基于系统辨识提高地震资料分辨率的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于系统辨识提高地震资料分辨率的方法。主要包括下述步骤：（一）高分辨剖面预处理；（二）地层吸收系统模型构建；（三）地层吸收模型的系统辨识实现，该部分包括①系统辨识基本结构，②系统辨识的非参数系统模型实现，③系统辨识的参数系统模型实现；（四）地层吸收模型的系统结构验证；（五）地层吸收模型的系统响应求取；（六）地层吸收模型响应的三维空间外推；（七）地面地震资料的高频拓展实现等。本发明专利技术综合应用测井、井间地震、地面地震等多种尺度的地球物理资料，利用系统辨识方法，对地面地震资料进行保真性高频恢复，这对于油田开发后期储层的精细描述和微构造的准确认识具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油地球物理勘探领域多尺度地球物理资料的联合应用，并利用现代信号处理技术提高地面地震资料的分辨率。具体是一种。
技术介绍
提高地面地震资料分辨率技术一直是国内外研究的热点和难点。它在油田的勘探开发中有着重大的理论和实用价值。由于地层介质的滞弹性和非均质性，地震波在地层中的传播要经历吸收，即衰减和频散作用，理解、估计、补偿地震波的这种吸收作用对于提高地震资料的分辨率至关重要，而仅仅依靠地面地震资料是很难得到准确的地层吸收信息。常用的提高分辨率技术(反褶积、谱白化等)，由于缺乏相对可靠的高分辨率目标数据体，仅仅利用低分辨率的地面地震叠加剖面求取到有效反褶积算子，因此在方法的有效性及实用性方面有一定的局限性。 现阶段，针对与地面地震记录对应的地质目标，可以得到以下形式的高分辨率剖面，即高分辨率目标数据体①井间地震反射波成像剖面。井间地震是一种在井中激发，井中接收地震波的地球物理技术。由于观测和采集方式与常规地震不同，井间地震技术避开了地表低降速带对地震高频信号的吸收，可以获得较高分辨率的成像资料。利用井间地震资料可以得到两井之间精细的层析速度剖面和纵向分辨能力较高的反射波成像剖面；②井间地震合成地震记录剖面。首先由井间地震技术得到的两井之间精细层析速度剖面，根据Gardner公式得到对应的密度剖面(或者直接给定密度剖面)，然后利用Zoppritz方程得到两井之间的反射系数剖面，最后基于地震合成记录的基本褶积模型，将高频地震子波与两井之间的反射系数剖面进行褶积，得到纵向分辨能力较高的合成地震记录剖面；③测井合成地震记录。与井间地震合成地震记录剖面产生类似，利用时深标定后的测井声波曲线，根据Gardner公式得到密度曲线(或者直接测量的密度曲线)，再利用Zoppritz方程得到井点的反射系数曲线，最后基于基本褶积模型，将高频地震子波与反射系数曲线进行褶积，得到井点高分辨能力的合成地震记录。测井合成地震记录是井间地震合成地震记录在两井间距离为零时的特殊状态；④其它方法得到的纵向分辨能力较高的目标数据体。尽管这些高分辨率剖面产生的形式或方法不同，但它们都是对同一目标地质体在不同尺度上的性质进行刻画，因此，通过对常规地面地震剖面和高频信息衰减较少的高分辨剖面的联合应用，研究地震波在地层传播中的衰减规律，并对常规地面地震衰减的高频信息进行补偿，从而提高其分辨率有重要的实际意义。 系统辨识是系统和控制学科的一项重要技术，它是根据系统的输入、输出信号利用现代信号处理方法来估计它的数学模型，其三个基本要素是数据、模型结构和准则。系统辨识形成了较完善的理论和技术体系，在控制、预测、规划、仿真研究、优化、过程监视和故障诊断等方面有着广泛应用。把地层或者岩石的物理性质作为系统进行研究，同样有重要的实践意义。当前，系统辨识在油气勘探开发中的应用还很少且不是很成熟，其重要原因之一就是在很多情况下系统辨识的基本要素不完备，即缺乏输入或输出数据，只能把理论分析或者模板数据补充为系统的输入输出信息，从而限制了系统辨识的应用范围和效果。对于地层系统而言，也只能对地面地震信号本身进行相关高阶谱分析和盲反褶积研究。目前国内外尚没有利用系统辨识方法，联合应用高分辨率剖面以提高地面地震资料分辨率的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对地面地震资料在地层分辨能力方面的不足，联合应用同一目标地质体的高分辨率剖面和地面地震等多尺度地球物理资料，建立高分辨剖面、地面地震和地层系统的响应模型，然后利用系统辨识方法得到地层吸收系统的系统函数，即反褶积算子，并对地面地震资料进行高频拓展，以提高地面地震资料的分辨率，实现对地下目标构造的更精确描述，而提出的。 地面地震资料所面临的一个重要问题就是其频带窄，分辨率不高，不能够提取或理解隐藏其中的细微地层信息。仅仅依靠地震资料本身信息，即使是采用了面向目标地区的处理技术，对地震资料进行重新处理，在很多情况下，仍然难以解决实际问题。 由于地层对地震波高频部分的吸收，常规地面地震的叠加剖面对地下目标的垂向分辨率很低；高分辨剖面在垂向上有较高的分辨率。因此，本专利技术的思路就是通过对同一目标地质体高分辨剖面和常规地面地震剖面的联合分析和处理，构建地面地震、高分辨剖面和地层系统吸收特性的响应模型，利用现代信号处理技术体系的系统辨识技术，求取地层系统的吸收特性，并进行适当的空间外推，作用于地面地震剖面，补偿地面地震资料由于地层吸收所导致的高频损失，拓宽其频带，以提高地面地震资料的分辨率。 本专利技术的技术方案，即主要包括下述步骤 (一)高分辨剖面预处理 测井、井间地震和地面地震等多尺度地球物理技术能够反映地下同一目标物体不同尺度的性质。由于测量环境、测量仪器、处理技术等方面的不同，由这些不同尺度地球物理技术得到的成果数据信息呈现各自不同的特点。这就需要对这些不同技术得到的高分辨剖面进行预处理，实现高分辨剖面和地面地震资料在时深空间、采样率空间的匹配等。高分辨剖面的预处理包括以下三个方面①根据给定的时深关系把高分辨剖面从深度域转换到时间域；②把深时转换后的高分辨剖面分别在纵向和横向上重采样为地面地震模式，使两者在形式上相互匹配；③对高分辨剖面的各个道赋以地面坐标，实现高分辨剖面各个道与地面地震剖面道的一一对应。 (二)地层吸收系统模型构建 地层对地震波高频部分的吸收，导致地面地震的叠加剖面对地下目标的垂向分辨率很低；而高分辨剖面避开或者没有经过地表低降速带对地震波高频部分的吸收，其垂向上有较高的分辨率。 设定地面地震经高频衰减后的地震子波采样序列为wx(n)，地层反射系数序列为r(n)，则基于褶积模型的地面地震叠加记录采样序列x(n)可记为(n＝1，2，……N) 针对地下同一个地质目标，即同一个地层反射系数序列r(n)，设定高分辨剖面没有经过高频衰减的地震子波采样序列为wy(n)，则高分辨剖面叠加记录y(n)为 地层对地震波的高频吸收相当于特定的地层系统对地震波的吸收滤波。设定地层吸收系统的单位脉冲响应为 则地面地震的地震子波与高分辨剖面地震子波的关系为 因此，可得 由此，得到地面地震叠加剖面与高分辨剖面的关系，即地面地震剖面可认为是高分辨剖面经过地层吸收系统后的输出。所以问题转化为求得地层吸收系统的单位脉冲响应或者频率响应。设h(n)为地层吸收系统的逆脉冲响应，I为单位冲激信号，则 式(5)可以转换为 因此，以地面地震叠加信号为输入参数，以高分辨剖面信号为输出参数，就可以利用下述步骤(三)、(四)、(五)所描述的系统辨识方法，求得地层吸收系统的逆脉冲响应，即反褶积算子，进而通过步骤(六)中系统响应的三维空间外推，实现步骤(七)所描述的地面地震资料的高频拓展。 (三)地层吸收模型的系统辨识实现 ①系统辨识基本结构 如式(6)所述，在单位采样间隔下，输入地面地震信号为x(n)， 输出高分辨剖面地震信号为y(n)， 则输入输出关系，即地层吸收系统的时域参数基本模型描述为 其中，q为移动算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于系统辨识提高地震资料分辨率的方法，其特征是包括下述步骤：（一）高分辨剖面预处理高分辨剖面预处理包括以下三个方面：①根据给定的时深关系把高分辨剖面从深度域转换到时间域；②把深时转换后的高分辨剖面分别在纵向和横向上重采样为地面地震模式，使两者在形式上相互匹配；③对高分辨剖面的各个道赋以地面坐标，将高分辨剖面各个道与地面地震剖面道一一对应；（二）地层吸收系统模型构建设定地面地震经高频衰减后的地震子波采样序列为ｗ↓［ｘ］（ｎ），地层反射系数序列为ｒ（ｎ），ｎ＝１，２，……Ｎ，则基于褶积模型的地面地震叠加记录采样序列ｘ（ｎ）可记为：ｗ↓［ｘ］（ｎ）□ｒ（ｎ）＊ｘ（ｎ）（１）针对地下同一个地质目标，即同一个地层反射系数序列ｒ（ｎ），设定高分辨剖面没有经过高频衰减的地震子波采样序列为ｗ↓［ｙ］（ｎ），则高分辨剖面叠加记录ｙ（ｎ）为：ｗ↓［ｙ］（ｎ）□ｒ（ｎ）＊ｙ（ｎ）（２）设定地层吸收系统的单位脉冲响应为＊（ｎ），则地面地震的地震子波与高分辨剖面地震子波的关系为：ｗ↓［ｘ］（ｎ）＊ｗ↓［ｙ］（ｎ）＊ａ（ｎ）（３）因此，可得＊＊＊由此，得到地面地震叠加剖面与高分辨剖面的关系，即地面地震剖面是高分辨剖面经过地层吸收系统后的输出，设ｈ（ｎ）为地层吸收系统的逆脉冲响应，Ｉ为单位冲激信号，则ｈ（ｎ）□＊（ｎ）＊Ｉ，式（５）可以转换为ｘ（ｎ）＊ｈ（ｎ）＊ｙ（ｎ）（６）（三）地层吸收模型的系统辨识①系统辨识基本结构如式（６）所述，在单位采样间隔下，输入地面地震信号为ｘ（ｎ），ｎ＊１，２，Ｌ，Ｎ，输出高分辨剖面地震信号为ｙ（ｎ），ｎ＊１，２，Ｌ，Ｎ，则输入输出关系，即地层吸收系统的时域参数基本模型描述为：ｙ（ｎ）＊Ｈ（ｑ）ｘ（ｎ）＊ｖ（ｎ）（７）＊Ｈ（ｑ）ｘ（ｎ）＊Ｇ（ｑ）ｅ（ｎ）（８）其中，ｑ为移动算子，Ｈ（ｑ）是系统的传递函数，ｖ（ｎ）为不可预测干扰，ｅ（ｎ）为方差为③的白噪音，ｖ（ｎ）可以进一步表述为噪音系统Ｇ（ｑ）对白噪音滤波后的结果，Ｈ（ｑ）ｘ（ｎ）是线性时不变系统响应的表示方式，相当于两者的褶积关系，可表述为：＊＊＊序列＊ｈ（ｋ）＊为系统的冲激响应；ｈ（ｋ）表示输出在ｋ时刻的响应；Ｈ（ｑ）是令ｑ＊ｅ↑［ｉ＊］得到的频率函数，即Ｈ（ｑ）＊Ｈ（ｅ↑［＊］）（１１）ｖ（ｎ）的功率谱＊↓［ｖ］（＊）表示为：＊＊＊（１２）由此利用输入地面地震道信号ｘ（ｎ），所对应的输出高分辨剖面地震道信号ｙ（ｎ），基于一定的误差准则ｖ（ｎ），求得...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩杰，王延光，韩文功，
申请(专利权)人：中国石化集团胜利石油管理局，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]