基于相位分解的混合相位子波反褶积方法

摘要

基于相位分解的混合相位子波反褶积方法，应用于地震勘探地震信号处理。特征：人工激发并接收地震记录；对地震记录进行噪声压制、反褶积、速度分析、偏移等常规地震资料处理；采用复赛谱分离方法由地震记录振幅谱估算地震子波振幅谱；按照不同的分解比例，得到一系列具有相同振幅谱，不同相位谱的混合相位子波集合；按照反褶积之后方差模的大小，确定实际混合相位地震子波；设定希望输出零相位地震子波；计算反褶积算子；反褶积算子与地震记录褶积；将地震记录绘制为能够反映地下结构特征的地震剖面图像。提高地震记录的分辨率。能够更加清晰地反映地下结构的内幕和细节。

主权项

一种基于相位分解的混合相位子波反褶积方法，其特征是：步骤A、人工激发地震波，利用检波器接收来自地下的反射地震信号，形成地震记录并记录在磁带上；步骤B、从磁带上读取地震记录，对地震记录进行噪声压制、反褶积、速度分析、偏移常规地震资料处理，得到常规处理之后的地震记录x(t)，其中，t是时间，单位是毫秒，若采用压电检波器接收地震信号，地震记录x(t)的单位是帕，若采用速度检波器接收地震信号，地震记录x(t)的单位是米/秒；对地震记录x(t)进行傅立叶变换，得到地震记录的振幅谱x(f)，其中，f是频率，单位是赫兹，地震记录振幅谱x(f)无量纲；将地震记录的振幅谱x(f)输出到步骤C所在的处理单元；步骤C、接收步骤B输出的地震记录振幅谱x(f)，采用复赛谱分离方法由地震记录振幅谱x(f)估算地震子波振幅谱w(f)，步骤如下：步骤C1、对地震记录的振幅谱x(f)取对数之后进行傅立叶反变换，得到复赛谱序列步骤C2、对复赛谱序列进行低通滤之后再进行傅立叶变换，并取幂指数，得到地震子波的振幅谱w(f)，将其输出到步骤D所在的处理单元；步骤D、接收步骤C2输出的地震子波振幅谱w(f)，按照不同的分解比例，将其分解为一系列具有相同振幅谱，不同相位谱的混合相位子波集合，过程如下：对地震子波振幅谱w(f)取对数之后进行傅立叶反变化，得到零相位子波的复赛谱序列设定最小分解比例λ₀＝0.0，最大分解比例λ_m＝1.0，分解比例增量Δλ＝0.01，分别计算不同分解比例λ_j＝λ₀+(j‑1)Δλ，j＝1,2…,101所对应的混合相位子波w_j(t)，具体步骤如下：(a)按照分解比例λ_i，依据下式得到最大相位的复赛谱序列和最小相位的复赛谱序列${\bar{v}}_j\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\lambda }_j\bar{w}\left(t\right),& t\ge 0\\ 0,& t<0\end{array}\right.---\left(1\right)$${\bar{u}}_j\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& t\ge 0\\ \bar{w}\left(t\right)-{\lambda }_j\bar{w}(-t),& t<0\end{array}\right.---\left(2\right)$式中，是最小相位的复赛谱序列，是最大相位的复赛谱序列，零相位子波的复赛谱序列，和的单位与地震记录x(t)的单位一致，若采用压电检波器接收地震信号，单位是帕，若采用速度检波器接收地震信号，单位是米/秒，λ_i是分解比例因子，无量纲，t是时间，单位是毫秒；(b)分别对和进行傅立叶变换，取幂指数，再进行傅立叶反变换，得到分解比例λ_j所对应的最小相位子波分量v_j(t)和最大相位子波分量u_j(t)；(c)最小相位子波分量v_j(t)和最大相位子波分量u_j(t)进行褶积，得到分解比例λ_j所对应的混合相位子波w_j(t)；(d)重复步骤(a)到步骤(c)，得到101个具有相同振幅谱，不同相位谱的混合相位子波集合w_j(t),j＝1,2,…,101，将所有子波输出到步骤E所在的处理单元；步骤E、接收步骤D输出的所有混合相位子波w_j(t),j＝1,2,…,101，按照反褶积之后方差模的大小，从101个混合相位子波集合中确定实际混合相位地震子波w(t)；具体步骤为：步骤E1、计算每个混合相位子波w_j(t)的反滤波器a_j(t)；步骤E2、反滤波器a_j(t)与地震记录x(t)褶积，得到反褶积之后的地震记录y_j(t)；步骤E3、采用下式计算反褶积之后地震记录y_j(t)的方差模e_j，$e_j=\frac{\underset{t}{\Sigma }{y}_j^4\left(t\right)}{{\left(\underset{t}{\Sigma }{y}_j^2\right(t\left)\right)}^2}---\left(3\right)$式中，e_j为方差模，无量纲，y_j(t)是反褶积之后的地震记录，若采用压电检波器接收地震信号，单位是帕，若采用速度检波器接收地震信号，单位是米/秒，t为反射时间，单位是毫秒，“∑”表示求和运算；步骤E4、比较所有方差模的大小，最大方差模所对应的混合相位子波即为实际混合相位地震子波w(t)，将该子波输出到步骤G所在的处理单元；步骤F、接收步骤B输出的地震记录振幅谱x(f)，利用下式确定希望输出零相位子波b(t)，并将其输出到步骤G所在的处理单元；$b\left(t\right)=\frac{\sin 2{\mathrm{\pi f}}_{c}t}{\pi t}---\left(4\right)$式中，b(t)是希望输出零相位子波，若采用压电检波器接收地震信号，单位是帕，若采用速度检波器接收地震信号，单位是米/秒，t为反射时间，单位是毫秒，f_c是由振幅谱x(f)所确定的地震记录最高有效频率，单位是赫兹；步骤G、接收步骤E4所输出的实际混合相位地震子波w(t)和步骤F输出的希望输出零相位子波b(t)，按照维纳滤波方法，由这两个子波计算反褶积算子a(t)，并输出到步骤H所在的处理单元；步骤H、接收步骤G所输出的反褶积算子a(t)，与步骤B中常规处理之后的地震记录x(t)进行褶积运算，得到混合相位子波反褶积之后的地震记录y(t)；步骤I、将上述流程处理之后的地震记录绘制为能够反映地下结构特征的地震剖面图像。