地震信号的频带拓宽方法及装置与流程

本发明涉及地震勘探领域，具体地，涉及一种地震信号的频带拓宽方法及装置。

背景技术：

在地震勘探工作中，地震分辨率是获取地层细节信息的关键因素，对于三维地震数据体而言，分辨率包括纵向(时间方向)分辨率和横向(空间方向)分辨率，垂向分辨率通常是给定地震信号的频率的函数。为了提高地震分辨率，实现薄储层的识别，需要地震信号具有宽带频谱特征，因而拓展频率带宽问题一直是油气地球物理领域的一个研究重点。

目前，拓展地震信号频带主要有两类方法：一类是反褶积类方法，该类方法是基于地震记录的褶积模型，通过求取地震资料的地震子波，利用反褶积算法去除子波，实现地层反射系数的求取，从而得到宽频带的地震数据；另一类是频谱能量补偿法，诸如谱白化等技术，该类方法直接在频率域或者时频域根据一定的规律进行高频能量的补偿，从而实现拓宽频谱的目的。然而，上述的反褶积类方法回避不了地震子波提取的问题，而谱白化类的频谱能量补偿法则回避不了降低原资料信噪比的问题。

可见，现有技术中尚无较好的拓宽地震信号频带的方法。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种地震信号的频带拓宽方法及装置，用于提供一种较好的地震信号的频带拓宽方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种地震信号的频带拓宽方法，包括：

对获取的地震信号进行处理，以得到与所述地震信号对应的时频谱，其中，所述地震信号为用于勘探地下岩层的性质和形态的时域信号；

从所述时频谱中截取有效频段内的时频谱，并将所述有效频段内的每个时频谱作为一个基波信号；

分别计算所述有效频段内包括的每一个基波信号的谐波信号；

将计算得到的全部谐波信号中的每个谐波信号分别与对应的基波信号叠加，以得到叠加后的信号；

将所述叠加后的信号进行反变换，以获得频带拓宽后的地震信号。

可选的，所述分别计算所述有效频段内包括的每一个基波信号的谐波信号，包括：

分别计算所述有效频段内包括的每一个基波信号的次谐波信号及高次谐波信号。

可选的，所述分别计算所述有效频段内包括的每一个基波信号的谐波信号，包括：

分别基于所述有效频段内包括的每一个基波信号的瞬时振幅、瞬时频率、及相位信息，计算对应的基波信号的谐波信号。

可选的，所述对获取的地震信号进行处理，以得到与所述地震信号对应的时频谱，包括：

对获取的地震信号进行小波变换，以得到与所述地震信号对应的时频谱；或，

对获取的地震信号进行S变换，以得到与所述地震信号对应的时频谱。

根据本发明实施例的第而方面，提供一种地震信号的频带拓宽装置，包括：

处理模块，用于对获取的地震信号进行处理，以得到与所述地震信号对应的时频谱，其中，所述地震信号为用于勘探地下岩层的性质和形态的时域信号；

截取模块，用于从所述时频谱中截取有效频段内的时频谱，并将所述有效频段内的每个时频谱作为一个基波信号；

计算模块，用于分别计算所述有效频段内包括的每一个基波信号的谐波信号；

叠加模块，用于将计算得到的全部谐波信号中的每个谐波信号分别与对应的基波信号叠加，以得到叠加后的信号；

反变换模块，用于将所述叠加后的信号进行反变换，以获得频带拓宽后的地震信号。

可选的，所述计算模块包括：

第一计算子模块，用于分别计算所述有效频段内包括的每一个基波信号的次谐波信号及高次谐波信号。

可选的，所述计算模块还包括：

第二计算子模块，用于分别基于所述有效频段内包括的每一个基波信号的瞬时振幅、瞬时频率、及相位信息，计算对应的基波信号的谐波信号。

可选的，所述处理模块包括：

处理子模块，用于对获取的地震信号进行小波变换，以得到与所述地震信号对应的时频谱；或，对获取的地震信号进行S变换，以得到与所述地震信号对应的时频谱。

通过上述技术方案，对地震信号进行时频双域分解可以得到时频谱，再从时频谱中分离有效频带内的时频谱，有效频带内的每个时频谱可以作为一个基波信号，然后可以分别计算每个基波信号的谐波信号，再将基波信号与其谐波信号叠加，得到叠加后的信号，最后将叠加后的信号进行反变换，得到频带拓宽后的地震信号。通过这样的方式，无需提取地震子波，且能够在保持原有信噪比的情况下拓宽地震信号的频带，有利于提高地震信号分辨率。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种地震信号的频带拓宽方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的地震信号的频带拓宽效果示意图。

图3a是根据一示例性实施例示出的地区一频带拓宽前的剖面示意图。

图3b是根据一示例性实施例示出的地区一频带拓宽前的频谱示意图。

图3c是根据一示例性实施例示出的地区一频带拓宽后的剖面示意图。

图3d是根据一示例性实施例示出的地区一频带拓宽后的频谱示意图。

图4a是根据一示例性实施例示出的地区二频带拓宽前的剖面示意图。

图4b是根据一示例性实施例示出的地区二频带拓宽前的频谱示意图。

图4c是根据一示例性实施例示出的地区二频带拓宽后的剖面示意图。

图4d是根据一示例性实施例示出的地区二频带拓宽后的频谱示意图。

图5a是根据一示例性实施例示出的地区三原始资料等时切片效果示意图。

图5b是根据一示例性实施例示出的地区三原始频带拓宽后的等时切片效果示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种地震信号的频带拓宽装置的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种地震信号的频带拓宽方法的流程图，如图1所示，该地震信号的频带拓宽方法可以应用于计算机中，包括以下步骤。

步骤S11：对获取的地震信号进行处理，以得到与地震信号对应的时频谱。

步骤S12：从时频谱中截取有效频段内的时频谱，并将有效频段内的每个时频谱作为一个基波信号。

步骤S13：分别计算有效频段内包括的每一个基波信号的谐波信号。

步骤S14：将计算得到的全部谐波信号中的每个谐波信号分别与对应的基波信号叠加，以得到叠加后的信号。

步骤S15：将叠加后的信号进行反变换，以获得频带拓宽后的地震信号。

地震信号可以是用于勘探地下岩层的性质和形态的时域信号，本发明实施例以一个采样点数为N(N为正整数)的地震信号，记为S(t)为例。

可选的，对获取的地震信号进行处理，可以是对获取的地震信号进行小波变换，以得到与地震信号对应的时频谱；或者也可以对获取的地震信号进行S变换，以得到与地震信号对应的时频谱；或者还可以是以其他的方式对地震信号进行处理，本发明实施例不作限定，只要能够得到与地震信号对于的时频谱即可。

对获取的地震信号，也就是时域信号S(t)进行时频双域分解，可以得到与地震信号S(t)对应的时频谱W_gS(t,a)。以对获取的地震信号进行小波变换为例，采用复数母小波函数g(t)，取其连续小波变换，为：

其中，a为尺度因子(频率)，(·)^*表示复共轭，采用的复数Morlet母小波为

或者也可以对地震信号进行S变换，或者还可以是其他的处理方式，只要能够得到与地震信号对应的时频谱即可。

在得到地震信号对应的时频谱W_gS(t,a)后，可以从时频谱中截取有效频段内的时频谱，也就是对时频谱W_gS(t,a)进行优势频带范围内的时频谱分离，比如，频带包括0Hz-100Hz，有效频段为40Hz-60Hz，那么可以截取40Hz-60Hz频段内的时频谱，将40Hz-60Hz频段内每个时频谱作为一个基波信号。

可选的，分别计算有效频段内包括的每一个基波信号的谐波信号，可以分别计算有效频段内包括的每一个基波信号的次谐波信号及高次谐波信号。

次谐波信号即频率是原基波信号频率真分数次倍数的谐波信号；高次谐波信号即频率是原基波信号频率整数次倍数的谐波信号。计算得到的高次谐波和次谐波可以加入到原小波系数中。根据谐波准则计算各基波的高次谐波与次谐波，可以将计算出的高次谐波与次谐波加入原小波系数中，有利于进行小波逆变换时实现信号缺失的高低频恢复。

可选的，分别计算有效频段内包括的每一个基波信号的谐波信号，可以分别基于有效频段内包括的每一个基波信号的瞬时振幅、瞬时频率、及相位信息，计算对应的基波信号的谐波信号。

在得到有效频段内的基波信号后，可以分别计算各基波信号的谐波信号H_i，例如可以通过以下公式计算得出：

A_ti＝A(W_gS(t,a_i))

θ_ti＝Arg(W_gS(t,a_i))

m为正整数或者真分数。

其中，A_ti为第i个基波信号对应t时刻的瞬时振幅，θ_ti为对应的角频率，H_ti则为其谐波信号(可以包括高次谐波信号和次谐波信号)。

在计算出有效频段内的每个基波信号的谐波信号后，将谐波信号分别与对应的基波信号进行叠加，得到新的时频谱W_g'S(t,a)。

再对加入谐波信号的新时频谱信号W_g'S(t,a)进行反变换，将频域的信号变换回时域的信号，最终得到频带拓宽后的地震信号S'(t)。

本发明实施例中，由于计算的高次谐波与次谐波是与有效频段的信号有关，因此本发明恢复出的信号信噪比只与原信号有效带宽信号部分的信噪比有关，不涉及原始高频端低信噪比的信号，本发明能较好地保持原信号的信噪比，进而能够有效展宽信号频带从而达到提高分辨率的目的。

以下将结合附图对本发明能够达到的技术效果进行说明。

请参见图2，图2为拓频处理效果对比图，图2中，从左到右包括a、b、c、和d四个波形图。其中，波形图a为反射系数序列，波形图b为主频20Hz雷克子波合成地震记录，波形图c为本发明频带拓宽一倍后的记录，波形图d为主频40Hz雷克子波合成地震记录。通过图2可以看出，经本发明中的技术方案处理后的结果与高频子波合成记录结果相似，本发明能够达到符合理论预期的技术效果，可信度较高。

请参见图3a-图3d四个图，以及图4a-图4b四个图，其中，图3a为地区一拓频处理前的剖面图，图3b为地区一拓频处理前的频谱图，图3c为地区一拓频处理后的剖面图，图3d为地区一拓频处理后的频谱图；图4a为地区二拓频处理前的剖面图，图4b为地区二拓频处理前的频谱图，图4c为地区二拓频处理后的剖面图，图4d为地区二拓频处理后的频谱图。通过分别对地区一以及地区二处理前后的剖面图和频谱图进行对比分析后，均可以看出，通过本发明实施例中的技术方案，在有效拓宽地震信号频带后，资料特征清晰，信噪比保持好，且层间信息更丰富，细节刻画清晰。

请参见图5a-图5b，图5a为地区三拓频处理前的原始资料等时切片效果图，图5b为地区三拓频处理后的等时切片效果图，可以看出，经拓频处理后，平面展布特征与原始资料保持一致，同时，细节刻画能力更强。

请参见图6，基于同一发明构思，本发明实施例提供一种地震信号的频带拓宽装置600，该装置600可以包括：

处理模块601，用于对获取的地震信号进行处理，以得到与地震信号对应的时频谱，其中，地震信号为用于勘探地下岩层的性质和形态的时域信号；

截取模块602，用于从时频谱中截取有效频段内的时频谱，并将有效频段内的每个时频谱作为一个基波信号；

计算模块603，用于分别计算有效频段内包括的每一个基波信号的谐波信号；

叠加模块604，用于将计算得到的全部谐波信号中的每个谐波信号分别与对应的基波信号叠加，以得到叠加后的信号；

反变换模块605，用于将叠加后的信号进行反变换，以获得频带拓宽后的地震信号。

可选的，计算模块603包括：

第一计算子模块，用于分别计算有效频段内包括的每一个基波信号的次谐波信号及高次谐波信号。

可选的，计算模块603还包括：

第二计算子模块，用于分别基于有效频段内包括的每一个基波信号的瞬时振幅、瞬时频率、及相位信息，计算对应的基波信号的谐波信号。

可选的，处理模块601包括：

处理子模块，用于对获取的地震信号进行小波变换，以得到与地震信号对应的时频谱；或，对获取的地震信号进行S变换，以得到与地震信号对应的时频谱。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以对本发明的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。