基于譜模擬的地震資料寬頻處理方法與流程
本發(fā)明涉及石油地球物理勘探開發(fā)領域，特別是涉及一種基于譜模擬的地震資料寬頻處理方法。
背景技術：
將地下巖層劃分為具有相同時間間隔的水平層狀介質，這個時間間隔取作地震資料的采樣間隔。地下每套巖層用速度和密度來描述，速度和密度的乘積就是波阻抗。如果相鄰兩套巖層存在波阻抗差，則巖層之間有一個分界面，稱之為反射界面。反射界面是一個反映巖層速度和密度的物性界面，用反射系數(shù)來刻畫，如圖1所示。在垂直入射條件下，反射系數(shù)等于反射界面上下巖層波阻抗差與波阻抗和之比，是一個無量綱的物理參數(shù)。反射系數(shù)客觀存在，是地震資料處理追求的極限目標。
震源在地面激發(fā)形成的瞬時尖脈沖向地下傳播，逐漸變?yōu)榫哂袃扇齻€相位、穩(wěn)定的振動波形，這個穩(wěn)定波形被稱為地震子波。地震波向地下傳播，遇到反射界面時一部分能量透過反射界面作為透射波繼續(xù)向地下傳播，另一部分能量產(chǎn)生反射波返回地面。各個界面的反射波等于該界面反射系數(shù)與延遲地震子波(延遲時間為界面的雙程旅行時)的乘積。
在水平層狀介質、地震波垂直入射條件下，自激自收、無噪聲的地震信號由地下各個界面的反射波迭加而成，可以表示為反射系數(shù)與地震子波的褶積。設x(i)為地震信號，r(i)為反射系數(shù)，w(i)為地震子波，則有
其中“*”為褶積運算符號，“·”為乘積運算符號，M為反射系數(shù)的長度，N為地震信號的長度。
假設地震子波w(i)為尖脈沖δ(i)，即
那么x(i)＝r(i)*w(i)＝r(i)*δ(i)＝r(i) (公式六)
根據(jù)公式四可知，無噪聲的地震信號可以看作受到子波影響的反射系數(shù)；根據(jù)公式五和公式六可知，當子波變?yōu)橐粋€尖脈沖的極限情況時，無噪地震信號等于反射系數(shù)。因而可以常常把地震剖面近似當成反射系數(shù)剖面。
設地震信號x(i)的頻譜為X(f)，反射系數(shù)r(i)的頻譜為R(f)，地震子波w(i)的頻譜為W(f)，對公式四兩端求傅里葉變換，得到
X(f)＝R(f)W(f) (公式七)
根據(jù)公式七可知，地震信號x(i)的頻譜等于反射系數(shù)的頻譜與地震子波的頻譜的乘積。當?shù)卣鹱硬╳(i)為尖脈沖δ(i)時，其頻譜
W(f)＝1 (公式八)
則有X(f)＝R(f)1＝R(f) (公式九)
公式四褶積方程的三個變量中，已知地震信號x(i)一個變量，其它兩個變量反射系數(shù)r(i)和地震子波w(i)都未知。由已知的地震信號求解反射系數(shù)，這樣的方程無解。
在地震資料處理中，展寬頻帶提高地震資料分辨率的方法有各種反褶積和譜白化。目前生產(chǎn)上使用的脈沖反褶積、預測反褶積、子波反褶積等多種反褶積方法都難以將地震信號的振幅譜拉平，且展寬的頻帶有限。
譜白化是一種有效的拓寬頻帶的方法。譜白化將地震資料的頻譜分成幾個均勻頻段，計算每個頻段的能量。將各個頻段的能量分別與期望的能量相比，求出每個頻段的能量比例因子。用能量比例因子作用于相應的頻段，使各個頻段的能量一致。該方法展寬地震資料的頻譜，使需要的頻帶范圍內的頻譜變平，從而提高地震資料的分辨率。譜白化是零相位的，它不改變地震資料的相位譜。但譜白化存在以下問題：①相鄰頻段之間的拼接易產(chǎn)生畸變；②頻段不能太小，否則引起較為嚴重的吉普斯效應；③每個頻段內的振幅譜不平。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于譜模擬的地震資料寬頻處理方法，能夠求得有效頻帶反射系數(shù)的近似解，最大限度地提高地震資料的分辨率。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：基于譜模擬的地震資料寬頻處理方法，包括：
對地震信號x(i)的振幅譜Ax(f)進行平滑處理，得到所述地震信號x(i)的平滑振幅譜Ax'(f)；
計算所述地震信號x(i)的有效頻帶(f1-f2),并在所述有效頻帶(f1-f2)內設定所述地震信號x(i)的期望輸出振幅譜Aq(f)；
計算所述期望輸出振幅譜Aq(f)與所述平滑振幅譜Ax'(f)的比例因子S(f)；
計算所述振幅譜Ax(f)在所述有效頻帶(f1-f2)內展平后的振幅譜Ab(f)；
獲取所述地震信號x(i)的相位譜，并將所述振幅譜Ab(f)和所述相位譜組成一個頻譜；
根據(jù)所述頻譜計算所述有效頻帶(f1-f2)展平后的地震信號xb(i)。
所述地震信號x(i)的期望輸出振幅譜Aq(f)為：
Aq(f)＝1,f∈f1-f2。
所述比例因子S(f)的計算公式為：
S(f)＝Aq(f)/Ax'(f),f∈f1-f2。
所述振幅譜Ab(f)的計算公式為：
Ab(f)＝S(f)Ax(f),f∈f1-f2。
計算所述有效頻帶(f1-f2)展平后的地震信號xb(i)采用傅里葉反變換。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)逐個頻率點振幅恢復，避免譜白化分段帶來的問題；
(2)譜模擬后的地震信號，是有效頻帶范圍內的寬頻地震信號，接近有效頻帶的反射系數(shù)。
附圖說明
圖1為水平層狀介質示意圖；
圖2為本發(fā)明基于譜模擬的地震資料寬頻處理方法的流程圖；
圖3為某油田一口井的反射系數(shù)圖；
圖4為標準地震信號、常規(guī)地震信號、譜白化信號和寬頻地震信號的波形對比圖；
圖5為標準地震信號的歸一化振幅譜的分貝顯示圖；
圖6為常規(guī)地震信號的歸一化振幅譜的分貝顯示圖；
圖7為譜白化信號的歸一化振幅譜的分貝顯示圖；
圖8為寬頻地震信號的歸一化振幅譜的分貝顯示圖。
具體實施方式
下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。
如圖2所示，基于譜模擬的地震資料寬頻處理方法，包括：
步驟一、對地震信號x(i)的振幅譜Ax(f)進行平滑處理，得到所述地震信號x(i)的平滑振幅譜Ax'(f)。
步驟二、計算所述地震信號x(i)的有效頻帶(f1-f2),并在所述有效頻帶(f1-f2)內設定所述地震信號x(i)的期望輸出振幅譜Aq(f)。
所述地震信號x(i)的期望輸出振幅譜Aq(f)為：
Aq(f)＝1,f∈f1-f2。 (公式一)
步驟三、計算所述期望輸出振幅譜Aq(f)與所述平滑振幅譜Ax'(f)的比例因子S(f)。
所述比例因子S(f)的計算公式為：
S(f)＝Aq(f)/Ax'(f),f∈f1-f2。 (公式二)
步驟四、計算所述振幅譜Ax(f)在所述有效頻帶(f1-f2)內展平后的振幅譜Ab(f)。
所述振幅譜Ab(f)的計算公式為：
Ab(f)＝S(f)Ax(f),f∈f1-f2。 (公式三)
步驟五、獲取所述地震信號x(i)的相位譜，并將所述振幅譜Ab(f)和所述相位譜組成一個頻譜。
步驟六、根據(jù)所述頻譜采用傅里葉反變換計算所述有效頻帶(f1-f2)展平后的地震信號xb(i)，即寬頻地震信號，也就是有效頻帶反射系數(shù)的近似解。
下面通過單道模型試驗來對本發(fā)明的效果進行進一步說明。
建立模型獲得標準地震信號、常規(guī)地震信號、譜白化信號和寬頻地震信號。標準地震信號：對圖3的反射系數(shù)進行通帶為10～65Hz的帶通濾波，得到10～65Hz的反射系數(shù)作為模型的標準地震信號；常規(guī)地震信號：用10～65Hz的俞式子波與圖3中的反射系數(shù)褶積獲取的地震信號當作常規(guī)處理信號；譜白化信號：對常規(guī)地震信號進行譜白化處理，得到譜白化信號；寬頻地震信號：對常規(guī)處理信號進行譜模擬處理，得到寬頻地震信號。
圖4有3組信號，每組的第1道為標準地震信號，第1組、第2組、第3組的第2道分別為常規(guī)地震信號、譜白化信號、寬頻地震信號。在第1組信號中，常規(guī)地震信號與標準地震信號從淺(1300ms)到深(2600ms)都表現(xiàn)出振幅差異大。在第2組信號中，譜白化信號與標準地震信號比較一致，僅在3個方框中波形有些差異。在第3組信號中，寬頻地震信號與標準地震信號從淺(1300ms)到深(2600ms)都很一致。
圖5～圖8為標準地震信號、常規(guī)地震信號、譜白化信號和寬頻地震信號的歸一化振幅譜的分貝顯示。在有效頻帶10～65Hz范圍內，與標準地震信號的振幅譜相比，常規(guī)地震信號振幅譜有較大的誤差，譜白化信號振幅譜的誤差變小，寬頻地震信號振幅譜的誤差很小。
分別計算常規(guī)地震信號、譜白化信號、寬頻地震信號與標準地震信號的相關系數(shù)，計算結果如表1所示。常規(guī)地震信號與標準地震信號的相關性差，為0.88。譜白化信號與標準地震信號的相關性較好，為0.92。寬頻地震信號與標準地震信號的相關性最好，為0.98。
表1相關系數(shù)
可以看到，無論是時間域的波形、頻率域的振幅譜，還是相關分析，這三方面都表明，譜模擬的寬頻地震信號與標準地震信號最接近，兩者之間各個時間點的振幅吻合程度最好。單道模型試驗表明，在現(xiàn)有的有效頻帶范圍內，譜模擬獲取的寬頻地震信號最能反映這個頻帶的反射系數(shù)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內。
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