一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，包括以下步驟：1)將原始地震疊加前信號轉(zhuǎn)化到S變換構(gòu)成的時頻變換域內(nèi)，提取時頻變換域內(nèi)的瞬時相位；2)構(gòu)造疊加權(quán)值；3)應(yīng)用疊加權(quán)值，得到最終的疊加結(jié)果，完成對地震信號的疊加。本發(fā)明通過將瞬時相位構(gòu)成的權(quán)值引入到加權(quán)疊加過程中，衰減噪聲干擾以及增強(qiáng)弱能量有效信號，在弱振幅有效信號能量保持、隨機(jī)干擾壓制和剩余時差校正方面進(jìn)一步地提高地震資料的疊加效果。
【專利說明】
-種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理勘探中的信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于加權(quán)疊加的 時頻域地震資料處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震資料疊加是地震信號處理中=個關(guān)鍵環(huán)節(jié)(反權(quán)積、疊加和偏移)之一，是許 多后續(xù)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，疊加結(jié)果決定了地震資料的信噪比，時間、空間分辨率W及成像品 質(zhì)。傳統(tǒng)的共反射點疊加方法在具有不同激發(fā)點和不同接收點的野外采集資料中選取具有 共同炮檢中屯、的地震道，經(jīng)動、靜校正后把對應(yīng)的各道疊加在一起。疊加能夠壓制隨機(jī)噪聲 和多次反射，使得疊加后的同相軸能量得到增強(qiáng)。從信號估計理論角度看，上述傳統(tǒng)的基于 振幅的疊加方法，只有當(dāng)經(jīng)校正W后的疊前數(shù)據(jù)中的所有道之間的噪聲分量互不相關(guān)、滿 足正態(tài)分布、平穩(wěn)并且等幅時才能達(dá)到最優(yōu)的有效信號估計結(jié)果。實際中的噪聲及干擾并 非完全隨機(jī)，上述條件不能完全得到滿足。
[0003] 另一方面，經(jīng)過校正后的數(shù)據(jù)中存在的一些誤差，也會影響對同相軸時間位置信 息的判斷，從而削弱疊加效果。運種誤差的存在會形成非零相位的濾波效應(yīng)，改變各疊加道 的相位特性，使得疊加結(jié)果的分辨率降低。同時，傳統(tǒng)基于振幅的線性疊加方式受大振幅事 件影響較大，一些小振幅的有效信號在疊加過程中常被視作噪聲而濾除。而利用波形信息 (相位）來檢測信號是一種提高弱信號檢測能力的有效方式。說明書中所提到的疊加 (Stacking)并非嚴(yán)格意義上的定義，傳統(tǒng)疊加過程中的速度分析W及動靜校正等步驟不在 本文考慮的范疇內(nèi)。除非特別說明，運里的疊加是指已經(jīng)獲得校正W后或偏移后的疊加前 數(shù)據(jù)，再經(jīng)過處理將其合成疊后數(shù)據(jù)的過程。
[0004] 疊加過程本身就包含濾波操作，經(jīng)過速度分析和靜校正等操作之后的疊加前數(shù)據(jù) 各元素間的時差和波形差異會隨著疊加而減弱。而在實際的疊加前共中屯、點道集當(dāng)中，由 于剩余時差和噪聲干擾造成的影響，直接通過振幅疊加方法得到的疊加資料品質(zhì)并不是很 高。另外，傳統(tǒng)水平疊加方法對有效信號和噪聲的一些假設(shè)條件也常常不能得到滿足，從而 無法達(dá)到最優(yōu)的疊加效果。為解決上述問題，許多學(xué)者構(gòu)造了各種權(quán)值函數(shù)W^t)來對疊加 結(jié)果進(jìn)行加權(quán)操作，對應(yīng)的加權(quán)疊加過程如下式所示
式中：Wj(t)為權(quán)值 函數(shù);X^t)為第j道地震數(shù)據(jù);y(t)為疊加后地震數(shù)據(jù)。權(quán)值函數(shù)可W根據(jù)不同的準(zhǔn)則來定 義，當(dāng)w^t) = l/N時，上式就退化為傳統(tǒng)的線性疊加。權(quán)值的選取如果各道之間相同且不隨 時間變化，疊加過程還是一個線性的過程;如果各道的權(quán)值不同，就構(gòu)成了非線性的加權(quán)疊 加方法。Robinson提出的權(quán)值
未歸一化），就是利用疊前道每一道的噪聲方差 來調(diào)整最后的疊加結(jié)果。但是，實際中噪聲方差比較難W估計，因此也限制了該方法的發(fā) 展。
[0005] 為了更好地度量各道之間的波形相似性，Schimmel和化ul ssen提出一種由瞬時相 位構(gòu)造的權(quán)值函數(shù)對原始的線性疊加結(jié)果進(jìn)行加權(quán)操作，稱為相位加權(quán)疊加。其利用各疊 前道波形形變不依賴于信號振幅，而依賴于相位相關(guān)性的特點，可W提高弱信號的檢測能 力，是一種振幅無偏的度量方式。上述疊加過程對應(yīng)的疊加道的表達(dá)式為：
[0006]
[0007] 式中：N為地震道總數(shù);Xj(t)為第j道地震數(shù)據(jù)；〇k(t)為第k道的瞬時相位;V為權(quán) 值形狀調(diào)節(jié)參數(shù)，當(dāng)V = O時，上式退化為傳統(tǒng)線性疊加。
[0008] -般在求取上述權(quán)值時，會引入一個時窗進(jìn)行滑動操作，對疊前信號進(jìn)行分段處 理。該相位加權(quán)疊加方法對時間偏移距比較敏感，因此需要精確的慢度估計結(jié)果。除了在時 間域定義權(quán)值函數(shù)W外，也可W將加權(quán)方法擴(kuò)展到聯(lián)合時頻域中。時頻域地震資料加權(quán)疊 加可W表示為：
[0009]
[0010] 當(dāng)公巧中義用的時鎖變巧刃線巧變巧時，如前所提到的S變換等，可W先獲得時頻 域的加權(quán)疊加結(jié)果后再進(jìn)行反變換，因此可W得到處理后的疊加前剖面。時頻域的權(quán)值通 常由振幅和相位等瞬時屬性構(gòu)造而成。
[0011] 對時頻域的振幅譜進(jìn)行歸一化操作是一種最簡單的時頻域疊加權(quán)值構(gòu)造方法，此 時形成的疊化權(quán)估化下式所示：
[0012]

[0013] 一股將引入上述權(quán)值的疊加過程稱為自濾波過程，用于壓制具有較小振幅的噪聲 和干擾信息。自濾波疊加方法和傳統(tǒng)基于振幅的方法類似，也存在削弱小振幅有效信號的 缺點。若疊前數(shù)據(jù)中存在剩余時差，通過此方法也無法得到明顯地改善，故疊加效果并不 好。Pinnegar和化ton改進(jìn)了上述方法，提出了利用整個疊前數(shù)據(jù)的時頻域振幅譜來構(gòu)造權(quán) 值，其聲公為，
[0014]
[0015]
[0016]
[0017] 上述方法中采用的線性變換是標(biāo)準(zhǔn)的S變換。為了解釋上述算法，假設(shè)疊前數(shù)據(jù)中 的一道X如)可W看做是由有效信號和加性噪聲相加的結(jié)果，如下式所示:x如）= s^t)+nj (t)，其中，3如)為有效信號;11如)為加性噪聲；3如)定義為:s^t) = s(t-Cj)
[0018] 其中為時差校正W后各疊前道之間存在的剩余時差。根據(jù)S變換的調(diào)制特性，可 W得到：
[0019]
[0020] 對應(yīng)的時頻域振幅譜有如下的對應(yīng)關(guān)系：
[002。 |ST{sj}(T，f)| = |ST{s}(T-Cj，f)
[0022] 結(jié)合W上兩式可W得到：
[0023]
[0024] 其中為時差校正W后各疊前道之間存在的剩余時差。所W，疊前各道之間有效 信號的時差在經(jīng)過時頻變換W后只會體現(xiàn)在振幅譜的時間方向上，而由于噪聲分布隨機(jī)， 并不具有上述特點。在將整個疊前道的振幅譜平均構(gòu)成權(quán)值W后，可W發(fā)現(xiàn)時頻域權(quán)值在 頻率方向上存在一個噪聲平面。噪聲平面的幅值隨著頻率的增加而增加，在時間方向上變 化并不大。因此可W假定時頻平面給定頻率fo處，U(T，f〇)的最小值和對應(yīng)頻率處的平均噪 聲振幅等價，運也就是公式中減去V(f)的原因。上述假設(shè)也在實際地震資料疊加過程中得 到了驗證，疊加結(jié)果的剩余時差校正和去噪效果要優(yōu)于自濾波方法。但是該方法最大的問 題就是不能很好地保持有效信號的相對能量關(guān)系?；诏B前信號振幅和瞬時振幅來構(gòu)造 權(quán)值的疊加方法大多都存在著運樣的問題。
[0025] 相位在度量波形相似性上的優(yōu)異表現(xiàn)，加上有效信號在時頻空間內(nèi)的局域化特 征，使得時頻域的相位譜也被應(yīng)用到權(quán)值的構(gòu)造中來。Schimmel等人在2011年提出了一種 時頻域的相位疊加權(quán)值，其中瞬時相位的獲取采用的變換是標(biāo)準(zhǔn)的S變換。該權(quán)值的表達(dá)式 為：
[0026；

[0029] 其中假設(shè)輸入信號^(〇=4(*)619"\4(〇和(1)(〇分別是其振幅和相位。￥表示標(biāo) 準(zhǔn)S變換中的高斯窗函數(shù)的傅里葉變換結(jié)果，取實數(shù)值。上式可W進(jìn)一步寫成：
[0027]該時頻域相位權(quán)值在求取相位時，在S變換的結(jié)果上乘上了一個時頻域因子 目的是為了使得S變換的結(jié)果變得解析，因為只有運樣提取到的瞬時相位才有合理的物理 意義。也可W從另一個角度對其進(jìn)行理解，Guo等人在深入研究了 S變換的相位W后得到如 下一個聽仙公才.
[002引
[0030]
[0031] 對等式左邊求取瞬時相位可W得到：
[0032] 〇[ST{x}(T，f)ei2時T]= (}) (T)
[0033] 通過上式可W看到，ST{x}(T，f)ei2"fT的相位就可近似看作輸入信號的瞬時相位， 故權(quán)值公式也在一定程度上同相位權(quán)值函數(shù)等價。不過，由于該時頻域瞬時相位來自于S變 換，權(quán)值所作用的是傳統(tǒng)疊加道的S變換時頻平面，所W最終疊加的效果得到了很大的提 高。運種時頻域的相位疊加方法在去除隨機(jī)噪聲和改善弱信號的提取方面取得了不錯的實 際應(yīng)用效果。
[0034] 綜上所述，加權(quán)疊加方法相對傳統(tǒng)的水平疊加方法，是一種典型的非線性疊加過 程。常用權(quán)值由振幅、相位W及其他屬性參數(shù)構(gòu)成。最大似然估計疊加方法、Smart stacking^及局部相關(guān)疊加方法所采用的都是基于時間變量的權(quán)值，最終疊加結(jié)果和權(quán)值 的選擇直接相關(guān)，有時還會依賴于參考道。
[0035] 除了利用數(shù)據(jù)本身來構(gòu)造權(quán)值的一些方法，基于瞬時振幅和瞬時相位等屬性參數(shù) 的權(quán)值構(gòu)造方法也被用到地震數(shù)據(jù)的疊加中來。運些屬性參數(shù)的維數(shù)由相空間的維數(shù)來決 定，構(gòu)成權(quán)值W后可W增強(qiáng)地震剖面中的有效信號，減小噪聲等干擾的影響。Pinnegar和 Eaton方法相比傳統(tǒng)的自濾波（Se 1 f-f i 1 tering)方法在干擾壓制效果上得到了很好的提 高，并且能夠減小異常時差的影響。然而由于地震道中的大振幅事件會決定上述權(quán)值的取 值，使得最終的疊加結(jié)果不能很好地保持振幅相對關(guān)系，具有弱振幅的有效信號被壓制。相 位相比振幅能夠更好地度量波形之間的相似性，并且不會受到大振幅事件的影響。因此，由 瞬時相位構(gòu)成的權(quán)值就被引入到加權(quán)疊加過程中來，用于衰減噪聲干擾W及增強(qiáng)弱能量有 效信號。其中用來提取時頻域瞬時相位的是前文提到的具有絕對參考相位特性，變換結(jié)果 可W構(gòu)成解析信號的S變換。Baig等人采用正交S變換來提取瞬時相位用于構(gòu)造疊加權(quán)值， 提出了兩種時頻域相位疊加方法。采用正交S變換是為了提高計算效率，使得方法可W處理 大型數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0036] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有疊加方法存在的=項不足:噪聲去除不完全、存在剩余 時差和弱能量信號被淹沒，通過在相空間變換域中利用由瞬時相位構(gòu)成的權(quán)值來對地震疊 前信號進(jìn)行非線性疊加，改善最終的疊加結(jié)果。
[0037] 為此，本發(fā)明提供了一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，包括W下步 驟：
[0038] 步驟1)將原始地震疊加前信號轉(zhuǎn)化到S變換構(gòu)成的時頻變換域內(nèi)，提取時頻變換 域內(nèi)的瞬時相位；
[0039] 步驟2)通過將瞬時相位疊加而成的時頻平面上減去其最小值來構(gòu)造權(quán)值函數(shù)；
[0040] 步驟3)將權(quán)值函數(shù)進(jìn)行加權(quán)疊加，應(yīng)用疊加權(quán)值進(jìn)行S反變換，得到疊加后地震數(shù) 據(jù)，輸出疊加后的地震波形。
[0041 ]所述S變換的表達(dá)式為：
[0042]
[0043] 其中，x(t)為待分析單道信號；ST(T，f)為時頻變換結(jié)果;g(T-t，f)為窗函數(shù);t為 待分析單道信號的時間位置;T為時頻變換結(jié)果的時間位置;f為頻率;i為虛數(shù)單位；
[0044] 假設(shè)輪入倍A析單迸倍號則S變換的結(jié)果為：
[0045]
[0046] 其中，A(t)和分別是待分析單道信號的振幅和相位;W表示S變換中的窗函數(shù) 的傅里葉變換結(jié)果，取實數(shù)值;A(T)和(I)(T)分別是待分析單道信號的瞬時振幅和相位。
[0047] 所述提取時頻變換域內(nèi)的瞬時相位方法如下：
[0048] (I)在S變換的結(jié)果上乘上一個時頻域因子eisWT，使得S變換結(jié)果解析，得到下式：
[0049]
[0050] (2)對上式左邊求取瞬時相位可W得到：
[0051] &[ST{x}(T，f)ei2WT]=4(T)。
[0052] 所述通過將瞬時相位疊加而成的時頻平面上減去其最小值來構(gòu)造權(quán)值函數(shù)，構(gòu)造 的權(quán)值函數(shù)為：
[0化3]
[0化4]
[0化5]
[0056] Vj(T,f)=minx,f{Uj(x,f)}
[0057] 其中，O為瞬時相位;ST{xk} (T，f)為第k道時頻變換結(jié)果；T為時頻變換結(jié)果的時 間位置;f為頻率;N為疊加道數(shù);j為地震數(shù)據(jù)道號;V為權(quán)值形狀調(diào)節(jié)參數(shù)。
[0058] 所述將權(quán)值函數(shù)進(jìn)行加權(quán)疊加，應(yīng)用疊加權(quán)值進(jìn)行S反變換，即：
[0化9]
[0060] 式中：?為第j道地震數(shù)據(jù);y(t)為疊加后地震數(shù)據(jù);sri為對應(yīng)的S反變換。
[0061] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過將瞬時相位構(gòu)成的權(quán)值引入到加權(quán)疊加過程 中，衰減噪聲干擾W及增強(qiáng)弱能量有效信號，在弱振幅有效信號能量保持、隨機(jī)干擾壓制和 剩余時差校正方面進(jìn)一步地提高地震資料的疊加效果。
[0062] 下面將結(jié)合附圖做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0063] 圖1共反射點(CDP)道集資料采集示意圖；
[0064] 圖2地震資料水平疊加過程；
[0065] 圖3合成含噪地震疊加前資料及無噪?yún)⒖嫉溃?br>[0066] 圖4合成地震資料不同疊加方法結(jié)果對比；
[0067] 圖5 (a)時頻域振幅加權(quán)疊加結(jié)果；
[006引圖5(b)時頻域相位加權(quán)疊加結(jié)果；
[0069] 圖5(c)本發(fā)明疊加方法獲得的疊加道；
[0070] 圖5(d)無噪聲W及時移的參考道；
[0071] 圖6合成資料疊加結(jié)果局部放大對比。
【具體實施方式】
[0072] 實施例1:
[0073] 本實施例提供了一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，包括W下步驟：
[0074] 步驟I)將原始地震疊加前信號轉(zhuǎn)化到S變換構(gòu)成的時頻變換域內(nèi)，提取時頻變換 域內(nèi)的瞬時相位；
[0075] 步驟2)通過將瞬時相位疊加而成的時頻平面上減去其最小值來構(gòu)造權(quán)值函數(shù)；
[0076] 步驟3)將權(quán)值函數(shù)進(jìn)行加權(quán)疊加，應(yīng)用疊加權(quán)值進(jìn)行S反變換，得到疊加后地震數(shù) 據(jù)，輸出疊加后的地震波形。
[0077] 本發(fā)明的物質(zhì)基礎(chǔ)是疊加前地震數(shù)據(jù)體，采用的逐道集的處理辦法。地震資料疊 加的核屯、是水平疊加，水平疊加是將經(jīng)過校正處理W后的，不同檢波器接收到的來自地下 介質(zhì)中同一反射位置(共反射點，CDP)的不同激發(fā)點的信號，平均疊加在一起的技術(shù)。當(dāng)?shù)?下反射界面是水平的，界面上層介質(zhì)為水平層狀介質(zhì)或均勻介質(zhì)時，反射點位置即為中屯、 點(CMP)位置。水平疊加是W多次覆蓋技術(shù)為基礎(chǔ)的，而多次覆蓋的目的是使得道集內(nèi)的各 道與最終疊加道之間的誤差能量最小，W此來提高疊后地震剖面的信噪比。一個五次覆蓋 的CDP道集的震源及接收點分布，傳播路徑示意如圖1所示，其中從震源到接收點的各條波 傳播的反射路徑雖然不同，但接收到的信號都反映地下同一位置的信息。
[0078] 在獲取了 CDP道集W后，對其進(jìn)行時差校正，然后根據(jù)來自同一反射點的信號波形 相同或相似的特點，水平振幅疊加方法得W進(jìn)行，整個過程如圖2所示，其中縱軸表示旅行 時。
[0079] 實施例2:
[0080] 本實施例提供了一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，具體步驟為：
[0081] 步驟1)將原始地震疊加前信號轉(zhuǎn)化到S變換構(gòu)成的時頻變換域內(nèi)，提取時頻變換 域內(nèi)的瞬時相位；
[0082] S變換的表達(dá)式為：
[0083]
[0084] 其中，x(t)為待分析單道信號；ST(T，f)為時頻變換結(jié)果;g(T-t，f)為窗函數(shù);t為 待分析單道信號的時間位置;T為時頻變換結(jié)果的時間位置;f為頻率;i為虛數(shù)單位；
[0085] 假巧輸入待分析單道信號x(t) =A(I)SiAW,則S變換的結(jié)果為：
[0086]
[0087] 其中，A(t)和分別是待分析單道信號的振幅和相位;W表示S變換中的窗函數(shù) 的傅里葉變換結(jié)果，取實數(shù)值;A(T)和(I)(T)分別是待分析單道信號的瞬時振幅和相位。
[0088] 提取時頻變換域內(nèi)的瞬時相位方法如下：
[0089] (1)在S變換的結(jié)果上乘上一個時頻域因子eisWT，使得S變換結(jié)果解析，得到下式：
[0090]
[0091] (2)對上式左邊求取瞬時相位可W得到：
[0092] &[ST{x}(T，f)ei2WT]=(HT)。
[0093] 步驟2)通過將瞬時相位疊加而成的時頻平面上減去其最小值來構(gòu)造權(quán)值函數(shù)，夠 著的權(quán)值函數(shù)為：
[0094]
[0095]
[0096]
[0097] Vj(T,f)=minx,f{Uj(x,f)}
[0098] 其中，?(t)為瞬時相位估計結(jié)果;ST{xk}(T，f)為第k道時頻變換結(jié)果；T為時頻變 換結(jié)果的時間位置;f為頻率;N為疊加道數(shù);j為地震數(shù)據(jù)道號，V為權(quán)值形狀調(diào)節(jié)參數(shù)。
[0099] 步驟3)將權(quán)值函數(shù)進(jìn)行加權(quán)疊加，應(yīng)用疊加權(quán)值進(jìn)行S反變換，即：
[0100]
[0101] 式中：x^t)為第j道地震數(shù)據(jù);y(t)為疊加后地震數(shù)據(jù);sri為對應(yīng)的S反變換。
[0102] 本方法對疊加前的每一道數(shù)據(jù)賦予了不同的疊加權(quán)值，不同于Schimmel等人的做 法，并且，當(dāng)前計算道的權(quán)值是由疊前數(shù)據(jù)中剩余的其他道的瞬時相位來決定的，也避免了 因為存在異常時差對疊加結(jié)果的影響。為了防止原始疊前資料中出現(xiàn)特別大異常時差影響 本方法的有效性，可W先利用相關(guān)算法進(jìn)行初步的時差校正或?qū)惓r差道進(jìn)行替換。 [0103]同Pinnegar和Eaton提出的時頻域振幅疊加權(quán)值中的做法一樣，本方法也在由瞬 時相位疊加而成的時頻平面上減去了其最小值來削弱噪聲的影響。與之不同的是，此最小 值是全時頻平面下的最小值?？蒞看到有效信號時移W后的S變換結(jié)果的振幅譜只在時間 方向上存在時移，但其相位譜的改變除了體現(xiàn)在時間方向上，在頻率方向上也存在著變化， 如下式所示：
[0104] 巫e(T，f) =巫（T-C，f)-化K
[0105] 其中C為時差校正W后各疊前道之間存在的剩余時差。上式中右邊的第二項會隨 著頻率的變大而變大，也即是說明正的時移會造成有效信號的瞬時相位在高頻部分取值變 小，反之亦然。而隨機(jī)噪聲時移后的瞬時相位不具有上述特點，并且取值也不會隨著頻率的 增加而提高。所W可W在瞬時相位的疊加結(jié)果上減去運樣一個代表噪聲水平的最小值來提 高權(quán)值的精確程度，增強(qiáng)相位權(quán)值的抗噪能力。
[0106] 實施例3:
[0107] 本實施例通過一個合成地震疊加前數(shù)據(jù)來檢驗本發(fā)明所提出的時頻域相位加權(quán) 疊加方法與現(xiàn)有的幾種加權(quán)疊加算法進(jìn)行了對比。
[0108] 圖3中左側(cè)顯示的是一個合成CMP道集，一共包含11道，每道具有256個時間采樣 點，時間采樣間隔為4毫秒。其中每一道均為圖中右側(cè)所示的參考道的時移W及加噪版本， 噪聲為加性高斯白噪聲。參考道由具有四個反射系數(shù)的反射序列和主頻為40化的零相位 Ricker子波卷積而成。反射序列中的四個反射系數(shù)的振幅分別為1.2,1.1,0.9和0.8。合成 CMP道集中的每一道被賦予了一個隨機(jī)時差，用來模擬實際疊前資料中的時差校正不完全 的現(xiàn)象。特別地，本發(fā)明在合成資料的第五道中增加了一個由于靜校正不完全形成的異常 時移，約為5個時間采樣點。同時，在此合成資料中，反射系數(shù)振幅隨著道數(shù)的增加(沿偏移 距方向）逐漸減小，資料中的最后一道的最大振幅約為參考道的一半。
[0109] 合成資料中的每一道都根據(jù)不同的信噪比（S/N)添加了高斯白噪聲，其中第一道 的信噪比為3地，第五道為4地，疊加前資料中剩余地震道的信噪比為5地。對上述合成資料 采用傳統(tǒng)振幅疊加方法得到的疊加道如圖4中的第一列數(shù)據(jù)所示，其信噪比為2.7地。受噪 聲干擾和剩余時差的影響，傳統(tǒng)疊加道的波形產(chǎn)生了崎變，幾個明顯的反射層位置偏離了 理論位置，疊加結(jié)果很不理想，并且在0.9秒附近產(chǎn)生了一個類似于有效反射的波形。在實 際地震資料疊加處理過程中，傳統(tǒng)疊加道常用來對疊前數(shù)據(jù)中的每一道進(jìn)行時差校正，其 較低的信噪比也會影響校正結(jié)果，從而影響后續(xù)的資料疊加過程。
[0110] 圖4中的剩余四列分別顯示了時頻域振幅加權(quán)疊加方法、時頻域相位加權(quán)疊加方 法，本發(fā)明疊加方法所得到的疊加結(jié)果、無噪聲W及時移的參考道。為了討論方便，將四種 疊加方法結(jié)果W及參考道分別稱為TS(傳統(tǒng)疊加結(jié)果）,AS(時頻域振幅加權(quán)疊加結(jié)果），PS (時頻域相位加權(quán)疊加結(jié)果），PPS(本發(fā)明疊加方法結(jié)果)和RS(無噪聲W及時移的參考道）。 除了用來觀察疊加道的時移校正情況W及振幅保持能力W外，參考道也用來計算各種疊加 結(jié)果的信噪比。
[0111] 通過圖中的疊加結(jié)果對比，可W看到本方法在噪聲壓制和剩余時差校正效果上同 其他方法的區(qū)別W及具有的優(yōu)勢。從圖4可W看到，由AS方法獲取的疊加道，噪聲干擾壓制 能力比較強(qiáng)，信噪比得到了提高，變?yōu)?.5地，但是每個反射層位置的波形產(chǎn)生了崎變，特別 是在每個子波的起始和結(jié)束位置。另外，可W看到第四個反射層的振幅在疊加后由于振幅 平均作用被低估。為了更好地對比各方法對相對振幅和剩余時差的處理能力，圖5(a)、5 (b)、5k)、5(d)分別給出了除傳統(tǒng)疊加道W外的S種疊加結(jié)果和參考道的振幅歸一化對比 結(jié)果。根據(jù)圖5中的歸一化對比結(jié)果，RS中第四層的振幅約為第一反射層振幅的=分之二， 而在AS中卻變?yōu)榱?S分之一，進(jìn)一步證實了基于振幅的加權(quán)疊加方法對小振幅有效信號的 保持能力較弱的特點。同時也可W看到，時差校正的結(jié)果也不是非常理想。
[0112] 基于瞬時振幅構(gòu)成的疊加權(quán)值的疊加結(jié)果中出現(xiàn)的現(xiàn)象在圖4所示的PS疊加結(jié)果 中得到了緩解。雖然疊加結(jié)果中的噪聲在視覺上超過了 AS方法，但各反射位置相對振幅大 小保持得較好。因而疊加道信噪比再次得到了提高（S/N = 6.4地），不過波形的崎變現(xiàn)象仍 然存在。結(jié)合圖5(b)可W看到，剩余時差也沒有得到很好地校正。利用本發(fā)明所提出的方法 對合成地震記錄進(jìn)行疊加，得到的疊加道PI^和參考道在波形上非常相似，子波起始位置沒 有出現(xiàn)崎變情況。更為重要的是，在AS方法和PS方法中存在的時差問題在本發(fā)明疊加結(jié)果 中基本沒有出現(xiàn)，因此本方法可W改善剩余時差的影響。對應(yīng)的疊加道的信噪比達(dá)到了 9.2地，相比其他兩種疊加方法有了很大的提高，證實了本方法用于地震資料疊加的有效 性。
[0113] 表1給出了對應(yīng)圖5中=種疊加道和參考道中四個反射層的歸一化振幅。從表中可 W看出，本方法提供了一種最優(yōu)的相對振幅保持結(jié)果。
[0114] 表1 =種疊加方法和參考道中四個反射層的歸一化振幅對比
[0115]
[0116] 圖6給出了上述=種疊加方法和參考道的局部放大對比結(jié)果，從中可W看到，時差 造成的影響在疊加道AS和PS上依然存在，參考道RS上位于0.8秒位置的第四個反射層在AS 和PS疊加道上產(chǎn)生了約6毫秒的時移。而在本方法得到PI^道中，時差現(xiàn)象得到了很好地緩 解。在實際情況中，具有大時差的道可能不止一道，所W需要預(yù)先進(jìn)行簡單的時移校正。每 次處理CMP疊前資料中的部分道或者時間段也可W緩解上述問題。結(jié)合本方法在合成資料 中的應(yīng)用效果，可W發(fā)現(xiàn)其有效提高疊加信號的信噪比和視覺體驗，保持地下反射的相對 能量，改善時差校正的結(jié)果。
[0117] W上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡 是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實施例沒有詳細(xì)敘述的方 法屬本行業(yè)的公知常識，運里不一一敘述。
【主權(quán)項】
1. 一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1)將原始地震疊加前信號轉(zhuǎn)化到S變換構(gòu)成的時頻變換域內(nèi)，提取時頻變換域內(nèi) 的瞬時相位； 步驟2)通過將瞬時相位疊加而成的時頻平面上減去其最小值來構(gòu)造權(quán)值函數(shù)； 步驟3)將權(quán)值函數(shù)進(jìn)行加權(quán)疊加，應(yīng)用疊加權(quán)值進(jìn)行S反變換，得到疊加后地震數(shù)據(jù)， 輸出疊加后的地震波形。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，其特征在于， 所述S變換的表達(dá)式為：其中，x(t)為待分析單道信號;ST(T，f)為時頻變換結(jié)果;g(T-t，f)為窗函數(shù);t為待分 析單道信號的時間位置;τ為時頻變換結(jié)果的時間位置;f為頻率;i為虛數(shù)單位； 假設(shè)輸入待分析單道信號X(t)=A(t)el4)(t)，則S變換的結(jié)果為：其中，A(t)和Φ(〇分別是待分析單道信號的振幅和相位;W表示S變換中的窗函數(shù)的傅 里葉變換結(jié)果，取實數(shù)值;Α(τ)和Φ(τ)分別是待分析單道信號的瞬時振幅和相位。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，其特征在于， 所述提取時頻變換域內(nèi)的瞬時相位方法如下： (1) 在S變換的結(jié)果上乘上一個時頻域因子el2ltfT，使得S變換結(jié)果解析，得到下式：(2) 對上式左邊求取瞬時相位可以得到： Φ[8Τ{χ}(τ,Γ)θ?Μτ]=Φ(τ)04. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，其特征在于， 所述通過將瞬時相位疊加而成的時頻平面上減去其最小值來構(gòu)造權(quán)值函數(shù)，構(gòu)造的權(quán)值函 數(shù)為： 式中：Vj(T，f)=mini，f{Uj(T，f)} 其中，Φ為瞬時相位;ST{Xk} (τ，f)為第k道時頻變換結(jié)果；τ為時頻變換結(jié)果的時間位 置;f為頻率;Ν為疊加道數(shù);j為地震數(shù)據(jù)道號;ν為權(quán)值形狀調(diào)節(jié)參數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于加權(quán)疊加的時頻域地震資料處理方法，其特征在于， 所述將權(quán)值函數(shù)進(jìn)行加權(quán)疊加，應(yīng)用疊加權(quán)值進(jìn)行S反變換，gp:式中為第j道地震數(shù)據(jù);y(t)為疊加后地震數(shù)據(jù);sr1為對應(yīng)的s反變換。
【文檔編號】G01V1/30GK105954799SQ201610270843
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】王大興, 高靜懷, 李強(qiáng), 史松群, 崔曉杰, 高利東, 夏正元, 暢永剛
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司