技术领域
[0001] 本
发明涉及地震资料处理技术领域，更具体地，涉及一种基于空变频谱延拓的地震
信号处理方法及系统。
背景技术
[0002] 在地震资料处理技术领域，吸收衰减严重、地震资料
分辨率低是我国西部沙丘和西南碎屑岩探区油气勘探的一个突出问题。常规基于褶积理论的高分辨率处理手段，通常无法保证处理后的保真性和
信噪比。因此，开展能够在保护振幅特征和信噪比前提下，有效提高叠前叠后资料的分辨率非常重要，可以为高分辨率地震成像和精细储层解释提供高
质量基础资料。
[0003] 目前高分辨率处理方法的发展趋势集中在以下几个方面：
地层吸收补偿和
相位校正；反褶积方法研究；高
精度速度分析和动校正方法研究；高精度静校正方法研究；高精度同相
叠加方法研究；叠前、叠后信噪比增强方法研究；叠前、叠后频谱展宽方法研究；高精度成像方法研究；地震岩性处理技术等，从物探的发展
角度来看，高分辨率技术正从中浅层向深层、从简单构造区
块向复杂区块延伸，从时间域成像到深度域成像，而且要求高分辨率处理与岩性处理相结合。另一方面，三维VSP、高分辨率井间
地震勘探、多波多分量地震勘探等新技术也在蓬勃发展。
[0004] 高分辨率处理技术已经达到较高
水平，各种改进的反褶积
算法层出不穷，如确定性子波反褶积方法、时变谱白化方法、特征值提高分辨率法、独立分量法(ICA)和盲反褶积等。但是，在地球物理信号处理中，常规基于褶积理论的高分辨率处理手段，通常无法保证处理后的保真性和信噪比，对偏移成像及反演、储层描述带来严重影响。
[0005]
发明人发现，目前缺乏提高地震叠前叠后资料的分辨率的方法以保证地震资料处理后的保真性和信噪比，因此，有必要开发一种能够提高分辨率的地震信号处理方法及系统。
[0006] 公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的
现有技术。
发明内容
[0007] 本发明提出了一种基于空变频谱延拓的地震信号处理方法及系统，其能够通过
小波变换、频谱外推及小波变换的反变换，实现地震信号的重建。
[0008] 根据本发明的一方面，提出了一种基于空变频谱延拓的地震信号处理方法。所述方法可以包括：基于地震地层的走向，获取目标区域的
地震波层位信息；在所述地震波层位信息的层位数据体内，对输入的地震信号进行连续小波变换，获得小波变换后的地震信号；基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波；以及基于所述主谐波和所述延拓谐波，利用所述小波变换的反变换重建地震信号。
[0009] 根据本发明的另一方面，提出了一种基于空变频谱延拓的地震信号处理系统，所述系统可以包括：用于基于地震地层的走向，获取目标区域的地震波层位信息的单元；用于在所述地震波层位信息的层位数据体内，对输入的地震信号进行连续小波变换，获得小波变换后的地震信号的单元；用于基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波的单元；以及用于基于所述主谐波和所述延拓谐波，利用所述小波变换的反变换重建地震信号的单元。
[0010] 本发明所描述的一种空变频谱延拓提高分辨率方法，能够在保护振幅特征和信噪比前提下，根据地震地层的走向，沿着地层走向利用连续小波变换将输入的地震信号分解为不同小波尺度的地震信号，基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波，进而利用小波变换的反变换重建地震信号，得到沿地层方向(即空间域变化)每个窗口内最优高分辨率效果，为目的层的高分辨率地震成像和精细储层解释提供高质量基础资料。
[0011] 本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的
附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
[0012] 通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0013] 图1示出了根据本发明的基于空变频谱延拓的地震信号处理方法的步骤的
流程图。
[0014] 图2a和图2b分别示出了莫雷小波时间域和
频率域的
波形图的示意图。
[0015] 图3示出了分窗口的空变频谱延拓示意图。
[0016] 图4a和图4b分别示出了根据本发明的一个应用示例的模拟地震数据的原始剖面效果图和模拟地震数据空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图。
[0017] 图5a和图5b分别示出了根据本发明的一个应用示例的模拟地震数据的原始剖面频谱图和模拟地震数据空变(FSE)提高分辨率后的剖面频谱图。
[0018] 图6a、图6b和图6c分别示出了根据本发明的一个应用示例的实际地震数据的原始剖面效果图、实际地震数据没有空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图和实际地震数据空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图。
[0019] 图7a、图7b和图7c分别示出了根据本发明的一个应用示例的放大后的实际地震数据的原始剖面效果图、放大后的实际地震数据没有空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图和放大后的实际地震数据空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图。
[0020] 图8示出了根据本发明的一个应用示例的实际地震数据空变(FSE)频谱图。
具体实施方式
[0021] 下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0022] 实施方式1
[0023] 图1示出了根据本发明的基于空变频谱延拓的地震信号处理方法的步骤的流程图。
[0024] 在该实施方式中，根据本发明的基于空变频谱延拓的地震信号处理方法可以包括：步骤101，基于地震地层的走向，获取目标区域的地震波层位信息；步骤102，在所述地震波层位信息的层位数据体内，对输入的地震信号进行连续小波变换，获得小波变换后的地震信号；步骤103，基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波；以及步骤104，基于所述主谐波和所述延拓谐波，利用所述小波变换的反变换重建地震信号。
[0025] 该实施方式通过小波变换、频谱外推及小波变换的反变换，实现地震信号的重建。
[0026] 下面详细说明根据本发明的基于空变频谱延拓的地震信号处理方法的具体步骤。
[0027] 获取目标区域的地震波层位信息
[0028] 在一个示例中，基于地震地层的走向，获取目标区域的地震波层位信息。拾取需要频谱延拓的地震波层位信息，一般借助于商业
软件拾取层位，保证每道均有层位数据。
[0029] 获得小波变换后的地震信号
[0030] 在一个示例中，在所述地震波层位信息的层位数据体内，对输入的地震信号进行连续小波变换，获得小波变换后的地震信号；
[0031] 在一个示例中，所述小波为莫雷小波，其函数表达式为：
[0032]
[0033] 其中，W(τ,s)为所述小波变换后的地震信号，f(t)为输入的地震信号，t为时间，τ为尺度因子，τ>0，s为位移，其值为正或负，ψ(t)为基本小波。
[0034] 图2a和图2b分别示出了莫雷小波时间域和频率域的波形图的示意图。
[0035] 首先，在所述地震波层位信息的层位数据体内，利用莫雷(Morlet)小波对输入的地震信号进行连续小波变换(Continuous Wavelet Transform CWT)，如式(1)，逐道将其分解在不同小波尺度上，选取优势区域数据进行分析，设定小波变换的
频率范围和期望延拓的频谱范围，从而确定
主轴频率值，其中所述优势区域为信噪比较高且构造不是太复杂的区域,该区域可以称为高频端区域，例如一个信号的频带为5-25Hz，一般把15-25Hz称为高频端。如图2a和图2b所示，图中的波形图分别是莫雷小波在时间域和频率域的显示。其中，图2a的横轴表示时间，纵轴表示振幅；图2b的横轴表示相位，纵轴表示频率。
[0036]
[0037] 其中，W(τ,s)为所述小波变换后的地震信号，f(t)为输入的地震信号，t为时间，τ为尺度因子，τ>0，s为位移，其值为正或负，ψ(t)为基本小波。
[0038] 获得主谐波和延拓谐波
[0039] 在一个示例中，基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波。
[0040] 在一个示例中，基于获得小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波，包括：以所述小波变换后的地震信号中的高频端的主轴频率的小波为基准对所述小波变换后的地震信号中的不同的谐波进行频谱外推，以高频端的主轴频率按倍频程向高频端延拓，获得所述主谐波和所述延拓谐波。
[0041] 在各个小波尺度上，以高频端的主轴频率按倍频程在小波域进行频谱延拓。以所述小波变换后的地震信号中的高频端的主轴频率的小波为基准，按倍频程向高频端延拓，得到延拓谐波。高频端延拓时，振幅用每个谐波振幅替换超谐波振幅，相位用来更新，这样便得到主谐波和一系列延拓谐波。其中 是主轴频率相位，是噪声信号相位。在
时间窗口与时间窗口连接处采用滑动小窗口进行频谱延拓，并使用平滑边界处理。
[0042] 图3示出了分窗口的空变频谱延拓示意图。如图3所示，将地震信号沿地层走向分成几个区域，在不同的区域设置适当的主轴频率和优势频带范围。
[0043] 重建地震信号
[0044] 在一个示例中，基于所述主谐波和所述延拓谐波，利用所述小波变换的反变换重建地震信号。
[0045] 在一个示例中，所述小波变换的反变换为：
[0046]
[0047] 其中，f′(t)重构的地震信号，W′(τ,s)为小波变换后得到主谐波和延拓谐波信号，t是时间，τ为尺度因子，τ>0，s为位移，ψ(t)为基本小波。Cψ为调节系数，一般为常数。
[0048] 获得主谐波和延拓谐波后，将主谐波和延拓谐波利用小波变换反变换进行重构，如上述式(2)所示，最后得到高频延拓后的地震数据。
[0049] 本发明所描述的一种空变频谱延拓提高分辨率方法，能够在保护振幅特征和信噪比前提下，根据地震地层的走向，沿着地层走向利用连续小波变换将输入的地震信号分解为不同小波尺度的地震信号，基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波，进而利用小波变换的反变换重建地震信号，得到沿地层方向(即空间域变化)每个窗口内最优高分辨率效果，为目的层的高分辨率地震成像和精细储层解释提供高质量基础资料。
[0050] 为便于理解本发明实施方式的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
[0051] 应用示例
[0052] 本发明提供了一种基于空变频谱延拓的地震信号处理方法，具体包括：基于地震地层的走向，获取目标区域的地震波层位信息；在所述地震波层位信息的层位数据体内，对输入的地震信号进行连续小波变换，获得小波变换后的地震信号；基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波；以及基于所述主谐波和所述延拓谐波，利用所述小波变换的反变换重建地震信号。
[0053] 图4a和图4b分别示出了根据本发明的一个应用示例的模拟地震数据的原始剖面效果图和模拟地震数据空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图。其中图4a和图4b的横轴和纵轴分别表示共深度点道集和时间。
[0054] 图5a和图5b分别示出了根据本发明的一个应用示例的模拟地震数据的原始剖面频谱图和模拟地震数据空变(FSE)提高分辨率后的剖面频谱图。其中图5a和图5b的横轴和纵轴分别表示频率和振幅。
[0055] 如图4a、图4b、图5a和图5b所示，从模拟地震数据拓频效果可看出，本发明方法具有明显的提高分辨率的优势，能在提高分辨率的同时使得保真性较好，可信度高。
[0056] 图6a、图6b和图6c分别示出了根据本发明的一个应用示例的实际地震数据的原始剖面效果图、实际地震数据没有空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图和实际地震数据空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图。如图6a所示，可以看到地层倾斜非常严重，分辨率较低，如图6b所示，可以看到弱小的反射层被分开了，分辨率得到了提高，但是把目的层以外的不需要提高分辨率的地方也给提高了；如图6c所示，可以看到提高分辨率只在沿着层位变化的目的层进行，针对性更强。
[0057] 图7a、图7b和图7c分别示出了根据本发明的一个应用示例的放大后的实际地震数据的原始剖面效果图、放大后的实际地震数据没有空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图和放大后的实际地震数据空变(FSE)提高分辨率后的剖面效果图。如图7a、图7b和图7c所示，可以看到提高分辨率只在沿着层位变化的目的层进行，效果较好。
[0058] 图8示出了根据本发明的一个应用示例的实际地震数据空变(FSE)频谱图。其中，横轴表示频率，纵轴表示振幅。
[0059] 如图8所示，图8中的1和2两条曲线分别是原始剖面频谱和FSE后的剖面频谱，对比剖面频谱可以发现FSE后的频谱拓宽了，分辨率得到了提高。原始剖面频谱与FSE后的剖面频谱对比图，可以看到本发明的方法在没有低频损失的情况下有效拓宽了频带范围，是目前的提高分辨率方法所不具备的。
[0060] 本发明所描述的一种空变频谱延拓提高分辨率方法，能够在保护振幅特征和信噪比前提下，根据地震地层的走向，沿着地层走向利用连续小波变换将输入的地震信号分解为不同小波尺度的地震信号，基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波，进而利用小波变换的反变换重建地震信号，得到沿地层方向(即空间域变化)每个窗口内最优高分辨率效果，为目的层的高分辨率地震成像和精细储层解释提供高质量基础资料。
[0061] 本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施方式的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施方式的有益效果，并不意在将本发明的实施方式限制于所给出的任何示例。
[0062] 实施方式2
[0063] 根据本发明的实施方式，提供了一种基于空变频谱延拓的地震信号处理系统，所述系统包括：用于基于地震地层的走向，获取目标区域的地震波层位信息的单元；用于在所述地震波层位信息的层位数据体内，对输入的地震信号进行连续小波变换，获得小波变换后的地震信号的单元；用于基于所述小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波的单元；以及用于基于所述主谐波和所述延拓谐波，利用所述小波变换的反变换重建地震信号的单元。
[0064] 该实施方式通过小波变换、频谱外推及小波变换的反变换，实现地震信号的重建。
[0065] 在一个示例中，所述小波为莫雷小波，其函数表达式为：
[0066]
[0067] 其中，W(τ,s)为所述小波变换后的地震信号，f(t)为输入的地震信号，t为时间，τ为尺度因子，τ>0，s为位移，其值为正或负，ψ(t)为基本小波。
[0068] 在一个示例中，基于获得小波变换后的地震信号对不同的谐波进行频谱外推，获得主谐波和延拓谐波，包括：以所述小波变换后的地震信号中的高频端的主轴频率的小波为基准对所述小波变换后的地震信号中的不同的谐波进行频谱外推，以高频端的主轴频率按倍频程向高频端延拓，获得所述主谐波和所述延拓谐波。
[0069] 在一个示例中，所述小波变换的反变换为：
[0070]
[0071] 其中，f′(t)重构的地震信号，W′(τ,s)为小波变换后得到主谐波和延拓谐波信号，t是时间，τ为尺度因子，τ>0，s为位移，ψ(t)为基本小波。Cψ为调节系数。
[0072] 本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施方式的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施方式的有益效果，并不意在将本发明的实施方式限制于所给出的任何示例。
[0073] 以上已经描述了本发明的各实施方式，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施方式。在不偏离所说明的各实施方式的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多
修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施方式的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施方式。
