一种结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法

摘要

本发明提供了一种结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法，包括：对地震数据进行信噪比谱分析、频谱分析分频带扫描，以确定优势频段和待补偿频段；将测井数据进行校正和井震匹配，构建井旁期望地震记录；利用井点处反射系数、井旁道地震记录以及层位解释数据构建稀疏反射系数剖面，进而获得非井点处的期望地震记录；通过使原始地震记录与反子波褶积逼近期望地震记录，求取对应的双边反子波；将叠加记录中获得的拓频算子用在CRP道集上，应用拓频算子处理每一个CRP道集的数据，获得CRP道集的高频和低频拓频记录；将拓频得到的低频数据，原始的优势频带数据以及拓频获得的高频数据进行数据重构得到宽频带地震数据。

说明书

技术领域

本发明涉及地震数据处理技术领域，特别是涉及到一种结合井资料及层位资料提高分辨率的叠前地震数据频带拓展方法。

背景技术

目前地震数据提高分辨率比较常用的处理方法有如反Q滤波、广义S变换、谱模拟反褶积等。反Q滤波是最为常见而有效的提高地震资料分辨率方法。目前国内外反Q滤波方法主要有三类：用级数展开作近似高频补偿的反Q滤波方法、基于波场延拓的反Q滤波方法和其他的反Q滤波方法。反Q滤波需要地层的品质因子Q值，它的准确程度直接影响反Q滤波的准确程度。然而，Q难以求准，计算效率也比较低。

反褶积是提高地震资料分辨率的一种常规方法，自从Robinson反褶积开始，反褶积成为地震数据处理的重要组成部分，Robinson的工作在于结合了Wiener的理论。Robinson 和Treitel 与Peacock和Treitel论证并扩展了这个理论。这个算法是依赖于一个简单的地震道和两个合理的假设--分别是地震反射系数和地震子波。地震道被看做未知子波和未知反射系数的褶积。如果没有一些先验的信息这个问题是无法解的。Robinson反褶积方法的核心子波最小相位反射系数白噪使这个问题得以解决。首先子波最小相位意味着一旦子波的振幅谱确定，相位谱就是确定的。然后反射系数统计学白噪意味着他的振幅谱接近常数，因此自相关是Dirac delta函数。白噪假设使得我们可以从一个地震道的振幅谱中估计出子波的振幅谱。最小相位假设使得我们可以根据子波的振幅谱确定他的相位谱。当子波已知真实的反褶积过程只是一个数值计算问题。尽管应用Robinson反褶积可以得到一个解，但这个解的常数倍仍然满足条件。

近年来反褶积方法得到了更进一步的优化，包括稀疏脉冲反褶积，Gabor反褶积等。基于Gabor反褶积理论模型的衰减子波估计，与基于常规褶积模型的传统子波估计方法相比，更符合子波实际传播过程，采用的地震数据不需要作振幅恢复。然而总的来说反褶积对反射系数和子波做了一些假设，与实际并不相符，反褶积在提高分辨率的同时降低了资料的信噪比，具体来说从Robinson反褶积、最小熵反褶积、有限熵反褶积、谱模拟反褶积的发展过程假设条件都在变化，但是有一个共同点，提高分辨率的过程没有其他资料的印证，不能结合井资料，并且受到地震资料高频信噪比的影响比较严重。而最近发展出的井控反褶积技术往往是把井旁道地震道逼近合成地震记录，而目前井震标定的相似系数仅仅0.7左右，这意味着在拓频的同时极大地改造了地震数据。

孙夕平等应用了宽频带处理方法和拓频处理联合的流程，结合薄护层调谐理论，通过增强调谐能量突出薄层反射。李曦宁等运用反褶积的处理方法，通过使井旁地震道逼近校正好的测井得到的宽频地震数据，得到了地震记录的纵向损失规律，又利用了井旁地震道与横向上任意地震道对比得到了地层横向的滤波效应，将两者串联起来以达到提高地震资料分辨率的目的。刘汉卿、张繁昌等应用匹配追踪算法提取了井资料中的地震数据可恢复的频段，继而将两者的振幅谱通过高斯拟合，建立两者的映射关系来拓宽地震资料的频带。

除此之外目前还存在种类繁多的拓频处理方法如多子波分解与重建法HFE，小波分析拓频重建法，还有频谱分解法，以及建立在时频分析基础上的调谐能量增强法及点谱法等。但是这些方法不同程度的存在分辨率低和处理方法繁琐等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种分辨率高和处理方法简单的结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：

一种结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法，包括以下步骤：

步骤1：对地震数据进行信噪比谱和频谱分析，划分频带范围；

步骤2：构建高分辨率期望地震道；

步骤3：高频地震数据求取；

步骤4：低频地震数据求取；

步骤5：高频和低频数据融合，重构得到宽频带地震数据；

步骤6：求取拓频算子，在信噪比谱约束下进行拓频处理，得到宽频带叠前地震数据。

上述方案进一步细化为：

在步骤1中，利用地震道与地震道之间的互相关与各地震道自相关求得地震数据的信噪比谱，利用傅里叶变换求得地震数据的频谱，通过结合两者特征选择合适的门槛，将地震数据频带划分为低频频带、优势频带、过渡频带和待提升频带；

在步骤2中，选取宽频带子波，利用褶积理论或有限差分正演将测井资料与叠前时间偏移后的井旁地震道匹配，构建高分辨率期望地震道；

在步骤3中，首先在井点处利用稀疏脉冲化方法，结合目的层中薄层发育情况，反射系数特征波形特征，建立目的层薄层波形与反射系数的对应关系规则，即设置一个时变的门槛，将波形的极值点中大于门槛，值作为反射系数；然后将获得的反射系数合成地震记录根据新记录与该点处地震道进行运算，通过保持每一个滑动时窗内的均方根振幅保持一致修正反射系数；其三修正后的反射系数合成的地震记录必须保证在优势频带的记录与井旁地震道波峰波谷相对应，而它的高频记录与测井数据制作的高频地震记录波峰波谷相对应；

在步骤4中，低频地震资料通过测井曲线得到的波阻抗沿层位插值得到；

在步骤5中的融合重构方法包括：时间域融合、频率域融合或基于小波变换的融合方法；

在步骤6中，计算双边拓频算子，使得拉平的共反射点道集零偏移距与之褶积最小平方逼近于拓频得到的零偏移距地震道，预白化百分比为1%~5%。

更进一步：

在步骤1中，选择合适的门槛方式是采用信噪比谱大于1。

在步骤2中的测井资料包括测井波阻抗、测井密度曲线。

在步骤4中，低频地震资料的频带范围为0-10Hz。

本发明的结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法，通过对地震数据进行信噪比谱分析频谱分析和分频带扫描，以确定优势频段和待补偿频段；将测井数据进行校正和井震匹配，构建井旁期望地震记录；利用井点处反射系数、井旁道地震记录以及层位解释数据构建稀疏反射系数剖面，进而获得非井点处的期望地震记录；通过使原始地震记录与反子波褶积逼近期望地震记录，求取对应的双边反子波；将叠加记录中获得的拓频算子用在共反射点道集（简称CRP道集）上，应用拓频算子处理每一个CRP道集的数据，获得CRP道集的高频和低频拓频记录；将拓频得到的低频数据，原始的优势频带数据以及拓频获得的高频数据进行数据重构得到宽频带地震数据。该方法处理流程相对简单，处理结果更加符合实际，大大提高了数据处理的分辨率。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为某工区处理前的数据体；

图3为某工区实际数据的信噪比谱；

图4为对工区信号频带的划分；

图5为某工区稀疏脉冲化方法重构地震道，井旁道与测井合成地震记录对比图；

图6为稀疏脉冲化得到的结果；

图7为拓频处理后的地震剖面；

图8为合成叠前AVA记录道集；

图9为合成叠前AVA高频（左图）和低频记录（右图）道集；

图10为频率融合后叠前AVA记录道集；

图11为某工区CRP道集处理前后的对比（其中左图为处理前的数据，右图为处理后的数据）；

图12为拓频处理后的信噪比谱变化。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

实施例1，一种结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法包括：

步骤1，分析地震数据频带范围、信噪比谱分析、信号的纯度谱和分频剖面，划分出资料频带范围。

步骤2，井旁期望地震道构建方法，该方法选取宽频带子波，利用褶积理论或有限差分正演将测井资料(测井波阻抗、测井密度曲线)与叠前时间偏移后的井旁地震道匹配，构建高分辨率期望地震道。

步骤3，高频地震资料(频带范围与工区的条件以及层位深度有关)通过稀疏反射系数剖面构建方法得到，此方法结合测井数据(测井波阻抗、测井密度曲线)，地质层位数据，叠后地震波形数据，在目标层位构建稀疏反射系数模型。

步骤4，在低频（频率范围为0-10Hz）缺失时，低频地震资料通过测井曲线得到的波阻抗沿层位插值得到。

步骤5，数据融合方法，本发明综合考虑地震资料的信噪比谱，研究层位的目标深度，高低频能量关系等特征，在保证优势频带不变的情况下，将高频低频成分进行融合重构得到宽频带地震数据。

步骤6，拓频算子求取，应用双边反褶积方法，使叠前地震拉平的CRP道集(共反射点道集)的零偏移距地震道与算子褶积逼近得到的宽频带地震数据，应用拓频算子处理同一CRP道集(共反射点道集)内的数据，并将生成高频数据与原数据频率融合，这种方法在拓展频带的同时可以保持相对振幅关系。

实施例2，一种结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法，包括以下步骤：

步骤1：对地震数据进行信噪比谱和频谱分析，划分频带范围；

步骤2：构建高分辨率期望地震道；

步骤3：高频地震数据求取；

步骤4：低频地震数据求取；

步骤5：高频和低频数据融合，重构得到宽频带地震数据；

步骤6：求取拓频算子，在信噪比谱约束下进行拓频处理，得到宽频带叠前地震数据。

进一步：

在步骤1中，利用地震道与地震道之间的互相关与各地震道自相关求得地震数据的信噪比谱，利用傅里叶变换求得地震数据的频谱，通过结合两者特征选择合适的门槛（比如信噪比谱大于1），将地震数据频带划分为低频频带、优势频带、过渡频带和待提升频带（如图4所示）。

在步骤2中，选取宽频带子波，利用褶积理论或有限差分正演将测井资料(测井波阻抗、测井密度曲线)与叠前时间偏移后的井旁地震道匹配，构建高分辨率期望地震道。

在步骤3中，首先在井点处利用稀疏脉冲化方法，结合目的层中薄层发育情况，反射系数特征波形特征，建立目的层薄层波形与反射系数的对应关系规则，即设置一个时变的门槛，将波形的极值点中大于门槛的值作为反射系数；然后将获得的反射系数合成地震记录根据新记录与该点处地震道进行运算，通过保持每一个滑动时窗内的均方根振幅保持一致修正反射系数；然后，修正后的反射系数合成的地震记录必须保证在优势频带的记录与井旁地震道波峰波谷相对应，而它的高频记录与测井数据制作的高频地震记录波峰波谷相对应（如图5所示）。

在步骤4中，低频地震资料(频带范围约为0-10Hz)通过测井曲线得到的波阻抗沿层位插值得到。

在步骤5中，本发明采用三种不同的融合重构方法分别为：时间域融合、频率域融合重构或基于小波变换的融合方法。其中：时间域融合方法基本特征在于运算效率高，但无法控制不同频带频率成分。频率域融合重构特征在于可以保持地震数据相位谱不变。基于小波变换的融合方法特征在于重构所获子波平滑性较好。如图8为合成叠前AVA记录道集；图9为合成叠前AVA高频记录（左图）和低频记录（右图）道集；图10为频率融合后叠前AVA记录道集。

在步骤6中，计算双边拓频算子，使得拉平的共反射点道集零偏移距与之褶积最小平方逼近于拓频得到的零偏移距地震道，预白化百分比为1%~5%。此算法与常规反褶积相比，（1）求得的算子既有0时刻之后的值，也有0时刻之前的值，对目标的逼近效果更好。（2）在同一CRP道集中，每一道都褶积相同的算子。（3）信噪比谱约束，拓频前后必须保证地震数据待拓展频率区的信噪比基本保持不变。图12为拓频处理后的信噪比谱变化，可以看出处理后的信噪比基本保持不变。

实施例3，如图1所示，一种结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法，包括以下步骤：

在步骤1，进行工区数据分析，其中包括工区地震资料的频带范围、信噪比谱分析、信号的纯度谱和分频剖面，将工区资料的频带划分为低频带、过渡频带、优势频带、过渡频带以及待提升的高频区。

在步骤2，对声波、密度测井曲线分析去除奇异值，以消除校正井径的影响。在测井资料中主要采用资料中的纵波速度曲线和密度曲线，以及用其他商业软件中导出的时深关系曲线，通过中值滤波、Walsh变换、层位合并处理（一般分层参数速度选择门槛在50m/s~200m/s，层厚参数在10m~200m），并重新根据匹配好的时深关系校正得到测井反射系数，在井点处建立期望地震道，选择宽频带子波，进行有限差分正演合成记录，或褶积合成地震记录，并将记录进行时变振幅平衡处理。

在步骤3，在井点处根据校正好的井的薄层特征、反射系数特征以及波形的对应关系，选择合适的门槛，将地震波形的极值点处的值作为反射系数，并将小于此门槛的数值置零处理，并使得合成的地震记录与测井合成地震记录波形相对应，沿着解释层位应用此规则获取高频反射系数剖面。

在步骤4，将测井数据（声波测井曲线和密度曲线）得到的反射系数进行滤波处理，得到井点出的低频信息，将此低频信息沿着解释层位进行插值获取低频数据。

在步骤5，将低频地震数据、优势频带地震数据、高频地震数据进行傅里叶变换，保持优势频带地震数据相位谱不变，振幅谱与低频和高频地震数据振幅谱融合，反变换重构得到融合后的地震数据。

在步骤6，计算双边拓频算子，使得拉平的叠前CRP道集零偏移距与之褶积最小平方逼近于拓频得到的零偏移距地震道，预白化参数的取值范围为1%~5%，将此算子应用在CRP道集中的其他地震道，并进行频率融合，得到拓频后的叠前地震数据。

实施例3，一种结合井资料与层位资料的叠前地震数据频带拓展方法，包括以下步骤：

（1）获得目标工区的信噪比谱、信号纯度谱以及分频扫描剖面，研究目标区的信号特征，将信噪比较高且振幅较大的中频频段划分为地震数据优势频带，在分频剖面上选择有微弱有效信号出现但是在信噪比谱上明显比优势频段低的频段作为待补偿高频区，频谱上缺失的低频区域为待补偿低频区（图2为原始数据，图3为数据的信噪比谱分布和图4为划分的频带范围）。

（2）对声波、密度测井曲线分析去除奇异值，以消除校正井径的影响。在测井资料中主要采用资料中的声波时差曲线和密度曲线、以及用其他商业软件中导出的时深关系曲线，通过中值滤波、层位合并处理（一般分层参数速度选择门槛在50m/s~200m/s，层后参数在10m~200m），并重新根据匹配好的时深关系校正得到测井反射系数。

（3）在井点处利用改进的稀疏脉冲化方法，结合层内的薄层发育情况，反射系数特征波形特征，建立层内薄层波形与反射系数的对应关系规则,即设置一个时变的门槛，将波形的极值点中大于门槛的值作为反射系数（如图6所示为建立的稀疏脉冲化记录）。

（4）选择比较连续、贯穿多口井的层位，根据层的走向以及层与层之间的关系把校正好的测井波阻抗的低频在空间插值（如图5所示）。

（5）综合考虑信噪比谱，目标深度，高低频能量关系等特征，在保证优势频带不变的情况下，将高频低频成分进行融合重构地震数据，应用的主要重构方法有时域、频域和基于小波变换的重构方法。

（6）计算双边拓频算子，使得拉平的叠前CRP道集（共反射点道集）零偏移距与之褶积最小平方逼近于拓频得到的零偏移距地震道，预白化百分比为1%~5%。将求出的算子与实际地震道叠前CRP数据褶积（其他领域称作卷积），得到高频或低频带地震数据体（如图7所示为拓频后的数据）。（如图8为理论的原始共反射点道集，图9左侧为图8拓频获得的高频数据，图9右侧为图8拓频获得的低频数据，图10为融合后的数据；图11左侧为处理前的实际CRP道集（共反射点道集），图11右侧为处理后的CRP道集，可以看出频带得到了拓展，图12为处理前后的信噪比谱分布，可以看出处理后没有减小信噪比。通过以上步骤处理，以实现地震资料提高分辨率的目的。