一種提高地震數(shù)據(jù)分辨率增強有效弱信號能量的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣勘探中地震資料分析與處理領域，涉及一種地震數(shù)據(jù)處理方法， 具體地說，是關于一種匹配追蹤多子波分解與改進譜白化相結合的提高地震數(shù)據(jù)分辨率增 強有效弱信號能量的方法。
【背景技術】
[0002] 高分辨率地震數(shù)據(jù)是油藏描述的先決條件，精細油氣描述、空間非均質性的判斷 以及監(jiān)測油氣田開發(fā)過程中儲層流體變換等都需要高分率地震數(shù)據(jù)作為基礎。
[0003] 傳統(tǒng)地震勘探中，地震記錄可以看成是子波與地層反射系數(shù)的褶積，常規(guī)提高分 辨率的處理方法有反褶積、譜白化，傳統(tǒng)地震模型的建立基于若干基本假設，其中之一就 是假設子波是平穩(wěn)不變的，在此模型的基礎上，Rayleigh(1945)通過對兩個相同反射系 數(shù)和零相位子波的研宄，定義地震縱向分辨率的極限為1/4波長；Ricker(1953)將零相位 子波混疊，通過研宄其混疊后波形的二階倒數(shù)來定義縱向分辨率的極限，Widess(1973)在 Rayleigh的基礎上取極性相反的反射系數(shù)和零相位子波進行研宄，利用時間一階導數(shù)將縱 向分辨率極限定義為1/8波長；Schoenberger(1974)在固定振幅譜的基礎上通過改變子 波來研宄縱向分辨率，上述作者對縱向分辨率的研宄主要集中在對子波研宄的基礎上，此 時提高分辨率的關鍵在于壓縮地震子波。Kallweit和W〇〇d(1982)在同向系數(shù)和反向反射 系數(shù)的楔狀模型的基礎上，揭示了調諧振幅和地層厚度之間的變化規(guī)律；Juhlin(1993)和 Liu(2003)討論了 1/8波長薄層和AVO的關系，至此提高分辨率的研宄正在從單一的子波壓 縮，逐漸發(fā)展到子波壓縮、薄層振幅聯(lián)合考慮的情況。
[0004] 實際上，地震子波在傳播過程中，在遇到反射界面發(fā)生反射時，會形成振幅和形狀 隨時間變化的子波，由于不同深度的反射對應的傳播路程長短不一，子波變化的程度也不 盡相同，當子波傳回地面被檢波器接受并記錄下來時，形成的地震道與傳統(tǒng)的地震道褶積 模型相差較大。由于地震反射的不同特征（頻率、振幅、相位）可以用于表征不同的地下地 層巖性、物性、及含流體性，因此出現(xiàn)了多子波分解及重構的方法。運用多子波分解重構技 術能夠更準確的了解地面接收的地震信號，為地震信號處理提供了一個新的思路。
[0005] Mallat等（1993)首次提出了匹配追蹤算法，其基于Gabor時頻原子庫，能夠從冗 余原子庫中選取時頻原子將信號進行多子波分解。匹配追蹤能夠將地震道分解成主頻不 同、時移不同、相位不同以及尺度不同的子波集合，從而實現(xiàn)地震道在時間、頻率內(nèi)的精確 分解。然后可按照需求選擇不同頻率的單一地震子波或某一頻段的子波集，從而進一步重 構生成新的數(shù)據(jù)體。
[0006] 盡管匹配追蹤分解能夠得到較好的信號表示，但是該方法計算量過于龐大，因此， 在保證其計算精度的同時，若能進一步降低匹配追蹤算法的計算量是目前面臨的急需解決 的問題之一。單一應用匹配追蹤分解雖然能夠將地震資料中的信號和噪聲分離，通過剔除 噪聲殘差來提高地震資料的信噪比，但其并未考慮地震資料分辨率的提高以及有效弱信號 能量增強的問題，傳統(tǒng)譜白化雖然是一種展寬頻譜的基本方法，但其并不能針對子波的特 點，對子波振幅進行自適應的能量增強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 基于現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高地震數(shù)據(jù)分辨 率增強有效弱信號能量的方法。
[0008] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：一種提高地震數(shù)據(jù)分辨率增 強有效弱信號能量的方法，所述方法需將疊后或偏移后的地震數(shù)據(jù)逐道進行處理，每個單 道地震數(shù)據(jù)的執(zhí)行，其特征在于，包括以下步驟：
[0009] 1)在對單道地震數(shù)據(jù)進行Hilbert變換的基礎上，獲取單道地震數(shù)據(jù)的包絡、頻 率、相位、時移屬性，聯(lián)合井震標定過程中提取的平均子波的寬度，來共同建立Morlet子波 庫；
[0010] 2)在第1)步建立的Morlet子波庫的基礎上，利用匹配追蹤多子波分解算法分解 出M個組成單道地震數(shù)據(jù)的有效子波；
[0011] 3)采用改進的譜白化算法，對第2)步分解得到的各有效子波進行自適應拓頻和 能量補償處理；
[0012] 4)將第3)步處理后的有效子波進行疊加，得到提高分辨率增強有效弱信號能量 后的單道地震數(shù)據(jù)。
[0013] 所述步驟1)中，Morlet子波庫的建立步驟包括：
[0014] ①輸入N道疊后或偏移后的地震數(shù)據(jù)，對第j道地震數(shù)據(jù)道進行Hilbert變換，構 建復地震道P」(t)
【主權項】
1. 一種地震數(shù)據(jù)高分辨率有效弱信號能量增強方法，其特征在于將疊加或偏移后的地 震數(shù)據(jù)逐道進行處理，并對每道地震數(shù)據(jù)執(zhí)行W下步驟： 1) 在對單道地震數(shù)據(jù)進行HUbed變換的基礎上，獲取單道地震數(shù)據(jù)的包絡、頻率、相 位、時移屬性，聯(lián)合井震標定過程中提取的平均子波的寬度，來共同建立Morlet子波庫； 2) 在第1)步建立的Morlet子波庫的基礎上，利用匹配追蹤多子波分解算法分解出M 個組成單道地震數(shù)據(jù)的有效子波； 3) 采用改進的譜白化算法，對第2)步分解得到的各有效子波進行自適應拓頻和能量 補償處理； 4) 將第3)步處理后的有效子波疊加，得到提高分辨率增強有效弱信號能量后的單道 地震數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的地震數(shù)據(jù)高分辨率有效弱信號能量增強方法，其特征在于， 所述步驟1)中，Morlet子波庫的建立步驟包括： ① 輸入N道疊加或偏移后的地震數(shù)據(jù)，對第j道地震數(shù)據(jù)道進行化化6的變換，構建復 地震道Pj(t) Pj(t) =Sj(t) +巧的 （1) 在等式（1)中，SjU)為第j道地震數(shù)據(jù)（j= 1，2...腳，Sj的為SjU)的Hi化ert變 換結果； ② 通過P^t)，計算第j道地震信號包絡的最大值及包絡最大值所對應的時間
等式（2)中a。為第j道地震信號包絡的最大值，等式（3)中U。為第j道地震信號包絡 最大值所對應的時間； ⑨通過P^t)，獲取第j道地震信號的瞬時頻率和瞬時相位，同時記錄下U。處的瞬時頻 率和瞬時相位
等式（4)中0〇為瞬時相位，等式巧）中《。為瞬時頻率； ④結合測井資料，進行井震標定，并提取平均子波，確定平均子波的寬度0。，^ 0。為 中屯、確定0的捜多范圍，可W避免大量公式計算，提高計算效率； ⑥W先驗信息點（U。，4。，《。，0。）為中屯、，創(chuàng)建子波中屯、位置U、瞬時頻率《、瞬時相 位4W及子波寬度0的參數(shù)集R，u的變化步長為時間采樣間隔，瞬時頻率《的變化步長 為頻率采樣間隔，瞬時相位4的變化步長為5度，子波寬度0的變化步長為0.5; ⑧利用第⑥步構建的參數(shù)集R，構建Morlet子波庫，其中Morlet小波的表達式為 (6) 參數(shù)集將R中的不同參數(shù)帶入（6)式，即可獲得不同的Morlet子波。
3. 根據(jù)權利要求1所述的地震數(shù)據(jù)高分辨率有效弱信號能量增強方法，其特征在于， 所述步驟2)中，匹配追蹤多子波分解的具體步驟包括： 在第1)步獲得的Morlet子波庫的基礎上，第j道地震信號Sj.通過正交分解可W表示 為： Sj= <S J'，mr〇>niro+R山Sj (7) 等式（7)中R(l)Sj為信號Sj.分解得到nif。子波后的殘差，且R?Sj.=Sj.，由于叫。和rW Sj正交，則有： Sj 2二< 8 J', rtlrQ〉2+ R山Sj'2 巧） 假設已迭代m次（m> 0)，其殘差為R?Sj.，在子波庫中按照內(nèi)積<R?，nitm〉最大準則來 選取最佳小波基m"，則有：
(9) 將殘差進行分解，可得： R?Sj'=<R(m)Sj，m">m"+R(m+i)Sj (10) 當?shù)趈道地震信號Sj.進行M次分解后，該地震道信號可W表示為：
(11) 等式（11)中am為mrm(t)的振幅，是殘差，當進行M次迭代之后可視為噪 聲，振幅a。為；
(12) 等式（蝴中^叫"^| =V<mrm,rnrm>鳴小波基的標準化，令grm=amXnirm為每 次分解得到的最佳匹配子波。
4. 根據(jù)權利要求1所述的地震數(shù)據(jù)高分辨率有效弱信號能量增強方法，其特征在于， 所述步驟3)中，對步驟2)中分解得到的各有效子波進行改進譜白化計算，具體體步驟包 括： ① 利用步驟1)中構建的復地震道Pj.(t)來獲取Sj.(t)地震道的瞬時包絡6j.(t)
(13) ② 通過Sj.(t)的瞬時包絡來求取該地震道第m個最佳匹配子波的白化濾波器
(14) 等式（14)中V為地震信號Sj.(t)振幅包絡(t)的最大值，e>)為第j道的第m個 子波的白噪因子，Ej.(m)由組成地震信號的各最佳匹配子波的振幅強弱決定，則有： eJ(m) =ebase+ewaveXEj(m) (巧) 等式（巧）中Ebase和e,ave為常量，E^m)為第j道的第m個子波的能量比重，則Ej(m) (16) 為， ⑨計算子波在自適應譜白化后瞬時振幅 通過步驟3)可W將Sj.(t)分解變?yōu)镸個最佳匹配子波g"的疊加和，對于任一最佳匹 配子波g?(t)，m= 0,1,2. . .M，其振幅和瞬時頻率分別為am(t)和《m(t)，子波白化后的瞬 時振幅3m(t)為：
(17)
5.根據(jù)權利要求1所述的地震數(shù)據(jù)高分辨率有效弱信號能量增強方法，其特征在于， 所述步驟4)中，結合步驟3)分解得到的最佳小波基和步驟4)算得的補償能量后的瞬 時振幅，最終獲得第j道地震信號處理后的結果Sj.:
(18)
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種地震數(shù)據(jù)高分辨率有效弱信號能量增強的方法，所述方法需將疊后或偏移后的地震數(shù)據(jù)逐道進行處理，對單道地震數(shù)據(jù)執(zhí)行以下步驟：1)對單道地震數(shù)據(jù)進行Hilbert變換，獲取單道地震數(shù)據(jù)的包絡、時移量及瞬時屬性，聯(lián)合井震標定提取的平均子波，建立Morlet子波庫；2)基于第1)步建立的子波庫，利用匹配追蹤算法分解出組成單道地震數(shù)據(jù)的各有效子波；3)改進譜白化算法，對分解得到的各有效子波進行自適應拓頻和能量補償處理；4)將第3)步處理后的有效子波疊加，得到提高分辨率增強有效弱信號能量后的單道地震數(shù)據(jù)。該方法綜合測井、地震資料，將譜白化算法改進并與匹配追蹤算法結合，達到拓寬資料頻帶增強有效弱信號能量的效果。
【IPC分類】G01V1-36
【公開號】CN104849756
【申請?zhí)枴緾N201510145941
【發(fā)明人】王淑艷, 王彥春, 于晨, 劉學清, 成麗芳, 楊博文, 方圓, 何潤
【申請人】中國地質大學（北京）
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月31日