空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法。其包括以下步驟：地震數(shù)據(jù)輸入、空變處理、時(shí)變處理、求取頻率補(bǔ)償系數(shù)、平滑補(bǔ)償系數(shù)和S變換振幅拓頻處理。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法通過(guò)將S變換、時(shí)變處理、空變處理相結(jié)合，求得每一道地震記錄的補(bǔ)償系數(shù)，補(bǔ)償其高頻成分，拓寬頻帶寬度，實(shí)現(xiàn)地震記錄信號(hào)的高保真性和高分辨率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于非平穩(wěn)信號(hào)拓頻【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào) 拓頻方法。

【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)50年代起，石油、天然氣等礦產(chǎn)資源消耗總量逐漸增大，石油供應(yīng)不僅 關(guān)系到民計(jì)民生，也關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)和軍事保障。但隨著地震勘探的不斷深入，尋找地下油 氣藏的難度越來(lái)越大。近年來(lái)，復(fù)雜隱蔽油氣藏的勘探成為主要地質(zhì)勘探目標(biāo)，這就要求地 震資料具有高分辨率。因此，提高地震信號(hào)分辨率是保證地震解釋準(zhǔn)確的關(guān)鍵，在巖性劃 分和地震層位分析方面上都很有意義。根據(jù)信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律，可將自然界中的信號(hào) 簡(jiǎn)單地分為平穩(wěn)信號(hào)與非平穩(wěn)信號(hào)。地震信號(hào)作為一種短時(shí)、突變的非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，利 用傅里葉變換處理的話(huà)，由于傅里葉變換自身的局限性，將導(dǎo)致處理結(jié)果精度很低。時(shí)頻 分析方法將一維時(shí)域平面和頻域平面的信號(hào)二維聯(lián)合表示，能夠突出非平穩(wěn)時(shí)間信號(hào)的局 部性能，從而更加準(zhǔn)確細(xì)致地描述信號(hào)特征。目前常用的時(shí)頻分析方法有：短時(shí)傅里葉變 換（Short-Time Fourier Transform，STFT)、Gabor 變換、小波變換（Wavelet Transform, WT)等。時(shí)頻分辨率是衡量時(shí)頻分析方法優(yōu)劣和時(shí)頻聚集性能的重要指標(biāo)，這些傳統(tǒng)的 時(shí)頻分析方法相比之下，都各有優(yōu)劣：（1) STFT的優(yōu)點(diǎn)是算法可直接利用實(shí)現(xiàn)容易，物理 意義明確，反映整體時(shí)頻趨勢(shì)；缺點(diǎn)是其窗函數(shù)固定不變，導(dǎo)致時(shí)頻分辨率也固定不變，低 頻端和高頻端的時(shí)頻分辨率相同，不能同時(shí)考慮地震資料中高頻端和低頻端的需求；（2) WT繼承了 STFT的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了變窗處理的要求，具有良好的時(shí)頻局域化特性，用來(lái)處理地 震信號(hào)有很好的效果；但WT的母小波有多種且沒(méi)有選擇的準(zhǔn)則，其有限長(zhǎng)的小波基容易 造成能量泄露，并且尺度因子與頻率的關(guān)系也較模糊，只是一種時(shí)間-尺度域變換方法。 Stockwell (1996)等人提出的S變換吸收并發(fā)展了 STFT和WT，它采用寬度隨頻率變化的高 斯窗函數(shù)，其時(shí)頻分辨率也隨著頻率變化，且基本小波不必滿(mǎn)足容許性條件，具有類(lèi)似多分 辨率的特性。它的運(yùn)算可直接利用FFT實(shí)現(xiàn)，大大降低了運(yùn)算復(fù)雜性。S變換（ST)是近幾 年發(fā)展起來(lái)的一種時(shí)頻分析算法，是短時(shí)傅里葉變換（STFT)和連續(xù)小波（WT)變換思想的 結(jié)合，可以看作以高斯窗為窗函數(shù)，且隨頻率變化的短時(shí)傅里葉變換。其高斯窗的具體表現(xiàn) 為在高頻處較窄，在低頻處較寬。與短時(shí)傅里葉變換和連續(xù)小波相比，S變換在時(shí)間域和頻 率域都具有更好的分辨率，且與傅里葉變換有直接關(guān)系，具有無(wú)損可逆性，在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域 中發(fā)揮積極作用。地震信號(hào)是典型的非平穩(wěn)信號(hào)，其頻譜隨時(shí)間變化而變化。如果對(duì)一道地 震記錄僅采用一個(gè)時(shí)窗進(jìn)行頻譜分析，求取補(bǔ)償系數(shù)，則結(jié)果很可能存在淺層修正過(guò)量，或 深層補(bǔ)償不足。淺層修正過(guò)量會(huì)導(dǎo)致高頻噪聲放大，降低了信號(hào)的保真性；深層補(bǔ)償不足， 地震記錄分辨率仍達(dá)不到目標(biāo)要求。目前，地震拓頻處理技術(shù)在不斷發(fā)展完善當(dāng)中，其中常 見(jiàn)的方法主要有反Q濾波、時(shí)變譜白化、反褶積等。反Q濾波是基于吸收衰減模型設(shè)計(jì)反濾 波因子，以達(dá)到補(bǔ)償大地吸收濾波的目的。品質(zhì)因子Q的準(zhǔn)確程度將直接影響反Q濾波的 整體效果，然而，對(duì)品質(zhì)因子Q的準(zhǔn)確求取往往很難做到，限制了該方法的廣泛應(yīng)用。時(shí)變 譜白化實(shí)質(zhì)是通過(guò)對(duì)分頻信號(hào)的增益，實(shí)現(xiàn)原信號(hào)中不同頻帶數(shù)據(jù)的均衡，來(lái)達(dá)到提高數(shù) 據(jù)縱向分辨率的目的。時(shí)變譜白化僅對(duì)信號(hào)的振幅譜進(jìn)行處理，將振幅譜展平以實(shí)現(xiàn)頻帶 的拓寬。但時(shí)變譜白化的基本假設(shè)前提是反射系數(shù)序列的譜是白的，即在全頻帶內(nèi)其譜值 都為1，但真實(shí)的地震記錄卻不滿(mǎn)足該假設(shè)。反褶積是通過(guò)壓縮子波，去除子波影響，以提 高地震資料的時(shí)間分辨率的過(guò)程。但是該方法都必須基于一定的假設(shè)條件，如假定地震子 波已知，而實(shí)際情況并不滿(mǎn)足，這樣便限制了反褶積方法的應(yīng)用。且由于地下復(fù)雜的地質(zhì)結(jié) 構(gòu)，常常導(dǎo)致反射地震記錄的褶積模型不可靠。因此，雖然反褶積對(duì)于提高分辨率具有很好 的效果，但也有許多局限性和缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法，包括以下步 驟：
[0005] S1.將地震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入；
[0006] S2.對(duì)每一道地震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行空變處理，以當(dāng)前道為中心，對(duì)其兩邊取相鄰N 道，則將空間窗窗寬表示為：
[0007] spacewin = 2N+1,
[0008] 將空間窗內(nèi)的當(dāng)前道表示為：
[0009] wintrace (N+1),
[0010] 其中，（N+1)表不窗內(nèi)道序號(hào)；
[0011] S3.對(duì)每一道地震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行相同的時(shí)變處理，得到與地震記錄數(shù)據(jù)變換矩陣 維度相同的疊加振幅譜，具體包括以下步驟：
[0012] S31.對(duì)每一道地震記錄數(shù)據(jù)加入滑動(dòng)時(shí)窗，時(shí)窗窗長(zhǎng)為Δ T，求取時(shí)窗內(nèi)地震記 錄數(shù)據(jù)的振幅譜；
[0013] S32.將步驟S31中得到的時(shí)窗內(nèi)地震記錄數(shù)據(jù)的振幅譜作為相應(yīng)時(shí)窗中心點(diǎn)Tj 處的時(shí)間點(diǎn)譜smx (f, Tj)，表示為：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法，其特征在于，包括以下步驟：
51. 將地震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入；
52. 對(duì)每一道地震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行空變處理，以當(dāng)前道為中心，對(duì)其兩邊取相鄰N道，則 將空間窗窗寬表示為： spacewin = 2N+1， 將空間窗內(nèi)的當(dāng)前道表示為： wintrace(N+1)， 其中，（N+1)表不窗內(nèi)道序號(hào)；
53. 對(duì)每一道地震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行相同的時(shí)變處理，得到與地震記錄數(shù)據(jù)變換矩陣維度 相同的疊加振幅譜，具體包括以下步驟：
531. 對(duì)每一道地震記錄數(shù)據(jù)加入滑動(dòng)時(shí)窗，時(shí)窗窗長(zhǎng)為Δ T，求取時(shí)窗內(nèi)地震記錄數(shù) 據(jù)的振幅譜；
532. 將步驟S31中得到的時(shí)窗內(nèi)地震記錄數(shù)據(jù)的振幅譜作為相應(yīng)時(shí)窗中心點(diǎn)處的 時(shí)間點(diǎn)譜smx (f, Tj)，表示為：
其中，abs表示取絕對(duì)值，F(xiàn)FT表示快速傅氏變換，trace表示當(dāng)前道，f表示頻率方向， i = 1, 2,…inline, inline 表不道號(hào)；
533. 根據(jù)步驟S32中得到的時(shí)間點(diǎn)譜，在頻率方向f上利用最小二乘法插值，得到與地 震記錄數(shù)據(jù)變換振幅譜同維度的矩陣數(shù)據(jù)；
534. 將步驟S33中得到的與地震記錄數(shù)據(jù)變換振幅譜同維度的矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，得 到與地震記錄數(shù)據(jù)變換矩陣維度相同的疊加振幅譜，表示為：
其中，i表不道序號(hào)；
54. 根據(jù)步驟S3中得到的與地震記錄數(shù)據(jù)變換矩陣維度相同的疊加振幅譜，求取頻率 補(bǔ)償系數(shù)；
55. 對(duì)步驟S4中得到的頻率補(bǔ)償系數(shù)，進(jìn)行曲面平滑處理；
56. 根據(jù)步驟S5中處理后的頻率補(bǔ)償系數(shù)，對(duì)地震記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行S變換振幅拓頻處理， 具體包括以下步驟：
561. 對(duì)當(dāng)前道作S變換，得到變換矩陣S (f，T)，
562. 將步驟S61中得到的S(f，T)與步驟S5中處理后的頻率補(bǔ)償系數(shù)相乘，得到拓頻 后的時(shí)頻譜S' (f，T);
563. 對(duì)步驟S62中得到的時(shí)頻譜S' (f，T)進(jìn)行逆S變換，得到拓頻后的地震信號(hào)，完 成拓頻處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法，其特征在于：所述步驟 S4根據(jù)步驟S3中得到的與地震記錄數(shù)據(jù)變換矩陣維度相同的疊加振幅譜，求取頻率補(bǔ)償 系數(shù)，具體包括以下步驟： S41.根據(jù)步驟S3中得到的與地震記錄數(shù)據(jù)變換矩陣維度相同的疊加振幅譜，沿時(shí)間 方向T進(jìn)行遍歷；
542. 對(duì)每一道時(shí)間點(diǎn)譜自峰值頻率起，對(duì)其衰減規(guī)律依據(jù)指數(shù)函數(shù)exp (- β f)進(jìn)行指 數(shù)擬合，得到相應(yīng)的吸收參數(shù)-β ;
543. 將β作為頻率補(bǔ)償系數(shù)，得到頻率補(bǔ)償系數(shù)矩陣gain，表示為： gain = exp ( β f) 〇
3.如權(quán)利要求1所述的空間相關(guān)的非平穩(wěn)地震信號(hào)拓頻方法，其特征在于：所述步驟 S5對(duì)步驟S4中得到的頻率補(bǔ)償系數(shù)，進(jìn)行曲面平滑處理，具體包括以下步驟：
551. 以步驟S4中得到的頻率補(bǔ)償系數(shù)矩陣內(nèi)的各點(diǎn)為中心點(diǎn)進(jìn)行遍歷；
552. 取3X3移動(dòng)窗口進(jìn)行加權(quán)計(jì)算；
553. 根據(jù)步驟S52中得到的計(jì)算結(jié)果取權(quán)重均值代替原中心點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G01V1/30GK104216017SQ201410422695
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】費(fèi)高雷, 魏玉猶, 胡光岷 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)