基于反射地震记录变子波模型提高地震记录分辨率

本文给出了地震记录变子波模型的一种近似数学表达式．基于该表达式研究了反射系数序列不满足白噪假设和子波在地下传播时发生变化这两种情况下地震道谱的组成及结构,讨论了谱白化及反褶积方法在这两种情况下效果不佳的原因．然后基于变子波模型,提出了一种新的提高地震记录分辨率的方法：第一步,用自适应于地震记录的Gabor分子窗把地震记录恰当地划分成若干片断,每段内信号近似平稳,然后将地震记录变换到时间-频率域;第二步,在变换域对每个分子窗内信号的振幅谱进行处理以拓宽频带;最后把处理后的时间-频率域函数反变换回时间域得到提高分辨率后的结果．本文提出的方法具有能较好地适用于反射系数不满足白噪假设的情况及提高分辨率后的地震记录能较好地保持原地震记录的相对能量关系等优点,模型和实际资料算例结果均表明,本文方法在拓宽地震资料频带及保持地震记录局部能量相对关系方面均明显优于谱白化方法．     

一种非白噪反射系数序列的预测反褶积方法（英文）

常规预测反褶积方法需要假设反射系数是不相关的白噪声序列,利用维纳-霍夫(WH,Wiener-Hopf)方程求解滤波器,消除地震记录中的相关成分,从而实现衰减多次波和提高分辨率的目的。实际上,一次波反射系数序列存在一定的相关成分,不满足白噪声假设,处理后反射系数序列的相关成分也被消除掉,导致有效信号失真。针对这一问题,本文提出了一种改进方法。首先,利用谱模拟方法直接从地震记录中估计子波自相关;其次,利用估引计的子波自相关构建包含多次波相关信息并避免一次波反射系数相关信息的自相关函数;最后,将构建的自相关函数带入WH方程,计算预测滤波算子进行预测反褶积处理。文中对该方法进行了模型试算和实际资料处理,并于与传统预测反褶积进行对比,结果表明:本文方法能够适应非白噪的反射系数序列,处理后不改变反射系数序列的统计特性,与传统预测反褶积相比,本方法在不降低多次波衰减能力和数据分辨率提升水平的前提下,大大降低了处理噪声,提高了处理的保真性。     

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.     

基于褶积原理和改进广义S变换的震动波衰减补偿试验研究

为了恢复震动波能量在传播过程中产生的衰减损耗,提出基于褶积原理求取品质因子Q的方法与改进广义S变换相结合的反Q滤波法。通过震动波衰减补偿模型试验,对试验数据进行改进广义S变换的时频特性分析,得出了信号的能量分布情况以及时间频率对应关系;采用基于褶积原理求取品质因子的方法,得到时变Q值;对试验数据进行反Q滤波处理,使震动波能量得到了补偿。结果表明本文提出的反Q滤波法提高了对震动波能量衰减补偿的效果,拓宽了地震资料的频带,提高了地震资料分辨率,有利于进行高分辨率地震勘探、深部信号增强和油气藏预测工作的开展。     

一种基于改进门控循环单元的叠前时变子波提取方法

子波的精确提取是地震勘探后续反演与成像的前提, 针对传统时变子波提取方法受到的各类假设限制, 且需分别提取子波振幅谱与相位谱的问题, 本文提出了一种基于改进门控循环单元(GRU)网络的叠前时变地震子波提取方法.根据实际叠前地震数据分布特征与非平稳性质, 本方法首先建立非平稳地震记录与添加随机噪声的时变子波训练数据集; 为对提取出的时序特征进行拓展, 提升传统GRU网络对长时序列的处理能力, 本方法搭建起含多层GRU模块与全连接神经网络的改进门控循环单元网络模型; 利用建立的训练数据集对网络模型进行训练使网络具备提取时变子波的能力; 为提高训练效率与提取精度, 本方法在训练的反向传播过程中应用自定义WaveLoss损失函数衡量误差, 最终实现叠前时变子波的估计.经合成数据仿真实验与不同方法对比验证, 本文提出的叠前时变子波提取方法具有更高的准确度; 经对中国西部不同地区实际叠前地震资料处理与反褶积验证分析, 该方法可有效提高目标区叠前地震剖面分辨率.

     

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...     

非稳态地震记录时变子波估计

地震子波估计是地震资料处理和解释中的一个关键问题,子波估计的可靠性会直接影响反褶积和反演的准确度.现有的子波估计方法分为确定型和统计型两种类型,本文通过结合这两类方法,利用确定型的谱分析法和统计型的偏度最大化方法,分别提取时变子波的振幅和相位信息,得到估计的时变子波.这种方法不需要对子波进行任何时不变或相位等的假设,具有对时变相位的估计能力.进而利用估计时变子波进行非稳态反褶积,提高地震记录的保真度,为精细储层预测和描述提供高质量的剖面.理论模型试算验证了方法的可行性,通过实际地震资料的处理应用,表明该方法能有效地提取出子波时变信息.

     

利用EMD和子波振幅谱与相位谱关系的时变子波提取方法

本文首先分析了地震波在黏弹介质的传播规律,基于黏弹介质地震波动方程总结了时变子波振幅谱和相位谱的关系,从而得出结论,准确估计子波相位谱初值和不同时刻的子波振幅谱是实现时变子波准确提取的必要条件.在此基础上,针对传统方法限制子波振幅谱形态且受限于分段平稳假设的问题,提出了一种利用EMD（Empirical Mode Decomposition）和子波振幅谱与相位谱关系的时变子波提取方法,根据子波对数振幅谱光滑连续而反射系数对数振幅谱振荡剧烈的特点,采用EMD方法将不同时刻地震记录的对数振幅谱分解为一组具有不同振荡尺度的模态分量,通过滤除振荡剧烈分量、重构光滑连续分量提取时变子波振幅谱;再应用子波振幅谱和相位谱的关系提取时变子波相位谱,将分别提取的振幅谱和相位谱逐点进行合成,最终实现时变子波的准确提取.本文方法不需要求取Q值,适用于变Q值的情况,具有良好的抗噪性能.数值仿真和叠后实际资料处理结果表明,相比传统的分段提取方法,利用本文方法提取的时变子波准确度更高,研究成果对提高地震资料分辨率具有重要意义.

     

基于广义S变换的地震资料振幅谱补偿和相位谱校正方法研究（英文）

由于地下介质对地震波振幅的影响和地震波频散因素,地震波振幅和相位随时间、空间及频率的变化而发生改变,本文提出一种基于广义S变换的振幅谱补偿和相位谱校正新方法。该方法在S域中分为振幅谱补偿和相位谱校正两个步骤进行处理:振幅谱补偿是在地震记录可靠频带范围内恢复反射系数的振幅谱,其具体实现是在S域中利用谱模拟技术来拟合时变子波振幅谱,从而补偿由地层吸收所引起的振幅衰减;相位谱校正是消除子波剩余相位的影响,其具体实现是在S域中利用相位扫描来拾取随时间、空间和频率而变化的相位校正量,并由Parsimony准则来进行最佳相位判别。本文方法不需要直接求取Q值,能够适用于变Q值情况。理论模型和实际资料处理表明,该方法不仅能恢复地层反射系数的振幅谱,还可以有效消除子波剩余相位的影响,使子波接近或达到零相位,从而提高地震资料分辨率。     

频域谱反演提高转换波薄层分辨率方法研究与应用（英文）

多波勘探是提高致密、低渗透等复杂油气藏勘探开发精度的有效手段,但转换波属于典型的低信噪比、低分辨率资料,如何最大程度提高转换波纵向分辨率已成为多波处理的一个难点。谱反演技术能有效解决常规反褶积提频技术受频带限制影响,提高分辨率能力有限的问题,能最大程度提高数据分辨率,便于识别薄层,但该技术的难点是如何通过稳定的反演算法得到高精度反射系数,如何把反射系数恢复为宽频的地震数据?本文在前人研究的基础上利用全变差作为先验信息有助于求解欠定问题的优势,提出了一种基于全变差约束的最小二乘反演算法,提高反演的精度和稳定性,并利用高斯拟合振幅谱模拟得到宽频子波数据,通过在蓬莱地区的高分辨率数据恢复处理,得到分辨率更高的转换波。理论试验和实际资料应用证明了该方法能较大幅度地提高转换波资料分辨率,为后续速度反演、储层反射信息提取提供更准确的数据。     

基于Moore-Penrose算法的谱反演方法研究

薄储层预测一直是困扰地球物理学家的难题,由于受地震频带的限制,现有的地震数据分辨率有限,很难识别厚度小于5 m的薄储层.谱反演技术利用了反射系数序列的偶分量和奇分量特征,与常规反演理论相比能够更好地识别薄层.前人对此进行了很多研究,也取得了很多有价值的成果,但是多集中在稀疏条件下的谱反演,需要提前确定反射系数的位置,在实际应用中很难提前知道哪里存在反射系数,哪里不存在反射系数.本文将Moore-Penrose算法应用于谱反演领域,在非稀疏条件下提高谱反演的分辨率.首先利用模型验证本文方法的有效性,然后在模型中加入噪声验证本文方法的稳定性,最后将其应用于实际地震资料,证明了其在拓展地震频谱、提高地震分辨率方面的优势,为后续薄储层的预测及研究提供良好的数据基础.     

基于频率搬移的地震资料约束测井资料外推

于地震资料本身频带有限的特性,导致在利用地震资料作为约束条件进行测井资料外推时存在奇异性. 文中利用通信中常用的频率搬移技术,将频带有限的地震资料转化成一种频带拓宽的伪超分辨率资料来控制测井资料的外推,从而解决地震资料约束下的测井资料外推技术中的奇异性问题. 并利用同相轴自动追踪和时频分析技术,解决子波时变的问题,实现沿地层自适应地外推测井资料. 对实际资料的测井速度和反射系数外推结果表明, 此法具有较好的应用前景.     

叠后地震数据的谱反演处理技术及其应用浅析

受限于现有三维地震资料的分辨能力,薄储层、小断裂等小尺度地质目标识别难题始终影响着岩性油气藏勘探开发的精度.基于高分辨地震分频技术的谱反演处理技术为提高薄层识别与预测精度提供了一条新的思路和方法.在原始叠后地震数据基础上开展谱反演处理,可获得全频带地震反射系数序列数据.该数据具有很高的分辨率,完全可以用于微小级别地质体及地质体内部细节的描述与形态刻画.本文对谱反演处理技术的基本原理和实现方法进行了简要阐述,并将其应用到实际生产资料中.实例应用表明,谱反演处理获得的反射系数数据成果分辨率非常高,可清晰识别目标薄储层反射特征及各类层序变化边界,有较强的实用和应用价值.     

随机稀疏脉冲非线性反褶积

常规的反褶积方法通过线性褶积压缩子波提高地震记录的分辨率,其能力受到有效信号频带的限制.随机稀疏脉冲非线性反褶积方法将传统的以子波压缩为核心理念的反褶积方法转移到反射系数位置和大小的检测上来,它直接从地震记录中通过非线性反演方法得到反射系数的位置和大小,突破了地震资料有效频带的限制,能够较大幅度提高地震记录的分辨率.同时通过对反射系数统计特征的有效约束,减小了反褶积结果的多解性.模型实验表明,随机稀疏脉冲反褶积对噪声和子波的敏感性较小,能够较好的保护弱反射信号.在模型实验的基础上,利用随机稀疏脉冲反褶积对实际地震资料进行了实验处理,有效的改善了地震资料的分辨率.     

基于二阶谱及多阶微分融合的频谱拓展方法

受地下介质吸收衰减及环境噪声的影响,地震反射波的频率主要集中在中低频,且频带较窄,信噪比较低.反褶积方法是解决此类问题的重要手段,而谱模拟反褶积方法因克服了传统反褶积的假设条件"反射系数为白噪声"而备受推崇,但子波振幅谱无法准确获取的缺陷限制了其应用.为此,在传统的谱模拟反褶积方法基础上进行改进,提出了一种基于二阶谱及多阶微分融合的频谱拓展方法.微分算子在频率域具有单调递增的线性特征,可提高信号的高频成分并压制低频成分,即具有分频属性,且反映频率的高低与微分阶数成正比.以期望子波振幅谱为约束条件,对不同阶微分信号的振幅谱进行融合,可获得精确的宽频地震资料,避免传统谱模拟反褶积方法在求取子波振幅谱过程中存在的误差.经过对薄互层模型及实际地震记录的试算,获得了比传统方法更好的效果,证明本文方法对提高地震资料分辨率比传统谱模拟反褶积方法更加有效.     

时频域时变反褶积方法

常规反褶积方法具有很多局限性,往往要求地震子波是最小相位并且是平稳的,反射系数序列为白噪等等.本文将常规褶积模型扩展成时变褶积模型,通过S变换对地震记录进行谱分解,估计出震源子波和衰减因子,求出时变子波,在S域进行时变反褶积,再反S变换到时间域输出结果.此方法完全打破了常规反褶积方法的局限性,数值试验和实际资料处理均证明了此方法的有效性.     

S变换谱分解技术在深反射地震弱信号提取中的应用

在深反射地震资料处理中,当来自深部的有效弱信号和噪声干扰频带差异较小且难以区分时,传统滤波方法的应用会受到限制.谱分解方法是一种使用离散傅里叶变换,基于信号的频率-振幅谱等信息生成高分辨率地震图像的方法,通常用来识别介质物性横向分布特征,处理复杂介质内频谱变化和局部相位的不稳定性等问题,包括定位复杂断层和小尺度断裂等.S变换作为一种新的时频分析方法,具有自动调节分辨率的能力,近些年来被广泛应用到勘探地震、大地电磁等数据处理中,逐渐成为地球物理方法中噪声压制的有效方法之一.与常规石油反射地震资料相比,深反射主动源地震为了探测深部结构信息,常采用大药量激发方式、长排列观测系统等,导致深部有效信号基本湮灭在噪声干扰之中.针对深反射数据特点,本文结合谱分解和S变换技术,首先设计了简单的脉冲函数实验数据,证实S变换方法的有效性,同时说明谱分解方法的效果受所用时频分析方法影响较大,而其中决定分辨能力的变换窗函数的选取尤为重要.在此基础上,分别应用到深反射地震资料的单道和叠加剖面实际数据上,对比分析了传统变换谱分解和S变换谱分解的应用效果,单道资料对比结果表明:相比传统谱分解,S变换谱分解方法具有自动调节分辨率的能力,能够精确的标定深反射地震资料中弱信号不同时刻的频率分量; 叠加剖面资料应用结果表明:由S变换谱分解得到的剖面结果与其他谱分解方法结果整体上具有较高的一致性,同时清晰地刻画出原叠加剖面上被噪声湮灭的低频细节特征,提高了剖面的分辨率及同相轴连续性;对比结果明显看出,Gabor变换谱分解方法得到的结果同相轴较为破碎,分析原因认为这是由Gabor变换的时频分解方法的定长窗函数所致,窗口大小不会随着信号频率的变化来调节长度,只能在处理的过程中根据一定的记录长度范围选取窗函数参数,而S变换谱分解方法在窗函数的选取时,通过时变信号的局部频率特征自动调节窗口长度,能够更好的刻画各个频段的细节特征,在深反射剖面成像应用中效果尤为明显.本文结果表明S变换谱分解技术在深地震叠加剖面上的应用有效地提高了来自深部弱反射信号的信噪比和分辨率,并刻画出了叠加剖面上所不具有的低频细节特征,在实际深反射地震资料处理中能有效保护低频弱信号获得更好的成像效果.本文为深地震反射资料中弱信号的保护处理找到一种有效的方法.     

两种抗噪反Q滤波方法对比及应用

本文就两种抗噪反Q滤波方法进行了讨论,其中对比了考虑时频域信噪比的反Q滤波方法和基于变稳定因子的反Q滤波方法.与稳定的反Q滤波方法相比,这两种方法可以抑制噪声,提高反Q滤波后地震数据的分辨率和信噪比.然而,它们基于不同的方法原理,并且在处理效果上存在一定的差异.为了探究反Q滤波方法抑制噪声的关键问题,回顾了方法的原理,对比和讨论这两种方法的差异,并通过理论模型数据和实际地震数据进行了比较.测试结果表明,反Q滤波方法抑制噪声的关键在于有效控制振幅补偿的频带范围.就算法而言,考虑时频域信噪比的反Q滤波方法可根据地震数据的信噪比水平选择不同的频带补偿范围,具有较强的灵活性,但需要先计算出地震数据的时频域信噪比;而基于变稳定因子的反Q滤波方法具有更加简单的算法,其振幅补偿规律本身即具有一定的噪声压制能力,避免了计算时频域信噪比.当选取合适的参数,二者的振幅补偿频带范围接近时,这两种抗噪反Q滤波方法可以得到相似的处理效果.     

地震分倒频处理技术

为刻画地震信号的局部层次特征,提高复杂地质体的地震分辨率,本文利用倒谱变换能够提高分辨率的特点,结合短时傅里叶变换,构造了倒时-频变换算法,并提出地震分倒频处理技术.文中对地震分倒频处理技术的公式推导、算法设计、分倒频处理技术提高地震纵向分辨率的机理进行了详细研究.设计出了适合三维地震资料处理的软件,并从理论上阐述了地震分倒频处理技术能够提高地震分辨率.利用倒时-频变换对多分量线性调谐信号模型做倒时-频分析,可以得到良好的时频分辨率.实际三维地震资料计算表明,该方法能够提高地震纵向分辨率,且计算效率高,适合大规模三维地震资料的处理.     

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.