一种提高地震数据分辨率增强有效弱信号能量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气勘探中地震资料分析与处理领域，涉及一种地震数据处理方法， 具体地说，是关于一种匹配追踪多子波分解与改进谱白化相结合的提高地震数据分辨率增 强有效弱信号能量的方法。
【背景技术】
[0002] 高分辨率地震数据是油藏描述的先决条件，精细油气描述、空间非均质性的判断 以及监测油气田开发过程中储层流体变换等都需要高分率地震数据作为基础。
[0003] 传统地震勘探中，地震记录可以看成是子波与地层反射系数的褶积，常规提高分 辨率的处理方法有反褶积、谱白化，传统地震模型的建立基于若干基本假设，其中之一就 是假设子波是平稳不变的，在此模型的基础上，Rayleigh(1945)通过对两个相同反射系 数和零相位子波的研宄，定义地震纵向分辨率的极限为1/4波长；Ricker(1953)将零相位 子波混叠，通过研宄其混叠后波形的二阶倒数来定义纵向分辨率的极限，Widess(1973)在 Rayleigh的基础上取极性相反的反射系数和零相位子波进行研宄，利用时间一阶导数将纵 向分辨率极限定义为1/8波长；Schoenberger(1974)在固定振幅谱的基础上通过改变子 波来研宄纵向分辨率，上述作者对纵向分辨率的研宄主要集中在对子波研宄的基础上，此 时提高分辨率的关键在于压缩地震子波。Kallweit和W〇〇d(1982)在同向系数和反向反射 系数的楔状模型的基础上，揭示了调谐振幅和地层厚度之间的变化规律；Juhlin(1993)和 Liu(2003)讨论了 1/8波长薄层和AVO的关系，至此提高分辨率的研宄正在从单一的子波压 缩，逐渐发展到子波压缩、薄层振幅联合考虑的情况。
[0004] 实际上，地震子波在传播过程中，在遇到反射界面发生反射时，会形成振幅和形状 随时间变化的子波，由于不同深度的反射对应的传播路程长短不一，子波变化的程度也不 尽相同，当子波传回地面被检波器接受并记录下来时，形成的地震道与传统的地震道褶积 模型相差较大。由于地震反射的不同特征（频率、振幅、相位）可以用于表征不同的地下地 层岩性、物性、及含流体性，因此出现了多子波分解及重构的方法。运用多子波分解重构技 术能够更准确的了解地面接收的地震信号，为地震信号处理提供了一个新的思路。
[0005] Mallat等（1993)首次提出了匹配追踪算法，其基于Gabor时频原子库，能够从冗 余原子库中选取时频原子将信号进行多子波分解。匹配追踪能够将地震道分解成主频不 同、时移不同、相位不同以及尺度不同的子波集合，从而实现地震道在时间、频率内的精确 分解。然后可按照需求选择不同频率的单一地震子波或某一频段的子波集，从而进一步重 构生成新的数据体。
[0006] 尽管匹配追踪分解能够得到较好的信号表示，但是该方法计算量过于庞大，因此， 在保证其计算精度的同时，若能进一步降低匹配追踪算法的计算量是目前面临的急需解决 的问题之一。单一应用匹配追踪分解虽然能够将地震资料中的信号和噪声分离，通过剔除 噪声残差来提高地震资料的信噪比，但其并未考虑地震资料分辨率的提高以及有效弱信号 能量增强的问题，传统谱白化虽然是一种展宽频谱的基本方法，但其并不能针对子波的特 点，对子波振幅进行自适应的能量增强。
【发明内容】
[0007] 基于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种提高地震数据分辨 率增强有效弱信号能量的方法。
[0008] 为实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种提高地震数据分辨率增 强有效弱信号能量的方法，所述方法需将叠后或偏移后的地震数据逐道进行处理，每个单 道地震数据的执行，其特征在于，包括以下步骤：
[0009] 1)在对单道地震数据进行Hilbert变换的基础上，获取单道地震数据的包络、频 率、相位、时移属性，联合井震标定过程中提取的平均子波的宽度，来共同建立Morlet子波 库；
[0010] 2)在第1)步建立的Morlet子波库的基础上，利用匹配追踪多子波分解算法分解 出M个组成单道地震数据的有效子波；
[0011] 3)采用改进的谱白化算法，对第2)步分解得到的各有效子波进行自适应拓频和 能量补偿处理；
[0012] 4)将第3)步处理后的有效子波进行叠加，得到提高分辨率增强有效弱信号能量 后的单道地震数据。
[0013] 所述步骤1)中，Morlet子波库的建立步骤包括：
[0014] ①输入N道叠后或偏移后的地震数据，对第j道地震数据道进行Hilbert变换，构 建复地震道P」(t)
【主权项】
1. 一种地震数据高分辨率有效弱信号能量增强方法，其特征在于将叠加或偏移后的地 震数据逐道进行处理，并对每道地震数据执行W下步骤： 1) 在对单道地震数据进行HUbed变换的基础上，获取单道地震数据的包络、频率、相 位、时移属性，联合井震标定过程中提取的平均子波的宽度，来共同建立Morlet子波库； 2) 在第1)步建立的Morlet子波库的基础上，利用匹配追踪多子波分解算法分解出M 个组成单道地震数据的有效子波； 3) 采用改进的谱白化算法，对第2)步分解得到的各有效子波进行自适应拓频和能量 补偿处理； 4) 将第3)步处理后的有效子波叠加，得到提高分辨率增强有效弱信号能量后的单道 地震数据。
2. 根据权利要求1所述的地震数据高分辨率有效弱信号能量增强方法，其特征在于， 所述步骤1)中，Morlet子波库的建立步骤包括： ① 输入N道叠加或偏移后的地震数据，对第j道地震数据道进行化化6的变换，构建复 地震道Pj(t) Pj(t) =Sj(t) +巧的 （1) 在等式（1)中，SjU)为第j道地震数据（j= 1，2...脚，Sj的为SjU)的Hi化ert变 换结果； ② 通过P^t)，计算第j道地震信号包络的最大值及包络最大值所对应的时间
等式（2)中a。为第j道地震信号包络的最大值，等式（3)中U。为第j道地震信号包络 最大值所对应的时间； ⑨通过P^t)，获取第j道地震信号的瞬时频率和瞬时相位，同时记录下U。处的瞬时频 率和瞬时相位
等式（4)中0〇为瞬时相位，等式巧）中《。为瞬时频率； ④结合测井资料，进行井震标定，并提取平均子波，确定平均子波的宽度0。，^ 0。为 中屯、确定0的捜多范围，可W避免大量公式计算，提高计算效率； ⑥W先验信息点（U。，4。，《。，0。）为中屯、，创建子波中屯、位置U、瞬时频率《、瞬时相 位4W及子波宽度0的参数集R，u的变化步长为时间采样间隔，瞬时频率《的变化步长 为频率采样间隔，瞬时相位4的变化步长为5度，子波宽度0的变化步长为0.5; ⑧利用第⑥步构建的参数集R，构建Morlet子波库，其中Morlet小波的表达式为 (6) 参数集将R中的不同参数带入（6)式，即可获得不同的Morlet子波。
3. 根据权利要求1所述的地震数据高分辨率有效弱信号能量增强方法，其特征在于， 所述步骤2)中，匹配追踪多子波分解的具体步骤包括： 在第1)步获得的Morlet子波库的基础上，第j道地震信号Sj.通过正交分解可W表示 为： Sj= <S J'，mr〇>niro+R山Sj (7) 等式（7)中R(l)Sj为信号Sj.分解得到nif。子波后的残差，且R?Sj.=Sj.，由于叫。和rW Sj正交，则有： Sj 2二< 8 J', rtlrQ〉2+ R山Sj'2 巧） 假设已迭代m次（m> 0)，其残差为R?Sj.，在子波库中按照内积<R?，nitm〉最大准则来 选取最佳小波基m"，则有：
(9) 将残差进行分解，可得： R?Sj'=<R(m)Sj，m">m"+R(m+i)Sj (10) 当第j道地震信号Sj.进行M次分解后，该地震道信号可W表示为：
(11) 等式（11)中am为mrm(t)的振幅，是残差，当进行M次迭代之后可视为噪 声，振幅a。为；
(12) 等式（蝴中^叫"^| =V<mrm,rnrm>鳴小波基的标准化，令grm=amXnirm为每 次分解得到的最佳匹配子波。
4. 根据权利要求1所述的地震数据高分辨率有效弱信号能量增强方法，其特征在于， 所述步骤3)中，对步骤2)中分解得到的各有效子波进行改进谱白化计算，具体体步骤包 括： ① 利用步骤1)中构建的复地震道Pj.(t)来获取Sj.(t)地震道的瞬时包络6j.(t)
(13) ② 通过Sj.(t)的瞬时包络来求取该地震道第m个最佳匹配子波的白化滤波器
(14) 等式（14)中V为地震信号Sj.(t)振幅包络(t)的最大值，e>)为第j道的第m个 子波的白噪因子，Ej.(m)由组成地震信号的各最佳匹配子波的振幅强弱决定，则有： eJ(m) =ebase+ewaveXEj(m) (巧) 等式（巧）中Ebase和e,ave为常量，E^m)为第j道的第m个子波的能量比重，则Ej(m) (16) 为， ⑨计算子波在自适应谱白化后瞬时振幅 通过步骤3)可W将Sj.(t)分解变为M个最佳匹配子波g"的叠加和，对于任一最佳匹 配子波g?(t)，m= 0,1,2. . .M，其振幅和瞬时频率分别为am(t)和《m(t)，子波白化后的瞬 时振幅3m(t)为：
(17)
5.根据权利要求1所述的地震数据高分辨率有效弱信号能量增强方法，其特征在于， 所述步骤4)中，结合步骤3)分解得到的最佳小波基和步骤4)算得的补偿能量后的瞬 时振幅，最终获得第j道地震信号处理后的结果Sj.:
(18)
【专利摘要】本发明涉及一种地震数据高分辨率有效弱信号能量增强的方法，所述方法需将叠后或偏移后的地震数据逐道进行处理，对单道地震数据执行以下步骤：1)对单道地震数据进行Hilbert变换，获取单道地震数据的包络、时移量及瞬时属性，联合井震标定提取的平均子波，建立Morlet子波库；2)基于第1)步建立的子波库，利用匹配追踪算法分解出组成单道地震数据的各有效子波；3)改进谱白化算法，对分解得到的各有效子波进行自适应拓频和能量补偿处理；4)将第3)步处理后的有效子波叠加，得到提高分辨率增强有效弱信号能量后的单道地震数据。该方法综合测井、地震资料，将谱白化算法改进并与匹配追踪算法结合，达到拓宽资料频带增强有效弱信号能量的效果。
【IPC分类】G01V1-36
【公开号】CN104849756
【申请号】CN201510145941
【发明人】王淑艳, 王彦春, 于晨, 刘学清, 成丽芳, 杨博文, 方圆, 何润
【申请人】中国地质大学（北京）
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年3月31日