属性联合的地震信号近地表衰减补偿方法与流程

本发明属于油气勘探的地震信号处理领域，主要是对衰减后的地震勘探采集信号进行补偿恢复。

背景技术：

1、近地表地层沉积松散，对地震信号衰减强烈；近地表地层岩性及沉积厚度等空间差异较大，导致不同地面点采集到的信号具有明显横向差异。本发明目的是解决近地表对地震信号的衰减影响，提高信号波形横向一致性。

2、地面点接收到的地震信号携带着丰富的地层信息，通过对地震信号处理解释能获得地下岩层的分布情况，从而指导油气勘探开发。然而地震信号传播过程中通常受到一些干扰，影响地层信息获取的准确性，信号衰减就是一个主要的干扰因素。近地表地层不同于深层的成岩地层，其主要是松散的砂土、粘土等，有研究表明近地表地层衰减了70％以上的信号能量。另外，近地表地层结构，包括岩性、沉积厚度等在空间上具有较快的变化，因此衰减过程还造成了不同地面点接收到的信号在频率、能量及相位上都有较大的差异(图1)，如果不将信号尽可能的恢复到原始信号的一致性上，则很难从信号中分析读取到有效的地下岩层信息。

3、对于这个问题，油气勘探的地震信号处理领域发展了相应的技术手段。如地表一致性反褶积、地表一致性振幅补偿等技术[1]已经集成到商业软件中，做为常规技术手段在油气资源勘探阶段广泛使用。这两种方法一般同时使用来解决近地表衰减造成的波形不一致问题，地表一致性反褶积可以改善频率一致性，而地表一致性振幅补偿则是解决振幅一致性。地表一致性反褶积通过一定的假设条件，试图从采集信号中分离出衰减后的子波，通过反褶积算法恢复信号频率，但是由于假设条件与实际相差甚远，结果通常不够理想。而地表一致性振幅补偿技术仅仅统计振幅差异，并以振幅系数调整的方式来平衡振幅一致性。这两种算法都不是基于衰减的数学模型。

4、近些年，关于近地表衰减补偿的研究也越来越多，衰减补偿的一个难点是大地品质因子q值的计算。q值求取理论上需要已知衰减前后的子波(地面点激发得到的信号)振幅及频率信息，但由于接收到的信号，除了包含子波信息外，还携带有地层的信息，因此衰减后的子波无法准确获得。目前已有研究有通过测井数据进行实际测量来获得q值[2][3]，但是大规模的打井进行整个工区的q值调查计算从成本的角度也是不可能实现的，只能小范围的验证。另有研究基于近地表结构建模，得到速度信息，通过速度与q值之间的经验公式，来近似获得q的大小及空间变化[4][5]，但由于准确度较低，或者与实际接收信号之间匹配度较低，补偿结果不能满足勘探需求。有学者考虑到充分利用实际接收信号的重要性，通过实际信号统计频率相对关系，基于频移法理论，即q值与频率之间的关系[6-9]，计算近地表q值，或者统计振幅属性[10][11]，基于谱比法计算q值，进而补偿并恢复波形一致性。该类方法往往与数据有更高的匹配度，更利于得到可靠结果。但仅从单一属性，频率或者振幅的角度都无法确保信号波形全面的一致性。

5、参考文献

6、[1]陈超群,戴海涛等.复杂地表条件下地震资料一致性处理方法研究与应用[j].物探与化探.2023,47(4),954-964.

7、[2]罗勇,毛海波等.利用多项式拟合质心频移法估算近地表q值[j].石油地球物理勘探.2016,51(3),589-595.

8、[3]shi zhanjie,tian gang,et al.near-surface absorption compensationtechnology and its application in the daqing oilfields[j].appliedgeophysics.2009,6(2),184-191.

9、[4]崔庆辉.沙漠区地震资料近地表吸收补偿方法研究[j].科学技术与工程.2016,16(8),50-53.

10、[5]陈立,周强等.西部地区近地表q补偿技术研究及应用[j].2022油气田勘探与开发国际会议论文集ⅱ.

11、[6]王靖,刘伟明等.近地表q补偿技术及其在连片资料处理中的应用[j].2019年油气地球物理学术年会论文集.

12、[7]冯心远,曾鸣等.基于数据驱动的近地表q补偿方法及其应用[j].内蒙古石油化工,2023(11),27-30.

13、[8]王一惠,王小卫等.近地表q补偿在西部中深层地震数据上的应用[j].2019年油气地球物理学术年会论文集.

14、[9]刘桓,苏勤等.近地表q补偿技术在川中地区致密气勘探中的应用[j].岩性油气藏.2021,33(3),104-112.

15、[10]曾华会,王孝等.近地表吸收补偿技术在乌夏地区致密油储层处理中的应用[j].2015年物探技术研讨会.

16、[11]蒋立,罗勇等.地表一致性表层相对q计算及补偿方法研究与应用[j].新疆地质.2015,33(3),415-420.

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种属性联合的地震信号近地表衰减补偿方法。本发明基于衰减的数学模型，通过实际接收信号，同时统计振幅及频率属性，得到相对振幅衰减系数及相对主频，由相对主频得到近地表相关的q值，将q值及相对振幅衰减系数同时应用到补偿过程中。技术方案如下：

2、一种属性联合的地震信号近地表衰减补偿方法，包括下列步骤：

3、s1采集地震信号，得到共激发点的数据集和共接收点的数据集；

4、s2基于地表一致性原理获得相对振幅衰减系数以及相对主频值

5、设由激发点i激发，接收点j接收的数据为aij，i，j分别为激发点和接收点索引号，i＝1…n，n为激发点个数，j＝1…l，l为接收点个数；

6、s21计算激发点和接收点的相对振幅衰减系数过程如下：

7、s211将aij按共激发点分选成n个共激发点数据集si，i＝1…n；

8、s212对每个共激发点数据集si，i＝1…n，求其所包含的各道数据的平均振幅mean_ai；

9、s213对于所有共激发点数据集si，i＝1…n，求取各个平均振幅mean_ai，i＝1…n中的最大值max_a；

10、s214做最大值归一化，得到各个共激发点数据集si的平均振幅的最大值归一化值norm_ai，i＝1…n；

11、s215对归一化后的数据求逆，得到各个激发点的临时相对振幅衰减系数ini0_αi＝1/norm_ai，i＝1…n；

12、s216将各个激发点的临时相对振幅衰减系数ini0_αi，i＝1…n与相应共激发点数据集si中的所有道数据相乘，去除相应激发点的振幅衰减影响，得到调整后的aij；

13、s217将s216调整后的aij按j索引号分选成共接收点数据集rj，按照与s211至s216同样的计算方式，得到各个接收点的临时相对振幅衰减系数ini0_αj，j＝1…l以及调整后的aij；

14、s218指定重复次数m，重复s211至s217，依次得到各个激发点的各次临时相对振幅衰减系数ini1_αi，ini2_αi…以及接收点的各次临时相对振幅衰减系数ini1_αj，ini2_αj…，将m次得到的m组激发点和接收点的临时相对振幅衰减系数分别相乘，分别得到激发点和接收点的相对振幅衰减系数αi和αj；

15、s22求取激发点i和接收点j各自相对主频值γi和γj，计算方法如下：

16、s221指定重复次数p，按照s21的计算方法分别求取p次激发点临时相对主频系数和p次接收点临时相对主频系数，求取时，将求取各道数据平均振幅换成计算各数据道频谱的主频；

17、s222将p次计算得到的p个激发点临时相对主频系数相乘，再乘上所有共激发点数据集的平均主频值，即可得到激发点i的相对主频值γi；

18、s223将p次计算得到的p个接收点临时相对主频系数相乘，再乘上所有共接收点数据集的平均主频值，即可得到接收点j的相对主频值γj；

19、s3相对振幅衰减系数与相对主频联合进行近地表衰减补偿：通过平均主频值计算q值，利用q值计算补偿曲线。采用标准差归一化算法将补偿曲线振幅的空间变化统一到相同级别，即在应用相对主频值做补偿时，仅仅补偿频率损失，不改变信号振幅级别；之后，再将激发点或接收点的相对振幅衰减系数应用到补偿曲线上，对补偿曲线的振幅级别做整体的调整，从而补偿近地表地层对信号衰减造成的频率及振幅损失，并最大程度的恢复振幅和频率一致性。

20、进一步的，s1包括：一个激发点激发的信号在地下传播一定深度后，其反射信号被一定数量的接收点记录，一个接收点记录从不同激发点传播过来的信号；通过对接收点记录的数据进行分选，得到激发点相同，但是接收点位置不相同的数据，组成共激发点的数据集；得到接收点位置相同，但是激发点不相同的数据，组成共接收点的数据集。

21、进一步的，s222中求取激发点i的相对主频值γi的公式为：

22、

23、其中，mean_γi为激发点数据集si的平均主频，ini0_γi，ini1_γi…分别为p次重复过程中得到的激发点临时相对主频系数。

24、进一步的，s222中求取接收点j的相对主频值γj的公式为：

25、

26、其中，mean_γj为接收点数据集rj的平均主频，ini0_γj，ini1_γj…分别为p次重复过程中得到的接收点临时相对主频系数。

27、进一步的，s3的方法如下：

28、s31根据γi和γj由频移法公式计算激发点q值，即qi，以及接收点q值，即qj：

29、

30、计算激发点q值时，假设接收点位于激发点正对的近地表底部，公式(1)

31、中的fr为激发的信号主频；

32、假设激发点位于接收点正对的近地表地层底部，按照同样的计算方法，计算接收点qj；

33、s32根据qi以及qj构造激发点以及接收点对应的初始补偿曲线ai(f)和aj(f)，称之为通过频率属性构造的初始补偿曲线；

34、s33保留通过频率属性构造的初始补偿曲线的陡缓关系，采用标准差归一化算法，实现频率属性和振幅属性在补偿曲线中联合。

35、进一步的，步骤s33的方法如下：

36、s331计算激发点和接收点的各自补偿曲线补偿量的期望值μi和μj：

37、

38、其中，δf为离散信号频率采样间隔，μi和μj分别为激发点和接收点的补偿量的期望值；

39、s332计算激发点和接收点补偿曲线补偿量的标准差：

40、

41、其中，σi和σj分别为激发点和接收点对应的补偿量标准差，fx为某一频率值，x为地震信号有效频带内某个频率的索引值，x为地震信号有效频带上限值对应的索引值；

42、s333通过σi和σj分别对激发点和接收点的补偿曲线做归一化处理：

43、ari(f)＝ai(f)/σi ，arj(f)＝aj(f)/σj       (4)

44、其中，ari(f)与arj(f)分别为归一化后的激发点和接收点补偿曲线；

45、s334将相对振幅衰减系数应用到归一化后的补偿曲线上，得到最终的近地表衰减补偿曲线：

46、afij(f)＝αiαjari(f)arj(f)              (5)

47、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

48、1)便于工业化应用，频率及主频提取采用相同的算法框架，能同时提取和计算两套关键属性数据，同时计算得到相对振幅衰减系数以及相对主频，算法执行效率高，可实现整个工区t级以上数据量的高效运算。

49、2)所得到的q值与数据匹配度高，完全依赖实际数据，通过对数据中有效信息的提炼得到衰减相关属性，从而得到用于衰减补偿的q值。

50、3)地表一致性原理与衰减补偿技术联合，在计算相对振幅衰减系数及相对主频时实际上是依据地表一致性原理，地表一致性原理在常规处理中得到广泛应用。在这个原理基础上计算q值，进一步计算和修正补偿曲线。

51、4)抗干扰性强，由于同时提取数据的频率和振幅属性，避免了单独使用频率或者振幅属性时，由于噪音等的干扰，使属性提取不准确的情况，从而影响补偿效果。

52、5)兼顾理论与实际数据情况，能从振幅与频率两方面充分改善波形信号一致性。从衰减的数学模型着手，q值的求取以及核心补偿算法依据理论模型。在信号波形一致性的改善上，在补偿曲线里，融合了频率及振幅属性，能充分兼顾实际数据情况。在理论模型中，衰减后，频率与振幅应具备相同的变化趋势，但实际数据中，由于各种外界因素影响(仪器原因及环境噪音等)，有时不满足理论，即频率与振幅具有不同的变化趋势，这样单独使用频率属性时，无法完全满足振幅一致性的需求。

53、综上所述，本发明提出的方法兼顾了理论模型与实际数据的差异，同时利用频率及振幅属性进行近地表地层衰减补偿，可以有效的改善信号波形一致性，恢复信号频率及振幅，使数据有效的指导油气勘探。该发明有较强的抗干扰性，较高的执行效率，能开展大规模工业数据的处理应用。