一種可控震源信號(hào)低頻拓展方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可控震源信號(hào)低頻拓展方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為地震勘探的重要方式之一，可控震源與其它震源相比，其激發(fā)信號(hào)頻率和相 位能夠等得以控制。因此不僅可以在設(shè)計(jì)震源掃描信號(hào)時(shí)避開(kāi)干擾頻率，還能對(duì)地層對(duì)地 震信號(hào)的吸收作用進(jìn)行補(bǔ)償。所以利用可控震源進(jìn)行地震勘探可以得到反射能量、信噪比 和分辨率等能夠滿足地震勘探需求的資料。
[0003] 常規(guī)可控震源掃描信號(hào)的低頻極限頻率通常難以突破6Hz，即便是低頻可控震 源采集到的數(shù)據(jù)，大規(guī)模數(shù)據(jù)處理流程（例如面波壓制）和地震波的傳播過(guò)程也會(huì)導(dǎo) 致原始信號(hào)有效低頻信息的缺失。目前低頻恢復(fù)技術(shù)包括低通濾波、帶通濾波、反褶積 (Robinson&Treitel，1980)、自回歸低頻補(bǔ)償方法（Marple L.，1980& 管路平，1990)、空間 譜白化（Masoomzadeh，2006)等方法。郭樹(shù)祥等（2006)針對(duì)常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理過(guò)程中低頻 損傷問(wèn)題，用分頻去噪的思路對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，有效的保護(hù)了地震數(shù)據(jù)中的低頻信息； 巴晶（2007)根據(jù)面波頻率低、能量強(qiáng)的特征，設(shè)計(jì)過(guò)零點(diǎn)濾波器，在小波分解后的逼近系 數(shù)中壓制面波；Roohollah等（2008)考慮面波在頻率-波數(shù)域中與有效波分布的差異，提 出應(yīng)用S變換和x-f-k變換進(jìn)行面波壓制。由于處理中很難從低頻的噪音干擾中分離出有 效信號(hào)，加之基于反褶積的方法是對(duì)全頻帶的改善，對(duì)于高頻的分量恢復(fù)效果比較好，低頻 分量拓展的不明顯，不能充分并有效地恢復(fù)原始信號(hào)的低頻成分。因此，有必要對(duì)地震數(shù)據(jù) 的低頻成分進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)與補(bǔ)償拓展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種可控震源信號(hào)低頻拓展方法，以改善深部目標(biāo)體的成像質(zhì) 量，降低反演的多解性，解決反演中對(duì)低頻的依賴(lài)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種可控震源信號(hào)低頻拓展方法，該可控 震源信號(hào)低頻拓展方法包括：
[0006] 根據(jù)預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)確定待外差處理的頻移參數(shù)，并根據(jù)所述移頻參數(shù)進(jìn)行 移頻操作；
[0007] 對(duì)預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分解，得到地震道的多個(gè)本征值；
[0008] 根據(jù)所述移頻參數(shù)對(duì)地震道的每一所述本征值利用外差運(yùn)算公式進(jìn)行定量移頻， 得到外差處理后的外差本征值；
[0009] 將所述外差本征值疊加，構(gòu)建拓頻后的疊后地震數(shù)據(jù)。
[0010] 一實(shí)施例中，該可控震源信號(hào)低頻拓展方法還包括：對(duì)采集的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、 濾波及動(dòng)校正處理，得到所述預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)為低頻缺失 的地震數(shù)據(jù)。
[0011] 一實(shí)施例中，所述預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)的譜X (f)為：
[0013] 其中，x(t)表示預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)，F(xiàn)T表示傅里葉變換，f表示頻率，t表示時(shí) 間。
[0014] 一實(shí)施例中，該可控震源信號(hào)低頻拓展方法還包括：利用預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù) X (t)建立一個(gè)復(fù)數(shù)函數(shù)c (t):
[0015] c (t) = X (t) exp (-?2 π f0t)；
[0016] 其中，f。是移頻參數(shù)，t表示時(shí)間。
[0017] 一實(shí)施例中，根據(jù)預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)確定待外差處理的頻移參數(shù)，包括：
[0018] 在已知可控震源掃描信號(hào)的情況下，分析震源車(chē)出力時(shí)的參考掃描信號(hào)，獲得起 始頻率，并將所述起始頻率作為移頻參數(shù)f。的最小值。
[0019] 一實(shí)施例中，根據(jù)預(yù)處理后確定待外差處理的頻移參數(shù)，包括：
[0020] 在未知可控震源掃描信號(hào)的情況下，對(duì)預(yù)處理處理后的地震數(shù)據(jù)通過(guò)由低到高不 同頻帶的掃頻處理、自相關(guān)及傅里葉變換的分析手段獲得地震信號(hào)的近似最低頻率，作為 移頻參數(shù)。
[0021 ] -實(shí)施例中，根據(jù)所述移頻參數(shù)進(jìn)行移頻操作，包括：
[0022] 對(duì)所述復(fù)數(shù)函數(shù)c(t)進(jìn)行傅立葉變換，得到移頻后的譜C(f):
[0023] C(f) = X(f+f〇)；
[0024] 定義一單位躍階函數(shù)H(f)，計(jì)算濾除負(fù)頻后的譜F(f):
[0025] F(f) = C(f)H(f)；
[0026] 對(duì)所述濾除負(fù)頻后的譜F(f)進(jìn)行反傅立葉變換并取實(shí)部，得到移頻后的地震數(shù) 據(jù) f(t):
[0027] f (t) = 2*Re {[X (t) exp (_i2 π f0t) ] *h (t)} = X (t) cos (2 π f0t)-Hi [X (t) sin (2 η f0t)]；
[0028] 其中，h(t) rFTllKf)] =0. 5δ (t)-i/2Jit，為單位躍階函數(shù)H(f)在時(shí)間域的 表示；Hi代表希爾伯特變化。
[0029] 一實(shí)施例中，對(duì)預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分解，得到地震道的多個(gè)本征值后， 該可控震源信號(hào)低頻拓展方法還包括：
[0030] 將預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)表示為多個(gè)本征值之和：
[0032] 其中，頂F1U)為第i個(gè)頂F信號(hào)分量，r(k)為殘余信號(hào)分量。
[0033] 一實(shí)施例中，所述外差運(yùn)算公式為：
[0034] IMF'（t) = 2*Re { [ IMF (t) exp (_i 2 JT f0t) ] *h (t) } = IMF (t) cos (2 π f0t) -Hi [IMF (t) sin (2 π f0t)]
[0035] 其中，頂F'（t)是本征值頂F(t)外差處理后的外差本征值。
[0036] -實(shí)施例中，所述拓頻后的疊后地震數(shù)據(jù)為：
[0038] 本發(fā)明可用于低頻可控震源勘探數(shù)據(jù)反演和解釋中低頻分量的恢復(fù)，能夠?qū)⒖煽?震源信號(hào)拓展到6Hz以下，并且使得移頻參數(shù)定量可控。低頻拓展后的地震數(shù)據(jù)有助于改 善深部目標(biāo)體的成像質(zhì)量，在解釋中提供用于直接指示油氣藏的低頻信息。由于拓頻后的 數(shù)據(jù)體和原始數(shù)據(jù)之間存在頻帶的重疊，故約束反演，降低反演的多解性，并解決了反演中 對(duì)低頻的依賴(lài)。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的可控震源信號(hào)低頻拓展方法流程圖；
[0041] 圖2A至圖2C示出了頻率的移動(dòng)，其中，圖2A為本發(fā)明實(shí)施例的帶限信號(hào)的頻譜 示意圖；圖2B為本發(fā)明實(shí)施例的向低頻段移動(dòng)f。后的頻譜示意圖；圖2C為本發(fā)明實(shí)施例 的濾除負(fù)頻后的頻譜示意圖；
[0042] 圖3A為本發(fā)明實(shí)施例的可控震源掃描信號(hào)的升頻掃描頻信號(hào)示意圖；
[0043] 圖3B為本發(fā)明實(shí)施例的可控震源掃描信號(hào)的升頻掃描頻信號(hào)示意圖；
[0044] 圖3C為本發(fā)明實(shí)施例的可控震源掃描信號(hào)的時(shí)頻圖；
[0045] 圖3D為本發(fā)明實(shí)施例的可控震源掃描信號(hào)的頻譜示意圖；
[0046] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例合成的可控震源道集示意圖；
[0047] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例地震道的EMD分解結(jié)果示意圖；
[0048] 圖6A為本發(fā)明實(shí)施例的直接外差5Hz結(jié)果示意圖；
[0049] 圖6B為本發(fā)明實(shí)施例的本征值頂F1-3外差的+5Hz結(jié)果示意圖；
[0050] 圖7A至圖7E為本發(fā)明實(shí)施例的原始記錄及拓頻后的地震數(shù)據(jù)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0052] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種可控震源信號(hào)低頻拓展方法，如圖1所示，該可控震源信 號(hào)低頻拓展方法包括：
[0053] SlOl :根據(jù)預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)（可控震源信號(hào)）確定待外差處理的頻移參數(shù)，并 根據(jù)所述移頻參數(shù)進(jìn)行移頻操作；
[0054] S102 :對(duì)預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分解，得到地震道的多個(gè)本征值；
[0055] S103:根據(jù)所述移頻參數(shù)對(duì)地震道的每一所述本征值利用外差運(yùn)算公式進(jìn)行定量 移頻，得到外差處理后的外差本征值；
[0056] S104 :將所述外差本征值疊加，構(gòu)建拓頻后的疊后地震數(shù)據(jù)。
[0057] -實(shí)施例中，SlOl之前，還需要對(duì)采集的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、濾波及動(dòng)校正處理， 得到預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)，預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)為低頻缺失的地震數(shù)據(jù)。
[0058] 地震數(shù)據(jù)由于地層吸收和衰減，往往是帶限信號(hào)，低頻和高頻往往都是缺失的，假 設(shè)地震數(shù)據(jù)x(t)是一個(gè)帶限信號(hào)，預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)的譜X(f)為（如圖2A所示）：
[0060] 其中，X (t)表示預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)，F(xiàn)T表示傅里葉變換，f表示頻率，t表示時(shí) 間。
[0061] 一實(shí)施例中，在SlOl中確定待進(jìn)行外差處理的頻移參數(shù)之前，還需要利用預(yù)處理 后的地震數(shù)據(jù)X(t)建立一個(gè)復(fù)數(shù)函數(shù)c (t):
[0062] c (t) =x (t) exp (-?2 π f0t) (2)
[0063] 其中，f。是移頻參數(shù)，t表示時(shí)間。f。可正可負(fù)，正的表示向高頻段移動(dòng)，負(fù)的表示 向低頻段移動(dòng)。
[0064] 根據(jù)預(yù)處理后的地震數(shù)據(jù)確定待外差處理的頻移參數(shù)，一般需要根據(jù)下面兩種情 況進(jìn)行：
[0065] 第一種情況：在已知可控震源掃描信號(hào)的情況下（如圖3A至圖3D所示，圖3A中， 起始頻率7Hz，終止頻率84Hz，掃描時(shí)間Is))，分析震源車(chē)出力時(shí)的參考掃描信號(hào)，獲得起 始頻率，并將所述起始頻率作為移頻參數(shù)f。的最小值。圖4示意了一道可控震源的合成道 集，圖4中，（a)為可控震源的掃描信號(hào)示意圖，（b)為掃描信號(hào)的自相關(guān)示意圖，（c)為反 射系數(shù)序列示意圖，（d)為實(shí)際記錄的可控震源道集示意圖，（e)為相關(guān)后的記錄示意圖。 [0066] 第二種情況：在未知可控震源掃描信號(hào)的情況下，對(duì)預(yù)處理處理（常規(guī)預(yù)處理）后 的地震數(shù)據(jù)通過(guò)由低到高不同頻帶的掃頻處理、自相關(guān)及傅里葉變換的分析手段獲得地震 信號(hào)的近似最低頻率，作為移頻參數(shù)。需要說(shuō)明的是，如果低頻成分中含有噪音，應(yīng)該根據(jù) 有效波信號(hào)和噪音的差別，進(jìn)行分頻處理，選出折中的移頻參數(shù)。
[0067] SlOl中，進(jìn)行移頻操作，可以根據(jù)下述公式進(jìn)行移頻：
[0069] 此處f。是移頻參數(shù)，F(xiàn)T表示傅里葉變換，其中f?？烧韶?fù)，正的表示向高頻段移 動(dòng)，負(fù)的表示向低頻段移動(dòng)，頻率的移動(dòng)（FST)改變了一個(gè)信號(hào)的絕對(duì)頻率，但是沒(méi)有改變 帶寬和包絡(luò)。
[0070] SlOl中，根據(jù)移頻參數(shù)f。