本发明专利技术涉及一种补偿Morlet小波变换的复时-频谱提高地震剖面分辨率的方法，为实现地震信号时-频分解和重构，方法改进了Morlet小波，并在此基础上构造出Morlet小波的逆变换公式。方法通过对地震剖面的平均振幅谱进行分析，确定出需要能量补偿的衰减频段，并拟合出随频率变化的振幅谱衰减函数，以此衰减函数构造时-频谱补偿因子和补偿函数。接着，以此补偿函数调节复时-频谱。最后，通过Morlet小波的逆变换重构地震信号，实现提高地震信号分辨率的目的。方法具有保真性和良好的增强分辨率功能。
【技术实现步骤摘要】
补偿Morlet小波变换的复时-频谱提高地震剖面分辨率的方法
本专利技术属于地球物理及油气地震勘探开发领域，具体涉及一种通过对地震道的Morlet小波变换的复时-频谱进行补偿以提高垂直地震剖面分辨率的方法。
技术介绍
在油气勘探中，对油藏和地质结构的精细描述需要高分辨率的地震数据。然而，由于大地地层介质的粘滞性，使得地震波在地下传播时受到大地吸收和频散作用，相对降低了地震波高频部分的能量，导致地震信号分辨率降低。研究人员提出了各种提高勘探地震信号分辨率的方法。在早期，基于简单褶积模型，假设地震数据为平稳信号，提出反褶积算法以提高地震数据的分辨率。随后，人们认识到地层对地震波有吸收衰减作用，导致地震数据为非平稳信号，从而提出的各种非平稳反褶积方法和反Q滤波方法来提高地震信号的分辨率。文献《地震数据处理应用技术》2008年3月石油工业出版社306页中，认为非平稳反褶积方法致力于反褶积的数学模型本身的研究，放宽假设条件，而反Q滤波方法通过改善反褶积前的数据特性，使之更好地适应反褶积要求。文献MargraveandLamoureux(2001)在《CREWESResearchReport》卷13中第241-276的文章“Gabordeconvolution”将Gabor变换用于提高地震分辨率，提出一个新的非平稳反褶积方法，方法基于反射系数为白谱，及经过大地吸收衰减的震源子波为最小相位这两个假设，方法实现需要估计时变地震子波。随后有许多学者对此方法进行改进。而通常经过大地吸收衰减的震源子波可能会是混合相位。Hale(1981)最早提出反Q滤波，同样有许多学者对此方法进行各种改进。反Q滤波可在频率、振幅、相位等方面对信号进行补偿，其缺点需要知道准确度Q值。这个专利技术给一个提高地震分辨率的新方法。方法通过对地震信号的时-频谱进行调节，以补偿地震信号能量衰减，达到提高地震分辨率的目的，其中，地震信号的时-频谱通过Morlet小波变换获取。新方法不需要计算Q值，不涉及震源子波的估计及最小相位假设。方法仅假设反射系数为波动变化的白谱序列，及震源子波是一个含有丰富频率成分的短时信号。
技术实现思路
要解决的技术问题现有的提高勘探地震信号分辨率的方法主要是反Q滤波和非平稳反褶积。反Q滤波方法需要计算Q值，而Q值的获取是一个比较艰难的工作。非平稳反褶积较著名的有Gabor反褶积，需要在最小相位的假设下需要估计时变地震子波。为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种通过补偿地震信号的Morlet小波变换复时-频谱以提高勘探地震信号分辨率的新方法。方法假设地层反射系数序列为白谱，几乎所有提高勘探地震信号分辨率的方法均采用此假设，及假设震源子波是一个含有丰富频率成分的短时信号。技术方案勘探地震信号是地下结构的一个映像，含有丰富的地球物理信息。但是，由于大地介质的粘滞性，勘探地震子波在地下传播时，会发生能量衰减和频散现象，特别是高频信息能量衰减严重。从而，导致地震信号分辨率下降，使得与高频信息相关的较小的地层结构信息不能反映出来。这种情况不利于地质工作者进行地震信号解释，以及进一步对地下结构做精细描述。大地的吸收衰减作用相当于一个滤波器。这个滤波器对震源子波的高频成分有强的吸收衰减作用，从而，使得高频成分携带的地下结构信息在地震数据中不能表现出来。但是这些信息并没有消失，只是被高能量成分或噪音遮掩，不能显性表现出来。通过寻找恰当的数学物理方法对大地吸收衰减的高频能量信息进行补偿，可使高频成分所携带的结构信息显性展现，以达到提高勘探地震信号分辨率的目的。假设地震子波w(t)是一个短时冲击信号，含有丰富的频率成分。地层反射系数r(t)是一个变化较大的白谱信号。如果没有大地滤波作用，检波器拾取的理想勘探地震信号为s0(t)＝w(t)*r(t)(1)式(1)中，符号“*”为褶积运算符号。由于受到大地吸收衰减的作用，实际得到的地震信号为s(t)＝α(t)*s0(t)+n(t)(2)式(2)中，函数α(t)体现大地的吸收衰减作用，n(t)为噪音。在式(2)两端做Fourier变换，得其频谱关系在式(3)两端取振幅谱，并简化为式(4)中，是s(t)的Fourier变换振幅谱，是s0(t)的Fourier变换振幅谱，At(f)是噪音和大地衰减的一个综合结果，称其为振幅衰减函数。由于地下结构复杂多变，振幅衰减函数At(f)很难确定，本专利技术采用统计方法，由实际地震剖面平均振幅谱获取。由此振幅衰减函数构造补偿因子函数，并对实际地震剖面进行补偿。首先，补偿使得实际地震剖面振幅谱恢复到理想状态其次，地层结构是复杂多变的，因此地震信号的吸收衰减规律是复杂的。由于地震信号的衰减随时间变化，因而恢复补偿过程应该具有时变特点；又由于在同一时刻地层对不同的频率成分吸收衰减作用不同，因而恢复补偿还应该具有随频率变化性质。因此，本专利技术给出的衰减补偿方法是在地震信号的时-频域实现，通过对勘探地震信号的Morlet小波变换时-频谱做适当调节，以起到衰减补偿的作用，从而达到提高地震信号的分辨率的目的。一种补偿Morlet小波变换的复时-频谱提高地震剖面分辨率的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：对地震剖面内的各地震道做FFT得到振幅谱，求取地震剖面的平均振幅谱，将平均振幅谱用频率-分贝图表示，在频率-分贝图中找出最大幅值点对应的频率Fm，根据振幅谱变化趋势将大于Fm的频段部分分为三段：第一段，紧挨Fm频率，其振幅谱幅值上下波动，没有明显下降趋势，称为振荡频段，此频段不需要补偿；第二段，其振幅谱幅值有一个快速下降，称为衰减频段，此频段需要补偿；第三段，其振幅谱幅值下降趋势平慢，且幅值很小，称为高噪音频段，这个频段的信号信噪比较低，不宜进行时-频谱补偿；步骤2：对衰减频段做线性拟合得到振幅谱衰减函数At(f)＝af+b，其中a和b为拟合的参数，构造时-频谱补偿因子：其中，f1为衰减频段的频率起点，fn为衰减频段的频率终点；步骤3：将地震剖面所含的地震道逐道进行Morlet小波变换得到地震道的复时-频谱矩阵：所述的Morlet小波变换表达式为：式中，Tr(·)为地震道，Tr(kΔT)为地震道的第k个时间采样点，共N+1个采样点，ΔT是时间采样间隔；ΔF是频率采样间隔，n表示时-频谱时间采样点序号，m表示时-频谱频率采样点序号，频率采样总点数为M+1；步骤4：计算复时-频谱矩阵各元素的模：找出每行的最大模值，得到最大模值向量(M(0)M(1)…M(N))T，构造时-频谱补偿函数：其中，ε为正则化因子，p为平滑因子，步骤5：用时-频谱补偿函数对复时-频谱矩阵按行、列进行补偿：步骤6：采用逆Morlet小波变换对补偿后的复时-频谱重构地震道；所述的逆Morlet小波变换表达式为：步骤7：用道均衡规格化方法对重构地震道的幅值进行规格化校正，使其数量级与变换前的地震道保持一致：找出原始地震道样点幅值等于最大值SM的样点个数，记为K，找出重构的地震道数据前K个大值直接替换为SM，其第K个大值记为TK，对其他数据，按下式规格化：所述的ε取值范围0.001≥ε＞0。所述的p取值范围1≥p＞0。有益效果本专利技术提出的一种通过补偿Morlet小波变换的复时-频谱提高地震剖面分辨率的方法，能明显提高勘探地震本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种补偿Morlet小波变换的复时‑频谱提高地震剖面分辨率的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：对地震剖面内的各地震道做FFT得到振幅谱，求取地震剖面的平均振幅谱，将平均振幅谱用频率‑分贝图表示，在频率‑分贝图中找出最大幅值点对应的频率Fm，根据振幅谱变化趋势将大于Fm的频段部分分为三段：第一段，紧挨Fm频率，其振幅谱幅值上下波动，没有明显下降趋势，称为振荡频段，此频段不需要补偿；第二段，其振幅谱幅值有一个快速下降，称为衰减频段，此频段需要补偿；第三段，其振幅谱幅值下降趋势平慢，且幅值很小，称为高噪音频段，这个频段的信号信噪比较低，不宜进行时‑频谱补偿；步骤2：对衰减频段做线性拟合得到振幅谱衰减函数At(f)＝af+b，其中a和b为拟合的参数，构造时‑频谱补偿因子：CF(f)=exp(-At(f)10)=exp(-af+b10);f∈[f1,fn]]]>CF(f)=1.0;f∉[f1,fn]]]>其中，f1为衰减频段的频率起点，fn为衰减频段的频率终点；步骤3：将地震剖面所含的地震道逐道进行Morlet小波变换得到地震道的复时‑频谱矩阵：所述的Morlet小波变换表达式为：J(n,m)=detJT(nΔT,mΔF)=Σk=0,-K≤n-k≤KNTr(kΔT)|mΔF|2πexp{-(mΔF)2[(n-k)ΔT]22}exp[i2πmΔF(n-k)ΔT]n=0,1,...,N;m=0,1,...,M]]>J(n,0)=detJT(nΔT,0)=0,n=0,1,...,N]]>式中，Tr(·)为地震道，Tr(kΔT)为地震道的第k个时间采样点，共N+1个采样点，ΔT是时间采样间隔；ΔF是频率采样间隔，n表示时‑频谱时间采样点序号，m表示时‑频谱频率采样点序号，频率采样总点数为M+1；步骤4：计算复时‑频谱矩阵各元素的模：找出每行的最大模值，得到最大模值向量(M(0) M(1) … M(N))T，构造时‑频谱补偿函数：CFu(n,m)=[||J(n,m)||×CF(m)]p||J(n,m)||+ϵ×M(n),n=0,1,...,N;m=0,1,...,M;]]>其中，ε为正则化因子，p为平滑因子，步骤5：用时‑频谱补偿函数对复时‑频谱矩阵按行、列进行补偿：步骤6：采用逆Morlet小波变换对补偿后的复时‑频谱重构地震道；所述的逆Morlet小波变换表达式为：步骤7：用道均衡规格化方法对重构地震道的幅值进行规格化校正，使其数量级与变换前的地震道保持一致：找出原始地震道样点幅值等于最大值SM的样点个数，记为K，找出重构的地震道数据前K个大值直接替换为SM，其第K个大值记为TK，对其他数据，按下式规格化：...
【技术特征摘要】
1.一种补偿Morlet小波变换的复时-频谱提高地震剖面分辨率的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：对地震剖面内的各地震道做FFT得到振幅谱，求取地震剖面的平均振幅谱，将平均振幅谱用频率-分贝图表示，在频率-分贝图中找出最大幅值点对应的频率Fm，根据振幅谱变化趋势将大于Fm的频段部分分为三段：第一段，紧挨Fm频率，其振幅谱幅值上下波动，没有明显下降趋势，称为振荡频段，此频段不需要补偿；第二段，其振幅谱幅值有一个快速下降，称为衰减频段，此频段需要补偿；第三段，其振幅谱幅值下降趋势平慢，且幅值很小，称为高噪音频段，这个频段的信号信噪比较低，不宜进行时-频谱补偿；步骤2：对衰减频段做线性拟合得到振幅谱衰减函数At(f)＝af+b，其中a和b为拟合的参数，构造时-频谱补偿因子：CF(f)＝1.0；其中，f1为衰减频段的频率起点，fn为衰减频段的频率终点；步骤3：将地震剖面所含的地震道逐道进行Morlet小波变换得到地震道的复时-频谱矩阵：所述的Morlet小波变换表达式为：
【专利技术属性】
技术研发人员：姬战怀，严胜刚，张莲叶，
申请(专利权)人：西北工业大学，西安石文软件有限公司，西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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