目的。
[0011] 假設(shè)地震子波W(t)是一個(gè)短時(shí)沖擊信號，含有豐富的頻率成分。地層反射系數(shù) r (t)，是一個(gè)變化較大的白譜信號。如果沒有大地濾波作用，檢波器拾取的理想勘探地震信 號為
[0012] s〇(t) = w(t)*r (t) (1)
[0013] 式（1)中，符號為褶積運(yùn)算符號。由于受到大地吸收衰減的作用，實(shí)際得到的 地震信號為
[0014] s(t) = a (t)*s0(t)+n(t) (2)
[0015] 式⑵中，函數(shù)a⑴體現(xiàn)大地的吸收衰減作用，n(t)為噪音。在式⑵兩端做 Fourier變換，得其頻譜關(guān)系
[0017] 在式（3)兩端取振幅譜，并簡化為
[0019] 式⑷中，-W.丨是s(t)的Fourier變換振幅譜，是S(|(t)的Fourier變換 振幅譜，At(f)是噪音和大地衰減的一個(gè)綜合結(jié)果，稱其為振幅衰減函數(shù)。At(f)可由實(shí)際 地震剖面平均振幅譜獲取。由此振幅衰減函數(shù)構(gòu)造補(bǔ)償因子，并對實(shí)際地震剖面進(jìn)行補(bǔ)償。
[0020] 首先，補(bǔ)償使得實(shí)際地震剖面振幅譜恢復(fù)到理想狀態(tài)
[0022] 其次，地層結(jié)構(gòu)是復(fù)雜多變的，因此地震信號的吸收衰減規(guī)律是復(fù)雜的。由于地 震信號的衰減隨時(shí)間變化，因而，恢復(fù)補(bǔ)償過程應(yīng)該具有時(shí)變特點(diǎn)；又由于在同一時(shí)刻地層 對不同的頻率成分吸收衰減是不同的，因而恢復(fù)補(bǔ)償還應(yīng)該具有隨頻率變化性質(zhì)。因此， 本發(fā)明給出的衰減補(bǔ)償方法是在地震信號的時(shí)-頻域?qū)崿F(xiàn)，通過對勘探地震信號的J變換 時(shí)-頻譜做適當(dāng)調(diào)節(jié)，起到衰減補(bǔ)償?shù)淖饔?，從而?shí)現(xiàn)提高地震信號的分辨率的目標(biāo)。
[0023] -種補(bǔ)償J變換的復(fù)時(shí)-頻譜提高地震剖面分辨率的方法，其特征在于步驟如 下：
[0024] 步驟1 :對地震剖面內(nèi)的各地震道做FFT得到振幅譜，求取地震剖面的平均振幅 譜，將平均振幅譜用頻率-分貝圖表示，在頻率-分貝圖中找出最大幅值點(diǎn)對應(yīng)的頻率F m， 根據(jù)振幅譜變化趨勢將大于Fm的頻段部分分為三段：第一段，緊挨Fm頻率，其振幅譜幅值上 下波動，沒有明顯下降趨勢，稱為震蕩頻段，此頻段不需要補(bǔ)償；第二段，其振幅譜幅值有一 個(gè)快速下降，稱為衰減頻段，此頻段需要補(bǔ)償；第三段，其振幅譜幅值下降趨勢平緩，且幅值 很小，稱為高噪音頻段，這個(gè)頻段的信號信噪比較低，不宜進(jìn)行時(shí)-頻譜補(bǔ)償；
[0025]步驟2 :對衰減頻段做線性擬合或按不同下降趨勢做分段線性擬合得到振幅譜衰 減函數(shù)At (f) = af+b，其中a和b為擬合的參數(shù)，構(gòu)造時(shí)-頻譜補(bǔ)償因子：
[0028] 其中，為衰減頻段的頻率起點(diǎn)，f n為衰減頻段的頻率終點(diǎn)；
[0029] 步驟3 :將地震剖面所含的地震道逐道進(jìn)行J變換得到復(fù)時(shí)-頻譜矩陣：
[0031]所述的J變換表達(dá)式為：
[0034] 其中，Tr(_)為地震道，Tr(kAT)為地震道的第k個(gè)時(shí)間采樣點(diǎn)，共N+1個(gè)采樣點(diǎn)， A T是時(shí)間米樣間隔；△ F是頻率米樣間隔，n表不時(shí)-頻譜時(shí)間米樣點(diǎn)序號，m表不時(shí)-頻 譜頻率采樣點(diǎn)序號，頻率采樣總點(diǎn)數(shù)為M+1，〇為分辨率因子；
[0035] 步驟4:計(jì)算復(fù)時(shí)-頻譜矩陣各元素的模：
[0037] 找出每行的最大模值，得到最大模值向量（M(0) M(l)…M(N))T，構(gòu)造時(shí)-頻譜補(bǔ) 償函數(shù)：
[0039] 其中，e為正則化因子，p為平滑因子，
[0040] 步驟5 :用時(shí)-頻譜補(bǔ)償函數(shù)對復(fù)時(shí)-頻譜矩陣按行、列進(jìn)行補(bǔ)償：
[0041]
[0042] 步驟6:采用逆J變換對補(bǔ)償后的復(fù)時(shí)-頻譜重構(gòu)地震道；
[0043] 所述的逆J變換表達(dá)式為：
[0045]步驟7 :用道均衡規(guī)格化方法對重構(gòu)地震道的幅值進(jìn)行規(guī)格化校正，使其數(shù)量級 與變換前的地震道保持一致：找出原