基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法

摘要

本发明涉及一种基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法，包括：根据地震记录和预测多次波数据，确定子波匹配的系数，并进行子波匹配，初步校正预测多次波的振幅和相位；选定小波基函数，对子波匹配后的预测多次波和地震记录进行相同参数下的小波域频段分解，获得一一对应的i个频段的数据；根据不同频段预测多次波数据和地震记录的特性，确定能量补偿的频段，在频率域中进行谱白化处理；确定振幅匹配窗口和匹配系数，进行精准振幅匹配；将上述振幅匹配后的结果进行数据重构；根据最小平方原理，将匹配后的预测多次波数据从原始地震记录中减去，获得压制结果。本发明基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法，可以实现多次波的有效压制。

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探地震数据的处理和解释技术领域，具体涉及一种地震资料处理过程中的完备多次波压制方法，特别涉及一种基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法。

背景技术

为了定位和获得地下储存的石油和天然气资源，对地下地质构造进行成像研究就是一个很有必要的过程。通常情况下，在地震勘探中震源放置在近地表，检波器埋藏在地面以下一定深度用来接收到来自地下的反射波波场信息。地震成像的目的就是将来自地下复杂构造的反射波信息进行逆向归位，使其返回产生的地下反射点处，于是就获得了地下构造的反射信息。在地震成像计算中，一般都是假设来自地下的所有散射能量进行一次反射得到的。但是，在实际的地震勘探中，地下构造信息对于来自地表的下行波场和反射回来的上行波场信息没有区别，也就是说地震波上行过程中在经过浅层一些不均匀的地层时，就会再次发生下行反射能量，这样就形成了多次波的反射。

在以反射波成像为主的现代地震勘探技术中，多次波压制一直是研究的热点问题。尤其是在海洋地震勘探中，由于海平面是一个强反射界面，所以自由表面多次波的存在相当严重。多次波的出现使得偏移成像不真实，从而影响了地震成像的真实性和可靠性，同时也干扰地质构造解释。目前，在实际生产中，大多还沿用较早的滤波类方法来压制多次波，如预测反褶、F-K域滤波、Radon变换、τ-p域反褶积及水平叠加等，这些方法大都是基于一次波和多次波之间的周期性、速度等物性差异来进行多次波压制。当参数选取合适时，这些滤波类方法可能会达到压制多次波的目的，但当一次波和多次波之间的差异不明显或者参数选择不当时，上述方法的效果可能不好或没有效果，甚至会损伤有效信号。

随着勘探形势的发展和勘探难度的增加，当多次波生成和衰减的假设条件不能被满足时，传统的滤波类方法就失去了作用，基于波动方程理论的预测减去法由此产生。它是以波动理论为基础，不需要模型假定，直接利用测得的地震数据来预测多次波，预测出多次波后将其从地震记录中匹配减去，进而达到衰减多次波的目的。它不需要地下结构的先验信息，因此能适应复杂的地下情况。

基于波动方程理论的有效波和多次波的分离主要包括两个步骤：多次波预测阶段和多次波与有效波分离阶段。在第二个阶段中，需要采取措施补偿预测多次波信号在动力学和运动学上的误差。预测多次波的减去过程看似简单，但在实际处理中，不同方法预测得到的多次波各不相同；并且，受勘探环境的影响，在复杂地球物理环境下往往不能采集到完整的地震波场，也会导致预测多次波信号不准确；炮点和检波点由于时间和深度改变造成的误差也会导致预测多次波有很大的误差。

目前，应用最为广泛的多次波匹配减去方法是Verschuur和Berkhout提出的最小平方法。该方法可以在一定程度上减小预测多次波与真实地震记录中的多次波在旅行时间、振幅以及相位上的误差，但是实际输出总要在一次波的保留和多次波的压制程度之间做出让步，即一次波保留较为完整时，多次波残留也较多。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法，解决了预测多次波过程中由于多道褶积造成的预测多次波能量损伤，以及传统最小平方匹配减去方法匹配精度低的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法，包括以下步骤：

A、根据目的工区的原始勘探地震记录和对该工区数据基于波动方程理论预测得到的多次波数据，确定二者对应子波匹配系数，进行子波匹配，初步校正预测多次波的振幅和相位。具体为：使用一个全局滤波器，为每一个炮记录寻求一个全局逆子波，使原始炮记录与预测出的多次波相减后能量损失最小，将预测多次波与这个逆子波滤波器进行反褶积，初步将其振幅和相位等信息校正到与原始炮记录十分接近的程度；

B、根据子波匹配后的预测多次波数据和目的工区原始地震记录，选定小波域频段分解使用的小波基函数，对子波匹配后的预测多次波和所述原始地震记录进行相同参数下的对应小波域频段分解，获得一一对应的i个频段的数据；

C、根据不同频段预测多次波数据和原始地震记录的特性，确定需要进行能量补偿的预测多次波数据的频段，在频率域中对其进行谱白化处理，补偿其能量；

D、针对每一个频段的预测多次波数据和原始地震记录，确定其最适合的振幅匹配窗口和匹配系数，有针对性地进行精确的振幅匹配，具体为设计一个局部滤波器，通过开时空窗的方法，在每个窗口内估算一个滤波算子，并将该算子作用于预测多次波。针对不同频段的预测多次波和原始地震记录，选取不同大小的时空窗和滤波算子。在选择下一个窗口时，此窗口与前一个窗口在时间和空间上都有重叠，经过局部的自适应处理，也就是对每个窗口中边缘处的结果进行斜坡处理，将不同窗口得到的多次波整合到一起，形成了该频段振幅匹配的最后结果。

E、将振幅匹配后的预测多次波数据进行数据重构，获得匹配好的全频段预测多次波数据，对原始地震记录也进行相同处理；

F、根据所述目的工区的原始地震记录和完成匹配的预测多次波数据，在时间域，利用最小平方原理，即压制后多次波残余能量最小的原理，将匹配后的预测多次波数据从所述原始地震记录中减去，从而获得最终的压制结果。

步骤A，所述目的工区为海上勘探工区或陆上勘探工区。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法，能在一定程度上弥补多道褶积造成的预测多次波能量损伤，本发明对不同频段数据进行有针对性的处理，算法中没有冗余步骤，实际运行中不会产生过大的数据矩阵而导致计算过慢，在计算效率和计算时间上没有退步，符合目前工业界对于高效率的实际生产需求，在此基础上实现了精度更高的多次波匹配，可以实现多次波的快速有效压制，具有较好的使用和推广价值。

附图说明

图1基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法流程图；

图2本申请实施例中所述工区的原始地震记录；

图3本申请实施例中所述工区的基于波动方程理论预测得到的多次波数据；

图4本申请实施例中所述工区子波匹配后的预测多次波数据；

图5本申请实施例中小波域频段分解示意图；

图6本申请实施例中选用的‘db10’小波基函数曲线图；

图7a本申请实施例中基于db10小波分解得到的第一个频段原始地震记录；

图7b本申请实施例中基于db10小波分解得到的第二个频段原始地震记录；

图7c本申请实施例中基于db10小波分解得到的第三个频段原始地震记录；

图7d本申请实施例中基于db10小波分解得到的第四个频段原始地震记录；

图7e本申请实施例中基于db10小波分解得到的四个频段原始数据的对数振幅谱图；

图7f本申请实施例中基于db10小波分解得到的四个频段原始数据的线性振幅谱图；

图8a本申请实施例中基于db10小波分解得到的第一个频段预测多次波；

图8b本申请实施例中基于db10小波分解得到的第二个频段预测多次波；

图8c本申请实施例中基于db10小波分解得到的第三个频段预测多次波；

图8d本申请实施例中基于db10小波分解得到的第四个频段预测多次波；

图8e本申请实施例中基于db10小波分解得到的四个频段预测多次波的对数振幅谱图；

图8f本申请实施例中基于db10小波分解得到的四个频段预测多次波的线性振幅谱图；

图9a本申请实施例中谱白化后的第一个频段预测多次波数据；

图9b本申请实施例中谱白化后四个频段预测多次波的对数振幅谱图；

图9c本申请实施例中谱白化后四个频段预测多次波的线性振幅谱图；

图10a本申请实施例中第一个频段振幅匹配后的预测多次波；

图10b本申请实施例中第二个频段振幅匹配后的预测多次波；

图10c本申请实施例中第三个频段振幅匹配后的预测多次波；

图10d本申请实施例中第四个频段振幅匹配后的预测多次波；

图10e本申请实施例中振幅匹配后四个频段预测多次波的对数振幅谱图；

图10f本申请实施例中振幅匹配后四个频段预测多次波的线性振幅谱图；

图11本申请实施例中多次波压制结果。

具体实施方式

本申请实施例提供基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

以下各实施例仅用于说明本发明，本发明选用db10小波作为小波基函数，凡是在本发明技术方案的基础上改用其他小波基函数，属于无创新的同等数学变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

本申请实施例提供了一种地震勘探数据处理中的完备多次波压制方法。所述多次波压制方法提供有目的工区的原始地震记录及所述工区地震记录基于波动方程理论预测得到的多次波数据。

在本实施方式中，所述目的工区可以是海上勘探工区也可以是陆上勘探工区。所述目的工区具备产生多次波的地质条件。

本申请实施例按照图1所示流程图进行多次波压制。图2为海上某地震勘探工区的实际地震记录，该工区由于是海上工区，存在强波阻抗界面，具备了产生强能量多次波的地质条件。图3为图2所示地震记录在波动方程理论基础上预测得到的多次波数据。图中所示数据系原始地震记录经过重采样后的数据，具体为由4ms采样时间间隔重采样为8ms采样时间间隔，图中纵坐标表示采样时间，图中横坐标表示检波器数。

如图1所示，一种基于小波域分频能量补偿的完备多次波压制方法，包括以下步骤：

A、根据海上工区的原始勘探地震记录和该工区地震记录基于波动方程理论预测得到的多次波数据，确定二者子波匹配的系数，并进行子波匹配。在本实施例中为，使用一个全局滤波器，为每一个炮记录寻求一个全局逆子波，使原始炮记录与预测出的多次波相减后能量损失最小，将预测多次波与这个逆子波滤波器进行反褶积，初步校正预测多次波的振幅和相位等信息。图4为本申请实施例中子波匹配后的预测多次波数据，图中纵坐标表示采样时间，图中横坐标表示检波器数。

B、根据子波匹配后的预测多次波数据和目的工区的原始地震记录，本实施例选定‘db10’小波为小波域频段分解使用的小波基函数，图5为‘db10’小波基函数曲线示意图。对子波匹配后的预测多次波和所述原始地震记录进行图6所示的小波域频段分解，其中A表示近似序列提取函数，D表示细节序列提取函数，获得一一对应的4个频段的数据，图7a-图7f为本申请实施例中基于db10小波分解得到的四个频段原始地震记录，图8a-图8f为本申请实施例中基于db10小波分解得到的四个频段子波匹配后的预测多次波。

C、在本申请实施例中，第1频段的预测多次波数据存在明显的能量缺失，因此在频率域中对其进行谱白化处理，相当于补偿其高频部分的能量，谱白化后的结果如图9a-图9c所示。

D、针对每一个频段的预测多次波数据和原始地震记录，确定其最适合的振幅匹配窗口和匹配系数，有针对性地进行精确的振幅匹配，具体为设计一个局部滤波器，通过开时空窗的方法，在每个窗口内估算一个滤波算子，并将该算子作用于预测多次波。针对不同频段的预测多次波和原始地震记录，选取不同大小的时空窗和滤波算子。在选择下一个窗口时，此窗口与前一个窗口在时间和空间上都有重叠，经过局部的自适应处理，也就是对每个窗口中边缘处的结果进行斜坡处理，将不同窗口得到的多次波整合到一起，形成了该频段振幅匹配的最后结果，图10a-图10f为四个频段预测多次波数据在经过振幅匹配后的结果。

E、将图10a-图10f所示振幅匹配后的预测多次波数据进行数据重构，获得匹配好的全频段预测多次波数据，对原始地震记录也进行相同处理；

F、根据所述目的工区的原始地震记录和完成匹配的预测多次波数据，在时间域，利用最小平方原理，将匹配后的预测多次波数据从所述原始地震记录中减去，从而获得图11所示的压制结果。图11中纵坐标表示采样时间，图中横坐标表示检波器数。本发明方法有效克服常规最小平方匹配易引起的边界效应和波形畸变，比业界常规使用的F-K域滤波和τ-p域反褶积方法更加有效地压制多次波，更完整地保留了一次波，提高压制结果的精度。

另外，本发明已经有Matlab和Linux两种环境下的程序包，地球物理数据处理和解释人员都可借助程序包进行多次波压制，具有较好的使用和推广价值。