一种面向叠前反演的道集振幅分频补偿方法

摘要

本发明提出了一种面向叠前反演的道集振幅分频补偿方法。该方法对原始的叠前道集资料进行包括去噪、剩余动校和转入射角道集的预处理；然后对预处理后的叠前道集资料进行基于小波变换的分频处理；然后以正演AVO特征趋势为约束，从不同频率的叠前道集资料中提取中角度的入射角以及对应的振幅值；对提取的不同频率道集的入射角和振幅值进行AVO抛物线拟合，计算抛物线方程的各个系数；最后根据拟合得到的抛物线方程重新确定不同频率道集中不同入射角时的反射系数，根据重新确定的反射系数对近道、远端能量弱的道进行分频振幅补偿，使振幅随入射角的变化满足抛物线的规律，满足叠前反演方法对输入数据的要求，从而提高叠前弹性参数反演的可靠性和稳定性。

权利要求

1.一种面向叠前反演的道集振幅分频补偿方法，其特征在于，包括预处理步骤，对原始的叠前道集资料进行包括去噪、剩余动校和转入射角道集的预处理；

分频处理步骤，对预处理后的叠前道集资料进行分频处理；

参数提取步骤，从不同频率的叠前道集资料中提取符合正演AVO特征趋势的入射角以及对应的振幅值；

拟合计算步骤，对提取的不同频率道集的入射角和振幅值进行AVO抛物线拟合，计算抛物线方程的各个系数；

能量补偿步骤，根据拟合得到的抛物线方程重新确定不同频率道集中不同入射角时的反射系数，根据重新确定的反射系数对近道及远道能量弱的道进行分频振幅补偿；

其中，所述预处理步骤中，基于同相叠加的射线束聚焦进行去噪处理，具体包括以下步骤：对于一个确定的偏移距，首先定义炮点和检波点的邻域范围，将此范围内的道集抽取出来为一个射线束；

在射线束内选取标志反射层，在标志反射层附近选取时窗进行叠加形成标准道，与射线束内各道进行相关分析；

在时窗范围内，将相关时差超过1/4子波长度的道集予以剔除；

将满足同相叠加原理的各道进行叠加。

2.如权利要求1所述的道集振幅分频补偿方法，其特征在于：所述剩余动校处理是采用反射轴自动追踪的方法，对给定时窗内的各叠前远道与近、中道求取相关系数，获得相对于零偏移距的时移量，然后逐步滑动时窗获得整个道集的时移量，将道集拉平。

3.如权利要求1所述的道集振幅分频补偿方法，其特征在于：所述分频处理步骤，基于小波变换对预处理后的叠前道集资料进行分频处理。

4.如权利要求1所述的道集振幅分频补偿方法，其特征在于，进一步地，所述参数提取步骤中，从不同频率的叠前道集资料中提取符合正演AVO特征趋势的中角度的入射角以及对应的振幅值；

其中，所述中角度的入射角的范围是10～25度。

5.如权利要求1所述的道集振幅分频补偿方法，其特征在于，所述拟合计算步骤中，根据提取的入射角和振幅进行AVO抛物线拟合，通过下式确定抛物线方程的系数R、W、V；

2

式中，xi＝sinθi，θi是第i个入射角；yi是第i个入射角对应的中间变量。

6.如权利要求5所述的道集振幅分频补偿方法，其特征在于：拟合计算步骤中，采用最小二乘法计算抛物线方程的各个系数。

说明书

一种面向叠前反演的道集振幅分频补偿方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油气藏勘探技术领域，尤其是一种面向叠前反演的道集振幅分频补偿方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着岩性油气藏勘探需求的日益增多，与之配套的地震资料储层预测技术，特别是叠前属性分析和叠前弹性参数反演技术得到了长足的发展。这些技术在岩性预测和流体检测中得到广泛应用，其预测精度除了受反演方法本身影响之外，还受输入数据质量的影响。其中，叠前道集作为叠前属性分析及叠前弹性参数反演的输入数据，其质量对反演结果精度的影响较大。

[0003] 目前，本领域技术人员普遍认识到叠前道集的去噪、子波一致性、入射角范围、剩余动校和远道畸变等预处理对叠前反演结果的影响很大。但是，这些预处理主要集中在改善资料信噪比和分辨率等方面，缺乏对保真性，例如道集动力学信息---振幅、频率、相位补偿的研究，尤其对宽角度的研究更是少见。然而，叠前弹性参数反演要得到稳定的密度项，需要尽可能宽的入射角度。此外，由于地震波在地下介质中传播时会受吸收衰减影响，因此地震波的高频能量会有损失，振幅、频率和相位会发生畸变。虽然在现有技术中，在叠前道集的前期处理中也会对各种振幅进行补偿，但是这些补偿方法只是限于纵向上的几何扩散及吸收补偿，而没有考虑道集横向上的补偿。熊定钰等在《保持地震记录叠前AVO属性的噪声衰减方法》一文中提出了基于道集随入射角变化满足抛物线规律的补偿方法，但是其在计算抛物线系数时，采用了零入射角数据进行计算，由于近道去面波、偏移时近远偏移距覆盖次数不均匀等原因，近-远道能量较弱，所有小角度原始数据不适合进行参数的求取，因此具有一定的局限性。综上所述，现有的技术方法虽然对道集的振幅有所改善，但是都是常规的单一整体补偿方法，没有考虑不同频率具有不同的吸收衰减特征及AVO特征，还是无法满足叠前地震反演的需求，不能为叠前弹性参数反演提供可靠的数据依据。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明提出了一种面向叠前反演的道集振幅分频补偿方法。

[0005] 该补偿方法，包括以下步骤：

[0006] 预处理步骤，对原始的叠前道集资料进行包括去噪、剩余动校和转入射角道集的预处理；

[0007] 分频处理步骤，对预处理后的叠前道集资料进行分频处理；

[0008] 参数提取步骤，从不同频率的叠前道集资料中提取符合正演AVO特征趋势的入射角以及对应的振幅值；

[0009] 拟合计算步骤，对提取的不同频率道集的入射角和振幅值进行AVO抛物线拟合，计算抛物线方程的各个系数；

[0010] 能量补偿步骤，根据拟合得到的抛物线方程重新确定不同频率道集中不同入射角时的反射系数，根据重新确定的反射系数对近道、远端能量弱的道进行分频振幅补偿。

[0011] 根据本发明的实施例，上述预处理步骤中，基于同相叠加的射线束聚焦进行去噪处理。

[0012] 根据本发明的实施例，基于同相叠加的射线束聚焦的去噪处理包括以下步骤：

[0013] 对于一个确定的偏移距，首先定义炮点和检波点的邻域范围，将此范围内的道集抽取出来为一个射线束；

[0014] 在射线束内选取标志反射层，在标志反射层附近选取时窗进行叠加形成标准道，与射线束内各道进行相关分析；

[0015] 如果相关时差超过1/4子波长度对应的时间，进行剔除；

[0016] 将满足同相叠加原理的各道进行叠加。

[0017] 根据本发明的实施例，上述剩余动校处理是采用反射轴自动追踪的方法，对给定时窗内的各叠前远道与近、中道求取相关系数，获得相对于零偏移距的时移量，然后逐步滑动时窗获得整个道集的时移量，将道集拉平。

[0018] 根据本发明的实施例，上述分频处理步骤，基于小波变换对预处理后的叠前道集资料进行分频处理。

[0019] 根据本发明的实施例，上述参数提取步骤中，优选地从不同频率的叠前道集资料中提取符合正演AVO特征趋势的中角度的入射角以及对应的振幅值。

[0020] 根据本发明的实施例，上述中角度的入射角优选为10～25度。

[0021] 根据本发明的实施例，上述拟合计算步骤中，根据提取的入射角和振幅进行AVO抛物线拟合，通过下式确定抛物线方程的系数R、W、V；

[0022]

[0023]

[0024]

[0025] 式中，xi＝sin2θi，θi是第i个入射角；yi是第i个入射角对应的中间变量。

[0026] 根据本发明的实施例，上述拟合计算步骤中，可以采用最小二乘法计算抛物线方程的各个系数。

[0027] 与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

[0028] 本发明对原始地震道集进行必要的去噪、剩余动校等预处理工作，得到信噪比高，同相轴拉平的基础数据；针对不同频率地震波具有不同的吸收衰减特征，引入分频补偿的思想，克服了单一补偿方法未考虑频率因素的缺点；另外基于正演趋势约束的AVO特征振幅补偿方法提高了井震的AVO匹配程度，拓展了道集入射角度范围，提高了叠前弹性参数尤其是密度项的稳定性，进而提升了叠前弹性参数反演的可靠性和准确度。

[0029] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0030] 附图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，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0031] 图1是邻域计算示意图；

[0032] 图2是本发明实施例中道集振幅分频补偿方法的工作流程图。

具体实施方式

[0033] 为了进一步说明本发明的目的、技术方案和技术效果，下面首先详细地说明本发明的工作原理。

[0034] 地震波在地下介质中传播时，由于受到吸收衰减影响，因此地震波的高频能量受到损失，振幅、频率和相位发生畸变。虽然现有的Q补偿技术能够在一定程度上对因地震波衰减造成的振幅和相位畸变进行补偿，但是由于近道去面波、偏移时近远偏移距覆盖次数不均匀等原因，造成近-远道能量较弱，另外由于野外采集及室内处理过程中会带来大量的背景噪音干扰及道集不平等，因此仍然无法叠前反演的需求。本发明首先对原始道集进行预处理，采用基于同相叠加的射线束聚焦技术，压制采集过程中引入的各种随机干扰及与有效反射波射线参数不同的各类线性干扰，如面波、多次波等；其次考虑不同频率的地震波具有不同的吸收衰减特征，借鉴分频的思想，对预处理后的道集进行分频处理，然后在不同频率段的地震道集上，以正演的AVO趋势为约束，根据振幅随偏移距变化满足抛物线的规律，优选最小二乘法逐点进行AVO抛物线拟合，重新求取反射系数，对不同频率段内的近道、远端能量进行补偿，最后将补偿后的不同频率段的道集进行合并。其中，AVO是振幅随偏移距变化的英文缩写。

[0035] 下面介绍本发明所涉及相关理论。

[0036] 1)射线束理论

[0037] 地表处一个炮点邻域和一个检波点邻域内的地震道，不管地下速度场如何变化，这些道对应的地震波都会沿着一个射线束或一个中心射线的附近进行传播，反射后依然如此。根据反射地震学，如果在反射界面上选一个菲涅耳带，则在菲涅耳带内的二次震源点产生的反射或绕射波被同一个检波器接收会产生同相叠加的效果，同样地，来自该菲涅耳带的反射或绕射波被一组相邻的检波器接收，也会产生同相叠加的效果，这就是生成射线束道集的基础。

[0038] 假设R是菲涅耳带的一半，z是目标反射层到地面的深度，r是邻域范围的一半，h是半偏移距。同时假设地表观测面与目标反射面之间的平均速度是v。对于地震波主频fm而言，假设菲涅耳带之内的地震反射都可以同相叠加，由图1可知，菲涅耳半波带内反射波路径差应该小于 即：

[0039]

[0040]

[0041]

[0042] 式中，R由分辨率决定，由此可以大致计算邻域范围。

[0043] 2)小波变换分频理论

[0044] 小波变换具有多分辨率特性，能在时间域和频率域同时对信号进行局部化分析，能随着频率成分的改变自动调整窗口形状，以满足不同频率信号的需求(即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较低的频率分辨率和较高的时间分辨率)。这正符合低频信号变化缓慢而高频信号变化迅速的特点。连续小波变换等同于对不同信号采用逐渐精细的时间域或空间域取样步长，能够聚焦到信号的任意微小细节。

[0045] 信号f(t)的小波变换原理是，对小波基函数{ψσ,τ(t)|σ,τ∈R}进行平移(τ)和伸缩(σ)，得到f(t)的基本小波ψσ,τ(t)：

[0046]

[0047] 再将ψσ,τ(t)与f(t)做内积，得到f(t)的小波变换FW(σ,τ)：

[0048]

[0049] 式中：τ为时移因子；σ为尺度因子。随着σ的增大，时频窗的中心频率降低，时间宽度增大，但面积保持不变。σ和τ的联合作用可使时频窗覆盖整个相空间，相当于用一系列连续变化的短时傅里叶变换去分析f(t)在时刻τ附近的频率成分，对频率成分不同的f(t)使用宽度不同的窗函数。即，高频用窄时窗，低频用宽时窗。小波变换是一种窗口大小固定，但形状、时窗和频率窗可根据信号的具体形态自动调整的局部化分析方法。

[0050] 3)基于AVO特征的振幅补偿理论

[0051] 假设纵波入射角和透射角的入射角不超过临界角也不等于90度，则佐普利兹方程可以简化为下式：

[0052] R(θ)＝P+Gsin2θ+C(tan2θ-sin2θ)  ①

[0053] 其中

[0054]

[0055]

[0056] 式①中，Vp为纵波速度；Vs为横波速度；ρ为岩石密度；θ为入射角，R(θ)为反射系数；分别为纵波速度、横波速度及密度变化率。

[0057] 上式包含了小入射角项、中入射角项及大入射角项三个部分，Shuey对其中的三角函数项进行重新整理可以得到下式：

[0058]   ②

[0059] 式②很好地展示了反射系数R(θ)(即振幅)随入射角θ(即炮检距)变化的关系，其中：

[0060] 表示零角度入射时的反射系数项；

[0061] 表示中角度入射时的反射系数项；

[0062] 表示大角度入射时的反射系数项。

[0063] 假设存在以下关系：

[0064] y＝R(θ)cos2θ

[0065]

[0066]

[0067]

[0068] x＝sin2θ

[0069] 则②式可表示为下式：

[0070] y≈R+Wx+Vx2  ③

[0071] 式③为一类常见的抛物线方程，该抛物线方程将Shuey近似方程式变得更加直观，而且可以用最小平方原理进行求解。

[0072] 如果令误差为Δy，则式③可以表示为

[0073]   ④

[0074] 式④中，xi＝sin2θi，θi是第i个入射角，yi是第i个入射角对应的中间变量，n是参加计算的入射角个数。令Δy＝0，然后分别对R，W，V进行微分，可以得到下式：

[0075]   ⑤

[0076]   ⑥

[0077]   ⑦

[0078] 在反射系数R(θ)和入射角θ已知的情况下，可以求得x(也即入射角θ的正弦平方)，联立⑤⑥⑦三式组成方程组，求得系数R、W、V的值。

[0079] 在实际处理中，先对地震道集进行去噪、剩余动校等处理，再把求取的R、W、V的值和x值代入③式求得新的y值，再由y值重新求取新的反射系数R(θ)。在实际记录中，由于近道去面波、偏移时近远偏移距覆盖次数不均匀等因素，导致叠前道集呈纺锤状反射，近、远道能量弱，表明近-远道能量异常，因此在求取R、W、V值时，可以针对性地选取比较稳定的中角度入射的道集数据进行拟合计算，也即选取符合AVO正演趋势的比较稳定的中角度入射角以及对应的振幅值进行拟合计算。

[0080] 一般而言，小角度、中角度和大角度的具体范围需要根据资料情况确定。例如道集的入射角范围是0～30度，那么小角度就是0～10度，中角度就是10～20度，大角度就是20～30度。资料较好时，入射角也可能达到40多度。因此，本发明中，所谓比较稳定的中角度入射的道集数据是指资料中振幅随入射角变化情况能够满足抛物线的规律，其误差小于一定的阈值。在本实施例中，选取10～25度入射角以及对应的振幅值进行拟合计算。

[0081] 下面结合一实施例详细地说明本发明提供的道集振幅补偿方法的工作流程。如图2所示，该方法主要包括以下步骤。

[0082] S100、预处理步骤。

[0083] 无论是野外采集还是室内处理，都会伴随有大量的线性噪声和随机噪声。现有技术中，无论是时间域的相关分析去噪，还是频率域的各种滤波去噪，虽然能够在一定程度上压制噪音，但是对与有效信号有着相似频谱特征的噪音压制效果不佳。因此，在本发明的实施例中，采用基于同相叠加的射线束聚焦技术来压制采集和处理过程中引入的随机噪声以及与有效反射波射线参数不同的线性噪声，如面波、多次波等。射线束在地震道集上对应一段线性同相轴，以在共偏移距道集中进行最为直观。对于一个确定的偏移距，首先定义炮点和检波点的邻域范围，将此范围内的道集抽取出来为一个射线束，然后在射线束内选取标志反射层，在标志反射层附近选取时窗进行叠加形成标准道，与射线束内各道进行相关分析。如果相关时差超过1/4子波长度，进行剔除。最后将满足同相叠加原理的各道进行叠加来达到压制各种线性及随机噪音的目的。

[0084] 除此之外，还可以对叠前道集进行剩余动校处理。在现有技术中，叠前剩余动校主要涉及静校正法和速度调整法。前者假设道集同相轴波动是由地震射线路径上的局部速度扰动引起，因此不能采用全局速度场调整，但可以采用逐道确定静校正漂移量的方式来校正误差；后者假设道集同相轴波动是由动校速度误差引起，因此采用速度分析，重新计算速度场高阶分量来矫正误差。这两种方法操作起来都比较繁琐，处理周期较长。因此，在本发明的实施例中，在叠前道集去噪的基础上，采用反射轴自动追踪的方法，对给定时窗内的各叠前远道与近、中道求取相关系数，获得相对于零偏移距的时移量，然后逐步滑动时窗获得整个道集的时移量，将道集拉平，实现无速度下的剩余动校正。该方法以近、中道叠加道做模板，能够减少远道动校拉伸对模板道的影响，而且沿时间轴滑动，考虑了地震同相轴在时间上前、后的顺序约束关系，并且处理前、后信号振幅保持不变，保持了AVO特征。

[0085] 此外，这期间还需将原始的地震资料转成入射角道集，由于该过程属于本领域的公知常识，因此不做细述。

[0086] S200、分频处理步骤

[0087] 地震资料是有效频带内所有频率信息的综合响应，常规的补偿方法都是在此综合响应上进行补偿，而没有考虑到不同频率的地震波具有不同的吸收衰减特征，本发明实施例中，对进过去噪、剩余动校的道集进行基于小波变换的分频处理，该方法对频率不同的地震波使用不同的窗函数，克服了一般方法中固定时窗对处理结果的影响，将地震道集分解成不同频率成分的道集进行后续处理。

[0088] S300、参数提取步骤。

[0089] 如前所述，在实际记录中，由于近道去面波、偏移时近远偏移距覆盖次数不均匀等因素，导致叠前道集呈纺锤状反射，近、远道能量弱，表明近-远道能量异常。因此，常规做法中会对地震资料进行整体的单一补偿。但是在本发明的实施例中，在不同频率的地震道集上有针对性地优选中间稳定可靠的道集数据分别进行计算。此外，在此之前还进行基于井资料的AVO正演模拟，以在选取中间道集时考虑正演AVO特征趋势的约束。即，以正演AVO特征趋势为约束，从不同频率的叠前道集资料中选取中角度的入射角以及对应的振幅值。

[0090] S400、拟合计算步骤.

[0091] 正如前所述，在实际记录中，由于近道去面波、偏移时近远偏移距覆盖次数不均匀，叠前道集呈纺锤状反射，近、远道能量弱。为修正纺锤状道集反射-近、远道能量弱的问题，增加道集的保真度，使其满足叠前反演的要求，以道集振幅随偏移距变化具有稳定的抛物线特征为基础，对提取的不同频率道集的入射角和振幅进行AVO抛物线拟合，例如采用最小二乘法逐点进行AVO抛物线拟合。通过拟合求取R、W、V值，并将它们代入式③求得新的y值，再根据y值重新计算反射系数R(θ)。

[0092] S500、能量补偿步骤。

[0093] 根据拟合计算的R、W、V值，将它们代入式③，重新计算不同频率道集中不同入射角时的反射系数R(θ)，根据重新计算的反射系数对近道、远端能量弱的道进行分频振幅补偿，最后将分频补偿的道集进行合并，得到地震全频段的道集。

[0094] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明要求的保护范围。