一種提高地震資料分辨率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地球物理勘探領(lǐng)域，涉及多次波發(fā)育地震資料的疊前處理，具體是一 種提高地震資料分辨率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震資料中的多次波一直是困擾地震勘探數(shù)據(jù)處理以及解釋的棘手難題。為了消 除多次波對(duì)一次反射波成像的影響，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中將其視為噪音，在偏移成像前需要對(duì) 其進(jìn)行壓制處理。
[0003] 為了適應(yīng)精細(xì)勘探的發(fā)展，深入挖掘及利用不同地震波場(chǎng)中蘊(yùn)含的地下構(gòu)造信息 成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。由于多次波也是來(lái)自地下界面的真實(shí)反射，與一次波相比，多次波 具有地下傳播路徑長(zhǎng)、覆蓋區(qū)域廣及反射角度小的特點(diǎn)。近年來(lái)，不同于傳統(tǒng)處理中將多次 波視為噪音進(jìn)行去除，國(guó)內(nèi)外地球物理專家和學(xué)者將多次波作為有效信號(hào)，對(duì)多次波的有 效利用進(jìn)行了深入的研宄。但是現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)多次波的有效利用僅局限于利用多次波成 像獲取地下更豐富的地下構(gòu)造信息，對(duì)多次波信息的有效利用尚存在較大的發(fā)展空間。
[0004] 另外，野外地震資料受采集因素（如海上地震勘探中震源激發(fā)產(chǎn)生的氣泡效應(yīng)及 其他采集因素）影響，采集的資料分辨率較低，因此數(shù)據(jù)處理中需要進(jìn)行反褶積來(lái)提高地 震資料的分辨率。然而，傳統(tǒng)反褶積處理技術(shù)及其改進(jìn)技術(shù)都是基于一定的子波相位和反 射系數(shù)假設(shè)條件，基于反褶積理論通過(guò)壓縮子波實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)分辨率的提高。該類方法存 在以下不足：1)假設(shè)條件在實(shí)際應(yīng)用中很難滿足，嚴(yán)重影響了傳統(tǒng)反褶積方法在工業(yè)生產(chǎn) 中的應(yīng)用效果；2)準(zhǔn)確提取地震子波是傳統(tǒng)反褶積實(shí)現(xiàn)的前提，但是子波提取方法多基于 特定假設(shè)且受地質(zhì)復(fù)雜性等多種因素影響，提取的子波無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件下高精度處 理的需求；3)傳統(tǒng)反褶積模型基于反褶積理論，僅考慮了地震數(shù)據(jù)的縱向分辨率，忽視了 對(duì)地震數(shù)據(jù)的空間約束，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述技術(shù)難題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高地震資料分辨率的方法，目 的在于：1)深入挖掘地震數(shù)據(jù)中多次波有效信息；2)解決傳統(tǒng)反褶積方法中由于無(wú)法滿足 子波相位和反射系數(shù)假設(shè)、子波提取不準(zhǔn)確對(duì)提高地震資料分辨率的影響。
[0006] 依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，一種提高地震資料分辨率的方法包括以下步驟：
[0007] 1)對(duì)采集的地震資料采用拉東變換進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)則化，為一次波估計(jì)和聚焦變換準(zhǔn) 備輸入數(shù)據(jù)；
[0008] 2)利用表層多次波去除方法（SRME)從地震數(shù)據(jù)中提取一次波估計(jì)，并利用估計(jì) 的一次波構(gòu)建正聚焦變換算子F ;
[0009] F = G-1= ΔΡ_1 (1)
[0010] 式中，G是反聚焦變換算子，ΔP是一次波估計(jì)對(duì)應(yīng)的Berhout數(shù)據(jù)矩陣（Berkhout 數(shù)據(jù)矩陣是指由Berkhout提出的用于描述地震波傳播的頻率域數(shù)據(jù)矩陣，以下簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù) 矩陣）；
[0011] 3)利用正聚焦變換算子對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行正聚焦變換，多次波實(shí)現(xiàn)降階并表現(xiàn)為原 始數(shù)據(jù)的多維子波反褶積；
[0012] 按照下式進(jìn)行正聚焦變換：
[0013] Q = FP = ΔΡ_1Ρ = I+AP (2)
[0014] 式中，P = ΔΡ+Μ，是地震數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣;M = (ΔΡΑ)Ρ，表示多次波數(shù)據(jù)矩 陣;A是地表相關(guān)加權(quán)算子；Q是正聚焦變換結(jié)果；I = Λ F1 Λ Ρ，表示聚焦域內(nèi)位于原點(diǎn)周 圍的一次波聚焦能量；多次波則恢復(fù)為原始數(shù)據(jù)的加權(quán)，表示為AP ;該過(guò)程實(shí)現(xiàn)了多次波 的降階。
[0015] 根據(jù)波場(chǎng)傳播（WRW)模型，地表算子A表不如下：
[0016] A=EST1IT (3)
[0017] 式中，S+為下行的震源波場(chǎng)數(shù)據(jù)矩陣，每一列代表一個(gè)子波震源向量；IT為自由地 表反射系數(shù)矩陣，可將R_表示為負(fù)的單位矩陣-1，因此，
[0018] A = -[S+] (4)
[0019] 式中，算子A的每一列表示負(fù)的反子波頻率域向量，在時(shí)間域內(nèi)表示為子波反褶 積濾波器。
[0020] 在計(jì)算過(guò)程中每一炮都參與運(yùn)算，根據(jù)式（3)結(jié)合反褶積理論可知，式（2)中第二 項(xiàng)由多次波恢復(fù)的數(shù)據(jù)相當(dāng)于對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了多維子波反褶積。利用該多維子波反褶積 模型通過(guò)提取多次波恢復(fù)的數(shù)據(jù)即可達(dá)到提高地震數(shù)據(jù)分辨率的目的。
[0021] 4)對(duì)聚焦域結(jié)果和地震數(shù)據(jù)分別進(jìn)行τ -P正變換，將聚焦域內(nèi)一次波和多次波 映射到不同的分布區(qū)域；
[0022] τ -P域轉(zhuǎn)換將一次波映射到截距時(shí)間τ = 〇處的直線上，多次波則表現(xiàn)為位于 τ >〇區(qū)域具有一定曲率的橢圓，有效避免了一次波和多次波能量在聚焦域內(nèi)的干涉，利于 高分辨率數(shù)據(jù)的提?。徊襟E4)所述的τ -P正變換采用的是高分辨率τ -P正變換，該方法 能夠在有效提高τ -P變換精度、更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保幅的同時(shí)有效壓制聚焦域內(nèi)的隨機(jī)噪 音。
[0023] 5)利用自適應(yīng)匹配濾波方法對(duì)聚焦域數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)的正τ -P變換結(jié)果進(jìn)行自 適應(yīng)匹配，分離出τ -P域內(nèi)由多次波恢復(fù)的高分辨率數(shù)據(jù)；
[0024] 步驟5)所述的自適應(yīng)匹配濾波方法采用的是引入整形正則化的非穩(wěn)態(tài)回歸自適 應(yīng)匹配濾波方法。相比傳統(tǒng)的匹配濾波方法，該方法考慮了濾波系數(shù)的空間變化，不需要進(jìn) 行分時(shí)窗處理，整形正則化避免了不穩(wěn)定問(wèn)題的產(chǎn)生，該方法對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)表示如下：
[0025]
(5)
[0026] 式中，X是多維空間坐標(biāo)，p' (X)是聚焦域響應(yīng)，Pk(X)是由地震數(shù)據(jù)經(jīng)不同空間 移動(dòng)得到的序列，ak是濾波系數(shù)，S是正則化算子，λ是正則化系數(shù)。
[0027] 6)將分離的高分辨率數(shù)據(jù)進(jìn)行τ -P反變換得到利用多次波獲取的高分辨率數(shù) 據(jù)，實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的高分辨率轉(zhuǎn)換。
[0028] 本發(fā)明的有益效果是：1)從利用多次波提高地震數(shù)據(jù)分辨率角度出發(fā)，通過(guò)深入 挖掘多次波中蘊(yùn)含的有效信息開(kāi)辟了新的多次波應(yīng)用領(lǐng)域。2)相比傳統(tǒng)反褶積模型，本發(fā) 明基于波動(dòng)理論推導(dǎo)得出的多維子波反褶積模型不存在傳統(tǒng)反褶積方法中的各種子波相 位和反射系數(shù)假設(shè)；不需要提取子波；基于波動(dòng)理論推導(dǎo)得到，可以適用于任意復(fù)雜地質(zhì) 情況；每一道輸出結(jié)果中所有炮記錄都參與了運(yùn)算，從空間上加以約束，在提高縱向分辨率 的同時(shí)可以很好的改善數(shù)據(jù)的橫向分辨率；因此，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)能夠更好的實(shí)現(xiàn)地 震資料分辨率的提高。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明提高地震資料分辨率方法流程圖
[0030] 圖2為應(yīng)用本發(fā)明得到的模型處理結(jié)果
[0031] 圖2 (a)為原始單炮記錄；
[0032] 圖2 (b)為利用SRME提取的一次波估計(jì)；
[0033] 圖2(c)為正聚焦變換結(jié)果；
[0034] 圖2 (d)為聚焦域結(jié)果的τ -P域映射；
[0035] 圖2 (e)為原始單炮記錄的τ -P域映射；
[0036] 圖2 (f)為τ -P域內(nèi)利用匹配濾波提取的多次波恢復(fù)響應(yīng)；
[0037] 圖2 (g)為反τ -P變換得到的利用多次波構(gòu)建的高分辨率數(shù)據(jù)；
[0038] 圖3為模型數(shù)據(jù)的多炮疊加結(jié)果對(duì)比圖
[0039] 圖3 (a)為原始數(shù)據(jù)的疊加結(jié)果；
[0040] 圖3(b)為傳統(tǒng)反褶積后數(shù)據(jù)的疊加結(jié)果；
[0041] 圖3(c)為利用多次波的多維子波反褶積后數(shù)據(jù)的疊加結(jié)果；
[0042] 圖4為模型數(shù)據(jù)的多炮疊加結(jié)果的振幅譜對(duì)比圖
[0043] 圖4(a)為原始數(shù)據(jù)疊加結(jié)果的振幅譜；
[0044] 圖4(b)為傳統(tǒng)反褶積后數(shù)據(jù)疊加結(jié)果的振幅譜；
[0045] 圖4(c)為利用多次波的多維子波反褶積后數(shù)據(jù)疊加結(jié)果的振幅譜；
[0046] 圖5為應(yīng)用本發(fā)明得到的實(shí)際資料處理結(jié)果
[0047] 圖5 (a)為原始數(shù)據(jù)近偏移距剖面；
[0048] 圖5 (b)為應(yīng)用本發(fā)明得到的高分辨率數(shù)據(jù)的近偏移距剖面。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0050] 圖1是本發(fā)明所述的一種提高地震資料分辨率方法的基本流程圖，包括以下步 驟：
[0051] SlOl :對(duì)采集的地震資料采用拉東變換進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)則化，為一次波估計(jì)和聚焦變 換準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)；
[0052] S102 :利用表層多次波去除方法（SRME)從地震數(shù)據(jù)中提取一次波估計(jì)，并利用估 計(jì)的一次波構(gòu)建正聚焦變換算子F ;
[0053] S103 :利用正聚焦變換算子對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行正聚焦變換，多次波實(shí)現(xiàn)降階并表現(xiàn) 為原始數(shù)據(jù)的多維子波反褶積；
[0054] S104 :對(duì)聚焦域結(jié)果和地震數(shù)據(jù)分別進(jìn)行τ -P正變換，將聚焦域內(nèi)一次波和多次 波映射到不同的分布區(qū)域；
[0055] S105 :利用自適應(yīng)匹配濾波方法對(duì)聚焦域數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)的正τ -P變換結(jié)果進(jìn) 行自適應(yīng)匹配，分離出τ -P域內(nèi)由多次波恢復(fù)的高分辨率數(shù)據(jù)；
[0056] S106 :將分離的高分辨率數(shù)據(jù)進(jìn)行τ -P反變換得到利用多次波獲取的高分辨率 數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的高分辨率轉(zhuǎn)換。
[0057] 為測(cè)試方法的可行性與優(yōu)越性，對(duì)三層平層模型采用正演模擬產(chǎn)生的含多次波地 震數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試（如圖2所示）。下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò) 程進(jìn)行詳細(xì)闡述：
[0058] 1)獲取規(guī)則化數(shù)據(jù)，為一次波估計(jì)和聚焦變換準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)（如圖2(a)所示）。 由圖可見(jiàn)，受子波旁瓣影響，兩界面對(duì)應(yīng)的一次反射能量產(chǎn)生干涉，分辨率較低，同相軸較 難分辨，深層多次波能量也存在同樣問(wèn)題。
[0059] 2)對(duì)每一道數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，構(gòu)建頻率域Berkhout數(shù)據(jù)矩陣，利用表層多次 波去除方法（SRME)從輸入數(shù)據(jù)中提取一次波估計(jì)（如圖2(b)所示），然后利用估計(jì)的一次 波根據(jù)式（1)構(gòu)建正聚焦變換算子F。
[0060] F = G^1=AP-1 (1)
[0061] 式中，G是反聚焦變換算子，Δ P是一次波估計(jì)對(duì)應(yīng)的Berhout數(shù)據(jù)矩陣。
[0062] 3)利用正聚焦變換算子對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行正聚焦變換（如圖2 (c)所示），多次波實(shí) 現(xiàn)降階并表現(xiàn)為原始數(shù)據(jù)的多維子波反褶積。
[0063] 本步驟按照下列方式完成：
[0064] 聚焦變換的正反變換表達(dá)式表示如下：
[0065] Q = FP 正聚焦變換 （2a)
[0066] P = GQ 反聚焦變換 （2b)
[0067] 式中，矩陣P表示地震數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)矩陣，Q是正聚焦變換結(jié)果，聚焦變換定義 為每