台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法

摘要

本发明提供一种台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法，该台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法包括：步骤1，根据布设点的位置将工区划分为统一尺寸的小面元，并求取常规检波器的频率响应函数；步骤2，在每一个小面元范围内，根据常规检波器记录的频谱比值曲线求取最低有效频率；步骤3，根据最低有效频率对常规检波器的频响函数进行截断并取倒数，得到各检波器点位置的低频恢复函数；步骤4，运用低频恢复函数恢复每个叠前记录的低频信息；步骤5，根据常规处理流程构建地震剖面。该台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法不仅避免了人为挑选单道求取低频恢复曲线时的人为干预因素，而且在噪音较强的环境下仍然有效，计算过程更加稳定、结果更加准确。

说明书

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法。

背景技术

常规地震数据采集使用自然频率为10Hz的动圈式地震检波器，恢复低频对于增加地震数据频宽和提高地震成像分辨率至关重要。实际野外地震数据采集中，低于10Hz的地震信号被畸变而无法用于地震数据处理。理论上，可以采用检波器的理论频响曲线来校正低频的畸变，但检波器的电路系统在低频段产生了可观的自噪音，如果不对有效信号频段进行辨识，那么就会在校正低频畸变的同时放大自噪音，导致地震信号信噪比的降低，因此只有在信噪比足够高和满足要求的频段低频信号的畸变才是可以恢复的。自噪音的水平依赖于采集环境的物理参数，例如温度、电磁场干扰源等。信噪比则主要取决于检波器与震源距离、检波器耦合情况、以及震源的类型和强度等。由于上述的影响因素与低频畸变程度没有定量关系，因此需要一种方法高效地分析地震数据的有效低频成分，最大限度地恢复被畸变的低频信号。

在申请号为CN201310424949.X的专利申请中提出了将高、低频地震仪记录的功率谱密度的比值作为常规检波器低频恢复曲线。此方法受低频仪器数量的限制，无法大规模和高密度地开展。由于必须在每一个采集点进行常规检波器和低频检波器的比对，增加了野外工作量的同时还需要大量低频检波器，增加了野外采集和室内处理的成本。此方法分别计算单道常规检波器数据的低频恢复曲线，并将各道的恢复曲线进行平均求取最终的常规检波器数据的低频恢复曲线，这种做法存在计算不够稳定和精度不高等问题，在选择地震道方面受人为干预的因素较重，不利于低频恢复方法在不同地区应用时的经验借鉴。通过对比高频和低频地震数据来确定可以被恢复的频段，然而由于低频仪器数量的局限无法实现高密度的有效频带评估，致使一些台站的低频无法得到充分恢复，亟需一种可以对野外采集数据进行高密度有效频带评估的稳定方法。另外，传统方法采用的频谱比值作为低频恢复函数的做法也存在稳定性不足和精度低的问题，需要进一步改进低频恢复函数的计算方 法。为此我们发明了一种新的台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以对全工区开展高密度评估和恢复常规检波器低频的方法，不需要开展大量的高、低频检波器点对点对比，不需要人为判定和筛选低频恢复曲线，能够在增加少量工作量的情况下实现全工区常规检波器频带的拓展。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法，该台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法包括：步骤1，根据布设点的位置将工区划分为统一尺寸的小面元，并求取常规检波器的频率响应函数；步骤2，在每一个小面元范围内，根据常规检波器记录的频谱比值曲线求取最低有效频率；步骤3，根据最低有效频率对常规检波器的频响函数进行截断并取倒数，得到各检波器点位置的低频恢复函数；步骤4，运用低频恢复函数恢复每个叠前记录的低频信息；步骤5，根据常规处理流程构建地震剖面。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，以单一面元范围内点对点采集的台站式低频检波器与常规检波器数据，通过多道同时反褶积求取检波器频率响应函数。

步骤1包括：

(a)将多个典型检波点处的低频检波器记录组合成为反演矩阵，具体的数学表达式如下：

(公式1)

式中：S为反演矩阵，S1＝(s11 s12 ... s1n)、S2＝(s21 s22 ... s2n)、Sm＝(sm1 sm2 ... smn)，分别为第1、第2和第m个低频地震仪接收到的地震数 据；

(b)对应于公式1构建常规检波器的数据向量，具体公式如下：

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)

分别代表所选取的典型检波点处常规检波器的地震记录；

(c)使用多道同时反褶积的方法计算常规检波器的频率响应函数，具体数学表达式如下：

(公式3)

式中：φ为常规检波器的频率响应函数；S为多个典型检波点位置处低频地震仪接收到的地震数据组成的反演矩阵；d是对应的常规检波器地震数据组成的数据矢量。

步骤2包括：

(a)将面元范围内的常规检波器的同炮记录提取后，作任意两道间的反褶积变换到频率域，或者将任意两道的频谱作比值，求得频谱比值；

(b)将所有频谱比值投影到“频率-振幅比”坐标系中，生成频谱比值曲线；

(c)将所有频谱比值取绝对值后叠加、取平均，并投影到“频率-振幅比”坐标系中，生成叠加频谱比值曲线；

(d)根据每个频率处的频谱比值与单位1的关系，以频谱比值曲线估计发散处的频率值，并在叠加频谱比值曲线上拾取此频率值，得到一个面元处的最低有效频率。

在步骤3中，根据步骤2中求得的最低有效频率对常规检波器的频响函数进行截断，仅保留有效低频部分；截断后频响函数的倒数即为低频恢复函数。

在步骤4中，将拟合的频响函数通过反褶积从常规检波器数据中移除。

在步骤5中，对低频恢复后的常规检波器地震数据进行处理，得到低频拓展后的地震数据。

本发明采用常规检波器间互相对比频谱的做法，计算得到每个检波器 位置处的最低有效频率，实现高密度估计最低有效频率。该台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法包括使用相邻道计算常规检波器自频谱比，通过频谱比与给定值的偏离确定最低有效频率；通过计算每个检波点处最低有效频率，获得三维工区内高密度的最低有效频率分布。使用多道同时反褶积，即联合使用多个地震道数据，同时求解低频恢复曲线。这种做法可以在每个检波点处获得常规检波器最低有效频率，从而实现全工区高密度的有效低频估计。针对单道估计低频恢复曲线不稳定的问题，采用多道同时反褶积的方法计算低频恢复曲线，将多个点对点对比的常规检波器和低频检波器地震数据作为反褶积的输入，利用最小二乘的方法反演常规检波器低频恢复曲线。这种反演的做法不仅避免了人为挑选单道低频恢复曲线时的人为干预因素，而且在噪音较强的环境下仍然有效，计算过程更加稳定、结果更加准确。

附图说明

图1为本发明的台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中常规检波器(虚线)与低频检波器(实线)井炮记录的振幅谱对比的示意图；

图3为本发明的一具体实施例中常规检波器野外地震记录频谱比值的示意图；

图4为中国西部MC1工区求取的低频恢复函数的示意图；

图5为中国西部MC1工区低频恢复前后剖面效果的示意图；

图6为中国西部MC1工区低频恢复前后目的层频谱对比的示意图。

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，并配合附图所示，作详细说明如下。

低频对于拓宽地震数据频带宽度和提高分辨率具有重要作用。低频地震信号的使用对于提升地震资料品质是至关重要的，绝对频宽相同的前提下，含有低频信号的地震波具有更宽的相对频宽，采集低频地震数据对于提高分辨率和改善反演结果具有更明显效果。本发明中的台站式低频检波器与常规检波器联合低频恢复方法，通过野外高密度的点对点常规检波器与低频检波器数据采集，利用网格状布设的台站式低频检波器的地震记录，恢复常规 10Hz检波器记录中的低频信息，拓宽地震数据频带，提高地震成像的分辨率，具有较高的科研和实用价值。本发明的实施基础是在野外选择典型检波点位置，进行常规检波器与台站式低频检波器的点对点联合布设并采集获得相应数据。

具体的实施步骤如图1所示，图1为本发明的台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法的流程图。

在步骤101，根据布设点的位置将将工区划分为统一尺寸的小面元。以单一面元范围内点对点采集的台站式低频检波器与常规检波器数据，通过多道同时反褶积求取检波器频率响应函数。

图2为常规检波器(虚线)与低频检波器(实线)井炮记录振幅谱对比的示意图；从图中两条曲线的对比来看，由于常规检波器的低频畸变造成了两种检波器的振幅谱在10Hz以下低频部分的差异。

(1)将多个典型检波点处的低频检波器记录组合成为反演矩阵，具体的数学表达式如下：

(公式1)

式中：S为反演矩阵，S1＝(s11 s12 ... s1n)、S2＝(s21 s22 ... s2n)Sm＝(sm1 sm2 ... smn)、分别为第1、第2和第m个低频地震仪接收到的地震数据；

(2)对应于公式1构建常规检波器的数据向量，具体公式如下：

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)

分别代表所选取的典型检波点处常规检波器的地震记录。

(3)使用多道同时反褶积的方法计算常规检波器的频率响应函数，具体数学表达式如下：

(公式3)

式中：φ为常规检波器的频率响应函数；S为多个典型检波点位置处低频地震仪接收到的地震数据组成的反演矩阵；d是对应的常规检波器地震数据组成的数据矢量。

在步骤102，在每一个小面元范围内，根据常规检波器记录的频谱比值曲线求取最低有效频率。

(1)将面元范围内的常规检波器的同炮记录提取后，作任意两道间的反褶积变换到频率域，或者将任意两道的频谱作比值，求得频谱比值；

(2)将所有频谱比值投影到“频率-振幅比”坐标系中，生成频谱比值曲线；

(3)将所有频谱比值取绝对值后叠加、取平均，并投影到“频率-振幅比”坐标系中，生成叠加频谱比值曲线；

(4)根据每个频率处的频谱比值与单位1的关系，以频谱比值曲线估计发散处的频率值，并在叠加频谱比值曲线上拾取此频率值，得到一个面元处的最低有效频率；

图3为本发明的一具体实施例中常规检波器野外地震记录频谱比值的示意图。从图中频谱比值曲线与单位1的偏离程度来分析，最低有效频率值对应于频谱比开始大幅度发散的位置。本实施例中最低有效低频值为4Hz。

在步骤103，根据最低有效频率值得到各检波器点位置的低频恢复函数。根据步骤102中求得的最低有效频率对常规检波器的频响函数进行截断，仅保留有效低频部分；截断后频响函数的倒数即为低频恢复函数。

图4为中国西部MC1工区求取的低频恢复函数的示意图；图中从恢复函数形态可以明显看到最低有效频率的截断效应。从最低有效频率开始，随着频率的提高，低频恢复函数的对应值逐渐减小到正常值1附近。

在步骤104，运用低频恢复函数恢复每个叠前记录的低频。将拟合的频 响函数通过反褶积从常规检波器数据中移除。

在步骤105，根据常规处理流程构建地震剖面。对低频恢复后的常规检波器地震数据进行处理，得到低频拓展后的地震剖面。

图5为中国西部MC1工区低频恢复前后的剖面效果的示意图。从图中可以看到，经过低频恢复后，地震资料的同相轴连续性有一定程度的加强。

图6为中国西部MC1工区低频恢复前后的目的层频谱对比的示意图，图中虚线为低频恢复前频谱，实线为低频恢复后的时窗频谱。通过对比可以明显的看到地震资料的频带在低频端(15Hz以下)有较大拓宽，同时中高频端频带基本保持一致，达到了低频端补偿的效果。

本发明是采用多道同时反褶积技术来计算低频恢复曲线，采用频谱比法等其它技术，也可实现同样的目的。与现有的处理复杂地表的资料的技术相比，本方法主要有两点优势：

(1)台站式检波器与常规检波器联合低频恢复方法采用常规检波器间对比频谱的做法，计算每个检波器位置处的最低有效频率。这种做法可以在每个检波点处获得常规检波器最低有效频率，从而实现全工区高密度的有效低频估计。

(2)针对单道估计低频恢复曲线不稳定的问题，采用多道同时反褶积的方法计算低频恢复曲线，将多个点对点对比的常规检波器和低频检波器地震数据作为反褶积的输入，利用最小二乘的方法反演常规检波器低频恢复曲线。这种反演的做法不仅避免了人为挑选单道低频恢复曲线时的人为干预因素，而且在噪音较强的环境下仍然有效，计算过程更加稳定、结果更加准确。