[發明專利]基于時頻譜模擬的時變混合相位地震子波提取方法

在審

• 申請號: 201410212287.4
• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103995289A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 戴永壽;張漫漫;張亞南;王蓉蓉;張鵬
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于地震信號處理領域。?

背景技術：

地震子波估計是地震信號處理中的關鍵問題之一，是地震正演、地震反演和反褶積等地震處理技術的基礎。油氣勘探難度的增加使得對地震數據處理和解釋的要求更加苛刻。為了獲取高分辨率的地震資料，地震記錄中的非平穩成分不容忽視。這是因為在地層的吸收和濾波作用下，子波在地下介質傳播過程中其振幅和能量逐漸被吸收，高頻成分逐漸衰減，因此待估計的子波具有動態衰減性，近年來時變子波的提取成為油氣地震勘探領域高分辨率處理技術亟待解決的重要研究課題。?

在信號分析和處理等領域使用時頻分析的主要動機與出發點可以歸結為：時頻分析是研究非平穩信號的有力工具，它的基本思想是設計時間和頻率的聯合函數，同時描述信號在不同時間和頻率的能量密度或強度，以聯合時頻分布的形式來表示信號的特性，可以較為準確地定位某一時刻出現哪些頻率分量。考慮到地震子波在地下介質中傳播時由于波前擴散和吸收衰減等效應其能量衰減、頻帶變窄，地震子波在傳播過程中是隨時間變化的，記錄的地震資料是一個非平穩信號，對此地震記錄進行時頻分析能夠有效刻畫其非平穩特性。?

S變換結合短時傅里葉變換和小波變換，在繼承它們局部化優點的同時克服了短時傅里葉變換時頻分辨率不變以及小波變換的尺度因子與頻率無關的缺點。然而S變換窗函數的變化趨勢是固定不變的，不能根據實際需要靈活調整，為此很多學者對S變換的窗函數加以改進提出了多種廣義S變換。常用的廣義S變換采用時窗寬度隨頻率f呈反比例變化的高斯窗函數，在高頻段時窗較窄，可獲得較高的時間分辨率，在低頻處時窗較寬，可獲得較高的頻率分辨率。這些廣義S變換對于大多數非平穩信號能獲得較好的時頻效果，但仍不能很好的滿足非平穩地震記錄處理所要求的分辨率。改進的廣義S變換的窗函數引入了兩個調節因子，其寬度與頻率呈正比例變化，即在低頻處獲得較高的時間分辨率，在高頻處獲得較高的頻率分辨率，此性質符合地震記錄動態衰減特性。對地震記錄進行改進的廣義S變換具有較好的時頻聚焦性，能夠獲得很好的時頻信息，在壓制噪聲、判斷反射層的位置以及油氣的直接顯示等方面可獲得較好的應用。?

考慮到時頻變換得到的時頻譜存在頻散現象，在相鄰反射層之間勢必會產生干擾，這將影響后續地震數據處理的準確性。為了更好的適應薄互層的地震資料處理和解釋，消除相鄰反射層之間的影響，引入一種時頻濾波器。該時頻濾波器是時間和頻率的光滑函數，對空?間點具有時頻聚焦性。對地震記錄的時頻譜在時頻域進行濾波后，可進行精細的時變子波估計和地震資料處理。?

譜模擬一般用于反褶積處理中，是一種比較有效且魯棒性較強的地震子波模擬方法。它假設子波的振幅譜類似于雷克子波譜的單峰光滑曲線，對其在頻率域進行數學建模，采用最小二乘擬合的方法從地震記錄頻譜中得到子波的頻譜。與常用的自相關估計子波振幅譜方法相比，譜模擬法摒棄了反射系數是白噪的限制，且能夠在時頻域進行。在時頻域進行譜模擬充分保留了地震記錄中的非平穩成分，真實地反應了子波的時變性，能夠更精細地提取出相應層段的子波。?

高階累積量適用于地震子波估計問題的特點可以歸結為：(1)高階累積量包含信號的完整信息；(2)因兩個統計獨立的隨機過程的累積量等于兩個隨機過程的累計量之和，所以地震褶積模型的高階累積量可分解為子波與反射系數褶積的累積量與噪聲累積量相加的形式；(3)對高斯色噪聲而言，高階累積量恒為零，可避免高斯加性噪聲對估計的影響。因此，高階累積量保留了信號更豐富的信息(尤其是相位)，可以抑制高斯噪聲，能夠在有色高斯噪聲中提取非高斯信號，在非線性、非高斯和非最小相位系統的分析和處理方面顯示出獨特優勢。考慮到實際地震記錄中子波是混合相位的，基于高階累積量的子波提取方法廣泛應用于地震資料處理中。?

發明內容：

本發明的目的在于提出一種基于時頻譜模擬的時變混合相位地震子波提取方法。?

本發明的特征在于，充分保留了地震記錄中的非平穩成分，且不需要對反射系數序列進行白噪假設，解決了常規分段提取方法在相鄰層段子波屬性存在較大變化的情況下，子波估計不準的問題，實現更精細的時變地震子波估計；采用高階雙譜法提取子波的混合相位，拓寬了傳統子波提取方法中子波零相位或最小相位的假設，提取的子波相位屬性更符合實際；在提高地震資料分辨率方面，該方法不需要研究地震記錄的動態衰減機制，直接對地震資料進行處理，避免了誤差累積；時頻濾波器的引入，大大提高了時間分辨率，消除了時頻分析時由于頻散現象相鄰反射層之間存在的影響，在此基礎上更準確地進行后續的處理工作。該方法依次包含以下步驟：?