基于頻率域多階微分融合的地震頻帶拓寬方法研究

郭　欣,雍學(xué)善,高建虎,劉偉方,李勝軍

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京100083;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020;3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司油藏描述重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州730020)

?

基于頻率域多階微分融合的地震頻帶拓寬方法研究

郭欣1,雍學(xué)善2,3,高建虎2,3,劉偉方2,3,李勝軍2

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京100083;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020;3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司油藏描述重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州730020)

摘要:針對(duì)地震資料頻帶較窄的問(wèn)題,提出了一種基于頻率域多階微分融合的地震頻帶拓寬方法,該方法利用微分運(yùn)算可揭示信號(hào)微觀特征的性質(zhì)來(lái)拓展高頻信息。微分算子在振幅譜上與頻率呈平穩(wěn)的遞增關(guān)系,微分階數(shù)大小決定了信號(hào)高頻的提高程度。在測(cè)井反射系數(shù)振幅譜低頻趨勢(shì)的約束下,將不同階微分提取的信息進(jìn)行多次迭代融合,并將其變換到時(shí)間域,獲得了寬頻的地震記錄,其高截頻可以提升1倍左右,有效地降低了地震子波帶限的影響。利用該方法對(duì)薄互層數(shù)學(xué)模型、尖滅體物理模型和實(shí)際地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了試處理,均取得了較好的效果,驗(yàn)證了本方法對(duì)于拓展地震資料頻帶的可行性及有效性。

關(guān)鍵詞:多階微分;頻率域;迭代融合;拓寬頻帶;經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解

寬頻帶地震資料是精細(xì)地震解釋的基礎(chǔ),而實(shí)際地震資料頻帶較窄,分辨率較低,難以滿足精細(xì)地震解釋的需求。拓寬地震資料頻帶的方法有很多,包括反褶積[1-8]、譜白化[9-10]、反Q濾波[11-12]、高頻補(bǔ)償[13]及譜整形[14-20]等,不同方法具有不同的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),也解決了不同時(shí)期地震資料高分辨處理面臨的一些難題。但是,隨著巖性地層油氣藏勘探開(kāi)發(fā)工作的深入,現(xiàn)有的反褶積、譜白化等方法技術(shù)因其各自的局限,難以滿足薄互層識(shí)別和分辨的需求。

微分可以揭示信號(hào)的細(xì)節(jié)或高頻信息。趙圣亮等[21]提出了一種采用微分來(lái)補(bǔ)償?shù)卣痤l率的方法,處理后地震剖面的各層能量基本上保持一致且提高了資料的分辨率。云美厚等[22]提出了多級(jí)微分頻譜整形濾波器的設(shè)計(jì)思路,針對(duì)地震采集儀的模數(shù)轉(zhuǎn)換前置頻譜進(jìn)行整形,論述了2,4,6階微分整形濾波器的理論整形效果,并指出,當(dāng)微分階數(shù)n≥2時(shí),地震記錄頻帶可擴(kuò)展到原來(lái)的兩倍或更寬。然而,孤立地采用某一階微分并不能真實(shí)提高地震資料的分辨率,只是提高了視分辨率。只有將多階微分的結(jié)果進(jìn)行合理地融合(加權(quán)相加),才可能真正地拓展頻帶寬度。SAJID等[23]對(duì)地震記錄在時(shí)間域進(jìn)行了2,4,6階微分變換,并在相同相位條件下相加,得到了高分辨率的地震剖面,其結(jié)果優(yōu)于譜白化算法以及Gabor反褶積的結(jié)果。但上述方法受到時(shí)間域運(yùn)算的限制,為了防止高階微分產(chǎn)生異常高頻,只能進(jìn)行少數(shù)幾階微分計(jì)算,而且不同地震道拓寬頻帶后頻譜差異較大,可能會(huì)影響到地震剖面同相軸的連續(xù)性。

本文提出的基于頻率域多階微分融合的頻帶拓寬方法利用了微分算子在頻率域平穩(wěn)、直觀、靈活的特性,將主要運(yùn)算放在頻率域,可將微分階數(shù)增加到十幾階,并拓展到分?jǐn)?shù)(小數(shù))階。在反射系數(shù)振幅譜低頻趨勢(shì)的約束下,對(duì)不同階微分運(yùn)算提取的頻率成分進(jìn)行迭代融合,獲得了較寬頻帶的地震剖面,較好地壓制了高階微分產(chǎn)生的異常高頻。

1方法原理

1.1頻率域多階微分的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

在地震勘探中,由于地表激發(fā)和接收因素的限制,使得地震子波延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、頻帶較窄,在剖面上對(duì)薄層或薄互層的分辨能力不足。在信號(hào)處理中,微分表達(dá)信號(hào)的變化率,可以將波形中隱含的高頻弱信息放大,凸顯其細(xì)節(jié)。如果將地震信息看作物理量中的振幅、其1階微分表達(dá)速度,2階微分表達(dá)加速度,多階微分雖然還沒(méi)有明確的物理名稱,但卻能追溯高頻信息通過(guò)“同頻共振”所表達(dá)的薄層或薄互層的地層信息。因此,在地震剖面上被子波干涉所掩蓋的薄層或薄互層信息,就可以通過(guò)高階微分將其挖掘和揭示出來(lái)。

為了形象闡述信號(hào)微分的特點(diǎn),建立了薄互層模型并進(jìn)行微分處理,結(jié)果見(jiàn)圖1。圖1a中,左圖表示薄互層模型,其中白色為泥巖,黃色為砂巖,假設(shè)速度相同(4000m/s),砂泥巖密度比為1∶2,地層厚度由上下兩端向中心逐漸變薄,變化間隔為2m,具體為36,34,…,2,4,…,36m,將其轉(zhuǎn)化到時(shí)間域。提取模型的反射系數(shù),并與主頻為50Hz的雷克子波褶積得到合成地震記錄(圖1a中的右圖)。

圖1　薄互層模型及其微分地震記錄a 薄互層模型及其合成地震記錄; b 時(shí)間域?qū)崿F(xiàn)不同階微分記錄; c 頻率域?qū)崿F(xiàn)不同階微分記錄(壓制異常高頻后)

對(duì)合成地震記錄在時(shí)間域進(jìn)行1～4和11階微分處理(如圖1b),微分階數(shù)每增加1階,相位旋轉(zhuǎn)90°;地震記錄的奇數(shù)階微分反映阻抗(或?qū)铀俣?,而偶數(shù)階微分反映地層界面(或反射系數(shù));隨著微分階數(shù)的增加,調(diào)諧厚度減小,所反映的薄層信息被逐步凸顯出來(lái),但當(dāng)微分階數(shù)達(dá)到11階時(shí),高頻異常造成的“毛刺”現(xiàn)象嚴(yán)重影響了波形。

地震記錄s(t)的n階微分振幅譜為:

(1)

式中:f為頻率;S(f)為地震記錄的振幅譜;S(n)(f)為地震記錄的n階微分振幅譜(簡(jiǎn)稱微分譜)。離散微分算子在頻率域并非嚴(yán)格線性變化(圖2),其低頻近似線性變化,而高頻趨于平緩。離散微分算子的這種性質(zhì)避免了過(guò)高地提升高頻噪聲,同時(shí)注意到:隨著微分階數(shù)的增加,低頻逐漸被壓制,而高頻逐步得到抬升。

圖2　脈沖信號(hào)的微分振幅譜

頻率域微分運(yùn)算的優(yōu)勢(shì):①微分階數(shù)在頻率域以頻率的指數(shù)項(xiàng)表達(dá),可以是分?jǐn)?shù)(小數(shù)),為多階微分迭代融合提供了靈活性,而在時(shí)間域微分階數(shù)只能為整數(shù);②微分算子在振幅譜上為光滑曲線,改造子波運(yùn)算更加直觀簡(jiǎn)單;③高階微分運(yùn)算產(chǎn)生的高頻異常造成的毛刺現(xiàn)象,在時(shí)間域難以消除,而在頻率域可以在高截頻后加衰減函數(shù),以減小高頻提升過(guò)高的影響(圖1c中第11階微分記錄)。

1.2多階微分融合

提高地震資料分辨率的關(guān)鍵在于保護(hù)低頻并拓展高頻,而單階微分只能提高信號(hào)的主頻。如果將不同階微分的頻譜進(jìn)行合理地融合,可以有效拓展地震記錄的頻帶寬度。

將多階微分譜直接相加,影響最終頻帶范圍的主要因素為微分階數(shù),但微分階數(shù)是一個(gè)抽象概念,不能有效控制拓寬頻帶的范圍,但微分階數(shù)跟微分后信號(hào)的主頻可以建立聯(lián)系,如圖3。

圖3　微分階數(shù)與微分信號(hào)主頻的關(guān)系曲線

對(duì)于某一地震記錄,微分階數(shù)越大,微分后信號(hào)的主頻越高,即微分信號(hào)的主頻與微分階數(shù)呈單調(diào)正相關(guān)關(guān)系,可以通過(guò)曲線擬合得函數(shù)φ,使得fm=φ(n),其中fm為微分后信號(hào)的主頻,則

(2)

函數(shù)關(guān)系φ由地震子波的實(shí)際情況來(lái)確定,表1 為單道模型的微分信號(hào)主頻與微分階數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1　微分信號(hào)主頻與微分階數(shù)的關(guān)系

由公式(1)和公式(2)可知:

(3)

若對(duì)其加權(quán)疊加,可得到疊合譜:

(4)

式中:ai為加權(quán)系數(shù);fmin為最小微分信號(hào)主頻;fmax為最高微分信號(hào)主頻。為了獲取加權(quán)系數(shù)值,需要建立微分譜融合的標(biāo)準(zhǔn)及融合過(guò)程所采用的算法。

首先介紹微分譜融合的標(biāo)準(zhǔn)。在理想情況下,根據(jù)褶積理論,地震記錄消除子波的影響后為反射系數(shù),可采用測(cè)井提取的反射系數(shù)振幅譜作為微分融合的迭代標(biāo)準(zhǔn)。地震反射系數(shù)并非白噪聲序列,而具有偏藍(lán)色特征。為了能從反射系數(shù)振幅譜中提取低頻趨勢(shì)項(xiàng)(即反射系數(shù)序列的非白噪成分譜),本文采用了WALDEN[24]提出的一階自回歸滑動(dòng)平均(ARMA)模型方法來(lái)擬合,其中AR參數(shù)θ和MA參數(shù)φ均可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)求得,則其非白噪成分為:

(5)

將其轉(zhuǎn)化到頻率域?yàn)镽n-w,ARMA曲線如圖4a紅色虛線。

其次,在融合過(guò)程中建立線性方程。已知融合標(biāo)準(zhǔn)為Rn-w,則公式(4)改進(jìn)為:

(6)

其中,B(·)為求包絡(luò)函數(shù),在本文中求包絡(luò)算法采用了先提取微分譜局部極大值點(diǎn),然后采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解求余項(xiàng)[25]的方法。其步驟為:先提取微

分譜序列的局部極大值,并對(duì)其進(jìn)行三次樣條插值,將新的序列作為輸入信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解,求取殘余分量為低頻趨勢(shì)項(xiàng),即微分譜的包絡(luò)。為了滿足算法的使用條件,校正某些微分譜的不規(guī)則性(非中間高、兩端低的形態(tài)),基于高斯函數(shù)的特點(diǎn)(曲線平滑且權(quán)重集中于位置參數(shù)附近)對(duì)微分譜進(jìn)行高斯函數(shù)約束:

(7)

式中:fm為微分信號(hào)的主頻。高斯函數(shù)的位置參數(shù)為微分信號(hào)的主頻,尺度參數(shù)c經(jīng)試驗(yàn)后確定為拓頻后頻寬的一半。微分譜的包絡(luò)如圖4b黑色曲線所示。

公式(7)結(jié)合公式(6)得到線性方程:

(8)

根據(jù)所求取的系數(shù)ai經(jīng)加權(quán)疊加得到疊合譜為寬頻的振幅譜,結(jié)合處理前地震記錄的相位譜經(jīng)反傅氏變換即可獲得寬頻的地震記錄。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)處理的需求來(lái)調(diào)節(jié)頻寬的大小,即調(diào)節(jié)參數(shù)fmin和fmax,其中fmin為原始地震記錄的主頻。

圖4　多階微分融合原理a 反射系數(shù)振幅譜及其擬合的ARMA曲線; b 微分譜及其包絡(luò)

圖5　拓寬頻帶后的振幅譜準(zhǔn)確性驗(yàn)證過(guò)程a 原始合成地震記錄振幅譜; b處理后的疊合振幅譜(疊合譜); c 反射系數(shù)振幅譜; d 疊合譜與反射系數(shù)振幅譜的交會(huì)曲線

圖5顯示了拓寬頻帶后的振幅譜準(zhǔn)確性驗(yàn)證過(guò)程,對(duì)拓頻后地震記錄振幅譜及反射系數(shù)振幅譜在所圈區(qū)間[fmin,fmax]進(jìn)行交會(huì)分析(圖5d),兩者呈良好的線性關(guān)系,擬合度達(dá)到了0.964,說(shuō)明拓頻后的振幅譜具有較高的可信度。將拓寬頻帶后的振幅譜結(jié)合地震記錄相位譜,經(jīng)反傅氏變換到時(shí)間域(圖6)。圖6a為合成地震

記錄,可識(shí)別最小層厚為10m;圖6b為本文方法處理過(guò)的地震記錄,參數(shù)fmin=50Hz,對(duì)應(yīng)微分階數(shù)為0,fmax=150Hz,對(duì)應(yīng)微分階數(shù)為16。頻譜拓寬后的記錄在中心薄層處可分辨4m左右的薄層,分辨能力提高2.5倍,厚層反射的主瓣寬度變窄,分辨能力提高。厚層處相位的增加不可避免,這是由子波旁瓣引起的,如果地震信號(hào)頻帶足夠?qū)?且無(wú)噪聲存在,這種現(xiàn)象將弱化。本方法將微分融合的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為反射系數(shù)譜的低頻趨勢(shì),目標(biāo)是識(shí)別薄層,相位雖然增加,但振幅值變小。為了減小子波旁瓣影響,我們將地震記錄進(jìn)行道積分處理,然后將其振幅譜經(jīng)歸一化后與疊合譜相加,從而增加低頻成分(圖6c)。在實(shí)際應(yīng)用中,薄層區(qū)域的子波旁瓣基本上可以被強(qiáng)同相軸壓制,而在厚層處可被測(cè)井合成地震記錄識(shí)別出來(lái)。

圖6　處理前后的合成地震記錄a 原始合成地震記錄; b fmin=50Hz,fmax=150Hz時(shí),拓頻后的地震記錄; c 合成記錄道積分譜歸一化后與疊合譜相加經(jīng)反傅氏變換后的地震記錄

2應(yīng)用效果分析

2.1物理模型試驗(yàn)

采用物理模型模擬碳酸鹽巖地層,模型設(shè)置了

多個(gè)密度異常體,代表溶洞;同時(shí)存在一個(gè)巖性尖滅體(圖7a黃色部分)。圖7b為經(jīng)過(guò)處理后的疊加剖面,剖面為從南到北顯示,起始道對(duì)應(yīng)CDP490點(diǎn),終止道對(duì)應(yīng)CDP990點(diǎn)。

模型數(shù)據(jù)的主頻為10Hz,頻帶范圍:5～15Hz;處理采用參數(shù)fmin=10Hz,fmax=25Hz,對(duì)應(yīng)最高微分階數(shù)約為6.3,處理后頻帶范圍為5～30Hz。此模型關(guān)注的重點(diǎn)是巖性尖滅體的識(shí)別。圖7b中,由于其頻帶的限制,子波延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),相互干涉,在地層尖滅處分辨能力不夠;圖7c是經(jīng)過(guò)多階微分融合方法處理后的剖面,同相軸的連續(xù)性變強(qiáng),在巖性尖滅處的分辨率明顯提高;為了與模型更好對(duì)比,對(duì)處理后的結(jié)果進(jìn)行道積分(圖7d),道積分剖面上的相對(duì)阻抗信息與模型具有較好的一致性。

2.2實(shí)際資料應(yīng)用

實(shí)際資料采用柴達(dá)木盆地某三維工區(qū)抽取的一條二維剖面。應(yīng)用本文方法前,對(duì)疊前時(shí)間偏移的疊加剖面做零相位化預(yù)處理。剖面的主頻為23Hz,頻帶范圍10～35Hz;經(jīng)過(guò)試驗(yàn)選擇參數(shù)fmin=10Hz,fmax=60Hz,對(duì)應(yīng)最高微分階數(shù)為7.3。本文方法不涉及相位的變化,屬于純振幅運(yùn)算,為了防止高頻過(guò)高帶來(lái)的子波旁瓣的影響,將地震記錄道積分的振幅譜歸一化后與疊合譜相加,補(bǔ)償?shù)皖l成分,減小子波旁瓣影響。

圖7　物理模型的處理效果a 物理模型; b 疊后剖面; c 多階微分融合處理后的剖面; d 多階微分融合處理后的道積分剖面

圖8a是疊前時(shí)間偏移剖面,剖面中心由于地震子波頻帶較窄,薄層反射較弱;圖8b是在圖8a剖面基礎(chǔ)上采用頻率域多階微分融合方法處理后的剖面,剖面中心位置的反射同相軸增強(qiáng)并保持了較好的連續(xù)性和信噪比,且與合成地震記錄具有較高的一致性,處理前井震相關(guān)系數(shù)為0.90,處理后相關(guān)系變成0.86,雖然相關(guān)系數(shù)略有下降，但剖面分辨率提高明顯，且井震標(biāo)定較好。

圖8　處理前后的剖面a 疊前時(shí)間偏移剖面; b 采用多階微分處理后的剖面

圖9a顯示了井旁道地震記錄拓頻前后的振幅譜變化,拓頻前的頻帶范圍為10～35Hz,處理后頻帶得到拓寬,頻帶范圍為10～65Hz。為了弱化子波旁瓣的影響,對(duì)地震記錄作道積分,將其振幅譜歸一化后加入疊合譜,使低頻成分得到保留且向低頻方向拓展。圖9b為拓頻后每隔10道相加的振幅譜,可以明顯看到振幅譜微弱的偏藍(lán)化現(xiàn)象,同時(shí)由于道積分譜的加入,低頻成分得以補(bǔ)充。

圖9　處理前后振幅譜變化a 井旁道地震記錄拓頻前后振幅譜對(duì)比; b 間隔10道采樣多道地震記錄拓頻前后振幅譜對(duì)比

3結(jié)束語(yǔ)

研究發(fā)現(xiàn),本文提出的基于頻率域多階微分融合的頻帶拓展方法具有以下優(yōu)點(diǎn):

1) 頻率域多階微分算子具有平穩(wěn)、直觀、靈活的特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分?jǐn)?shù)階微分,且消除異常高頻干擾較為簡(jiǎn)單。

2) 通過(guò)信號(hào)不同階微分譜的迭代融合,可以較好地恢復(fù)地震記錄振幅譜,并且跟反射系數(shù)振幅譜具有較高的相關(guān)性。

3) 多階微分結(jié)果在頻率域經(jīng)過(guò)系數(shù)校正融合后,可以將高截頻拓展1倍左右,獲得寬頻帶的地震信息,可有效增強(qiáng)識(shí)別和分辨薄互層的能力。

4) 尖滅體物理模型和實(shí)際資料試處理表明,頻率域多階微分融合方法可以有效拓寬地震資料頻帶,大幅提高地震資料的分辨率。

參考文獻(xiàn)

[1]郭廷超,曹文俊,陶長(zhǎng)江,等.時(shí)變譜模擬反褶積方法研究[J].石油物探,2015,54(1):36-42

GUO T C,CAO W J,TAO C J,et al.Research on time-varying spectral modeling deconvolution method[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2015,54(1):36-42

[2]王紅麗,丁在宇,桂德軍,等.震源子波反褶積在海洋地震資料處理中的應(yīng)用[J].石油物探,2013,52(1):49-54

WANG H L,DING Z Y,GUI D J,et al.Application of seismic source wavelet deconvolution in marine seismic survey[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2013,52(1):49-54

[3]梁東輝,陳生昌.基于L0范數(shù)稀疏約束的地震數(shù)據(jù)反褶積[J].石油物探,2014,53(4):397-403

LIANG D H,CHEN S C.Deconvolution of seismic data based onL0 norm sparse constraint[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2014,53(4):397-403

[4]王嘉松,曹桂榮.分形脈沖反褶積方法[J].地球物理學(xué)報(bào),1998,41(1):99-108

WANG J S,CAO G R.The method of fractal impulse deconvolution[J].Chinese Journal of Geophysics,1998,41(1):99-108

[5]蔣立,譚佳,張緒建,等.同態(tài)反褶積的子波穩(wěn)定性方法研究[J].石油物探,2012,51(3):239-243

JIANG L,TAN J,ZHANG X J,et al.Research on the methods for wavelet stability of homomorphic deconvolution[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2012,51(3):239-243

[6]唐博文,趙波,吳艷輝.一種實(shí)現(xiàn)譜模擬反褶積的新途徑[J].石油地球物理勘探,2010,45(增刊1):66-70

TANG B W,ZHAO B,WU Y H.A new way to realize spectral modeling deconvolution[J].Oil Geophysical Prospecting,2010,45(S1):66-70

[7]李金山,姜秀萍,王修田.主能量脈沖反褶積[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2011,41(7/8):119-126

LI J S,JIANG X P,WANG X T.The main energy spiking deconvolution[J].Periodical of Ocean University of China,2011,41(7/8):119-126

[8]王秀槐.純振幅反褶積[J].石油地球物理勘探,1986,21(1):47-53

WANG X H.Pure-amplitude deconvolution[J].Oil Geophysical Prospecting,1986,21(1):47-53

[9]范小東,曾灝,劉益強(qiáng).地震資料時(shí)空變譜白化處理[J].石油地球物理勘探,1995,30(4):550-555

FAN X D,ZENG H,LIU Y Q.Time-space variant spectrum whitening of seismic data[J].Oil Geophysical Prospecting,1995,30(4):550-555

[10]陳傳仁,周熙襄.小波譜白化方法提高地震資料的分辨率[J].石油地球物理勘探,2000,35(6):703-709

CHEN C R,ZHOU X X.Improving resolution of seismic data using wavelet spectrum whitening[J].Oil Geophysical Prospecting,2000,35(6):703-709

[11]趙巖,劉洋,胡光義,等.基于衰減補(bǔ)償?shù)牡卣鹳Y料高分辨率處理方法[J].石油物探,2014,53(1):38-45

ZHAO Y,LIU Y,HU G Y,et al.High resolution processing method of seismic data based on attenuation compensation[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2014,53(1):38-45

[12]郭建,王咸彬,胡中平,等.Q補(bǔ)償技術(shù)在提高地震分辨率中的應(yīng)用-以準(zhǔn)噶爾盆地Y1井區(qū)為例[J].石油物探,2007,46(5):509-513

GUO J,WANG X B,HU Z P,et al.Application ofQcompensation technique in improving seismic resolution: case study of Y1 well area,Junggar basin[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2007,46(5):509-513

[13]丁進(jìn)杰,戴永壽,張亞南.基于高頻補(bǔ)償方法提高地震資料分辨率的初步研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2013,28(6):3214-3221

DING J J,DAI Y S,ZHANG Y N.Improving seismic data resolution based on high frequency compensation[J].Progress in Geophysics,2013,28(6):3214-3221

[14]鄔達(dá)理.譜整形提高分辨率處理技術(shù)及應(yīng)用效果分析[J].石油物探,2011,50(1):33-37

WU D L.Spectrum-shaping based resolution improvement processing technology and the analysis on its application[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2011,50(1):33-37

[15]孫成禹.譜模擬方法及其在提高地震資料分辨率中的應(yīng)用[J].石油地球物理勘探,2000,35(1):27-35

SUN C Y.Spectrum modeling method and its application to seismic resolution improvement[J].Oil Geophysical Prospecting,2000,35(1):27-35

[16]孫成禹.地震資料的雙約束頻譜補(bǔ)償方法[J].石油物探,2000,39(1):35-41

SUN C Y.Dual constraint frequency spectrum compensation of seismic data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2000,39(1):35-41

[17]GREGORY B,JEREMY N.Increasing seismic resolution using spectral blueing and colored inversion:Cannonball field,Trinidad[J].Expanded Abstracts of 74thAnnual Internat SEG Mtg,2004:1794-1797

[18]ZHOU B Z,IAIN M,HATHERLY P.Tuning seismic resolution by frequency shift[J].Expanded Abstracts of 17thASEG Geophysical Conference and Exhibition,2004:1-4

[19]NEIL H,SVEN T.Frequency extension,resolution,and sparse inversion[J].Expanded Abstracts of 83thAnnual Internat SEG Mtg,2013:3345-3349

[20]FONS K,STEFFEN B.Broadband seismic data-the importance of low frequencies[J].Geophysics,2013,78(2):WA3-WA14

[21]趙圣亮,王曉明,王建華.一種簡(jiǎn)易的頻率補(bǔ)償方法[J].石油地球物理勘探,1994,29(2):231-235

ZHAO S L,WANG X M,WANG J H.A simple

method compensating frequency[J].Oil Geophysical Prospecting,1994,29(2):231-235

[22]云美厚,田景文,張國(guó)富.多級(jí)微分頻譜整形濾波器的理論研究[J].石油儀器,1998,12(6):22-24

YUN M H,TIAN J W,ZHANG G F.Theoretical study on multiple-order differential spectrum shaping filter[J].Petroleum Instruments,1998,12(6):22-24

[23]SAJID M,GHOSH D.A fast and simple method of spectral enhancement[J].Geophysics,2014,79(3):V75-V80

[24]WALDEN A T,HOSKEN J W J.An investigation of the spectral properties of primary reflection coefficients[J].Geophysical Prospecting,1985,33(3):400-435

[25]HUANG N E,SHEN Z,LONG S R,et al.The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis[J].Royal Society of London Proceedings,1998,454(1971):903-995

[26]張韻華,奚梅成,陳效群.數(shù)值計(jì)算方法與算法[M].北京:科學(xué)出版社,2009:130-140

ZHANG Y H,XI M C,CHEN X Q.Numerical calculation method and algorithm[M].Beijing:Science Publishing Company,2009:130-140

(編輯:朱文杰)

Seismic bandwidth broadening method based on multi-order differential fusion in frequency domain

GUO Xin1,YONG Xueshan2,3,GAO Jianhu2,3,LIU Weifang2,3,LI Shengjun2

(1.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Beijing100083,China;2.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development-Northwest,Petrochina,Lanzhou730020,China;3.CNPCReservoirDescriptionKeyLaboratory,Lanzhou730020,China)

Abstract:Due to the limited bandwidth of seismic wavelet,the information outside of the wavelet bandwidth is difficult to be distinguished and identified,which leads to the low resolution.To the issue,we present a multi-order differential fusion method in frequency domain to broaden the seismic bandwidth.Differential operators have linear features of increasing monotonically and can improve high frequency and suppress low frequency of signals,namely it has the attribute of frequency spectral decomposition and higher differential order represents higher frequency.We can extract the reflection coefficient from logging data and calculate the low frequency change trend of its amplitude spectrum,which are non-white noise components.Then we add up the differential signal through multiple iterations under the constraint of the non-white noise components.A new broadband seismic record is achieved after back to the time domain from the frequency domain,which has the same trend with the spectrum of reflection coefficient and its high cut-off frequency can be doubled,so it can effectively weaken the influence of the limited bandwidth of the seismic wavelet.It demonstrates that this method can broaden the bandwidth well and improve the resolution of seismic data through the test processing of thin interbedded mathematical model,physical model with pinchout bodies and real seismic data.

Keywords:multi-order differential,frequency domain,iterative fusion,bandwidth broadening,empirical mode decomposition

文章編號(hào):1000-1441(2016)02-0271-09

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.02.013

中圖分類號(hào):P631

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

基金項(xiàng)目:國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田與煤層氣開(kāi)發(fā)”專題(2016ZX05007-006)資助。

作者簡(jiǎn)介:郭欣(1989—),男,碩士在讀,主要從事地震資料處理及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面的研究。

收稿日期:2015-08-19;改回日期:2015-10-29。

This research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China (Grant No.2016ZX05007-006).