基于优势频带约束的地震波能量时频补偿方法与流程

本公开涉及油气地震勘探领域，特别涉及一种基于优势频带约束的地震波能量时频补偿方法。

背景技术：

地震勘探中高速地层会屏蔽下覆地震能量，使得深层同相轴成像模糊、振幅失真，降低了成像质量。时频域能量补偿方法是最常用的能量补偿方法，该方法考虑能量与时间、频率和空间的多重关系，通过时频分解拟合各频段吸收衰减函数，在时频域内进行有效的能量补偿，从而提高补偿精确度、减少误差、增强地质成像质量。在油气地震勘探中，针对地震资料的有效能量补偿，许多学者针对不同的方法作了大量研究，各种方法的效果存在差异，目前主要的能量补偿方法包括以下几种：

(1)球面扩散补偿方法

地震波在地下传播过程中，由于波前扩散造成地震能量不断衰减，传播距离越远，衰减越严重，导致检波器接收到的信号不能真实反映地下介质情况。只有消除这些因素的影响，才能真实的反映地下岩性变化。为了使地震波振幅能够更好的反映地下介质的岩性，在处理中采用球面扩散振幅补偿技术，球面扩散补偿主要是针对由球面扩散因素造成的纵向上的能量差异进行补偿，使其保持仅与地下反射界面反射系数有关的振幅值。这一方法是常规的也是必须的补偿方法。

(2)地表一致性振幅补偿方法

地表一致性振幅补偿是以地表一致性方式消除不同炮点、不同检波点以及不同偏移距引起的振幅能量差异，使地震数据的振幅达到均衡。其处理过程是首先计算每个炮点、检波点、偏移距和共中心点的平均振幅，然后计算使各个振幅达到平均振幅能量所需的补偿量，进行补偿，重复这个过程，直到精度达到要求为止。经过地表一致性振幅补偿，能有效地消除各炮、道之间的非正常能量差异，使振幅达到相对均衡、保真。此时，地震波振幅的空间变化能够真实反映地下岩性的空间变化情况。

(3)剩余振幅补偿方法

经过一系列能量补偿处理后，地震资料的振幅基本都恢复了一致性，但还有少部分存在残存能量差异，采用叠前剩余振幅补偿解决这些问题。具体实现是在cmp域和偏移距域对叠前资料进行能量统计，根据能量统计结果求取出各道的补偿因子，应用该因子对各道进行补偿，从而达到剩余能量补偿的目的。

以上这些方法都是能量补偿的常规方法，是常规处理不可缺少的，但是也都具有各自的局限性：球面扩散补偿方法仅仅对传播过程中的球面扩散能量损失进行了补偿，对于近地表地质岩性变化存在时空差异时，存在补偿不足现象；地表一致性振幅补偿方法主要应用于资料区域地面相对平缓、地表高差或者地表岩性差异较小的地区资料，适用性存在局限性；剩余振幅补偿方法是仅在共成像道集内进行，不能解决空间域的问题，对使用对象要求严格。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种基于优势频带约束的地震波能量时频补偿方法，其针对地震资料采集时大地吸收及其他多种因素造成的有效成分损失，导致中深层资料成像不好和精度不高的现象，从优势频带中对有效能量进行补偿，提高了地震资料的成像效果。

本公开采用以下解决方案：

1、一种基于优势频带约束的地震波能量时频补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：在待处理的地震单炮资料中，基于能量、频率和信噪比选取代表性单炮记录；

步骤2：针对所选取的代表性单炮记录进行频谱分析，划出频带的主频成分段，将所述主频成分段定义为优势频带；

步骤3：在所述优势频带内针对所有单炮记录进行频率加权滤波处理，得到时间域内经过滤波处理后的单炮记录xij(t)；

步骤4：对所述单炮记录xij(t)进行能量补偿，其中通过以下步骤进行能量补偿：

步骤41：对所述单炮记录xij(t)进行时频分解，得到分频后的单炮记录xij(t,fk)；

步骤42：拟合吸收衰减函数；

步骤43：基于所述吸收衰减函数，对所述分频后的单炮记录xij(t,fk)进行能量补偿。

优选地，所述步骤3包括以下步骤：

步骤31：将时间域内的单炮记录转换为频率域内的单炮记录其中，时间域内的单炮记录表述为公式(1)，频率域内的单炮记录表述为公式(2)：

其中，j为炮集号，i为检波点号，rij(t)表示时间域内的反射系数，wij(t)表示时间域内的等效地震子波，rij(f)表示时间域内的反射系数，wij(f)表示时间域内的等效地震子波；

步骤32：根据公式(3)对所述频率域内的单炮记录进行频率加权滤波处理：

其中，xij(f)表示频率域内经过滤波的单炮记录，h(f)表示频率加权滤波器；

步骤33：将经过滤波的单炮记录xij(f)变换到时间域，得到时间域内经过滤波的单炮记录xij(t)。

优选地，根据公式(4)对所述单炮记录xij(t)进行时频分解：

xij(t,fk)＝xij(t)*v(t,fk)(4)

其中，xij(t,fk)表示分频后的单炮记录，xij(t)表示时间域内的单炮记录，v(t,fk)表示余弦滤波分频函数。

优选地，根据公式(5)所述代表性单炮的吸收衰减系数：

其中，ε表示所述代表性单炮的能量统计，a为振幅，xim(t,fk)为经过分频的代表性单炮记录，αm(t,fk)为代表性单炮的吸收衰减系数。

优选地，基于所述代表性单炮的吸收衰减系数αm(t,fk)拟合所述吸收衰减函数。

优选地，根据公式(6)对分频后的单炮记录xij(t,fk)进行能量补偿：

其中，x′ij(t,fk)表示能量补偿后的单炮记录，αm(t,fk)为所述代表性单炮的吸收衰减系数，aj(t,fk)为第j炮的吸收衰减系数。

优选地，基于所述吸收衰减函数确定第j炮的吸收衰减系数aj(t,fk)。

优选地，所述方法还包括对经过所述步骤1至步骤4处理的代表性单炮记录进行频率分析。

本公开的有益效果是在分析地震资料优势频带的基础上，对所有输入资料的优势频带进行加权滤波处理，增强资料的优势频率，压制无效信息。在进行频率加强处理后，利用时频域能量补偿方法对所有数据进行补偿处理，以增强中深层的地震能量成分，提高中深层的成像效果。

采用基于优势频带约束的地震波能量时频补偿方法，能够有效地补偿被大地吸收或衰减的地震波有效成分，从而获得较高精度的地震偏移剖面。该方法补偿效果好、计算效率高，是一种有效的地震资料能量补偿手段。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据示例性实施例的基于优势频带约束的地震波能量时频补偿方法的流程图；

图2a示出了第一示例中的原始单炮数据，图2b示出了经过现有的球面扩散补偿后的单炮数据，图2c示出了经过根据示例性实施例的补偿处理后的单炮数据；

图3a示出了第一示例中经过常规补偿后的叠加剖面视图，图3b示出了经过根据示例性实施例的补偿处理后的叠加剖面视图；

图4a示出了第二示例中经过常规处理后的剖面视图，图4b示出了经过根据示例性实施例的补偿处理后的剖面视图；以及

图5a示出了第三示例中补偿处理之前的剖面视图，图5b示出了应用根据示例性实施例的补偿处理之后的剖面视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

地震勘探中地震波经激发在地下传播接收，经历地表、近地表低降速带的吸收衰减以及传播过程中的波前扩散、地层介质吸收、地质界面反射、高速地层反射、多次波等各种干扰波的干涉，还有地面接收时来自地表和空间的各种干扰波的干涉，这些干涉使得地震波的能量严重衰减，造成下覆地层的地震资料品质变差，影响了地震资料成像的精度。

针对以上问题，本公开提出一种基于优势频带约束的地震波能量时频补偿方法，其包括以下步骤，该方法的流程图如图1所示：

步骤1：选取代表性单炮记录

在待处理的地震单炮资料中选取多个(例如3至5个)代表性单炮记录，代表性单炮记录是有效能量强、频率丰富、信噪比较高的具有代表性的单炮记录，便于进行频谱分析。在实际执行时，本领域技术人员可以根据现有经验、针对特定地形来选取代表性单炮记录。

步骤2：确定优势频带

对选取的代表性单炮记录进行频谱分析，利用频谱包络线显示多个单炮记录的频率范围以及包络线的变化状态，划出频带的主频成分段，将该主频成分段定义为优势频带。一般情况下，按照负18分贝划出频带的主频成分段。

步骤3：频率加权滤波处理

基于确定的优势频带，在优势频带内对所有地震单炮资料进行频率加权滤波处理，从而增强资料的优势频率，相对压制无效信息。具体来说，可以应用零相位的频率加权滤波器h(f)，在保持地震资料不失真的条件下，适当调节优势频带的幅度，增强信号能量，以达到提高优势频带的目的。也就是说，滤波器不消除等效地震子波，只是提高信号的能量。本领域技术人员可以根据需要选择适当的频率加权滤波器h(f)。

在优势频带内对所有地震单炮资料进行加权滤波处理的过程如下：

在时间域内，单炮记录表示为公式(1)：

其中，表示时间域内的单炮记录，j为炮集号，i为检波点号，rij(t)表示时间域内的反射系数，wij(t)表示时间域内的等效地震子波。

将公式(1)变换到频率域，可以得到频率域内的单炮记录，表示为公式(2)：

其中，表示频率域内的单炮记录，rij(f)表示时间域内的反射系数，wij(f)表示时间域内的等效地震子波。

根据公式(3)，应用频率加权滤波器h(f)对频率域内的单炮记录进行频率加权滤波处理：

其中，xij(f)表示频率域内经过滤波的单炮记录。

最后，将滤波后的单炮记录xij(f)变换到时间域，得到时间域内经过滤波的单炮记录xij(t)。

步骤4：能量补偿处理

在进行频率加权处理后，地震数据的有效成分增强，信噪比相对提高。接下来，利用时频域能量补偿方法对所有地震单炮记录进行补偿处理，以增强记录中的中深层的地震能量成分，提高中深层的成像效果。

对地震单炮记录进行能量补偿处理包括以下步骤：

步骤41：时频分解

采用余弦函数在频率域构造余弦分频滤波函数，根据以下公式(4)对单炮记录xij(t)进行分频处理：

xij(t,fk)＝xij(t)*v(t,fk)(4)

其中，xij(t,fk)表示分频后的单炮记录，xij(t)表示时间域内的单炮记录，v(t,fk)表示余弦滤波分频函数。

步骤42：拟合吸收衰减函数

假设大地吸收衰减在三维工区内宏观是稳定的，其它空间高频变化的吸收衰减是由近地表变化引起的，则可以通过先前选取的代表性单炮记录(也称为模型炮数据)与每炮数据之间的统计补偿振幅曲线的空间高频差异来补偿近地表因素引起的空间激发能量变化。代表性单炮的能量统计可以表示为公式(5)：

其中，ε表示代表性单炮的能量统计，a为振幅，xim(t,fk)为经过分频的代表性单炮记录，αm(t,fk)为代表性单炮的吸收衰减系数。

在公式(5)中，代表性单炮的能量统计ε可通过代表性单炮的振幅统计计算得到，从而通过公式(5)可以推算出代表性单炮的吸收衰减系数αm(t,fk)。将多个代表性单炮的吸收衰减系数进行拟合，可以获得整个工区的参考吸收衰减系数曲线。基于该拟合的参考吸收衰减系数曲线，根据任意单炮在工区内的位置，可以确定任意单炮的吸收衰减系数aj(t,fk)。

在工区面积较大时，可以先将工区分成几个区块，然后基于区块内的代表性单炮拟合区块内的参考吸收衰减系数曲线。再根据区块内的参考吸收衰减系数曲线，计算该区块内任意单炮的吸收衰减系数，这样可以提高计算的精确度。

步骤43：能量补偿

根据以下公式(6)，在时间、频率和空间域对分频后的单炮记录xij(t,fk)进行能量补偿：

其中，x′ij(t,fk)表示能量补偿后的单炮记录，αm(t,fk)为代表性单炮的吸收衰减系数，aj(t,fk)为被处理的第j炮的吸收衰减系数。

步骤5：频率分析

在优选情况下，可以对经过上述处理后的代表性单炮记录进行频率分析，如果其频段基本与处理之前接近，优势频段的能量得到加强，记录中没有其它的不良现象，则认为上述处理能够达到处理要求，可以输出数据所有单炮记录的数据。

应用示例1

图2示出了第一示例的补偿结果对比图，其中图2a显示第一示例的原始单炮数据，图2b显示经过现有的球面扩散补偿后的单炮数据，图2c显示经过根据示例性实施例的补偿处理后的单炮数据。对比图2b和图2c可以看出，球面扩散补偿后的数据中深部振幅能量得到了补偿，但依然存在着空间上的能量不均衡现象。而经过根据示例性实施例的补偿处理后的单炮数据中深部能量得到加强，空间均衡程度提高，有利于后期的系列处理。

图3显示第一示例的叠加剖面效果对比图，其中图3a显示经过常规补偿后的叠加剖面，图3b显示经过根据示例性实施例的补偿处理后的叠加剖面。对比图3a和图3b可以看出，采用根据示例性实施例的补偿方法后，叠加剖面中深部的地层成像得到了较好地加强，有利于后期的地质解释研究。

应用示例2

某油田火成岩发育探区，勘探时地层对地震波产生了巨大的反射能量屏蔽、吸收和衰减作用，造成火成岩层间和下伏地层的地震资料品质变差，制约了对火成岩油气藏的勘探进程。

采用根据示例性实施例的方法针对火成岩的目标成像处理，火成岩特征清楚，火成岩下构造比较清晰，进一步落实了火成岩的分布规律，发现了多个火成岩油藏，加快了该区的勘探进程。

图4显示该示例的剖面效果对比图，其中图4a显示经过常规处理后的剖面视图，图4b显示经过根据示例性实施例的补偿处理后的剖面视图。可以明显看出采用本公开的方法处理后的剖面在中深部地质成像清楚，构造明显，易于精细解释研究。

应用示例3

对西部某油区进行勘探。图5a显示应用根据示例性实施例的补偿处理之前的剖面视图，图5b显示应用根据示例性实施例的补偿处理之后的剖面视图。

通过对比可以看出，经过本公开的方法处理后，剖面中深部主要地层齐全，反射特征比较清晰，石炭系内幕断裂体系得到了一定程度的刻画，断层发育和展布特征比较清楚。与常规方法相比，石炭系内幕成像有了较大程度的改善。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。