地震数据低频信号补偿方法及装置与流程

1.本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种地震数据低频信号补偿方法及装置。


背景技术：

2.低频信号由于其特有的穿透能力和稳定性在复杂构造成像和地震反演方面起着非常重要的作用，但是，常规地震勘探应用的检波器的自然频率一般为10hz，10hz以下的低频地震信号严重衰减，因此如何确定常规检波器接收的地震数据中可恢复信号的最低频率并实现低频信号的恢复是应用常规检波器实现低频地震勘探的关键，现有技术主要通过低频检波器接收同源地震数据，并应用该同源地震数据进行标定和计算补偿函数，这种方法增加了地震勘探设备，也增加了勘探成本。
3.针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种地震数据低频信号补偿方法，用于实现地震数据低频信号的高效和精确补偿，降低勘探成本，该方法包括：
5.获得位于不同偏移距的多道常规检波器同步输出的同源地震数据，其中，同一偏移距对应多道常规检波器；
6.对于同一偏移距对应多道常规检波器，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，确定每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；
7.根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率；
8.根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系；
9.根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿。
10.本发明实施例提供一种地震数据低频信号补偿装置，用于实现地震数据低频信号的高效和精确补偿，降低勘探成本，该装置包括：
11.同源地震数据获得模块，用于获得位于不同偏移距的多道常规检波器同步输出的同源地震数据，其中，同一偏移距对应多道常规检波器；
12.功率谱密度比确定模块，用于对于同一偏移距对应多道常规检波器，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，确定每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；
13.最低可恢复信号频率确定模块，用于根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率；
14.关联关系确定模块，用于根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号
频率，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系；
15.低频信号补偿模块，用于根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿。
16.本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述地震数据低频信号补偿方法。
17.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述地震数据低频信号补偿方法的计算机程序。
18.本发明实施例通过：对于同一偏移距对应多道常规检波器，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，确定每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率；根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿，本发明基于常规检波器，通过分析同源地震数据的功率谱密度比，实现了同源地震数据的最低可恢复信号频率的精确标定，进而通过拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，实现了地震数据低频信号的高效和精确补偿，无需使用低频检波器，有效降低了勘测成本，具有良好的应用效果和广泛的应用前景。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
20.图1为本发明实施例中地震数据低频信号补偿方法流程的示意图；
21.图2为本发明实施例中多道常规检波器布设的示意图；
22.图3为图1中步骤102的具体流程的示意图；
23.图4为图1中步骤103的具体流程的示意图；
24.图5为本发明实施例中地震数据低频信号补偿装置结构的示意图；
25.图6为本发明实施例中具体实施例流程的示意图；
26.图7为本发明实施例中近偏移距对应的同源地震数据的psdr曲线；
27.图8为本发明实施例中中偏移距对应的同源地震数据的psdr曲线；
28.图9为本发明实施例中远偏移距对应的同源地震数据的psdr曲线；
29.图10为某工区应用本发明实施例进行地震数据低频信号补偿前后叠加剖面对比的示意图；
30.图11为某工区应用本发明实施例进行地震数据低频信号补偿前后振幅谱的示意图。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
32.为了解决现有技术基于低频检波器进行地震数据低频信号补偿，使得勘探成本较高的技术问题，本发明实施例提供一种地震数据低频信号补偿方法，用于实现地震数据低频信号的高效和精确补偿，降低勘探成本，图1为本发明实施例中地震数据低频信号补偿方法流程的示意图，如图1所示，该方法包括：
33.步骤101：获得位于不同偏移距的多道常规检波器同步输出的同源地震数据，其中，同一偏移距对应多道常规检波器；
34.步骤102：对于同一偏移距对应多道常规检波器，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，确定每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；
35.步骤103：根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率；
36.步骤104：根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系；
37.步骤105：根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿。
38.如图1所示，本发明实施例通过：对于同一偏移距对应多道常规检波器，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，确定每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率；根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿，本发明基于常规检波器，通过分析同源地震数据的功率谱密度比，实现了同源地震数据的最低可恢复信号频率的精确标定，进而通过拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，实现了地震数据低频信号的高效和精确补偿，无需使用低频检波器，有效降低了勘测成本，具有良好的应用效果和广泛的应用前景。
39.在一个实施例中，同一偏移距对应的多道常规检波器堆放布设或以最小组合基距布设。
40.具体实施时，在步骤101获得位于不同偏移距的多道常规检波器同步输出的同源地震数据之前，首先按照如下方式布设多道常规检波器，根据地震勘探工区的地形、地貌以及地质条件等的变化规律，选择工区内具有代表性的激发点和多个接收点，图2为本发明实施例中多道常规检波器布设的示意图，如图2所示，不同的接收点的偏移距不同，偏移距可以包括：250米、500米、1000米、2000米等，对于同一偏移距，可以将多道常规检波器同时布设在同一接收点，不同常规检波器或常规检波器串采用堆放或以非常小的组合基距和相同的组合图形埋置，并以同一接收点为堆放或组合中心，然后采集位于不同偏移距的多道常规检波器同步输出的同源地震数据。
41.图3为图1中步骤102的具体流程的示意图，如图3所示，在一个实施例中，步骤102
中，对于同一偏移距对应多道常规检波器，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，确定每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，包括：
42.步骤301：根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，计算每道常规检波器同步输出的同源地震数据的功率谱密度；
43.步骤302：根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据的功率谱密度，计算每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比。
44.在一个实施例中，步骤302中，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据的功率谱密度，计算每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，包括：按照如下公式(1)计算每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；
[0045][0046]
式中，psdr(ω)为任意两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；psd1(ω)和psd2(ω)分别为任意两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度。
[0047]
图4为图1中步骤103的具体流程的示意图，如图4所示，在一个实施例中，步骤103中，根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，包括：
[0048]
步骤401：根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，绘制每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比曲线；
[0049]
步骤402：根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比曲线的拐点，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率。
[0050]
具体实施时，反滤波或反褶积处理恢复地震数据中的低频信号是一种低成本和行之有效的方法，但是常规检波器本身的自噪声水平在低频段和高频段远远高于地震信号响应的幅值，要成功实现常规检波器地震数据低频信号补偿处理就需要精确估算检波器在低频端的临界频率，否则就会造成检波器自噪音被极端放大或低频信号补偿不足。本发明实施例给出了如何应用常规检波器接收的同源数据之间的功率谱密度比(psdr-power spectrum density ratio)，确定常规检波器地震数据中可恢复信号的最低频率，下面介绍具体的实现原理：上述公式(1)为应用同源的常规模拟检波器数据得到的psdr函数，通过进一步的推导，可以表述为公式(2)：
[0051]
psdr(ω)＝(s
·
f1+n1)/(s
·
f2+n2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0052]
psdr(ω)＝f1/f2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0053]
其中，s为输入同源地震信号的幅值，f1和f2为检波器的响应函数，n1和n2为检波器的自噪声。
[0054]
当常规检波器输出数据中输入信号的响应远强于检波器自噪声水平时，同源的常规模拟检波器数据之间的psdr近似等于常规模拟检波器理论响应的比值，如公式(3)所示，尤其当采用相同型号的常规检波器时，psdr近似等于常数1。但是，当检波器的自噪声水平接近或超过外部信号响应的强度时，psdr就会偏离检波器理论响应的比值，不再收敛。
[0055]
因此，对于同一偏移距对应的多道常规检波器，可以首先计算每道常规检波器同步输出的同源地震数据的功率谱密度，然后通过上述公式(1)计算每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，并绘制每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比曲线，接着，通过识别每两道常规检波器输出的同源地震数据的psdr曲线的拐点，进
而准确的估算常规检波器地震数据中可靠的最低可恢复信号频率，实现对常规模拟检波器地震数据可恢复低频信号的标定。
[0056]
在一个实施例中，步骤104中，根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，包括：
[0057]
根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，基于最小二乘法，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系。
[0058]
在一个实施例中，步骤105中，根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿，包括：
[0059]
根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，在频率域基于反滤波处理，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿。
[0060]
具体实施时，通过上述步骤103可以得到常规检波器输出的不同偏移距地震数据的临界频率，也就是地震数据中具有可靠信噪比的最低信号频率，然后，步骤104中，通过统计和最小二乘法拟合得到针对不同地表、地质条件的偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系函数，步骤105中，根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，结合常规检波器理论响应，在频率域(fourier domain)应用反滤波对常规检波器输出地震数据进行低频信号补偿和恢复处理，实现勘探工区内常规检波器输出地震数据低频信号的补偿与恢复。
[0061]
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种地震数据低频信号补偿装置，如下面的实施例。由于地震数据低频信号补偿装置解决问题的原理与地震数据低频信号补偿方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0062]
本发明实施例提供一种地震数据低频信号补偿装置，用于实现地震数据低频信号的高效和精确补偿，降低勘探成本，图5为本发明实施例中地震数据低频信号补偿装置结构的示意图，如图5所示，该装置包括：
[0063]
同源地震数据获得模块01，用于获得位于不同偏移距的多道常规检波器同步输出的同源地震数据，其中，同一偏移距对应多道常规检波器；
[0064]
功率谱密度比确定模块02，用于对于同一偏移距对应多道常规检波器，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，确定每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；
[0065]
最低可恢复信号频率确定模块03，用于根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率；
[0066]
关联关系确定模块04，用于根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系；
[0067]
低频信号补偿模块05，用于根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿。
[0068]
在一个实施例中，同一偏移距对应的多道常规检波器堆放布设或以最小组合基距布设。
[0069]
在一个实施例中，功率谱密度比确定模块02具体用于：
[0070]
根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，计算每道常规检波器同步输出的同源地震数据的功率谱密度；
[0071]
根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据的功率谱密度，计算每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比。
[0072]
在一个实施例中，功率谱密度比确定模块02进一步用于：
[0073]
按照如下方式计算每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；
[0074][0075]
式中，psdr(ω)为任意两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；psd1(ω)和psd2(ω)分别为任意两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度。
[0076]
在一个实施例中，最低可恢复信号频率确定模块03，具体用于：
[0077]
根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，绘制每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比曲线；
[0078]
根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比曲线的拐点，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率。
[0079]
在一个实施例中，关联关系确定模块04，具体用于：
[0080]
根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，基于最小二乘法，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系。
[0081]
在一个实施例中，低频信号补偿模块05具体用于：
[0082]
根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，在频率域基于反滤波处理，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿。
[0083]
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述地震数据低频信号补偿方法。
[0084]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述地震数据低频信号补偿方法的计算机程序。
[0085]
下面举一个具体的例子，以便于理解本发明如何实施。
[0086]
图6为本发明实施例中具体实施例流程的示意图，如图6所示，包括如下步骤：
[0087]
第一步：根据地震勘探工区的地形、地貌以及地质条件等的变化规律，选择工区内具有代表性的激发点和多个接收点，按照图2所示的方式在不同偏移距布设多道常规检波器，其中，同一偏移距对应多道常规检波器，对于同一偏移距，将多道常规检波器同时布设在同一接收点，不同常规检波器或常规检波器串采用堆放或以最小的组合基距和相同的组合图形埋置；
[0088]
第二步：获得位于不同偏移距的多道常规检波器同步输出的同源地震数据，按照偏移距下载同源地震数据；
[0089]
第三步：对于同一偏移距对应的多道常规检波器，按照上述公式(1)绘制每两道常规检波器输出的同源地震数据的psdr曲线；
[0090]
第四步：根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的psdr曲线的拐点，估算该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率；
[0091]
图7为本发明实施例中近偏移距对应的同源地震数据的psdr曲线，图8为本发明实施例中中偏移距对应的同源地震数据的psdr曲线，图9为本发明实施例中远偏移距对应的同源地震数据的psdr曲线，对比图7、图8、图9中的曲线可以发现无论在哪个偏移距段，psdr曲线在3～10赫兹之间收敛且基本恒等于1，这样就可以准确而快速地确定模拟检波器输出数据中输入地震信号的最低可恢复频率约为3.0赫兹；
[0092]
第五步：统计不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，基于最小二乘法拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系函数；
[0093]
第六步：根据偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，结合常规检波器理论响应，在频率域应用反滤波对常规检波器输出地震数据进行低频信号补偿和恢复处理，输出低频信号补偿后的地震数据。
[0094]
图10为某工区应用本发明实施例进行地震数据低频信号补偿前后叠加剖面对比的示意图，图10中，数据叠后应用了高截频率为10hz的低通滤波，图中由左向右依次为未做低频补偿的原始地震数据、低频补偿后的地震数据、低频补偿前后地震数据差值，图11为某工区应用本发明实施例进行地震数据低频信号补偿前后振幅谱示意图，如图10和图11所示，本发明实施例提供的方案能够实现地震数据低频信号的高效和精确补偿。
[0095]
综上所述，本发明实施例通过：对于同一偏移距对应多道常规检波器，根据多道常规检波器同步输出的同源地震数据，确定每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比；根据每两道常规检波器输出的同源地震数据的功率谱密度比，确定该同一偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率；根据不同偏移距对应的同源地震数据的最低可恢复信号频率，拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，对勘探工区内常规检波器输出的地震数据进行低频信号补偿，本发明基于常规检波器，通过分析同源地震数据的功率谱密度比，实现了同源地震数据的最低可恢复信号频率的精确标定，进而通过拟合偏移距与同源地震数据的最低可恢复信号频率之间的关联关系，实现了地震数据低频信号的高效和精确补偿，无需使用低频检波器，有效降低了勘测成本，具有良好的应用效果和广泛的应用前景。
[0096]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0097]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0098]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
[0099]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0100]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。