一种通过频率外推提高地震资料分辨率的方法和系统与流程

本发明涉及一种通过频率外推提高地震资料分辨率的方法和系统，属于地球物理勘探。

背景技术：

1、在地震资料处理中，分辨率是评价地震资料品质的重要指标之一。如何有效提高地震资料的分辨率，是地震资料处理中的一个关键问题。然而，由于地震子波是频带有限的，所以即使得到地震子波的准确估计，通过常规的地震反褶积技术也是恢复不了地震子波有效频带外的频率成分。显然，如果不增加其他的约束条件，就不可能实现带限信号的频率外推，由于地震信号一般可以假设是稀疏的，而由稀疏信号的有效频带进行频率外推是可能的，且在不同的领域得到研究和应用，如超声无损探测、通信、语音处理和地震勘探等。利用地震信号稀疏性实现反褶积的一个典型算法的是频率约束最小熵反褶积，可以实现地震信号的频率外推。这种方法相对于基于l1范数的方法，计算效率高，但损失弱地震反射信号，而基于l1范数的方法能较好地恢复弱反射信号，但计算量很大。此外，频率外推是一个多解性问题，利用地震信号稀疏性约束在单道处理时一般情况下可以得到一个有用的解，但在进行实际的多维地震信号处理时，其多解性往往会导致地震剖面的同相轴的连续性变差，从而降低地震剖面的可解释性。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供了一种通过频率外推提高地震资料分辨率的方法、系统和可读介质，其能够有效的提高地震资料分辨率，同时保持地震同相轴的连续性。

2、为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，包括以下步骤：采集地震信号，并将所述地震信号由反射系数序列和地震子波表示；对所述反射系数序列进行拟合，获得若干候选的拟合函数，选取所述拟合函数中对反射系数序列影响最小的函数，根据所述对反射系数序列影响最小的函数计算反射系数序列的熵范数；将反射系数序列转换为频率域中的反射系数，通过所述对反射系数序列影响最小的函数对频率域中的反射系数进行频率外推，并通过迭代求解优化问题；使通过频率外推获得的反射系数满足相干性约束条件，并输出符合相干性约束条件的频率外推反射系数。

3、进一步，所述反射系数序列为一维反射系数序列，且所述反射系数序列为零均值的稀疏的非高斯平稳序列。

4、进一步，所述反射系数序列影响最小的函数为：

5、

6、其中，cosh是双曲函数，x是函数f()的变量，α是控制信号稀疏性的参数。

7、进一步，所述反射系数序列的熵范数的计算公式为：

8、

9、其中，v(s(i))是反射系数序列的熵范数，n是s(i)的长度，q(i)是振幅归一化的向量，所述振幅归一化的向量的公式为：

10、

11、其中，s(i)是反射系数。

12、进一步，所述优化问题为：反射系数序列的熵范数maximize v(s(i))，且

13、

14、其中，b(ω)是地震子波b(i)的频率域表示形式，[ωl，ωh]是地震子波的有效频带，ω是频率。

15、进一步，所述通过迭代求解优化问题的方法为：

16、第k+1步的反射系数序列的解sk+1(i)为：

17、

18、其中，s(i)是反射系数，q(i)是振幅归一化的向量，g(q(i)，α)是f(q(i)，α)的1阶泰勒级数，sk(i)是第k次迭代得到的反射系数序列，qk(i)是sk(i)的振幅归一化的向量，qk(j)是反射系数序列中第j个值的振幅归一化的向量，α是控制信号稀疏性的参数，f(q(i)，α)是计算反射系数序列熵范数所采用的函数，n是s(i)的长度；

19、根据第k+1步的反射系数序列的解sk+1(i)计算第k+1步的频率域地震子波：

20、

21、bk+1(ω)是k+1步的频率域地震子波，[ωl，ωh]是地震子波的有效频带，x(ω，x)是频率域中的带限地震信号，x是空间坐标，ω是频率，sk+1(ω，x)是第k+1次迭代得到的频率域反射系数；

22、根据k+1步的频率域地震子波更新发射系数，每一次迭代的步长为：

23、

24、进一步，所述相干性约束条件的优化目标函数为：

25、e＝||x(ω，x)-b(ω，x)s(ω，x)||2+a1f1(s(t，x))+a2f2(s(t，x))

26、其中，x(ω，x)是频率域中的带限地震信号，b(ω，x)是频率域中的地震子波，s(ω，x)是频率域中的反射系数，x是空间坐标，s(t，x)是时域中的反射系数，a1是f1(s(t，x))的权重，f1(s(t，x))是利用反射系数序列的熵范数得到的稀疏性度量；a2是f2(s(t，x))的权重，f2(s(t，x))是反射系数的横向相干性度量。

27、进一步，获取所述反射系数的横向相干性度量的方法为：初始化：s0(i，x)＝x(i，x)，设定参数α和最大迭代次数l；对频率域中的反射系数进行反傅里叶变化，转换为空间坐标中的反射系数；根据所述空间坐标中的反射系数构造二维预测误差滤波器，并利用所述二维预测误差滤波器对空间坐标中的反射系数进行更新，直至达到迭代次数；根据所述二维预测误差滤波器和最终获得的反射系数获得反射系数的横向相干性度量。

28、进一步，获取所述反射系数的横向相干性度量的计算公式为：

29、

30、其中，ps是二维预测误差滤波器，s是最终获得的反射系数的矩阵。

31、本发明还公开了一种通过频率外推提高地震资料分辨率的系统，包括：信号采集模块，用于采集地震信号，并将所述地震信号由反射系数序列和地震子波表示；拟合函数获得模块，用于对所述反射系数序列进行拟合，获得若干候选的拟合函数，选取所述拟合函数中对反射系数序列影响最小的函数，根据所述对反射系数序列影响最小的函数计算反射系数序列的熵范数；频率外推模块，用于将反射系数序列转换为频率域中的反射系数，通过所述对反射系数序列影响最小的函数对频率域中的反射系数进行频率外推，并通过迭代求解优化问题；相关约束模块，用于使通过频率外推获得的反射系数满足相干性约束条件，并输出符合相干性约束条件的频率外推反射系数。

32、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

33、1、本发明通过恢复弱反射信号有效的提高了地震资料的分辨率，同时保持了地震同相轴的连续性，且不降低地震剖面的可解释性，对薄油气储层减低勘探风险、提高开发效率具有非常重要的应用价值。

34、2、本发明通过对频率约束最小熵反褶积方法进行分析，发现其所采用的非线性函数对地震信号处理结果的影响很大，故本发明中提出了一种新的有上限的非线性函数，并利用一个参数来控制输出信号的稀疏性，从而能较好地恢复弱地震反射信号，并且具有较快的计算速度。

35、3、本发明提出一种相干性约束方法，可以减少求解频率外推问题的多解性，改善地震剖面同向轴的连续性。对合成资料和实际地震资料的处理结果表明。

技术特征：

1.一种通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述反射系数序列为一维反射系数序列，且所述反射系数序列为零均值的稀疏的非高斯平稳序列。

3.如权利要求1所述的通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述反射系数序列影响最小的函数为：

4.如权利要求3所述的通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述反射系数序列的熵范数的计算公式为：

5.如权利要求1-4任一项所述的通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述优化问题为：反射系数序列的熵范数maximize v(s(i))，且

6.如权利要求5所述的通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述通过迭代求解优化问题的方法为：

7.如权利要求1-4任一项所述的通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，所述相干性约束条件的优化目标函数为：

8.如权利要求7所述的通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，获取所述反射系数的横向相干性度量的方法为：

9.如权利要求7所述的通过频率外推提高地震资料分辨率的方法，其特征在于，获取所述反射系数的横向相干性度量的计算公式为：

10.一种通过频率外推提高地震资料分辨率的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及一种通过频率外推提高地震资料分辨率的方法和系统，包括：采集地震信号，并将所述地震信号由反射系数序列和地震子波表示；对所述反射系数序列进行拟合，获得若干候选的拟合函数，选取所述拟合函数中对反射系数序列影响最小的函数，根据所述对反射系数序列影响最小的函数计算反射系数序列的熵范数；将反射系数序列转换为频率域中的反射系数，通过所述对反射系数序列影响最小的函数对频率域中的反射系数进行频率外推，并通过迭代求解优化问题；使通过频率外推获得的反射系数满足相干性约束条件，并输出符合相干性约束条件的频率外推反射系数。其能够有效的提高地震资料分辨率，同时保持地震同相轴的连续性。

技术研发人员：陈剑军,杜向东,王建花,叶云飞,牛聪,刘子淳,魏倩倩,解吉高,江南森
受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15