補償Morlet小波變換的復(fù)時-頻譜提高地震剖面分辨率的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種補償Morlet小波變換的復(fù)時-頻譜提高地震剖面分辨率的方法，為實現(xiàn)地震信號時-頻分解和重構(gòu)，方法改進了Morlet小波，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出Morlet小波的逆變換公式。方法通過對地震剖面的平均振幅譜進行分析，確定出需要能量補償?shù)乃p頻段，并擬合出隨頻率變化的振幅譜衰減函數(shù)，以此衰減函數(shù)構(gòu)造時-頻譜補償因子和補償函數(shù)。接著，以此補償函數(shù)調(diào)節(jié)復(fù)時-頻譜。最后，通過Morlet小波的逆變換重構(gòu)地震信號，實現(xiàn)提高地震信號分辨率的目的。方法具有保真性和良好的增強分辨率功能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
補償Morlet小波變換的復(fù)時-頻譜提高地震剖面分辨率的方法
本專利技術(shù)屬于地球物理及油氣地震勘探開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種通過對地震道的Morlet小波變換的復(fù)時-頻譜進行補償以提高垂直地震剖面分辨率的方法。
技術(shù)介紹
在油氣勘探中，對油藏和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的精細描述需要高分辨率的地震數(shù)據(jù)。然而，由于大地地層介質(zhì)的粘滯性，使得地震波在地下傳播時受到大地吸收和頻散作用，相對降低了地震波高頻部分的能量，導(dǎo)致地震信號分辨率降低。研究人員提出了各種提高勘探地震信號分辨率的方法。在早期，基于簡單褶積模型，假設(shè)地震數(shù)據(jù)為平穩(wěn)信號，提出反褶積算法以提高地震數(shù)據(jù)的分辨率。隨后，人們認識到地層對地震波有吸收衰減作用，導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)為非平穩(wěn)信號，從而提出的各種非平穩(wěn)反褶積方法和反Q濾波方法來提高地震信號的分辨率。文獻《地震數(shù)據(jù)處理應(yīng)用技術(shù)》2008年3月石油工業(yè)出版社306頁中，認為非平穩(wěn)反褶積方法致力于反褶積的數(shù)學(xué)模型本身的研究，放寬假設(shè)條件，而反Q濾波方法通過改善反褶積前的數(shù)據(jù)特性，使之更好地適應(yīng)反褶積要求。文獻MargraveandLamoureux(2001)在《CREWESResearchReport》卷13中第241-276的文章“Gabordeconvolution”將Gabor變換用于提高地震分辨率，提出一個新的非平穩(wěn)反褶積方法，方法基于反射系數(shù)為白譜，及經(jīng)過大地吸收衰減的震源子波為最小相位這兩個假設(shè)，方法實現(xiàn)需要估計時變地震子波。隨后有許多學(xué)者對此方法進行改進。而通常經(jīng)過大地吸收衰減的震源子波可能會是混合相位。Hale(1981)最早提出反Q濾波，同樣有許多學(xué)者對此方法進行各種改進。反Q濾波可在頻率、振幅、相位等方面對信號進行補償，其缺點需要知道準確度Q值。這個專利技術(shù)給一個提高地震分辨率的新方法。方法通過對地震信號的時-頻譜進行調(diào)節(jié)，以補償?shù)卣鹦盘柲芰克p，達到提高地震分辨率的目的，其中，地震信號的時-頻譜通過Morlet小波變換獲取。新方法不需要計算Q值，不涉及震源子波的估計及最小相位假設(shè)。方法僅假設(shè)反射系數(shù)為波動變化的白譜序列，及震源子波是一個含有豐富頻率成分的短時信號。
技術(shù)實現(xiàn)思路
要解決的技術(shù)問題現(xiàn)有的提高勘探地震信號分辨率的方法主要是反Q濾波和非平穩(wěn)反褶積。反Q濾波方法需要計算Q值，而Q值的獲取是一個比較艱難的工作。非平穩(wěn)反褶積較著名的有Gabor反褶積，需要在最小相位的假設(shè)下需要估計時變地震子波。為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本專利技術(shù)提出一種通過補償?shù)卣鹦盘柕腗orlet小波變換復(fù)時-頻譜以提高勘探地震信號分辨率的新方法。方法假設(shè)地層反射系數(shù)序列為白譜，幾乎所有提高勘探地震信號分辨率的方法均采用此假設(shè)，及假設(shè)震源子波是一個含有豐富頻率成分的短時信號。技術(shù)方案勘探地震信號是地下結(jié)構(gòu)的一個映像，含有豐富的地球物理信息。但是，由于大地介質(zhì)的粘滯性，勘探地震子波在地下傳播時，會發(fā)生能量衰減和頻散現(xiàn)象，特別是高頻信息能量衰減嚴重。從而，導(dǎo)致地震信號分辨率下降，使得與高頻信息相關(guān)的較小的地層結(jié)構(gòu)信息不能反映出來。這種情況不利于地質(zhì)工作者進行地震信號解釋，以及進一步對地下結(jié)構(gòu)做精細描述。大地的吸收衰減作用相當(dāng)于一個濾波器。這個濾波器對震源子波的高頻成分有強的吸收衰減作用，從而，使得高頻成分攜帶的地下結(jié)構(gòu)信息在地震數(shù)據(jù)中不能表現(xiàn)出來。但是這些信息并沒有消失，只是被高能量成分或噪音遮掩，不能顯性表現(xiàn)出來。通過尋找恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)物理方法對大地吸收衰減的高頻能量信息進行補償，可使高頻成分所攜帶的結(jié)構(gòu)信息顯性展現(xiàn)，以達到提高勘探地震信號分辨率的目的。假設(shè)地震子波w(t)是一個短時沖擊信號，含有豐富的頻率成分。地層反射系數(shù)r(t)是一個變化較大的白譜信號。如果沒有大地濾波作用，檢波器拾取的理想勘探地震信號為s0(t)＝w(t)*r(t)(1)式(1)中，符號“*”為褶積運算符號。由于受到大地吸收衰減的作用，實際得到的地震信號為s(t)＝α(t)*s0(t)+n(t)(2)式(2)中，函數(shù)α(t)體現(xiàn)大地的吸收衰減作用，n(t)為噪音。在式(2)兩端做Fourier變換，得其頻譜關(guān)系在式(3)兩端取振幅譜，并簡化為式(4)中，是s(t)的Fourier變換振幅譜，是s0(t)的Fourier變換振幅譜，At(f)是噪音和大地衰減的一個綜合結(jié)果，稱其為振幅衰減函數(shù)。由于地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，振幅衰減函數(shù)At(f)很難確定，本專利技術(shù)采用統(tǒng)計方法，由實際地震剖面平均振幅譜獲取。由此振幅衰減函數(shù)構(gòu)造補償因子函數(shù)，并對實際地震剖面進行補償。首先，補償使得實際地震剖面振幅譜恢復(fù)到理想狀態(tài)其次，地層結(jié)構(gòu)是復(fù)雜多變的，因此地震信號的吸收衰減規(guī)律是復(fù)雜的。由于地震信號的衰減隨時間變化，因而恢復(fù)補償過程應(yīng)該具有時變特點；又由于在同一時刻地層對不同的頻率成分吸收衰減作用不同，因而恢復(fù)補償還應(yīng)該具有隨頻率變化性質(zhì)。因此，本專利技術(shù)給出的衰減補償方法是在地震信號的時-頻域?qū)崿F(xiàn)，通過對勘探地震信號的Morlet小波變換時-頻譜做適當(dāng)調(diào)節(jié)，以起到衰減補償?shù)淖饔茫瑥亩_到提高地震信號的分辨率的目的。一種補償Morlet小波變換的復(fù)時-頻譜提高地震剖面分辨率的方法，其特征在于步驟如下：步驟1：對地震剖面內(nèi)的各地震道做FFT得到振幅譜，求取地震剖面的平均振幅譜，將平均振幅譜用頻率-分貝圖表示，在頻率-分貝圖中找出最大幅值點對應(yīng)的頻率Fm，根據(jù)振幅譜變化趨勢將大于Fm的頻段部分分為三段：第一段，緊挨Fm頻率，其振幅譜幅值上下波動，沒有明顯下降趨勢，稱為振蕩頻段，此頻段不需要補償；第二段，其振幅譜幅值有一個快速下降，稱為衰減頻段，此頻段需要補償；第三段，其振幅譜幅值下降趨勢平慢，且幅值很小，稱為高噪音頻段，這個頻段的信號信噪比較低，不宜進行時-頻譜補償；步驟2：對衰減頻段做線性擬合得到振幅譜衰減函數(shù)At(f)＝af+b，其中a和b為擬合的參數(shù)，構(gòu)造時-頻譜補償因子：其中，f1為衰減頻段的頻率起點，fn為衰減頻段的頻率終點；步驟3：將地震剖面所含的地震道逐道進行Morlet小波變換得到地震道的復(fù)時-頻譜矩陣：所述的Morlet小波變換表達式為：式中，Tr(·)為地震道，Tr(kΔT)為地震道的第k個時間采樣點，共N+1個采樣點，ΔT是時間采樣間隔；ΔF是頻率采樣間隔，n表示時-頻譜時間采樣點序號，m表示時-頻譜頻率采樣點序號，頻率采樣總點數(shù)為M+1；步驟4：計算復(fù)時-頻譜矩陣各元素的模：找出每行的最大模值，得到最大模值向量(M(0)M(1)…M(N))T，構(gòu)造時-頻譜補償函數(shù)：其中，ε為正則化因子，p為平滑因子，步驟5：用時-頻譜補償函數(shù)對復(fù)時-頻譜矩陣按行、列進行補償：步驟6：采用逆Morlet小波變換對補償后的復(fù)時-頻譜重構(gòu)地震道；所述的逆Morlet小波變換表達式為：步驟7：用道均衡規(guī)格化方法對重構(gòu)地震道的幅值進行規(guī)格化校正，使其數(shù)量級與變換前的地震道保持一致：找出原始地震道樣點幅值等于最大值SM的樣點個數(shù)，記為K，找出重構(gòu)的地震道數(shù)據(jù)前K個大值直接替換為SM，其第K個大值記為TK，對其他數(shù)據(jù)，按下式規(guī)格化：所述的ε取值范圍0.001≥ε＞0。所述的p取值范圍1≥p＞0。有益效果本專利技術(shù)提出的一種通過補償Morlet小波變換的復(fù)時-頻譜提高地震剖面分辨率的方法，能明顯提高勘探地震本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種補償Morlet小波變換的復(fù)時?頻譜提高地震剖面分辨率的方法，其特征在于步驟如下：步驟1：對地震剖面內(nèi)的各地震道做FFT得到振幅譜，求取地震剖面的平均振幅譜，將平均振幅譜用頻率?分貝圖表示，在頻率?分貝圖中找出最大幅值點對應(yīng)的頻率Fm，根據(jù)振幅譜變化趨勢將大于Fm的頻段部分分為三段：第一段，緊挨Fm頻率，其振幅譜幅值上下波動，沒有明顯下降趨勢，稱為振蕩頻段，此頻段不需要補償；第二段，其振幅譜幅值有一個快速下降，稱為衰減頻段，此頻段需要補償；第三段，其振幅譜幅值下降趨勢平慢，且幅值很小，稱為高噪音頻段，這個頻段的信號信噪比較低，不宜進行時?頻譜補償；步驟2：對衰減頻段做線性擬合得到振幅譜衰減函數(shù)At(f)＝af+b，其中a和b為擬合的參數(shù)，構(gòu)造時?頻譜補償因子：CF(f)=exp(-At(f)10)=exp(-af+b10);f∈[f1,fn]]]>CF(f)=1.0;f∉[f1,fn]]]>其中，f1為衰減頻段的頻率起點，fn為衰減頻段的頻率終點；步驟3：將地震剖面所含的地震道逐道進行Morlet小波變換得到地震道的復(fù)時?頻譜矩陣：所述的Morlet小波變換表達式為：J(n,m)=detJT(nΔT,mΔF)=Σk=0,-K≤n-k≤KNTr(kΔT)|mΔF|2πexp{-(mΔF)2[(n-k)ΔT]22}exp[i2πmΔF(n-k)ΔT]n=0,1,...,N;m=0,1,...,M]]>J(n,0)=detJT(nΔT,0)=0,n=0,1,...,N]]>式中，Tr(·)為地震道，Tr(kΔT)為地震道的第k個時間采樣點，共N+1個采樣點，ΔT是時間采樣間隔；ΔF是頻率采樣間隔，n表示時?頻譜時間采樣點序號，m表示時?頻譜頻率采樣點序號，頻率采樣總點數(shù)為M+1；步驟4：計算復(fù)時?頻譜矩陣各元素的模：找出每行的最大模值，得到最大模值向量(M(0)?M(1)?…?M(N))T，構(gòu)造時?頻譜補償函數(shù)：CFu(n,m)=[||J(n,m)||×CF(m)]p||J(n,m)||+ϵ×M(n),n=0,1,...,N;m=0,1,...,M;]]>其中，ε為正則化因子，p為平滑因子，步驟5：用時?頻譜補償函數(shù)對復(fù)時?頻譜矩陣按行、列進行補償：步驟6：采用逆Morlet小波變換對補償后的復(fù)時?頻譜重構(gòu)地震道；所述的逆Morlet小波變換表達式為：步驟7：用道均衡規(guī)格化方法對重構(gòu)地震道的幅值進行規(guī)格化校正，使其數(shù)量級與變換前的地震道保持一致：找出原始地震道樣點幅值等于最大值SM的樣點個數(shù)，記為K，找出重構(gòu)的地震道數(shù)據(jù)前K個大值直接替換為SM，其第K個大值記為TK，對其他數(shù)據(jù)，按下式規(guī)格化：...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種補償Morlet小波變換的復(fù)時-頻譜提高地震剖面分辨率的方法，其特征在于步驟如下：步驟1：對地震剖面內(nèi)的各地震道做FFT得到振幅譜，求取地震剖面的平均振幅譜，將平均振幅譜用頻率-分貝圖表示，在頻率-分貝圖中找出最大幅值點對應(yīng)的頻率Fm，根據(jù)振幅譜變化趨勢將大于Fm的頻段部分分為三段：第一段，緊挨Fm頻率，其振幅譜幅值上下波動，沒有明顯下降趨勢，稱為振蕩頻段，此頻段不需要補償；第二段，其振幅譜幅值有一個快速下降，稱為衰減頻段，此頻段需要補償；第三段，其振幅譜幅值下降趨勢平慢，且幅值很小，稱為高噪音頻段，這個頻段的信號信噪比較低，不宜進行時-頻譜補償；步驟2：對衰減頻段做線性擬合得到振幅譜衰減函數(shù)At(f)＝af+b，其中a和b為擬合的參數(shù)，構(gòu)造時-頻譜補償因子：CF(f)＝1.0；其中，f1為衰減頻段的頻率起點，fn為衰減頻段的頻率終點；步驟3：將地震剖面所含的地震道逐道進行Morlet小波變換得到地震道的復(fù)時-頻譜矩陣：所述的Morlet小波變換表達式為：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姬戰(zhàn)懷，嚴勝剛，張蓮葉，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，西安石文軟件有限公司，西安科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61