提取混合相位地震子波的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油勘探技术领域，特别是涉及到一种提取混合相位地震子波的方 法。
【背景技术】
[0002] 地震子波提取是地震勘探资料处理与解释中非常关键的一个问题，在正演问题 中，需要通过波动方程或褶积模型结合地震子波来形成正演模拟地震数据，在反演和反褶 积问题中，也需要通过地震道提取一个的子波，不同的子波往往对反演结果会有不同的影 响。地震子波提取的基本框架是褶积模型，也就是包含子波以及反射系数序列再加上噪声 的地震道，提取方法主要包括两大类，第一类是确定性子波提取方法，第二类是统计性子波 的提取方法，确定性子波提取方法指的是利用测井资料首先计算出反射系数序列，然后结 合井旁地震道由褶积模型求出地震子波。
[0003] 统计性子波提取方法是通过地震道自身来估计子波，又可分为基于二阶统计量 和基于高阶统计量两种方法。二阶统计量方法首先由Robinson(1975)提出，它基于这样 的假设，即地震子波是时不变的，地下的反射时具有白噪谱的随机序列，则观测到的地震道 的自相关就给定了地震子波的自相关的一个估计，也就是已知了地震子波的振幅谱，对于 子波的相位谱，则必须给出一定的假设，如假设地震子波是零相位、最小相位、最大相位， 而实际上地震子波是一种混合相位的，因此，基于二阶统计量的自相关统计的方法提取 的子波也是不准确的。80年代后期以来，许多学者开始使用高阶统计方法来解决地震子 波估计的问题，这些方法大多源于60年代发展起来的累积量和多谱理论，T. Matsuoka和 T. J. Ulrych (1984)最早将它们用于混合相位地震子波的估计，高阶统计量地震子波提取的 新思想是由G. D. Lazear (1993)和D. R. Velis (1996)提出的，他们将非高斯信号处理中的四 阶累积量用于子波的估计，为解决混合相位子波估计问题提供了一条全新的思路。
[0004] 然而，地震子波提取结果的多解性一直是目前所面临的难题，使得子波提取并没 有得到很好的应用，因此，实际的地震资料处理中需要更加准确可靠的地震子波提取方法。
[0005] 由于高阶统计量保留了信号的相位信息，因此近几年来发展了许多基于高阶统计 量的地震子波提取方法，然而，地震子波提取结果的多解性一直是目前所面临的难题，使得 高阶统计量子波提取并没有得到很好的应用。为此我们发明了一种新的提取混合相位地震 子波的方法，解决了以上技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种可提取出混合相位地震子波，以得到分辨率更高的地震 资料的提取混合相位地震子波的方法。
[0007] 本发明的目的可通过如下技术措施来实现：提取混合相位地震子波的方法，该提 取混合相位地震子波的方法包括：步骤1，选取地震道和时间范围；步骤2,对选取的地震道 和时间范围内的地震数据进行高阶统计量分析；步骤3,建立目标函数；步骤4,用遗传算法 求解目标函数；以及步骤5,输出提取出的混合相位地震子波。
[0008] 本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
[0009] 在步骤1中，首先输入地震资料，根据需要选择需要进行地震子波提取的地震道， 然后根据研究工区的情况，确定需要进行地震子波提取的时间范围。
[0010] 在选择需要进行地震子波提取的地震道时，选择构造平缓，同相轴接近水平的地 方选择地震道，并保证地震资料具有一定的信噪比。
[0011] 在确定需要进行地震子波提取的时间范围时，该时间范围的长度至少应该是子波 长度的2倍以上，且时窗边界不要卡在强同相轴上，要放在地震响应的过渡带上。
[0012] 在步骤2中，计算地震数据的四阶累积量。
[0013] 在步骤3中，考虑三谱的计算公式，并选用地震数据的四阶累计量，得到提取子波 的目标函数，并在目标函数中加入了对子波的硬约束，降低子波提取的多解性。
[0014] 在步骤3中，遗传算法混合相位子波提取基于地震道高阶累积量与子波高阶矩匹 配的思想，考虑如下的褶积模型：
[0015] d (η) =χ (η) +η (n) =w (η) *r (η) +η (η) (1)
[0016] 其中：d(η)为带噪地震记录，χ(η)为无噪地震记录，w(η)为地震子波，r (η)为地 层反射系数，η (η)代表加性噪声，假定噪声是高斯白噪声或是高斯有色噪声，并且与r (η) 统计独立，则它的高阶统计量为零，进一步假设地层反射系数r (η)为超高斯白噪声，可以 得到下面的公式：
【主权项】
1. 提取混合相位地震子波的方法，其特征在于，该提取混合相位地震子波的方法包 括： 步骤1，选取地震道和时间范围； 步骤2,对选取的地震道和时间范围内的地震数据进行高阶统计量分析； 步骤3,建立目标函数； 步骤4,用遗传算法求解目标函数；以及 步骤5,输出提取出的混合相位地震子波。
2. 根据权利要求1所述的提取混合相位地震子波的方法，其特征在于，在步骤1中，首 先输入地震资料，根据需要选择需要进行地震子波提取的地震道，然后根据研究工区的情 况，确定需要进行地震子波提取的时间范围。
3. 根据权利要求2所述的提取混合相位地震子波的方法，其特征在于，在选择需要进 行地震子波提取的地震道时，选择构造平缓，同相轴接近水平的地方选择地震道，并保证地 震资料具有一定的信噪比。
4. 根据权利要求2所述的提取混合相位地震子波的方法，其特征在于，在确定需要进 行地震子波提取的时间范围时，该时间范围的长度至少应该是子波长度的2倍以上，且时 窗边界不要卡在强同相轴上，要放在地震响应的过渡带上。
5. 根据权利要求1所述的提取混合相位地震子波的方法，其特征在于，在步骤2中，计 算地震数据的四阶累积量。
6. 根据权利要求5所述的提取混合相位地震子波的方法，其特征在于，在步骤3中，考 虑三谱的计算公式，并选用地震数据的四阶累计量，得到提取子波的目标函数，并在目标函 数中加入了对子波的硬约束，降低子波提取的多解性。
7. 根据权利要求6所述的提取混合相位地震子波的方法，其特征在于，在步骤3中，遗 传算法混合相位子波提取基于地震道高阶累积量与子波高阶矩匹配的思想，考虑如下的褶 积模型： d (η) =χ (η) +η (n) =w (η) *r (η) +η (η) (1) 其中：d(η)为带噪地震记录，χ(η)为无噪地震记录，w(η)为地震子波，r (η)为地层反 射系数，η(η)代表加性噪声，假定噪声是高斯白噪声或是高斯有色噪声，并且与r(n)统计 独立，则它的高阶统计量为零，进一步假设地层反射系数r (η)为超高斯白噪声，可以得到 下面的公式：
其中：Ckd为实际地震记录的高阶累计量，Ckx为无噪声地震记录的高阶累计量，Ckn为噪 声的高阶累计量，mkw为地震子波的高阶矩，为反射系数的高阶累计量，w为地震子波，τ 为时间的延迟；从上式可以看出，如果地层反射系数为超高斯白噪声，则地震记录的高阶累 计量与地震子波的高阶矩只相差一个常数，最终可以得到下面的目标函数：
其中：min表示最小化,C4dO1, τ2, τ3)为地震记录的四阶累计量，Iii4wO1, τ2, τ3)是 待求子波的四阶矩，是反射系数的峰态，a( T1, τ2, τ3)是三维窗函数，w为子波向量， vd_和Vup为子波的取值范围，也就是对子波波形的硬约束，加入硬约束以较低子波求解的 多解性，Σ W=O表示要求所提取出的子波的和为零，反应了地震子波一种震荡并衰减为零 的特性，s.t.表示受约束于（subject to)。
8.根据权利要求6所述的提取混合相位地震子波的方法，其特征在于，在步骤4中采 用了改进的遗传算法，算法设计了三种交叉算子，在进行交叉环节的操作时，每一次的循环 操作两个子代要进行三次的交叉操作才能产生相应的两个父代；设计了三个不同的变异算 子，即每个子代要进行三次的变异操作。
【专利摘要】本发明提供一种提取混合相位地震子波的方法，该提取混合相位地震子波的方法包括步骤1，选取地震道和时间范围；步骤2，对选取的地震道和时间范围内的地震数据进行高阶统计量分析；步骤3，建立目标函数；步骤4，用遗传算法求解目标函数；以及步骤5，输出提取出的混合相位地震子波。该提取混合相位地震子波的方法可以提取出混合相位地震子波，应用所提取的子波对地震数据进行反褶积处理，可以得到分辨率更高的地震资料。
【IPC分类】G01V1-28
【公开号】CN104635263
【申请号】CN201310571805
【发明人】徐希坤, 杨培杰, 王长江, 王学军, 张娟, 张景涛, 颜世翠, 张志敬, 王庆华, 贾玉茹, 屈冰, 董立生, 刘华夏
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月13日