本發(fā)明涉及油田開發(fā)技術領域，特別是涉及到一種臺站式檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法。

背景技術：

常規(guī)地震數據采集使用自然頻率為10Hz的動圈式地震檢波器，恢復低頻對于增加地震數據頻寬和提高地震成像分辨率至關重要。實際野外地震數據采集中，低于10Hz的地震信號被畸變而無法用于地震數據處理。理論上，可以采用檢波器的理論頻響曲線來校正低頻的畸變，但檢波器的電路系統(tǒng)在低頻段產生了可觀的自噪音，如果不對有效信號頻段進行辨識，那么就會在校正低頻畸變的同時放大自噪音，導致地震信號信噪比的降低，因此只有在信噪比足夠高和滿足要求的頻段低頻信號的畸變才是可以恢復的。自噪音的水平依賴于采集環(huán)境的物理參數，例如溫度、電磁場干擾源等。信噪比則主要取決于檢波器與震源距離、檢波器耦合情況、以及震源的類型和強度等。由于上述的影響因素與低頻畸變程度沒有定量關系，因此需要一種方法高效地分析地震數據的有效低頻成分，最大限度地恢復被畸變的低頻信號。

在申請?zhí)枮镃N201310424949.X的專利申請中提出了將高、低頻地震儀記錄的功率譜密度的比值作為常規(guī)檢波器低頻恢復曲線。此方法受低頻儀器數量的限制，無法大規(guī)模和高密度地開展。由于必須在每一個采集點進行常規(guī)檢波器和低頻檢波器的比對，增加了野外工作量的同時還需要大量低頻檢波器，增加了野外采集和室內處理的成本。此方法分別計算單道常規(guī)檢波器數據的低頻恢復曲線，并將各道的恢復曲線進行平均求取最終的常規(guī)檢波器數據的低頻恢復曲線，這種做法存在計算不夠穩(wěn)定和精度不高等問題，在選擇地震道方面受人為干預的因素較重，不利于低頻恢復方法在不同地區(qū)應用時的經驗借鑒。通過對比高頻和低頻地震數據來確定可以被恢復的頻段，然而由于低頻儀器數量的局限無法實現高密度的有效頻帶評估，致使一些臺站的低頻無法得到充分恢復，亟需一種可以對野外采集數據進行高密度有效頻帶評估的穩(wěn)定方法。另外，傳統(tǒng)方法采用的頻譜比值作為低頻恢復函數的做法也存在穩(wěn)定性不足和精度低的問題，需要進一步改進低頻恢復函數的計算方 法。為此我們發(fā)明了一種新的臺站式檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法，解決了以上技術問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可以對全工區(qū)開展高密度評估和恢復常規(guī)檢波器低頻的方法，不需要開展大量的高、低頻檢波器點對點對比，不需要人為判定和篩選低頻恢復曲線，能夠在增加少量工作量的情況下實現全工區(qū)常規(guī)檢波器頻帶的拓展。

本發(fā)明的目的可通過如下技術措施來實現：臺站式檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法，該臺站式檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法包括：步驟1，根據布設點的位置將工區(qū)劃分為統(tǒng)一尺寸的小面元，并求取常規(guī)檢波器的頻率響應函數；步驟2，在每一個小面元范圍內，根據常規(guī)檢波器記錄的頻譜比值曲線求取最低有效頻率；步驟3，根據最低有效頻率對常規(guī)檢波器的頻響函數進行截斷并取倒數，得到各檢波器點位置的低頻恢復函數；步驟4，運用低頻恢復函數恢復每個疊前記錄的低頻信息；步驟5，根據常規(guī)處理流程構建地震剖面。

本發(fā)明的目的還可通過如下技術措施來實現：

在步驟1中，以單一面元范圍內點對點采集的臺站式低頻檢波器與常規(guī)檢波器數據，通過多道同時反褶積求取檢波器頻率響應函數。

步驟1包括：

(a)將多個典型檢波點處的低頻檢波器記錄組合成為反演矩陣，具體的數學表達式如下：

(公式1)

式中：S為反演矩陣，S1＝(s11 s12 ... s1n)、S2＝(s21 s22 ... s2n)、Sm＝(sm1 sm2 ... smn)，分別為第1、第2和第m個低頻地震儀接收到的地震數 據；

(b)對應于公式1構建常規(guī)檢波器的數據向量，具體公式如下：

d＝(d11 d12 ... d1n，d21 d22 ... d2n，...，dm1 dm2 ...dmn)^T (公式2)

式中：d1＝(d11 d12 ... d1n)，d2＝(d21 d22 ... d2n)，dm＝(dm1 dm2 ... dmn)

分別代表所選取的典型檢波點處常規(guī)檢波器的地震記錄；

(c)使用多道同時反褶積的方法計算常規(guī)檢波器的頻率響應函數，具體數學表達式如下：

(公式3)

式中：φ為常規(guī)檢波器的頻率響應函數；S為多個典型檢波點位置處低頻地震儀接收到的地震數據組成的反演矩陣；d是對應的常規(guī)檢波器地震數據組成的數據矢量。

步驟2包括：

(a)將面元范圍內的常規(guī)檢波器的同炮記錄提取后，作任意兩道間的反褶積變換到頻率域，或者將任意兩道的頻譜作比值，求得頻譜比值；

(b)將所有頻譜比值投影到“頻率-振幅比”坐標系中，生成頻譜比值曲線；

(c)將所有頻譜比值取絕對值后疊加、取平均，并投影到“頻率-振幅比”坐標系中，生成疊加頻譜比值曲線；

(d)根據每個頻率處的頻譜比值與單位1的關系，以頻譜比值曲線估計發(fā)散處的頻率值，并在疊加頻譜比值曲線上拾取此頻率值，得到一個面元處的最低有效頻率。

在步驟3中，根據步驟2中求得的最低有效頻率對常規(guī)檢波器的頻響函數進行截斷，僅保留有效低頻部分；截斷后頻響函數的倒數即為低頻恢復函數。

在步驟4中，將擬合的頻響函數通過反褶積從常規(guī)檢波器數據中移除。

在步驟5中，對低頻恢復后的常規(guī)檢波器地震數據進行處理，得到低頻拓展后的地震數據。

本發(fā)明采用常規(guī)檢波器間互相對比頻譜的做法，計算得到每個檢波器 位置處的最低有效頻率，實現高密度估計最低有效頻率。該臺站式檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法包括使用相鄰道計算常規(guī)檢波器自頻譜比，通過頻譜比與給定值的偏離確定最低有效頻率；通過計算每個檢波點處最低有效頻率，獲得三維工區(qū)內高密度的最低有效頻率分布。使用多道同時反褶積，即聯合使用多個地震道數據，同時求解低頻恢復曲線。這種做法可以在每個檢波點處獲得常規(guī)檢波器最低有效頻率，從而實現全工區(qū)高密度的有效低頻估計。針對單道估計低頻恢復曲線不穩(wěn)定的問題，采用多道同時反褶積的方法計算低頻恢復曲線，將多個點對點對比的常規(guī)檢波器和低頻檢波器地震數據作為反褶積的輸入，利用最小二乘的方法反演常規(guī)檢波器低頻恢復曲線。這種反演的做法不僅避免了人為挑選單道低頻恢復曲線時的人為干預因素，而且在噪音較強的環(huán)境下仍然有效，計算過程更加穩(wěn)定、結果更加準確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的臺站式檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法的一具體實施例的流程圖；

圖2為本發(fā)明的一具體實施例中常規(guī)檢波器(虛線)與低頻檢波器(實線)井炮記錄的振幅譜對比的示意圖；

圖3為本發(fā)明的一具體實施例中常規(guī)檢波器野外地震記錄頻譜比值的示意圖；

圖4為中國西部MC1工區(qū)求取的低頻恢復函數的示意圖；

圖5為中國西部MC1工區(qū)低頻恢復前后剖面效果的示意圖；

圖6為中國西部MC1工區(qū)低頻恢復前后目的層頻譜對比的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合附圖所示，作詳細說明如下。

低頻對于拓寬地震數據頻帶寬度和提高分辨率具有重要作用。低頻地震信號的使用對于提升地震資料品質是至關重要的，絕對頻寬相同的前提下，含有低頻信號的地震波具有更寬的相對頻寬，采集低頻地震數據對于提高分辨率和改善反演結果具有更明顯效果。本發(fā)明中的臺站式低頻檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法，通過野外高密度的點對點常規(guī)檢波器與低頻檢波器數據采集，利用網格狀布設的臺站式低頻檢波器的地震記錄，恢復常規(guī) 10Hz檢波器記錄中的低頻信息，拓寬地震數據頻帶，提高地震成像的分辨率，具有較高的科研和實用價值。本發(fā)明的實施基礎是在野外選擇典型檢波點位置，進行常規(guī)檢波器與臺站式低頻檢波器的點對點聯合布設并采集獲得相應數據。

具體的實施步驟如圖1所示，圖1為本發(fā)明的臺站式檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法的流程圖。

在步驟101，根據布設點的位置將將工區(qū)劃分為統(tǒng)一尺寸的小面元。以單一面元范圍內點對點采集的臺站式低頻檢波器與常規(guī)檢波器數據，通過多道同時反褶積求取檢波器頻率響應函數。

圖2為常規(guī)檢波器(虛線)與低頻檢波器(實線)井炮記錄振幅譜對比的示意圖；從圖中兩條曲線的對比來看，由于常規(guī)檢波器的低頻畸變造成了兩種檢波器的振幅譜在10Hz以下低頻部分的差異。

(1)將多個典型檢波點處的低頻檢波器記錄組合成為反演矩陣，具體的數學表達式如下：

(公式1)

式中：S為反演矩陣，S1＝(s11 s12 ... s1n)、S2＝(s21 s22 ... s2n)Sm＝(sm1 sm2 ... smn)、分別為第1、第2和第m個低頻地震儀接收到的地震數據；

(2)對應于公式1構建常規(guī)檢波器的數據向量，具體公式如下：

d＝(d11 d12 ... d1n，d21 d22 ... d2n，...，dm1 dm2 ...dmn)^T (公式2)

式中：d1＝(d11 d12 ... d1n)，d2＝(d21 d22 ... d2n)，dm＝(dm1 dm2 ... dmn)

分別代表所選取的典型檢波點處常規(guī)檢波器的地震記錄。

(3)使用多道同時反褶積的方法計算常規(guī)檢波器的頻率響應函數，具體數學表達式如下：

(公式3)

式中：φ為常規(guī)檢波器的頻率響應函數；S為多個典型檢波點位置處低頻地震儀接收到的地震數據組成的反演矩陣；d是對應的常規(guī)檢波器地震數據組成的數據矢量。

在步驟102，在每一個小面元范圍內，根據常規(guī)檢波器記錄的頻譜比值曲線求取最低有效頻率。

(1)將面元范圍內的常規(guī)檢波器的同炮記錄提取后，作任意兩道間的反褶積變換到頻率域，或者將任意兩道的頻譜作比值，求得頻譜比值；

(2)將所有頻譜比值投影到“頻率-振幅比”坐標系中，生成頻譜比值曲線；

(3)將所有頻譜比值取絕對值后疊加、取平均，并投影到“頻率-振幅比”坐標系中，生成疊加頻譜比值曲線；

(4)根據每個頻率處的頻譜比值與單位1的關系，以頻譜比值曲線估計發(fā)散處的頻率值，并在疊加頻譜比值曲線上拾取此頻率值，得到一個面元處的最低有效頻率；

圖3為本發(fā)明的一具體實施例中常規(guī)檢波器野外地震記錄頻譜比值的示意圖。從圖中頻譜比值曲線與單位1的偏離程度來分析，最低有效頻率值對應于頻譜比開始大幅度發(fā)散的位置。本實施例中最低有效低頻值為4Hz。

在步驟103，根據最低有效頻率值得到各檢波器點位置的低頻恢復函數。根據步驟102中求得的最低有效頻率對常規(guī)檢波器的頻響函數進行截斷，僅保留有效低頻部分；截斷后頻響函數的倒數即為低頻恢復函數。

圖4為中國西部MC1工區(qū)求取的低頻恢復函數的示意圖；圖中從恢復函數形態(tài)可以明顯看到最低有效頻率的截斷效應。從最低有效頻率開始，隨著頻率的提高，低頻恢復函數的對應值逐漸減小到正常值1附近。

在步驟104，運用低頻恢復函數恢復每個疊前記錄的低頻。將擬合的頻 響函數通過反褶積從常規(guī)檢波器數據中移除。

在步驟105，根據常規(guī)處理流程構建地震剖面。對低頻恢復后的常規(guī)檢波器地震數據進行處理，得到低頻拓展后的地震剖面。

圖5為中國西部MC1工區(qū)低頻恢復前后的剖面效果的示意圖。從圖中可以看到，經過低頻恢復后，地震資料的同相軸連續(xù)性有一定程度的加強。

圖6為中國西部MC1工區(qū)低頻恢復前后的目的層頻譜對比的示意圖，圖中虛線為低頻恢復前頻譜，實線為低頻恢復后的時窗頻譜。通過對比可以明顯的看到地震資料的頻帶在低頻端(15Hz以下)有較大拓寬，同時中高頻端頻帶基本保持一致，達到了低頻端補償的效果。

本發(fā)明是采用多道同時反褶積技術來計算低頻恢復曲線，采用頻譜比法等其它技術，也可實現同樣的目的。與現有的處理復雜地表的資料的技術相比，本方法主要有兩點優(yōu)勢：

(1)臺站式檢波器與常規(guī)檢波器聯合低頻恢復方法采用常規(guī)檢波器間對比頻譜的做法，計算每個檢波器位置處的最低有效頻率。這種做法可以在每個檢波點處獲得常規(guī)檢波器最低有效頻率，從而實現全工區(qū)高密度的有效低頻估計。

(2)針對單道估計低頻恢復曲線不穩(wěn)定的問題，采用多道同時反褶積的方法計算低頻恢復曲線，將多個點對點對比的常規(guī)檢波器和低頻檢波器地震數據作為反褶積的輸入，利用最小二乘的方法反演常規(guī)檢波器低頻恢復曲線。這種反演的做法不僅避免了人為挑選單道低頻恢復曲線時的人為干預因素，而且在噪音較強的環(huán)境下仍然有效，計算過程更加穩(wěn)定、結果更加準確。