基於優勢頻帶約束的地震波能量時頻補償方法與流程

2023-12-12 23:25:57

本公開涉及油氣地震勘探領域，特別涉及一種基於優勢頻帶約束的地震波能量時頻補償方法。

背景技術：

地震勘探中高速地層會屏蔽下覆地震能量，使得深層同相軸成像模糊、振幅失真，降低了成像質量。時頻域能量補償方法是最常用的能量補償方法，該方法考慮能量與時間、頻率和空間的多重關係，通過時頻分解擬合各頻段吸收衰減函數，在時頻域內進行有效的能量補償，從而提高補償精確度、減少誤差、增強地質成像質量。在油氣地震勘探中，針對地震資料的有效能量補償，許多學者針對不同的方法作了大量研究，各種方法的效果存在差異，目前主要的能量補償方法包括以下幾種：

(1)球面擴散補償方法

地震波在地下傳播過程中，由于波前擴散造成地震能量不斷衰減，傳播距離越遠，衰減越嚴重，導致檢波器接收到的信號不能真實反映地下介質情況。只有消除這些因素的影響，才能真實的反映地下巖性變化。為了使地震波振幅能夠更好的反映地下介質的巖性，在處理中採用球面擴散振幅補償技術，球面擴散補償主要是針對由球面擴散因素造成的縱向上的能量差異進行補償，使其保持僅與地下反射界面反射係數有關的振幅值。這一方法是常規的也是必須的補償方法。

(2)地表一致性振幅補償方法

地表一致性振幅補償是以地表一致性方式消除不同炮點、不同檢波點以及不同偏移距引起的振幅能量差異，使地震數據的振幅達到均衡。其處理過程是首先計算每個炮點、檢波點、偏移距和共中心點的平均振幅，然後計算使各個振幅達到平均振幅能量所需的補償量，進行補償，重複這個過程，直到精度達到要求為止。經過地表一致性振幅補償，能有效地消除各炮、道之間的非正常能量差異，使振幅達到相對均衡、保真。此時，地震波振幅的空間變化能夠真實反映地下巖性的空間變化情況。

(3)剩餘振幅補償方法

經過一系列能量補償處理後，地震資料的振幅基本都恢復了一致性，但還有少部分存在殘存能量差異，採用疊前剩餘振幅補償解決這些問題。具體實現是在cmp域和偏移距域對疊前資料進行能量統計，根據能量統計結果求取出各道的補償因子，應用該因子對各道進行補償，從而達到剩餘能量補償的目的。

以上這些方法都是能量補償的常規方法，是常規處理不可缺少的，但是也都具有各自的局限性：球面擴散補償方法僅僅對傳播過程中的球面擴散能量損失進行了補償，對於近地表地質巖性變化存在時空差異時，存在補償不足現象；地表一致性振幅補償方法主要應用於資料區域地面相對平緩、地表高差或者地表巖性差異較小的地區資料，適用性存在局限性；剩餘振幅補償方法是僅在共成像道集內進行，不能解決空間域的問題，對使用對象要求嚴格。

技術實現要素：

本公開的目的是提供一種基於優勢頻帶約束的地震波能量時頻補償方法，其針對地震資料採集時大地吸收及其他多種因素造成的有效成分損失，導致中深層資料成像不好和精度不高的現象，從優勢頻帶中對有效能量進行補償，提高了地震資料的成像效果。

本公開採用以下解決方案：

1、一種基於優勢頻帶約束的地震波能量時頻補償方法，包括以下步驟：

步驟1：在待處理的地震單炮資料中，基於能量、頻率和信噪比選取代表性單炮記錄；

步驟2：針對所選取的代表性單炮記錄進行頻譜分析，劃出頻帶的主頻成分段，將所述主頻成分段定義為優勢頻帶；

步驟3：在所述優勢頻帶內針對所有單炮記錄進行頻率加權濾波處理，得到時間域內經過濾波處理後的單炮記錄xij(t)；

步驟4：對所述單炮記錄xij(t)進行能量補償，其中通過以下步驟進行能量補償：

步驟41：對所述單炮記錄xij(t)進行時頻分解，得到分頻後的單炮記錄xij(t,fk)；

步驟42：擬合吸收衰減函數；

步驟43：基於所述吸收衰減函數，對所述分頻後的單炮記錄xij(t,fk)進行能量補償。

優選地，所述步驟3包括以下步驟：

步驟31：將時間域內的單炮記錄轉換為頻率域內的單炮記錄其中，時間域內的單炮記錄表述為公式(1)，頻率域內的單炮記錄表述為公式(2)：

其中，j為炮集號，i為檢波點號，rij(t)表示時間域內的反射係數，wij(t)表示時間域內的等效地震子波，rij(f)表示時間域內的反射係數，wij(f)表示時間域內的等效地震子波；

步驟32：根據公式(3)對所述頻率域內的單炮記錄進行頻率加權濾波處理：

其中，xij(f)表示頻率域內經過濾波的單炮記錄，h(f)表示頻率加權濾波器；

步驟33：將經過濾波的單炮記錄xij(f)變換到時間域，得到時間域內經過濾波的單炮記錄xij(t)。

優選地，根據公式(4)對所述單炮記錄xij(t)進行時頻分解：

xij(t,fk)＝xij(t)*v(t,fk)(4)

其中，xij(t,fk)表示分頻後的單炮記錄，xij(t)表示時間域內的單炮記錄，v(t,fk)表示餘弦濾波分頻函數。

優選地，根據公式(5)所述代表性單炮的吸收衰減係數：

其中，ε表示所述代表性單炮的能量統計，a為振幅，xim(t,fk)為經過分頻的代表性單炮記錄，αm(t,fk)為代表性單炮的吸收衰減係數。

優選地，基於所述代表性單炮的吸收衰減係數αm(t,fk)擬合所述吸收衰減函數。

優選地，根據公式(6)對分頻後的單炮記錄xij(t,fk)進行能量補償：

其中，x′ij(t,fk)表示能量補償後的單炮記錄，αm(t,fk)為所述代表性單炮的吸收衰減係數，aj(t,fk)為第j炮的吸收衰減係數。

優選地，基於所述吸收衰減函數確定第j炮的吸收衰減係數aj(t,fk)。

優選地，所述方法還包括對經過所述步驟1至步驟4處理的代表性單炮記錄進行頻率分析。

本公開的有益效果是在分析地震資料優勢頻帶的基礎上，對所有輸入資料的優勢頻帶進行加權濾波處理，增強資料的優勢頻率，壓制無效信息。在進行頻率加強處理後，利用時頻域能量補償方法對所有數據進行補償處理，以增強中深層的地震能量成分，提高中深層的成像效果。

採用基於優勢頻帶約束的地震波能量時頻補償方法，能夠有效地補償被大地吸收或衰減的地震波有效成分，從而獲得較高精度的地震偏移剖面。該方法補償效果好、計算效率高，是一種有效的地震資料能量補償手段。

附圖說明

通過結合附圖對本公開示例性實施例進行更詳細的描述，本公開的上述以及其它目的、特徵和優勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施例中，相同的參考標號通常代表相同部件。

圖1示出了根據示例性實施例的基於優勢頻帶約束的地震波能量時頻補償方法的流程圖；

圖2a示出了第一示例中的原始單炮數據，圖2b示出了經過現有的球面擴散補償後的單炮數據，圖2c示出了經過根據示例性實施例的補償處理後的單炮數據；

圖3a示出了第一示例中經過常規補償後的疊加剖面視圖，圖3b示出了經過根據示例性實施例的補償處理後的疊加剖面視圖；

圖4a示出了第二示例中經過常規處理後的剖面視圖，圖4b示出了經過根據示例性實施例的補償處理後的剖面視圖；以及

圖5a示出了第三示例中補償處理之前的剖面視圖，圖5b示出了應用根據示例性實施例的補償處理之後的剖面視圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施例。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施例，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了使本公開更加透徹和完整，並且能夠將本公開的範圍完整地傳達給本領域的技術人員。

地震勘探中地震波經激發在地下傳播接收，經歷地表、近地表低降速帶的吸收衰減以及傳播過程中的波前擴散、地層介質吸收、地質界面反射、高速地層反射、多次波等各種幹擾波的幹涉，還有地面接收時來自地表和空間的各種幹擾波的幹涉，這些幹涉使得地震波的能量嚴重衰減，造成下覆地層的地震資料品質變差，影響了地震資料成像的精度。

針對以上問題，本公開提出一種基於優勢頻帶約束的地震波能量時頻補償方法，其包括以下步驟，該方法的流程圖如圖1所示：

步驟1：選取代表性單炮記錄

在待處理的地震單炮資料中選取多個(例如3至5個)代表性單炮記錄，代表性單炮記錄是有效能量強、頻率豐富、信噪比較高的具有代表性的單炮記錄，便於進行頻譜分析。在實際執行時，本領域技術人員可以根據現有經驗、針對特定地形來選取代表性單炮記錄。

步驟2：確定優勢頻帶

對選取的代表性單炮記錄進行頻譜分析，利用頻譜包絡線顯示多個單炮記錄的頻率範圍以及包絡線的變化狀態，劃出頻帶的主頻成分段，將該主頻成分段定義為優勢頻帶。一般情況下，按照負18分貝劃出頻帶的主頻成分段。

步驟3：頻率加權濾波處理

基於確定的優勢頻帶，在優勢頻帶內對所有地震單炮資料進行頻率加權濾波處理，從而增強資料的優勢頻率，相對壓制無效信息。具體來說，可以應用零相位的頻率加權濾波器h(f)，在保持地震資料不失真的條件下，適當調節優勢頻帶的幅度，增強信號能量，以達到提高優勢頻帶的目的。也就是說，濾波器不消除等效地震子波，只是提高信號的能量。本領域技術人員可以根據需要選擇適當的頻率加權濾波器h(f)。

在優勢頻帶內對所有地震單炮資料進行加權濾波處理的過程如下：

在時間域內，單炮記錄表示為公式(1)：

其中，表示時間域內的單炮記錄，j為炮集號，i為檢波點號，rij(t)表示時間域內的反射係數，wij(t)表示時間域內的等效地震子波。

將公式(1)變換到頻率域，可以得到頻率域內的單炮記錄，表示為公式(2)：

其中，表示頻率域內的單炮記錄，rij(f)表示時間域內的反射係數，wij(f)表示時間域內的等效地震子波。

根據公式(3)，應用頻率加權濾波器h(f)對頻率域內的單炮記錄進行頻率加權濾波處理：

其中，xij(f)表示頻率域內經過濾波的單炮記錄。

最後，將濾波後的單炮記錄xij(f)變換到時間域，得到時間域內經過濾波的單炮記錄xij(t)。

步驟4：能量補償處理

在進行頻率加權處理後，地震數據的有效成分增強，信噪比相對提高。接下來，利用時頻域能量補償方法對所有地震單炮記錄進行補償處理，以增強記錄中的中深層的地震能量成分，提高中深層的成像效果。

對地震單炮記錄進行能量補償處理包括以下步驟：

步驟41：時頻分解

採用餘弦函數在頻率域構造餘弦分頻濾波函數，根據以下公式(4)對單炮記錄xij(t)進行分頻處理：

xij(t,fk)＝xij(t)*v(t,fk)(4)

其中，xij(t,fk)表示分頻後的單炮記錄，xij(t)表示時間域內的單炮記錄，v(t,fk)表示餘弦濾波分頻函數。

步驟42：擬合吸收衰減函數

假設大地吸收衰減在三維工區內宏觀是穩定的，其它空間高頻變化的吸收衰減是由近地表變化引起的，則可以通過先前選取的代表性單炮記錄(也稱為模型炮數據)與每炮數據之間的統計補償振幅曲線的空間高頻差異來補償近地表因素引起的空間激發能量變化。代表性單炮的能量統計可以表示為公式(5)：

其中，ε表示代表性單炮的能量統計，a為振幅，xim(t,fk)為經過分頻的代表性單炮記錄，αm(t,fk)為代表性單炮的吸收衰減係數。

在公式(5)中，代表性單炮的能量統計ε可通過代表性單炮的振幅統計計算得到，從而通過公式(5)可以推算出代表性單炮的吸收衰減係數αm(t,fk)。將多個代表性單炮的吸收衰減係數進行擬合，可以獲得整個工區的參考吸收衰減係數曲線。基於該擬合的參考吸收衰減係數曲線，根據任意單炮在工區內的位置，可以確定任意單炮的吸收衰減係數aj(t,fk)。

在工區面積較大時，可以先將工區分成幾個區塊，然後基於區塊內的代表性單炮擬合區塊內的參考吸收衰減係數曲線。再根據區塊內的參考吸收衰減係數曲線，計算該區塊內任意單炮的吸收衰減係數，這樣可以提高計算的精確度。

步驟43：能量補償

根據以下公式(6)，在時間、頻率和空間域對分頻後的單炮記錄xij(t,fk)進行能量補償：

其中，x′ij(t,fk)表示能量補償後的單炮記錄，αm(t,fk)為代表性單炮的吸收衰減係數，aj(t,fk)為被處理的第j炮的吸收衰減係數。

步驟5：頻率分析

在優選情況下，可以對經過上述處理後的代表性單炮記錄進行頻率分析，如果其頻段基本與處理之前接近，優勢頻段的能量得到加強，記錄中沒有其它的不良現象，則認為上述處理能夠達到處理要求，可以輸出數據所有單炮記錄的數據。

應用示例1

圖2示出了第一示例的補償結果對比圖，其中圖2a顯示第一示例的原始單炮數據，圖2b顯示經過現有的球面擴散補償後的單炮數據，圖2c顯示經過根據示例性實施例的補償處理後的單炮數據。對比圖2b和圖2c可以看出，球面擴散補償後的數據中深部振幅能量得到了補償，但依然存在著空間上的能量不均衡現象。而經過根據示例性實施例的補償處理後的單炮數據中深部能量得到加強，空間均衡程度提高，有利於後期的系列處理。

圖3顯示第一示例的疊加剖面效果對比圖，其中圖3a顯示經過常規補償後的疊加剖面，圖3b顯示經過根據示例性實施例的補償處理後的疊加剖面。對比圖3a和圖3b可以看出，採用根據示例性實施例的補償方法後，疊加剖面中深部的地層成像得到了較好地加強，有利於後期的地質解釋研究。

應用示例2

某油田火成巖發育探區，勘探時地層對地震波產生了巨大的反射能量屏蔽、吸收和衰減作用，造成火成巖層間和下伏地層的地震資料品質變差，制約了對火成巖油氣藏的勘探進程。

採用根據示例性實施例的方法針對火成巖的目標成像處理，火成巖特徵清楚，火成巖下構造比較清晰，進一步落實了火成巖的分布規律，發現了多個火成巖油藏，加快了該區的勘探進程。

圖4顯示該示例的剖面效果對比圖，其中圖4a顯示經過常規處理後的剖面視圖，圖4b顯示經過根據示例性實施例的補償處理後的剖面視圖。可以明顯看出採用本公開的方法處理後的剖面在中深部地質成像清楚，構造明顯，易於精細解釋研究。

應用示例3

對西部某油區進行勘探。圖5a顯示應用根據示例性實施例的補償處理之前的剖面視圖，圖5b顯示應用根據示例性實施例的補償處理之後的剖面視圖。

通過對比可以看出，經過本公開的方法處理後，剖面中深部主要地層齊全，反射特徵比較清晰，石炭系內幕斷裂體系得到了一定程度的刻畫，斷層發育和展布特徵比較清楚。與常規方法相比，石炭系內幕成像有了較大程度的改善。

上述技術方案只是本發明的一種實施例，對於本領域內的技術人員而言，在本發明公開的原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限於本發明上述具體實施例的描述，因此前面的描述只是優選的，而並不具有限制性的意義。