非平稳地震记录中时变子波提取方法研究

地震波在地下介质传播过程中,受近地表的非均质性和地层的非完全弹性影响产生散射和吸收衰减,使得地震记录具有非平稳性.因此对非平稳地震记录的研究需打破子波时不变的假设,更加真实地反映地震子波的传播特性,将有效提高地震子波估计精度.目前非平稳地震记录中提取地震子波的研究主要集中在两方面:对非平稳地震记录进行衰减补偿后采用常规方法提取地震子波;利用谱模拟或分段处理直接对非平稳地震记录进行时变子波提取.本文深入研究了衰减补偿方法与时变子波提取方法,对广泛应用于非平稳地震记录处理中的时频分析方法的优缺点进行归纳,并对谱模拟及分段处理方法的应用前景进行了展望。     

基于Noise-to-Noise自监督学习的地震数据去噪方法

在地震勘探采集到的地震数据中不可避免的存在随机噪声,而高信噪比的地震数据是地震资料反演和解释的基础.因此随机噪声压制一直是地震资料处理中的重要工作.近些年来,随着深度学习技术的发展,基于卷积神经网络的地震数据去噪方法已经取得了丰硕的成果.常规的监督学习策略需要获取无噪数据作为标签,然而从实际地震数据中获取无噪数据只能通过传统去噪方法进行预处理,以此方法构建标签数据的监督学习去噪网络必然受构建数据集的去噪方法影响.针对此问题,本文提出了一种基于Noise-to-Noise自监督学习的地震数据去噪方法,该方法通过对实际地震数据添加不同等级的噪声构建训练数据集,仅需要含噪地震数据即可训练去噪网络.合成数据测试和实际数据测试表明,本文方法可以有效去除地震数据中的随机噪声,性能优于受数据集构建方法所限的监督学习去噪方法和传统去噪方法.     

基于Kjartansson模型的反Q滤波

利用Ｋｊａｒｔａｎｓｓｏｎ提出的数学模型，建立包含有衰减和频散的正演模型。从这个模型出发，推导出适合于处理非平稳地震记录的反Ｑ滤波。用该方法不仅能补偿振幅的衰减，而且还能消除频散。通过对实际资料的处理，其结果是令人满意的。最后，给出了在最佳意义下的反Ｑ滤波方法。     

一种自适应增益限的反Q滤波

地层的Q吸收会造成地震波振幅衰减、相位畸变,分辨率和信噪比明显降低.反Q滤波可消除由于地层Q吸收造成的振幅衰减和相位畸变,从而提高地震资料的分辨率;但反Q滤波振幅补偿的数值不稳定性问题会严重降低地震资料的信噪比,并产生很多假象.截止频率法和稳定因子法反Q滤波振幅补偿方法虽可控制数值非稳定性问题,但振幅补偿函数的增益限为一个时不变的常数,且与地震数据动态范围无关,其经常会压制深层地震波的高频成分,反而降低地震资料的分辨率;因此,本文在研究截止频率法和稳定因子法的基础上,结合地震数据的动态范围对地震记录分辨率的影响,提出了一种自适应增益限的反Q滤波振幅补偿方法,其增益限和稳定因子都是时变的,且都自适应于地震数据有效频带的截止频率.合成数据和实际数据试算表明,本文的自适应增益限的反Q滤波方法可恢复地震信号有效频带范围内的能量,且能较好地控制数值非稳定性问题,最终获得高分辨率和高信噪比的地震数据.     

补偿吸收衰减的高角度叠前深度偏移方法(英文)

实际介质的吸收衰减使地震波能量减弱,主频降低,影响分辨率。在偏移过程中,可以实现吸收衰减的补偿,提高地震资料的分辨率。本文基于高角度时间-空间域单程波方程,推导出能补偿介质吸收衰减的叠前深度偏移波场外推公式。设计了一个复杂构造的地质模型,用声波方程模拟了无吸收衰减和有吸收衰减介质存在时的两种地震炮集记录。用没有补偿吸收衰减和本文讨论的补偿吸收衰减的偏移方法分别处理了两种地震资料,得到无吸收衰减、吸收衰减未得到补偿和得到补偿的三个偏移叠加剖面。补偿后的偏移剖面与没有吸收衰减的地震记录的偏移剖面几乎相同,而有吸收衰减的地震记录用无吸收衰减补偿的偏移方法处理,由于介质的吸收衰减,使吸收衰减层下方的反射信号衰减,主频降低,能量减弱。实际资料的处理结果表明,补偿吸收的偏移剖面的分辨率得到了明显改善。     

一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移

地下介质通常具有黏滞性,地震波在地下介质的传播过程中将不可避免地伴随着振幅衰减和速度频散,进而影响地震成像的准确性和分辨率.基于黏滞介质的衰减补偿逆时偏移能沿地震波的传播路径恢复其所经历的振幅衰减和相位畸变,有效提升成像效果.然而,由于地层对地震波的吸收衰减效应呈指数变化,衰减补偿过程中高低频分量的非同步增长易导致补偿算法数值不稳定.为此,本文提出了一种基于正则化策略的稳定衰减补偿逆时偏移方法.该方法基于解耦的常Q分数阶拉普拉斯算子黏滞声波方程描述地震波在地下介质中的传播效应,将振幅正则化因子引入该方程的时间-波数域的解析解中,以确保在补偿过程中地震波场能稳定延拓.二维、三维合成数据以及实际资料的偏移算例均证实了该方法的可行性和有效性,所提出的方法能有效地处理衰减补偿中的不稳定问题,明显提升地震资料的偏移成像质量.     

基于Gabor变换反褶积技术在渤海某工区的应用研究

使用常规的Wiener反褶积必须假设震源子波在地层旅行过程中是平稳的即一成不变的,这个前提条件与实际野外地震资料采集差别较大,而基于Gabor变换反褶积技术考虑到地震能量的衰减、子波的形变等非平稳性特征.地震道在Gabor域可因式分解成三项即震源子波、衰减函数和反射系数,该技术设计POU窗函数,并利用此函数在Gabor域对地震信号进行局部时频分解.Gabor域反褶积算法在Gabor域通过除以衰减函数和震源子波的乘积来估算地层反射系数,然后再做Gabor反变换可求得时间域的地层反射系数.理论模型的测试和实际地震资料的应用均表明,与Wiener反褶积相比较,基于Gabor变换反褶积可补偿中深层的能量衰减并因此拓宽有效频带和提高时间分辨率.     

一种改进的广义稳定反Q滤波方法

由于地层的黏弹性和非均质性,地震波在传播过程中振幅衰减,相位畸变,导致地震资料分辨率和信噪比降低.反Q滤波是补偿地层衰减的一种常用方法.常规的反Q滤波方法的振幅补偿算子只与时间、频率有关,其振幅补偿频带范围、强度固定不变,不能够根据地震记录的自身特点灵活地进行振幅补偿.基于此,本文在广义稳定反Q滤波法的基础上,提出了一种改进的广义稳定反Q滤波方法.新方法提出了一种新的稳定因子,并通过参数p对振幅补偿算子进行了优化.其振幅补偿算子与地震资料信噪比、走时、频率、品质因子相适应,可以更加精确地对振幅进行补偿.理论数据测试和实际地震资料应用均表明,新方法在振幅补偿和噪声压制上优于广义稳定反Q滤波法,其处理后的地震资料振幅恢复保真度、分辨率和信噪比更高,对储层预测和精细解释工作具有重要意义.     

基于反演的衰减补偿方法(英文)

提高地震资料分辨率的一个有效途径就是衰减补偿,通过对地震波的衰减和频散效应进行校正,提高地震资料的分辨率。常规衰减补偿方法都是基于波场延拓的反Q滤波方法。本文利用Futterman衰减模型,导出了一种衰减介质中合成地震记录的计算方法,在此基础上将衰减补偿问题归结为一个Fredholm积分方程反问题,利用反演方法来实现衰减补偿。针对衰减补偿问题的不稳定性,利用Tikhonov正则化方法提高反演过程的稳定性,数值模拟资料和实际资料处理结果验证了方法的有效性。     

微测井和地震资料联合的近地表Q反演方法及应用

近地表吸收衰减是影响地震资料分辨率的重要因素,而求取准确的近地表品质因子Q值并进行补偿是解决这一问题的关键．为提高近地表Q建模精度,提出了一种利用微测井和地面地震数据初至的近地表Q反演方法．首先采用单尺度Gabor变换,对微测井初至进行时频谱求取,并基于频谱比法的思想求取微测井点处的Q值,然后对地面地震初至进行拾取和等效衰减量求取,以地面地震初至波的等效衰减量为匹配目标,建立微测井Q约束的目标函数,通过反演求解实现近地表Q建模．本方法能够同时借助微测井资料的纵向高精度和地面地震的横向高采样率,建立较为准确合理的近地表Q模型．对实际资料近地表Q建模与偏移补偿测试结果的分析表明,本文方法是正确和有效的．     

井约束非稳态相位校正方法

在地震勘探资料处理中,子波的零相位化有助于提高地震资料的分辨率、改善叠加剖面的质量.常规的相位校正方法是利用测井合成记录对井旁地震记录进行相位估计,然后对整条剖面进行常相位校正,该方法没有考虑地震子波相位的非稳态性（相位随时间和空间变化）.虽然通过局部相似度方法利用最大方差模准则或包络最大相似度准则可以估计出随时间和空间变化的相位属性,但是由于零相位判别准则本身具有一定的局限性,因此精度有限.针对这一问题,本文在局部地震属性和局部平面波模型下,提出了一种井约束的非稳态相位校正方法,该方法不仅考虑了子波相位的非稳态性,而且充分利用了测井合成地震记录进行相位校正精度高的优点.理论模型和实际资料处理表明,本文方法可以有效实现信号的零相位化,有利于改善叠加效果,提高资料的分辨率.     

实际单井微测井资料Q值估计方法的改进

近地表对地震波有强烈的吸收衰减作用,严重影响地震数据的分辨率,利用微测井资料对近地表吸收结构进行估算,可以为高分辨率地震勘探提供技术支撑.采用频谱比等主流方法对实际单井微测井数据进行Q估计时,观测到的微测井数据需要满足微测井Q估计的假设条件和Q衰减理论模型,但是由于采集因素的影响,实际微测井数据会存在“限幅”、初至时间异常、激发子波不一致等问题,造成单井微测井Q估计不稳定、不可靠,甚至会估计出负的Q值.本文在梳理实际单井微测井数据存在问题的基础上,对这几个问题采用针对性策略进行了处理,缓解了实际单井微测井数据的缺陷对Q估计带来的影响,实际数据的Q估计结果验证了本文方法的可靠性和有效性.     

用稳定高效的反Q滤波技术提高地震资料分辨率

地震波在地下传播时受到衰减影响,衰减会导致地震波场高频能量的损失和相位畸变.反Q滤波可补偿大地衰减效应.已有的反Q滤波方法存在下列不足:频率域的算法由于算子长度较长,所以计算效率较低;时间域的算法,或者对地震记录上到时较晚的同相轴进行了过度的补偿,或者为防止过度补偿后来的振幅而在最大增益处进行限制,导致振幅的多解性,而且还会影响滤波器的相位效应.本文给出一种通过直接求解时间域的Q模型方程来进行反Q滤波的算法.由于采用带状矩阵解算器,所以具有较高的计算效率,理论数据和实际地震资料的试算结果证明,本方法对地震波的吸收衰减进行了出色的补偿,提高了地震资料的分辨率.     

井约束非稳态相位校正方法

在地震勘探资料处理中,子波的零相位化有助于提高地震资料的分辨率、改善叠加剖面的质量.常规的相位校正方法是利用测井合成记录对井旁地震记录进行相位估计,然后对整条剖面进行常相位校正,该方法没有考虑地震子波相位的非稳态性(相位随时间和空间变化).虽然通过局部相似度方法利用最大方差模准则或包络最大相似度准则可以估计出随时间和空间变化的相位属性,但是由于零相位判别准则本身具有一定的局限性,因此精度有限.针对这一问题,本文在局部地震属性和局部平面波模型下,提出了一种井约束的非稳态相位校正方法,该方法不仅考虑了子波相位的非稳态性,而且充分利用了测井合成地震记录进行相位校正精度高的优点.理论模型和实际资料处理表明,本文方法可以有效实现信号的零相位化,有利于改善叠加效果,提高资料的分辨率.     

基于S域谱模拟技术的时变子波提取方法研究

反褶积是叠前地震数据处理中的重要环节,反褶积效果的好坏很大程度上依赖于地震子波的准确性.早期的反褶积处理大多数都是基于Robinson提出的平稳褶积模型,即地震子波是时不变的,但实际上由于地下介质的吸收衰减作用,地震子波是随时间不断变化的,这说明要进一步改善反褶积,使用时变的地震子波是必要的,因此本文提出了一种从地震资料中直接提取时变子波的方法.具体地,首先对单道地震数据做S变换求出其时频谱,进而得到其时变振幅谱,然后利用谱模拟技术从求得的地震记录振幅谱中拟合出每一时刻的子波振幅谱,在子波是零相位假设的前提下,拟合出的时变子波振幅谱即是所求频率域的时变子波,本文最后利用正演的单道地震记录和实际资料分别验证了所求频率域时变子波的准确性.     

叠前三维地震近地表吸收补偿技术在大庆油田的应用研究(英文)

与深层致密岩石相比,相对疏松的近地表地层严重吸收了地震波的高频成分,降低了地震数据的分辨率和高频成分的信噪比。本文利用井中雷管激发、地面检波器接收的微测井直达波资料,通过分析近地表地层不同传播距离的地震直达波频谱信息差异,采用维纳滤波方法,进行近地表吸收补偿反滤波器的求取,将不同微测井测量点对应的近地表吸收补偿反滤波器应用于相应的叠前共检波点道集地震数据,完成了叠前地震数据的空变吸收衰减补偿,克服了叠后地震数据无法实现空变补偿的难题。叠前三维地震近地表吸收补偿后的数据,较补偿前地震数据的优势信噪比频带宽度明显拓宽,低频成分基本保持,反射信息量有较大程度增加,而且与合成记录吻合更好,能更好的满足地质解释的需要,提高解释精度。     

近地表高频补偿技术在三维地震勘探中的应用研究

近地表的滤波作用不仅会引起地震波高频成分的快速衰减,还会引起地震子波相位的畸变,在高分辨率地震资料处理中,必须对这些由近地表引起的衰减和频散进行补偿.文中研究了近地表吸收规律,应用微测井资料求出了表层的吸收衰减因子,补偿了近地表高频成分,给出了针对三维地震资料的近地表高频补偿方法,对大庆齐家北工区的地震资料进行了实际应用,同时还应用属性分析技术对应用效果进行了分析评价,结果表明,该方法是可行的.     

基于非平稳相似性系数的构造导向滤波及断层检测方法

不连续地质体（如断层）的自动检测一直以来都是叠后地震数据解释中的关键问题之一,尤其在三维情况中尤为重要.然而,大多数边缘检测和相干算法都对随机噪声很敏感,随机噪声衰减是叠后地震数据解释的另一个主要问题.针对构造保护去噪和断层检测问题,本文基于非平稳相似性系数完善一种构造导向滤波方法并且提出一种自动断层检测方法,形成了一套匹配的处理技术.该构造导向滤波既能够有效地衰减随机噪声又可以很好地保护地震资料中的断层等信息不被破坏,增强地震剖面中弯曲、倾斜同相轴的连续性.根据地震数据局部倾角走向,利用相邻道构建当前地震道的预测,通过预测道的叠加得到参考道,计算预测道与参考道之间的非平稳相似性系数可以设计出数据驱动的加权中值滤波.另一方面,预测道与原始道之间的非平稳相似性系数能够用于带有断层指示性的相干分析.这两种方法都基于构造预测和非平稳相似性系数,但是使用不同的调节参数和处理方案.理论模型和实际数据的处理结果证明了本文提出构造导向滤波和断层检测方法的有效性.     

F-X域复数经验模态分解去噪方法（英文）

F-X域经验模态分解去噪方法在处理非稳态地震数据时存在两个局限,一是单纯剔除第一个固有模态分量将导致有效信号缺失及去噪能力偏弱问题,二是分解复信号时对实部和虚部分别分解存在分解数目不一致的风险。本文对上述两个方面进行了改进,提出了一种新的F-X域投影法复数经验模态分解预测滤波方法,首先采用基于空间投影的复数经验模态分解将F-X域地震数据直接分解为不同的复固有模态分量,然后再对这些分量分别进行F-X域预测滤波。合成记录及实际资料测试表明,本文的新方法能更好地衰减随机噪声,更有效地保持地震信号。     

基于U-Net网络的端到端地震高分辨率处理技术

拓展频带提高地震资料分辨率是薄储层预测和岩性尖灭点识别的关键手段.目前提升分辨率主要依靠反褶积谱蓝化、Q补偿等技术,这些方法存在假设条件苛刻、参数求取过程复杂、需要井提供额外信息等问题,为实际工作带来诸多不便.本文采用纯地震数据驱动的思想,通过构建大量三维地震伪反射系数模型,与不同主频的地震子波进行褶积获得不同分辨率的正演地震样本及标签数据,然后采用U-Net深度学习网络开展训练和测试并应用到东海某凹陷实际地震资料进行效果评估.这是一个从输入数据直接得到期望结果的"端到端"模型.结果表明,U-net网络高分辨率处理后地震带宽有效展宽了30％,主频从27.5 Hz提升到了37.5 Hz,对靶区主要目的层多期河道叠置关系的分辨效果提升明显.