一种地震高分辨处理方法及系统、存储介质、电子设备

本发明属于地震数据处理领域，特别涉及一种薄层地震识别技术。

背景技术：

1、随着油气地震勘探的深入，薄层地震识别得到了油气工业界的广泛关注。薄层是指地震波在其顶、底面上的反射波发生干涉的地层，由于地震数据的分辨率的限制，通常在地震剖面上难以识别出来。widess等最早研究薄层，定义了薄层的极限分辨率为小于八分之一地震子波波长。考虑噪声、子波等因素的影响，在实际应用中地质地球物理专家门将薄层的极限分辨率定义为四分之一子波波长。从这个意义上来说，薄层是指厚度小于四分之一地震子波波长并且在地震剖面上不易分辨的地层。因此，在研究薄层的过程中，提高地震数据的分辨率成为不可忽视的问题。研究表明，目标层越薄，该层陷波周期越大，要想在地震剖面上分辨这个薄层就需要更高的地震数据频率和更宽的地震数据频带，即需要对数据频率带宽进行有效扩展。随着地震数据主频的提高和频带宽度的增加，地震数据的分辨率就得到了合理的提高，因而宽频带地震数据在薄层识别中具有非常重要的作用。

2、由于大地滤波作用，尤其是表层具有强吸收作用，地震勘探采集的地震数据具有频率低、频带窄的特点，严重影响了薄层识别的精度。为了识别薄层，需要提高地震资料主频的同时，拓展地震资料的频带宽度，即在保持低频部分信息的同时对高频部分信息进行合理补偿。目前频带宽度拓展的方法已经有很多，主要分为4类：谱白化、反褶积、吸收补偿及频谱恢复技术。

3、谱白化方法不改变相位谱，而是对特定频带内的地震数据振幅谱进行白化，进行整体频率的补偿。陈传仁等将小波变换与谱白化相结合，可以对信号的局部频率特征进行分析，王季提出基于hilbert-huang变换的谱白化方法，能够同时对时域和频域的信号局部特征进行增强。谱白化方法虽然可以增强数据的高频部分，但是忽略了相位对地震子波分辨率的影响，会破坏各个频率见振幅的空间关系。

4、反褶积方法基于地震褶积模型提出，通过压缩地震子波来恢复反射系数序列，从而提高地震数据的时间分辨率，包括脉冲反褶积、同态反褶积、预测反褶积、谱模拟反褶积等方法。robinson提出了褶积模型的假设和预测反褶积算法，奠定了地震反褶积的理论和应用基础。oppenheim提出同态反褶积，在复赛谱通过非线性滤波方式分离地震子波和反射系数。赵波等提出了谱模拟反褶积方法，谱模拟反褶积中假设子波振幅谱比反射系数振幅谱光滑很多，可以用多项式拟合地震记录的振幅谱，从而获取子波振幅谱并拓宽其频带宽度，达到提高地震资料分辨率的目的。但是这些基于褶积理论的方法没有从根本上提取有效信息，很难保证处理后的保真性和信噪比，反映的不一定是地层的真实情况。

5、吸收补偿技术常用的方法有反q滤波和谱白化。其中，反q滤波通过估计地层品质因子q，可以补偿地震波的振幅损失和频率、相位衰减，以提高地震资料的分辨率。hale提最早提出反q滤波算法，wang提出了稳定有效的反q滤波算法，能够同时对振幅衰减和相位畸变进行补偿，并将算法推广到q值随时间或深度变化的情况。王守东将反q滤波问题归结为反演问题，采用正则化方法利用反演实现衰减补偿。反q滤波方法虽然可以在一定程度上对高频部分进行补偿，但是品质因子q值通常很难准确求取，会导致反q滤波结果不准确。

6、谱白化、反褶积、吸收补偿类提高地震数据分辨率的方法都局限在地震数据的截止带宽内，利用各种数学算法变换对高频信息进行增强，得到的高分辨率结果具有很大的人为随意性，难以反映地层的真实情况。频谱恢复方法从地震数据的低频成分中预测重建高频成分，而不是简单的对高频成分进行加强。例如castagna提出的频谱恢复稀疏层反射系数反演技术，从原始地震数据中恢复和重建数据的高频信息，使地震分辨率达到了八分之一甚至十六分之一波长，相比以往的方法在分辨率和保真性方面都有明显的提高。谐波外推法对原始地震数据频带内的反射系数序列频谱进行谐波分解，根据正余弦函数的周期性进行频谱延拓。这些频谱恢复技术虽然能够拓宽地震数据的频带，但是仍存以下问题：

7、(1)谐波外推法在内的频谱恢复方法大多是在频率域对频谱进行分析，然而傅里叶变换获取的是整个时域的频谱特征，无法刻画信号的频率变化特征对应的时刻；

8、(2)面对许多薄层调谐形成的地震响应，反射系数频谱的周期性难以在地震数据频带充分表征。更为重要的是，对于复杂的地层，反射系数序列可能是紧密排列的随机序列，对应的反射系数频谱叠加了很多周期函数，结构会非常复杂，增强了频谱恢复地层反射系数反演的不确定性。

9、对薄层进行识别需要拓宽地震数据的频带范围，提高地震资料的分辨率。近年来各种高分辨率处理方法层出不穷，包括反褶积算法、吸收补偿技术以及频谱恢复技术。但是，大部分拓频方法都局限在地震数据高信噪比的频率带宽内，没有从根本上增加更多有效信息，并且参数选择不合适，也难以保证高分辨率处理后地震数据的保真性和信噪比。以谐波外推为代表的频谱恢复技术虽然能够从数据低频成分中计算有效的高频成分，分辨率和保真性更好，但是由于傅里叶变换的局限性，通常在地层较为复杂的情况下，频谱延拓的效果会比较差。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种时频域反射系数瞬时谱延拓的地震高分辨处理方法，将反射系数序列在结构更简单的时频谱上进行谐波分解和频谱延拓，在保持低频信息的同时恢复高频信息，频谱延拓的准确性会得到显著提高。

2、本发明采用的技术方案为：一种时频域反射系数瞬时谱延拓的地震高分辨处理方法，包括：

3、s1、输入一道地震数据x(t)，进行广义s变换；得到时频谱gst(τ,f)：

4、

5、其中，f表示0到奈奎斯特频率内的频率，t为时间位置，τ表示高斯窗的中心时间，λ、p为参数；

6、s2、在时频域中，取时频谱gst(τ,f)每个时间点ti对应的振幅谱，记为gst(ti,f)；将振幅谱gst(ti,f)除以地震子波谱w(f)，得到每个时间点振幅谱带宽内的反射系数序列瞬时谱ri(f)；

7、s3、将反射系数序列瞬时谱ri(f)进行谐波分解得到正余弦函数加权和：

8、

9、s4、使用基追踪反演法拓宽反射系数序列瞬时谱；

10、s5、将拓频后的反射系数序列瞬时谱与主频为拓宽后频带宽度一半的子波谱相乘，对各时刻的振幅谱进行拓频；得到高频信息增强后的时频谱gst_high(τ,f)；

11、s6、对高频信息增强后的时频谱gst_high(τ,f)进行广义s逆变换，得到时间域的高分辨率地震数据。

12、w(f)具体从地震数据中估算获得，或选取与地震信号主频相同的零相位的雷克子波。

13、本发明的有益效果：本发明以广义s变换和谐波分解理论为基础，提出了一种时频域反射系数瞬时谱延拓的地震高分辨处理技术，能够提高地震数据分辨率。合成数据和实际数据的实验结果证明：在时频谱的基础上对反射系数谱进行谐波分解和基追踪反演，可以得到主频更高的地震数据，有效拓宽频带，在保持原始地震数据有效频宽内成分的同时延拓了频带宽度，显著提高了地震资料的分辨率，为薄层识别和薄层油气勘探提供了有利的地震数据条件。