单频数据体间谱均衡的方法及装置与流程

本申请涉及地震数据处理技术领域，尤其是涉及一种单频数据体间谱均衡的方法及装置。

背景技术：

地震子波的能量分布不均衡，在主频处能量最强，在主频两侧随着频率的变化逐渐减小。而地震记录的振幅信息是地震子波和反射系数的褶积，因而振幅谱会受到子波叠印(wavelet overprint)的影响，即能量在各个频率分布不均衡，主要集中在主频带附近，因此通常在时频分析后，要对不同单频数据体(其图像常常被称为分频剖面，因此不同的频率对应不同的单频剖面)通过加权函数进行谱均衡。谱均衡可为后续反演以及储层描述提供便利。

目前常用的谱均衡方法为：选取震源子波的主频作为参考频率f₀，把参考频率对应单频数据体的最大值与其它频率对应单频数据体的最大值的比值作为加权函数，该加权函数求取方法可以用如下公式表示：

$w_t(n,f_m)=\frac{max\left(A\right(n,t,f_0\left)\right)}{max\left(A\right(n,t,f_m\left)\right)}$

式中，t为采样点序号，n为地震道，f_m为第m个指定频率的频率值，f₀为参考频率。max(A(n,t,f_m))代表指定频率f_m对应的单频数据体第n道所有采样点中最大振幅值，max(A(n,t,f₀))代表参考频率f₀对应的单频数据体第n道所有采样点中最大振幅值，w_t(n,f_m)代表指定频率f_m对应的单频数据体的第n道对应的加权函数。利用求取的加权函数，得到谱均衡后的单频数据体：

M(n,t,f)＝S(n,t,f)w(n,f)

由此可见，以上加权函数都是针对每一道进行谱均衡的，由于每一道应用的权函数不同，因此导致均衡后的各单频剖面的能量随着频率的变化而变化，这将为后续储层的反演带来困难。此外，该方法是求取每一道单频数据的最大值，利用每道单频数据最大振幅值逐道进行谱均衡，对每道的除单频数据的最大值对应样点外的其他样点没有考虑。一旦遇到地震资料中异常强能量，将使得该道被均衡后同样带有异常强能量，即无法压制异常强能量。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种单频数据体间谱均衡的方法及装置，以实现在压制异常强能量的同时，避免均衡后的各单频剖面的能量随着频率的变化而变化，以利于改善后续储层反演的反演结果。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种单频数据体间谱均衡的方法，包括以下步骤：

确定目的层的分析时窗；

对位于所述分析时窗范围内的时域地震数据体进行时频分析，获取峰值频率及有效频带；

在所述有效频带范围内选择预定数量个用于谱均衡的离散频点，所述用于谱均衡的离散频点包括所述峰值频率；

对所述时域地震数据体进行频谱分解，得到所述预定数量个用于谱均衡的离散频点中每个离散频点对应的单频数据体；

将所述峰值频率对应的单频数据体内所有地震道在所述分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和，与所述各离散频点对应的单频数据体内所有地震道在所述分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和的比值，作为各离散频点对应单频数据体的加权函数；

将每个单频数据体与其加权函数相乘，得到对应的谱均衡后的单频数据体。

本申请实施例的单频数据体间谱均衡的方法，所述目的层的分析时窗的范围依据所述目的层的范围确定。

本申请实施例的单频数据体间谱均衡的方法，所述时频分析采用傅里叶变换实现。

本申请实施例的单频数据体间谱均衡的方法，所述频谱分解通过短时傅里叶变换、S变换或加伯变换实现。

本申请实施例的单频数据体间谱均衡的方法，所述用于谱均衡的离散频点的数量为奇数个，且其中除所述峰值频率外的各个离散频点均匀分布于所述峰值频率两侧。

另一方面，本申请实施例还提供了一种单频数据体间谱均衡的装置，时窗确定模块，用于确定目的层的分析时窗；

时频分析模块，用于对位于所述分析时窗范围内的时域地震数据体进行时频分析，获取峰值频率及有效频带；

频点选择模块，用于在所述有效频带范围内选择预定数量个用于谱均衡的离散频点，所述用于谱均衡的离散频点包括所述峰值频率；

单频数据体获取模块，用于对所述时域地震数据体进行频谱分解，得到所述预定数量个用于谱均衡的离散频点中每个离散频点对应的单频数据体；

加权函数确定模块，用于将所述峰值频率对应的单频数据体内所有地震道在所述分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和，与所述各离散频点对应的单频数据体内所有地震道在所述分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和的比值，作为各离散频点对应单频数据体的加权函数；

谱均衡模块，用于将每个单频数据体与其加权函数相乘，得到对应的谱均衡后的单频数据体。

本申请实施例的单频数据体间谱均衡的装置，所述目的层的分析时窗的范围依据所述目的层的范围确定。

本申请实施例的单频数据体间谱均衡的装置，所述时频分析采用傅里叶变换实现。

本申请实施例的单频数据体间谱均衡的装置，所述频谱分解通过短时傅里叶变换、S变换或加伯变换实现。

本申请实施例的单频数据体间谱均衡的装置，所述用于谱均衡的离散频点的数量为奇数个，且其中除所述峰值频率外的各个离散频点均匀分布于所述峰值频率两侧。

本申请实施例首先确定目的层的分析时窗；其次对位于分析时窗范围内的时域地震数据体进行时频分析，获取峰值频率及有效频带；然后在有效频带范围内选择预定数量个用于谱均衡的离散频点；然后对时域地震数据体进行频谱分解，得到预定数量个用于谱均衡的离散频点中每个离散频点对应的单频数据体；其次将峰值频率对应的单频数据体内所有地震道在分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和，与各离散频点对应的单频数据体内所有地震道在分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和的比值，作为各离散频点对应单频数据体的加权函数；最后将每个单频数据体与其加权函数相乘，得到对应的谱均衡后的单频数据体。由于本申请实施例在构造加权函数时，将单频数据体作为整体，将其所有地震道在分析时窗范围内所有采样点的振幅值都列入计算范围，保证了地震道之间的能量相对关系，打破了常规谱均衡逐道构建加权函数的思路，避免了逐道构建加权函数时采用最大值求取方法容易混入异常能量从而影响权函数求取准确性的问题，从而实现了在压制异常强能量的同时，避免均衡后的各单频剖面的能量随着频率的变化而变化。从而有利于改善后续储层反演的反演结果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请实施例的一部分，并不构成对本申请实施例的限定。在附图中：

图1为本申请实施例的单频数据体间谱均衡的方法的流程图；

图2a-2d分别为本申请一实施例中，谱均衡处理前10Hz、20Hz、30Hz、40Hz对应的单频剖面；

图3a-3d分别为本申请一实施例中，经本申请实施例的谱均衡方案处理后得到的10Hz、20Hz、30Hz、40Hz对应的单频剖面；

图4a-4d分别为本申请一实施例中，经常规谱均衡方案处理后得到的10Hz、20Hz、30Hz、40Hz对应的单频剖面；

图5a为基于本申请实施例的谱均衡方案得到的单频剖面的反演结果；

图5b为基于常规谱均衡方案得到的单频剖面的反演结果；

图6为本申请实施例的单频数据体间谱均衡的装置的结构框图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请实施例的示意性实施例及其说明用于解释本申请实施例，但并不作为对本申请实施例的限定。

下面结合附图，对本申请实施例的具体实施方式作进一步的详细说明。

参考图1所示，本申请实施例的单频数据体间谱均衡的方法包括以下步骤：

步骤S101、确定目的层的分析时窗。

一般的，目的层的分析时窗选取要适当，分析时窗选取过小，会使目标层超出处理范围，而且过小的时窗也会影响某些参数的有效性；而时窗选取过大，会使得目的层的特征异常淹没于背景异常中。因此，目的层的分析时窗的范围需依据目的层的范围确定。比如对一个具有N道、每道有T个采样点的时间域地震数据体a(n,t)，其中n为地震道序号，范围为1～N，t为采样点序号，范围为1～T，根据目的层的范围确定分析时窗范围t₁～t₂，1≤t₁＜t₂≤T。

在本申请的一个具体实施例中，比如已知地震道序号为1～70，采样点序号为1～651，则分析时窗范围可以选择为第450～550个采样点之间。

步骤S102、对位于所述分析时窗范围内的时域地震数据体进行时频分析，获取峰值频率及有效频带。

在本申请的一个具体实施例中，比如对时间域地震数据体a(n,t)，在分析时窗范围(比如第450～550个采样点)内进行频谱分析，得到地震振幅谱的峰值频率f₀以及有效频带范围f_min～f_max。

在本申请实施例中所述时频分析可以采用傅里叶变换实现。

步骤S103、在所述有效频带范围内选择预定数量个用于谱均衡的离散频点，所述用于谱均衡的离散频点包括所述峰值频率。

在本申请实施例中，所述用于谱均衡的离散频点的数量为奇数个，且其中除所述峰值频率外的各个离散频点均匀分布于所述峰值频率两侧。在本申请的一个具体实施例中，比如在有效频带范围f_min～f_max内可以选择5个用于谱均衡的离散频率f₀、f₁、f₂、f₃、f₄，f_min≤f₁＜f₂＜f₀＜f₃＜f₄≤f_max。假设f₀为28Hz，则可以选择f₁＝10Hz、f₂＝20Hz、f₃＝30Hz、f₄＝40Hz。

步骤S104、对所述时域地震数据体进行频谱分解，得到所述预定数量个用于谱均衡的离散频点中每个离散频点对应的单频数据体。

在本申请实施例中，所述频谱分解通过短时傅里叶变换、S变换或加伯变换(Gabor变换)等实现。在对时间域地震数据体a(n,t)进行频谱分解后，可以得到各离散频率f_m对应的单频数据体A_m(n,t,f_m)，其中m＝0、1、2、3、4。

在本申请的一个具体实施例中，选择加伯变换对所述时域地震数据体进行频谱分解，可得到A₁(n,t,f₁)，A₂(n,t,f₂)，A₃(n,t,f₃)，A₄(n,t,f₄)，即如图2a～图2d所示的未做谱均衡的单频剖面。其中，图2a、图2b、图2c和2d分别为10Hz、20Hz、30Hz、40Hz对应的单频剖面。从图2a～图2d中可以看出图2b，即20Hz对应的单频剖面能量最强，图2a、图2c和图2d对应的单频剖面能量相对较弱，并且，通过对比图2b、图2c、图2d可以看出，频率越是远离峰值频率f₀，其对应的单频剖面的能量也就越弱。

步骤S105、将所述峰值频率对应的单频数据体内所有地震道在所述分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和，与所述各离散频点对应的单频数据体内所有地震道在所述分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和的比值，作为各离散频点对应单频数据体的加权函数。

在本申请实施例中，对每一个单频数据体A(n,t,f_m)(m＝0,1,2,3,4)中所有道在所述分析时窗范围(t₁～t₂)内所有采样点的振幅值的绝对值之和的比值，可得到各单频数据体的振幅和S_m，用公式表达为将所述峰值频率对应单频数据体的振幅和S₀，与离散频点f_m对应单频数据体的振幅和S_m(m＝0,1,2,3,4)的比值对应作为离散频点f_m对应单频数据体A(n,t,f_m)的加权函数w(f_m)，即

步骤S106、将每个单频数据体与其加权函数相乘，得到对应的谱均衡后的单频数据体。

在本申请实施例中，将各单频数据体A(n,t,f_m)(m＝0,1,2,3,4)与其对应的加权函数w(f_m)相乘，可得到谱均衡后的单频数据体B(n,t,f_m)，即B(n,t,f_m)＝A(n,t,f_m)w(f_m)，从而实现谱均衡。

图3a～图3d是10Hz、20Hz、30Hz、40Hz各离散频率经本申请实施例的谱均衡方案处理后对应得到的单频剖面。对比3a～图3d可以发现，经本申请实施例的谱均衡方案处理后，各离散频率对应的单频剖面的能量不再随着频率的变化而变化，从而有利于改善后续储层反演的反演结果。

为了便于对比，如图4a～图4d所示，本申请实施例还示出了10Hz、20Hz、30Hz、40Hz各离散频率经常规谱均衡方案处理后对应得到的单频剖面。对比图4a～图4d可以发现，经常规谱均衡方案处理后，虽然各单频剖面能量不再随着频率的变化而变化，但是在图4b、图4c及图4d的第28道附近出现了异常能量，这是由于采用传统谱均衡算法时，原地震数据第28道附近的原本用于计算加权函数的沿层的连续强能量，被混入浅部其它层位的异常的强能量，而两个位置的子波有较大的差别，导致28道附近的加权函数也出现异常，因而该处的单频剖面会出现异常。如果将这些应用常规谱均衡方案得到的单频数据体用于储层反演后，得到的反演结果往往会带有这样的异常能量。

图5a和图5b分别是基于本申请实施例的谱均衡方案、常规谱均衡方案得到的单频剖面的反演结果。对比图5a和图5b可以发现，图5b中第28道附近产生了异常能量，其原因是经常规谱均衡方案得到的单频剖面在该位置出现了异常能量。

因此，本申请实施例的谱均衡方案保证了谱均衡后的单频数据体道与道间能量的相对关系，避免了异常能量的产生，对改善后续反演结果及对储层描述的效果非常有意义。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作。

参考图6所示，本申请实施例的单频数据体间谱均衡的装置包括：

时窗确定模块61，用于确定目的层的分析时窗。

一般的，目的层的分析时窗选取要适当，分析时窗选取过小，会使目标层超出处理范围，而且过小的时窗也会影响某些参数的有效性；而时窗选取过大，会使得目的层的特征异常淹没于背景异常中。因此，目的层的分析时窗的范围需依据目的层的范围确定。比如对一个具有N道、每道有T个采样点的时间域地震数据体a(n,t)，其中n为地震道序号，范围为1～N，t为采样点序号，范围为1～T，根据目的层的范围确定分析时窗范围t₁～t₂，1≤t₁＜t₂≤T。

在本申请的一个具体实施例中，比如已知地震道序号为1～70，采样点序号为1～651，则分析时窗范围可以选择为第450～550个采样点之间。

时频分析模块62，用于对位于所述分析时窗范围内的时域地震数据体进行时频分析，获取峰值频率及有效频带。

在本申请的一个具体实施例中，比如对时间域地震数据体a(n,t)，在分析时窗范围(比如第450～550个采样点)内进行频谱分析，得到地震振幅谱的峰值频率f₀以及有效频带范围f_min～f_max。

在本申请实施例中所述时频分析可以采用傅里叶变换实现。

频点选择模块63，用于在所述有效频带范围内选择预定数量个用于谱均衡的离散频点，所述用于谱均衡的离散频点包括所述峰值频率。

在本申请实施例中，所述用于谱均衡的离散频点的数量为奇数个，且其中除所述峰值频率外的各个离散频点均匀分布于所述峰值频率两侧。在本申请的一个具体实施例中，比如在有效频带范围f_min～f_max内可以选择5个用于谱均衡的离散频率f₀、f₁、f₂、f₃、f₄，f_min≤f₁＜f₂＜f₀＜f₃＜f₄≤f_max。假设f₀为28Hz，则可以选择f₁＝10Hz、f₂＝20Hz、f₃＝30Hz、f₄＝40Hz。

单频数据体获取模块64，用于对所述时域地震数据体进行频谱分解，得到所述预定数量个用于谱均衡的离散频点中每个离散频点对应的单频数据体。

在本申请实施例中，所述频谱分解通过短时傅里叶变换、S变换或加伯变换(Gabor变换)等实现。在对时间域地震数据体a(n,t)进行频谱分解后，可以得到各离散频率f_m对应的单频数据体A_m(n,t,f_m)，其中m＝0、1、2、3、4。

在本申请的一个具体实施例中，选择加伯变换对所述时域地震数据体进行频谱分解，可得到A₁(n,t,f₁)，A₂(n,t,f₂)，A₃(n,t,f₃)，A₄(n,t,f₄)，即如图2a～图2d所示的未做谱均衡的单频剖面。其中，图2a、图2b、图2c和2d分别为10Hz、20Hz、30Hz、40Hz对应的单频剖面。从图2a～图2d中可以看出图2b，即20Hz对应的单频剖面能量最强，图2a、图2c和图2d对应的单频剖面能量相对较弱，并且，通过对比图2b、图2c、图2d可以看出，频率越是远离峰值频率f₀，其对应的单频剖面的能量也就越弱。

加权函数确定模块65，用于将所述峰值频率对应的单频数据体内所有地震道在所述分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和，与所述各离散频点对应的单频数据体内所有地震道在所述分析时窗范围内所有采样点的振幅值的绝对值之和的比值，作为离散频点f_m对应单频数据体的加权函数。

在本申请实施例中，对每一个单频数据体A(n,t,f_m)(m＝0,1,2,3,4)中所有道在所述分析时窗范围(t₁～t₂)内所有采样点的振幅值的绝对值之和的比值，可得到各单频数据体的振幅和S_m，用公式表达为将所述峰值频率对应单频数据体的振幅和S₀，与离散频点f_m对应单频数据体的振幅和S_m(m＝0,1,2,3,4)的比值对应作为离散频点f_m对应单频数据体A(n,t,f_m)的加权函数w(f_m)，即谱均衡模块66，用于将每个单频数据体与其加权函数相乘，得到对应的谱均衡后的单频数据体。

在本申请实施例中，将各单频数据体A(n,t,f_m)(m＝0,1,2,3,4)与其对应的加权函数w(f_m)相乘，可得到谱均衡后的单频数据体B(n,t,f_m)，即B(n,t,f_m)＝A(n,t,f_m)w(f_m)，从而实现谱均衡。

图3a～图3d是10Hz、20Hz、30Hz、40Hz各离散频率经本申请实施例的谱均衡方案处理后对应得到的单频剖面。对比3a～图3d可以发现，经本申请实施例的谱均衡方案处理后，各离散频率对应的单频剖面的能量不再随着频率的变化而变化，从而有利于改善后续储层反演的反演结果。

为了便于对比，如图4a～图4d所示，本申请实施例还示出了10Hz、20Hz、30Hz、40Hz各离散频率经常规谱均衡方案处理后对应得到的单频剖面。对比图4a～图4d可以发现，经常规谱均衡方案处理后，虽然各单频剖面能量不再随着频率的变化而变化，但是在图4b、图4c及图4d的第28道附近出现了异常能量，这是由于采用传统谱均衡算法时，原地震数据第28道附近的原本用于计算加权函数的沿层的连续强能量，被混入浅部其它层位的异常的强能量，而两个位置的子波有较大的差别，导致28道附近的加权函数也出现异常，因而该处的单频剖面会出现异常。如果将这些应用常规谱均衡方案得到的单频数据体用于储层反演后，得到的反演结果往往会带有这样的异常能量。

图5a和图5b分别是基于本申请实施例的谱均衡方案、常规谱均衡方案得到的单频剖面的反演结果。对比图5a和图5b可以发现，图5b中第28道附近产生了异常能量，其原因是经常规谱均衡方案得到的单频剖面在该位置出现了异常能量。

因此，本申请实施例的谱均衡方案保证了谱均衡后的单频数据体道与道间能量的相对关系，避免了异常能量的产生，对改善后续反演结果及对储层描述的效果非常有意义。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。