一种保持低频信息的谱延拓方法与流程

本发明涉及石油勘探地震资料处理领域，更具体地讲，涉及一种保持低频信息的谱延拓方法。

背景技术：

高分辨率处理技术一直是岩性油气藏勘探的关键技术，随着众多地球物理学家对低频地震异常与油气藏密切联系的逐渐重视，因为在山地地震勘探资料中，反射波低频部分的变化和异常记载了反映地下岩石孔隙、流体等丰富信息，保持低频信息的潜在意义和技术应用价值越来越受到国内外地球物理人员的重视，所以如何在高分辨率处理中保留更丰富的低频信息是目前进行高分辨率处理技术面临的难题。

常规高分辨率处理技术大都以求取地震资料反褶积算子，通过算子来对剖面能量的再分配，往往是以损失部分低频信息来换回高频信息的拓展，无法做到二者兼顾，从而给后续的岩性反演解释带来一定的困难。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明能够获得保持低频信息的高分辨率资料的方法。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种保持低频信息的谱延拓方法，所述方法包括以下步骤：A、对叠后地震数据进行分层；B、确定第j层地震数据振幅谱的最低频率和最高频率，并根据第j层地震数据振幅谱的最低频率和最高频率求取俞氏子波频率域下的第二振幅谱；C、合成单道合成记录数据并转换到频率域下，得到第三振幅谱；D、将第j层地震数据的第一振幅谱、第二振幅谱和第三振幅谱在其各自最低频率和最高频率之间分成n个频率段的振幅数据和E、利用曲线拟合计算每个频率段的第一振幅的振幅包络值第二振幅的振幅包络值和第三振幅的振幅包络值F、利用第一振幅的振幅包络值和第二振幅的振幅包络值求取补偿因子a，利用补偿因子a对第二振幅谱进行能量补偿，将能量补偿后的子波变换为时间域子波G、利用第二振幅的振幅包络值和第三振幅的振幅包络值求取中频段和高频段的补偿因子b，利用补偿因子b对能量补偿后的第二振幅谱进行中频段和高频段能量补偿，然后将进行中频段和高频段能量补偿后的子波变换为时间域子波H、利用子波与第j层地震数据反褶积得反射系数，利用反射系数与子波褶积得保持低频信息的高分辨率剖面；I、重复所述步骤B至H，直到每层地震数据均得到保持低频信息的高分辨率剖面；其中，i＝1,…,n；j＝1,…,N，N为叠后地震数据分层后的层数。

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，在所述步骤A中，对叠后地震数据按浅层、中层和深层进行分层。

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，所述步骤B包括根据俞氏子波公式(1)求取俞氏子波频率域下的第二振幅谱，

其中，f_l为第j层地震数据振幅谱的最低频率，f_h为第j层地震数据振幅谱的最高频率。

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，所述步骤C利用测井声波曲线合成并标定的单道测井反射系数曲线，利用勘探目的层所需主频确定子波主频，与反射系数褶积合成单道合成记录数据，再将合成记录数据变换到频率域，得到第三振幅谱，其中，目的层用户可自己定义，可把当前处理层作为目的层，比如第j层。

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，所述步骤D通过设置n个窄带滤波器将第j层数据分成n个频率段的振幅数据。

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，所述步骤E包括：

假设曲线拟合函数g_i(w)为：

其中，ω为频率，ω₁、C和D为待定频率参数。

对公式(2)两边去对数函数得：

将公式(3)等式变换为：

令公式(4)中x＝-ln[g_i(ω)]，则公式(4)可简化为：

x＝cω²+dω+e 公式(5)

对计算频段内地震记录振幅求对数得：s＝ln|S(ω)|，则该对数振幅值s与曲线拟合振幅谱x求误差平方和最小，得到待定参数值。

其中，m表示计算频段内的频率个数值。

将公式(5)带入公式(6)中，并对待定参数值求导且导数为零，得参数值c，d和e的求解方程：

通过求解公式(7)得到公式(5)中参数值c，d和e值后，得到公式(2)中曲线拟合振幅包络值的待定参数值：

通过公式(8)参数值与公式(2)得到每个频率段振幅A_i的振幅包络值g_i(ω)。

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，所述步骤F包括：

f1)、利用第一振幅的振幅包络值和第二振幅的振幅包络值求取补偿因子a。

f2)、利用补偿因子a对第二振幅谱进行能量补偿：

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，所述步骤G包括：

g1)、利用第二振幅的振幅包络值和第三振幅的振幅包络值求取中频段和高频段的补偿因子b。

g2)、利用补偿因子b对能量补偿后的第二振幅谱进行中频段和高频段能量补偿。

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，所述方法还包括对第j层子波振幅谱和第j+1层子波振幅谱求平均作为第j层和第j+1层过渡子波振幅谱。

根据本发明保持低频信息的谱延拓方法的一个实施例，所述方法还包括在所述步骤A之后，将每层地震数据的第一振幅谱显示在交互面板上。

与现有技术相比，本发明对实际资料进行谱延拓处理后，资料的分辨率得到明显提高，尤其可分辨多个薄层结构，丰富的低频信息为后续岩性解释打下了坚实的基础。

附图说明

图1(a)是实际偏移叠后地震数据。

图1(b)是图1(a)的振幅谱。

图2(a)是根据本发明示例性实施例保持低频信息的谱延拓方法得到的子波

图2(b)是图2(a)的振幅谱。

图3(a)是根据本发明示例性实施保持低频信息的谱延拓方法得到的子波

图3(b)是图3(a)的振幅谱。

图4(a)是根据本发明示例性实施例得到保持低频信息的谱延拓方法最终得到的高分辨率剖面。

图4(b)是图4(a)的振幅谱。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的保持低频信息的谱延拓方法。

本发明针对山地地震数据分辨率低、频带范围窄、高分辨率高频拓展无法保留更多低频信息的难点，提出了一种保持低频信息的谱延拓方法，采用数据分层、频率分段、子波时变延拓的思路；求取分层数据振幅谱，再求取分段频率振幅包络拟合值，再求取输入子波补偿因子，能量补偿后的输入子波变换为时间域子波；同理，利用解释合成地震记录数据，求取希望中、高频谱延拓的输出子波并变换到时间域，最后利用输入、希望子波进行反褶积得到分辨率提高的剖面，并对每层子波振幅谱进行过度衰减处理，得到保持低频信息的高分辨率资料。

本发明利用保持低频信息的谱延拓方法的关键是否能在得到每个频率段的振幅包络值；是否能根据补偿因子得到输入子波和希望输出子波；是否能对分层数据使用子波过度处理达到时变子波的目的，最后通过谱延拓处理得到保持低频信息的高分辨率剖面，为后续岩性解释提供丰富低频信息的高品质资料。

在一个示例性实施例中，本发明保持低频信息的谱延拓方法包括以下步骤：

(1)对采集到地震数据经过预处理和偏移叠加后得到叠加数据(即叠后地震数据)。

(2)对叠加数据按浅层、中层和深层进行分层，每层数据振幅谱显示在交互面板上，利用交互面板是为了便于实时质控、不显示也能处理。

本步骤按下列方式完成：对叠加数据按目的层所在位置，上下拾取层位文件，对地震数据进行分层处理，并把每层地震数据的振幅谱显示在交互面板上。

(3)对每个分层数据振幅谱在最低频率f_l和最高频率f_h之间通过窄带滤波器分成n个频率段的振幅数据。

本步骤按下列方式完成：(a)对交互面板上每层数据振幅谱确定其最低频率值f_l和最高频率值f_h；(b)通过设置n个窄带滤波器把当层数据分成n个频率段的振幅谱数据(i＝1,...,n)。

(4)对步骤(3)中对每个频率段振幅利用曲线拟合计算振幅包络值

本步骤按下列方式完成：

(a)假设曲线拟合函数为：

其中：ω为频率，ω₁、C和D为待定频率参数。

对式(1)两边去对数函数得：

(b)步骤(a)中式(2)等式变换为：

令式(3)中则式(3)可简化为：

x＝cω²+dω+e (4)

对该频段内地震记录振幅求对数得：s＝ln|S(ω)|，则该对数振幅值与曲线拟合振幅谱x求误差平方和最小，得到待定参数值：

其中，m表示该频段内的频率个数值。

将式(4)带入式(5)中，并对待定参数值求导且导数为零，得参数值c，d，e求解方程：

通过求解方程(6)可得式(4)中参数值c，d和e值后，可得式(1)中曲线拟合振幅包络值待定参数值：

通过式(7)参数值与式(1)可得每个频率段振幅利用曲线拟合计算振幅包络值

(5)根据每层数据振幅谱的最低、最高频率得到俞氏子波，并求取振幅谱，同步骤(3)和(4)得到每个频率段振幅的振幅包络值

本步骤按下列方式完成：

(a)根据每层数据振幅谱的最低频率值f_l、最高频率值f_h和俞氏子波公式:

(b)求取俞氏子波频率域下振幅谱，并同步骤(3)和步骤(4)得到每个频率段振幅的振幅包络值

(6)对步骤(4)和(5)振幅谱包络值求取补偿因子a，对俞氏子波振幅谱进行能量补偿；

本步骤按下列方式完成：

(a)利用步骤(4)和步骤(5)的振幅谱包络值求取补偿因子a，即：

(b)利用补偿因子a对俞氏子波振幅谱进行能量补偿，即：

(7)对步骤(6)中能量补偿后的子波变换到时间域子波j表示第几层数据。本步骤按下列方式完成：利用步骤(6)中能量补偿的振幅谱作为俞氏子波振幅谱并变换到时间域子波

(8)解释人员合成标定的单道合成记录数据振幅谱，按步骤(2)-(4)计算每个频率段振幅利用曲线拟合计算振幅包络值本步骤按下列方式完成：

(a)解释人员利用测井声波曲线合成并标定的单道测井反射系数曲线，利用勘探目的层所需主频确定子波主频，与反射系数褶积合成单道合成记录数据；(b)把合成记录数据变换到频率域振幅谱，同理按步骤(2)-步骤(4)计算每个频率段振幅利用曲线拟合计算振幅包络值

(9)对步骤(5)和(8)振幅谱包络值求取中、高频段补偿因子b，并对步骤(6)能量补偿后的子波重新进行中、高频段能量补偿。本步骤按下列方式完成：

(a)利用步骤(5)和步骤(8)的振幅谱包络值求取中、高频段补偿因子b，即：

(b)利用补偿因子b对对步骤(6)能量补偿后的子波重新进行中、高频段能量补偿，即：

(10)对步骤(9)补偿后的子波变换到时间域子波j表示第几层数据。本步骤按下列方式完成：对步骤(9)补偿后的子波变换到时间域子波j表示第几层数据。

(11)对每一层地震数据利用步骤(7)中子波与地震数据反褶积得反射系数，利用反射系数与步骤(9)中子波褶积得保持低频信息的高分辨率剖面。本步骤按下列方式完成：(a)由于步骤(7)补偿后的子波振幅谱基本与地震数据振幅谱一致，所以可以对每一层地震数据利用步骤(7)中子波与地震数据反褶积得反射系数；(b)由于步骤(7)补偿后的子波在低频段保持与地震数据相同的振幅信息，而再对其利用步骤(9)进行中、高频段能量补偿，所以步骤(9)子波为保持低频信息且中、高频拓展的宽频子波，可以利用反射系数与步骤(9)中子波褶积得保持低频信息的高分辨率剖面。

(12)循环步骤(3)-步骤(11)直到每层数据得到高分辨率剖面，但层与层之间地震数据应有衰减过度，通过子波振幅谱过度来实现，即：第一层子波振幅谱与第二层子波振幅谱求平均作为第一层与第二层过度子波振幅谱。本步骤按下列方式完成：

(a)循环步骤(3)-步骤(11)直到每层数据得到高分辨率剖面；(b)层与层之间地震数据应有衰减过度，通过子波振幅谱过度来实现，即：第一层子波振幅谱与第二层子波振幅谱求平均作为第一层与第二层过度子波振幅谱。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例

第一步：对采集到地震数据经过预处理和偏移叠加后得到叠加数据。

第二步：对叠加数据按浅层、中层和深层进行分层，每层数据振幅谱显示在交互面板上。本步骤按下列方式完成：

对叠加数据按目的层所在位置，如目的层所在1700ms位置，向上1200ms、向下2200ms分别拾取层位文件，对地震数据进行分3层处理，即：0～1200ms为第一层，1200～2200ms为第二层，2200～5000ms(假设数据最长时间为5000ms)为第三层，并把每层地震数据的振幅谱显示在交互面板上。这里，1700ms目的层所在时间层，如目的层为其他时间也可以；向上1200ms、向下2200ms，目的层向上拾取一个时间层，向下拾取一个时间层，至于向上、向下多少ms的时间，用户可自定义，主要目的是以目的层时间为界，把数据大致分为三层；拾取的层位文件是含有层位标识、纵测线号、横测线号、时间、纵坐标、横坐标信息的文本文件。

第三步：对第一层数据振幅谱在最低频率f_l＝10hz和最高频率f_h＝50hz之间通过窄带滤波器分成n＝5个频率段的振幅数据。本步骤按下列方式完成：

(a)对交互面板上第一层数据振幅谱确定其最低频率值f_l＝10hz和最高频率值f_h＝50hz。

(b)通过设置n＝5个窄带滤波器把当层数据分成n＝5个频率段的振幅谱数据(i＝1,...,n＝5)。

第四步：对步骤(3)中对第一个频率段振幅利用曲线拟合计算振幅包络值本步骤按下列方式完成：

(a)第一个频率曲线拟合函数为：

其中：并对待定参数求导且导数为零，得参数值c，d，e求解方程：

通过求解方程可得式(4)中参数值c，d和e值后，可得式(1)中曲线拟合振幅包络值待定参数值：

(b)同理，求出第二个、第三个、第四个、第五个频率曲线拟合函数(i＝1,…,n)。

第五步：根据第一层数据振幅谱的最低10hz、最高频率50hz得到俞氏子波最低、最高频参数，并求取振幅谱，同步骤(3)和(4)得到每个频率段振幅i＝1,…,5的振幅包络值本步骤按下列方式完成：

(a)根据第一层数据振幅谱的最低频率值f_l＝10hz和最高频率值f_h＝50hz和俞氏子波公式：

(b)求取俞氏子波频率域下振幅谱，并同步骤(3)和步骤(4)得到每个频率段振幅的振幅包络值

第六步：对步骤(4)和(5)振幅谱包络值求取补偿因子a，对俞氏子波振幅谱进行能量补偿。本步骤按下列方式完成：

(a)利用步骤(4)和步骤(5)的振幅谱包络值求取补偿因子a，即：

(b)利用补偿因子a对俞氏子波振幅谱进行能量补偿，即：

第七步：利用步骤(6)中能量补偿的振幅谱作为俞氏子波振幅谱并变换到时间域子波

第八步：解释人员合成标定的单道合成记录数据振幅谱，按步骤(2)-(4)计算每个频率段振幅利用曲线拟合计算振幅包络值本步骤按下列方式完成：

(a)解释人员利用测井声波曲线合成并标定的单道测井反射系数曲线，利用勘探目的层所需主频(如为40hz)确定子波主频为40hz，与反射系数褶积合成单道合成记录数据。(b)把合成记录数据变换到频率域振幅谱可确定其最低频率20hz、最高频率60hz，同理按步骤(2)-步骤(4)计算每个频率段振幅利用曲线拟合计算振幅包络值

第九步：对步骤(5)和(8)振幅谱包络值求取中、高频段(如35-55hz范围)补偿因子b，并对步骤(6)能量补偿后的子波重新进行中、高频段能量补偿。

第十步：对步骤(9)补偿后的子波变换到时间域子波

第十一步：对第一层地震数据利用步骤(7)中子波与地震数据反褶积得反射系数，利用反射系数与步骤(9)中子波褶积得保持低频信息的高分辨率剖面。

第十二步：循环步骤(3)-步骤(11)直到每二层、第三层数据得到高分辨率剖面，但层与层之间地震数据应有衰减过度，通过子波振幅谱过度来实现，即：第一层子波振幅谱与第二层子波振幅谱求平均作为第一层与第二层过度子波振幅谱。第二层子波振幅谱与第三层子波振幅谱求平均作为第二层与第三层过度子波振幅谱。即所有层与层之间都需要依次进行层间衰减处理。

如图1所示，对图1与图2的对比分析知：提取的子波基本保持了拓频前数据振幅谱的模样，子波低频保持较好。

从图2与图3对比分析知：经过中、高频能量补偿后的子波频带宽度明显得到拓展，而且低频信息保持较好。

图1与图4处理前后对比分析知：谱延拓后剖面分辨率明显提高，层间细节更加清晰可见、振幅谱频带展宽较好，与拓频前的振幅谱的低频部分基本保持一致，为后续岩性反演提供了更加丰富的频带资料。

综上所述，本发明是利用保持低频信息的谱延拓处理，从实际资料应有知：该技术取得了不错的应用效果，尤其是对低频含量多、分辨率较低的资料来说，高分辨率处理剖面显示分辨率更高、低频信息更加丰富，应用前景较为广泛。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。