自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法及系统
阅读说明：本技术 自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法及系统 (Adaptive ghost wave removing and broadband quasi-zero phase deconvolution combined processing method and system ) 是由 徐洪斌 周云和 何跃明 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法及系统。该方法可以包括：输入原始地震数据；针对原始地震数据进行自适应去鬼波处理,获得鬼波压制后的地震数据；针对鬼波压制后的地震数据进行宽频准零相位反褶积处理,获得宽频处理后的地震数据。本发明解决海洋地震勘探资料子波复杂、宽频处理中可靠拓频及准零相位化的技术问题,提高海洋地震资料处理成果的分辨率和品质,为资料解释提供可靠的基础数据,进而提高勘探开发的成功率,有很好的应用前景。(The application discloses a method and a system for adaptively removing ghost waves and performing wideband quasi-zero phase deconvolution. The method can comprise the following steps: inputting original seismic data; carrying out self-adaptive ghost wave removing processing on the original seismic data to obtain seismic data after ghost wave suppression; and carrying out broadband quasi-zero phase deconvolution processing on the seismic data subjected to ghost wave suppression to obtain the seismic data subjected to broadband processing. The invention solves the technical problems of complex wavelets, reliable frequency broadening and quasi-zero phasing in broadband processing of marine seismic exploration data, improves the resolution and quality of marine seismic data processing results, provides reliable basic data for data interpretation, further improves the success rate of exploration and development, and has good application prospect.)
技术领域
本发明涉及地球物理勘探地震资料的处理领域，更具体地，涉及一种自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法及系统。
背景技术
鬼波对海洋地震勘探资料处理品质带来了严重的不利影响，一直以来，去鬼波是海洋地震勘探资料处理的主要重点之一。但由于鬼波周期复杂多变，它会随震源和检波器沉放深度、反射深度、偏移距、入射角、出射角、地层倾角等多种因素变化，鬼波压制难度大，当鬼波去除不彻底时，提取子波与真实的地震子波相去甚远，不满足反褶积所需要的子波最小相位假设，后续进行预测反褶积处理会破坏有效地震波的波动特征，脉冲反褶积处理会造成处理品质明显降低，反褶积处理很难发挥其应有的作用，难以实现高分辨率处理的目的。
因此，有必要开发一种自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法及系统，解决海洋地震勘探的宽频处理问题。
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
本发明提出了一种自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法及系统，其能够解决海洋地震勘探资料子波复杂、宽频处理中可靠拓频及准零相位化的技术问题，提高海洋地震资料处理成果的分辨率和品质，为资料解释提供可靠的基础数据，进而提高勘探开发的成功率，有很好的应用前景。
第一方面，本公开实施例提供了一种自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法，包括：
输入原始地震数据；
针对所述原始地震数据进行自适应去鬼波处理，获得鬼波压制后的地震数据；
针对所述鬼波压制后的地震数据进行宽频准零相位反褶积处理，获得宽频处理后的地震数据。
优选地，所述自适应去鬼波处理包括：
针对所述原始地震数据进行一维傅里叶变换，获取原始频率域地震数据；
分别计算炮检点相对于一次反射波的延迟时间，进而计算频率域去鬼波算子；
计算所述原始频率域地震数据与所述频率域去鬼波算子的乘积，获得去鬼波地震数据；
将所述去鬼波地震数据进行一维傅里叶反变换至t-x域，得到所述鬼波压制后的地震数据。
优选地，通过公式(1)计算炮点相对于一次反射波的延迟时间：
通过公式(2)计算检波点相对于一次反射波的延迟时间：
其中，ts为炮点相对于一次反射波的延迟时间，tr为检波点相对于一次反射波的延迟时间，x为地震数据道的偏移距，dw表示海底深度，ds表示激发点深度，dr表示检波点深度，v为海水速度。
优选地，通过公式(3)计算频率域去鬼波算子：
其中，A(f)为频率域去鬼波算子，R0为海面的反射系数，ω为角频率，ω＝2πf，i表示复指数。
优选地，所述宽频准零相位反褶积处理包括：
针对所述鬼波压制后的地震数据的炮集内每道数据每个时窗的地震子波，在t-x域炮集内完成每道各时窗内的脉冲反褶积运算，进而获得f-x域的炮集数据；
通过能量集中法计算反射信号的频带宽度；
根据所述频带宽度，确定宽频准零相位滤波算子；
根据所述f-x域的炮集数据与所述宽频准零相位滤波算子，计算宽频处理后的地震数据。
优选地，通过能量集中法计算反射信号的频带宽度包括：
计算炮记录的平均功率谱，进而在所述平均功率谱上计算极值点；
所述极值点对应的频率为中心频率，确定反褶积期望频率；
以所述反褶积期望频率为中心向两边分别进行功率谱累加，设定能量门限值，计算所述频带宽度。
优选地，通过公式(4)计算每个时窗的有效信号的低频端频率与高频端频率，确定所述频带宽度：
其中，σ为高斯形功率谱的频率均方差，f0为中心频率，P(0)为零频率处对应的功率谱，P(f)为频率f处对应的功率谱。
优选地，所述宽频准零相位滤波算子为：
其中，fn为根据数据采样率得到的折叠频率。
优选地，根据所述f-x域的炮集数据与所述宽频准零相位滤波算子，计算宽频处理后的地震数据包括：
计算频率域将所述宽频准零相位滤波算子与所述f-x域的炮集数据的乘积，将计算结果进行一维傅里叶反变换至t-x域，获得所述宽频处理后的地震数据。
第二方面，本公开实施例还提供了一种自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理系统，包括：
输入原始地震数据；
针对所述原始地震数据进行自适应去鬼波处理，获得鬼波压制后的地震数据；
针对所述鬼波压制后的地震数据进行宽频准零相位反褶积处理，获得宽频处理后的地震数据。
优选地，所述自适应去鬼波处理包括：
针对所述原始地震数据进行一维傅里叶变换，获取原始频率域地震数据；
分别计算炮检点相对于一次反射波的延迟时间，进而计算频率域去鬼波算子；
计算所述原始频率域地震数据与所述频率域去鬼波算子的乘积，获得去鬼波地震数据；
将所述去鬼波地震数据进行一维傅里叶反变换至t-x域，得到所述鬼波压制后的地震数据。
优选地，通过公式(1)计算炮点相对于一次反射波的延迟时间：
通过公式(2)计算检波点相对于一次反射波的延迟时间：
其中，ts为炮点相对于一次反射波的延迟时间，tr为检波点相对于一次反射波的延迟时间，x为地震数据道的偏移距，dw表示海底深度，ds表示激发点深度，dr表示检波点深度，v为海水速度。
优选地，通过公式(3)计算频率域去鬼波算子：
其中，A(f)为频率域去鬼波算子，R0为海面的反射系数，ω为角频率，ω＝2πf，i表示复指数。
优选地，所述宽频准零相位反褶积处理包括：
针对所述鬼波压制后的地震数据的炮集内每道数据每个时窗的地震子波，在t-x域炮集内完成每道各时窗内的脉冲反褶积运算，进而获得f-x域的炮集数据；
通过能量集中法计算反射信号的频带宽度；
根据所述频带宽度，确定宽频准零相位滤波算子；
根据所述f-x域的炮集数据与所述宽频准零相位滤波算子，计算宽频处理后的地震数据。
优选地，通过能量集中法计算反射信号的频带宽度包括：
计算炮记录的平均功率谱，进而在所述平均功率谱上计算极值点；
所述极值点对应的频率为中心频率，确定反褶积期望频率；
以所述反褶积期望频率为中心向两边分别进行功率谱累加，设定能量门限值，计算所述频带宽度。
优选地，通过公式(4)计算每个时窗的有效信号的低频端频率与高频端频率，确定所述频带宽度：
其中，σ为高斯形功率谱的频率均方差，f0为中心频率，P(0)为零频率处对应的功率谱，P(f)为频率f处对应的功率谱。
优选地，所述宽频准零相位滤波算子为：
其中，fn为根据数据采样率得到的折叠频率。
优选地，根据所述f-x域的炮集数据与所述宽频准零相位滤波算子，计算宽频处理后的地震数据包括：
计算频率域将所述宽频准零相位滤波算子与所述f-x域的炮集数据的乘积，将计算结果进行一维傅里叶反变换至t-x域，获得所述宽频处理后的地震数据。
其有益效果在于：
针对要解决的海洋子波拓频处理技术难点，依据自适应去鬼波技术具有良好的去鬼波和宽频准零相位反褶积具有显著拓频的特点，发明了基于自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合的海洋地震资料宽频处理方法。本发明可较好地解决海洋地震勘探资料子波复杂，宽频处理中可靠拓频及准零相位化的技术问题，可提高海洋地震资料处理成果的分辨率和品质，为资料解释提供可靠的基础数据，进而提高勘探开发的成功率，有很好的应用前景。
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
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，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例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法的步骤的流程图。
图2a和图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的原始地震数据的子波及频谱的示意图。
图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的鬼波压制后的地震数据的子波及频谱的示意图。
图4a和图4b分别示出了根据本发明的一个实施例的宽频处理后的地震数据的子波及频谱的示意图。
图5a、图5b、图5c分别示出了根据本发明的一个实施例的处理前、仅去鬼波后以及去鬼波与宽频准零相位反褶积处理后的单炮记录的对比示意图。
图6a、图6b、图6c分别示出了根据本发明的一个实施例的处理前、仅去鬼波后以及去鬼波与宽频准零相位反褶积处理后的PSTM剖面的对比示意图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述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。
图1示出了根据本发明的一个实施例的自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法的步骤的流程图。
本发明提供一种自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理方法，包括：
步骤101，输入原始地震数据；
具体地，输入加载过观测系统信息道头的地震数据，原始地震数据中包含鬼波，其子波与频谱分别如图2a、图2b所示。
步骤102，针对原始地震数据进行自适应去鬼波处理，获得鬼波压制后的地震数据；在一个示例中，自适应去鬼波处理包括：
针对原始地震数据进行一维傅里叶变换，获取原始频率域地震数据；
分别计算炮检点相对于一次反射波的延迟时间，进而计算频率域去鬼波算子；
计算原始频率域地震数据与频率域去鬼波算子的乘积，获得去鬼波地震数据；
将去鬼波地震数据进行一维傅里叶反变换至t-x域，得到鬼波压制后的地震数据。
在一个示例中，通过公式(1)计算炮点相对于一次反射波的延迟时间：
通过公式(2)计算检波点相对于一次反射波的延迟时间：
其中，ts为炮点相对于一次反射波的延迟时间，tr为检波点相对于一次反射波的延迟时间，x为地震数据道的偏移距，dw表示海底深度，ds表示激发点深度，dr表示检波点深度，v为海水速度。
在一个示例中，通过公式(3)计算频率域去鬼波算子：
其中，A(f)为频率域去鬼波算子，R0为海面的反射系数，ω为角频率，ω＝2πf，i表示复指数。
具体地，假设地震记录x(t)由一次波和各种类型的鬼波叠加而成，设s(t)为地震记录中的一次反射波，则地震记录可以表示为：
其中，R0为海面的反射系数，近似为-1，ts和tr为炮检点相对于一次反射波的延迟时间，对公式(6)做一维傅里叶变换，得到原始频率域地震数据为：
分别通过公式(1)、(2)计算炮检点相对于一次反射波的延迟时间。
根据公式(7)可以得到鬼波为：
则公式(7)可以写成：
X(f)＝S(f)G(f) (9)
从公式(8)可见，存在鬼波干扰的原始频率域地震数据可以看作是一次反射波与一个滤波算子为G(f)的乘积结果。因此，根据(9)式设计一个反滤波算子A(f)为公式(3)，即为频率域去鬼波算子，可以去除原始频率域地震数据中的鬼波干扰。
图3a和图3b分别示出了根据本发明的一个实施例的鬼波压制后的地震数据的子波及频谱的示意图。
在频率域计算原始频率域地震数据与频率域去鬼波算子的乘积，获得去鬼波地震数据。将经过消除鬼波陷波影响的去鬼波地震数据进行一维傅里叶反变换至t-x域，得到鬼波压制后的地震数据，其子波及频谱分别如图3a、图3b所示。
步骤103，针对鬼波压制后的地震数据进行宽频准零相位反褶积处理，获得宽频处理后的地震数据。在一个示例中，宽频准零相位反褶积处理包括：
针对鬼波压制后的地震数据的炮集内每道数据每个时窗的地震子波，在t-x域炮集内完成每道各时窗内的脉冲反褶积运算，进而获得f-x域的炮集数据；
通过能量集中法计算反射信号的频带宽度；
根据频带宽度，确定宽频准零相位滤波算子；
根据f-x域的炮集数据与宽频准零相位滤波算子，计算宽频处理后的地震数据。
在一个示例中，通过能量集中法计算反射信号的频带宽度包括：
计算炮记录的平均功率谱，进而在平均功率谱上计算极值点；
极值点对应的频率为中心频率，确定反褶积期望频率；
以反褶积期望频率为中心向两边分别进行功率谱累加，设定能量门限值，计算频带宽度。
在一个示例中，通过公式(4)计算每个时窗的有效信号的低频端频率与高频端频率，确定频带宽度：
其中，σ为高斯形功率谱的频率均方差，f0为中心频率，P(0)为零频率处对应的功率谱，P(f)为频率f处对应的功率谱。
在一个示例中，宽频准零相位滤波算子为：
其中，fn为根据数据采样率得到的折叠频率。
在一个示例中，根据f-x域的炮集数据与宽频准零相位滤波算子，计算宽频处理后的地震数据包括：
计算频率域将宽频准零相位滤波算子与f-x域的炮集数据的乘积，将计算结果进行一维傅里叶反变换至t-x域，获得宽频处理后的地震数据。
具体地，若将地震子波作为反滤波的输入，期望输出则为d(t)尖脉冲。脉冲反褶积的基本思想在于设计一个反子波a(t)算子，用它把已知的输入地震信号变换成给定的期望输出尖脉冲信号，这就是脉冲反褶积。脉冲反褶积的基本方程是：
一般情况下，地震子波为未知的，为在未知子波的情况下求出反滤波因子，必须对地震子波及反射系数序列加上一定的假设条件，包括：
1、假设反射系数序列R(t)是随机的白噪序列，即其自相关为：
2、假设地震子波是最小相位的。
根据假设1，地震子波的自相关Rrr可以用地震记录的自相关Rxx来代替。根据假设2，可知地震子波的Z变换B(z)的零点全部在单位圆外，也即反滤因子a(t)的Z变换A(z)＝1/B(z)的分母多项式的零点全在单位圆外，故a(t)是稳定及物理可实现的。这脉冲反褶积的的方程变为：
这就是脉冲反褶积的基本方程，其系数矩阵中各元素可直接由地震记录求得。当求取了反褶积因子a(t)后，令其与地震记录x(t)进行褶积运算，即：
s(t)＝a(t)*x(t) (13)
则s(t)即为经过脉冲反褶积之后输出地新的地震记录。如前所述，脉冲反褶积在压缩地震子波，提高分辨率的同时，也增强的有效信号之外的低频端和高频部分的噪声能量，降低有效反射信号的信噪比。
输入加载过观测系统信息道头的地震炮集数据；在输入的炮集记录上，分时窗利用自相关函数计算炮集内每道数据本时窗的地震子波；针对炮集内每道数据每个时窗的地震子波，利用脉冲反褶积的方法，期望输出为尖脉冲，解托布利兹矩阵求得反褶积反子波算子，在t-x域炮集内完成每道各时窗内的反褶积运算，对运算结果做一维傅里叶变换，获得f-x域的炮集数据。
为了克服脉冲反褶积的缺陷，根据地震资料有效信号频带范围，在频率域设计一个衰减函数，使其在有效频带f1及f2之间接近于1，而在f1和f2处迅速衰减6分贝，在有效频带之外迅速衰减到极小值，对有效信号低频端和高频端的噪声信号做压制衰减处理，保证在提高有效信号分辨率的同时，不降低有效信号的信噪比。其效果就相当于在时间域设计一个宽频零相位滤波器m(t)，对经过脉冲反褶积处理后的地震信号做宽频准零相位褶积运算。
应用能量集中法对反射信号的频带宽度进行估算，其基本原理是针对高斯形有效信号的频谱，自适应估算信号的中心频率后设定一个限定范围，然后将信号能量集中到这个范围来估算出频带宽度，即f1和f2。
高斯形功率谱为公式(4)，按照半功率点的定义，幅度衰减3分贝的变化量△f3db和σ之间的关系如下：
△f3db＝2.335σ (14)
对于任何正态分布，期望为μ，标准差是σ，期望μ的每一边的值都占50％，μ-σ和μ+σ之间有68％的值，μ-2σ和μ+2σ之间有95％的值。如果变量有n个样本，则μ和σ由下式定义：
在估算频带宽度的过程中，首先求出炮记录的平均功率谱为：
其中，E(f)为炮记录中每道频率为f的振幅，N为每炮的道数，然后在平均功率谱上计算极值点，极值点对应的频率为中心频率f0，极值点两边的次极值点的平均定义为反褶积期望频率fm。以反褶积期望输出主频率fm为中心向两边分别进行功率谱累加，设定能量门限值为70％，根据公式(4)可以自动算出每个处理时窗内的f1和f2。
图4a和图4b分别示出了根据本发明的一个实施例的宽频处理后的地震数据的子波及频谱的示意图。
根据炮记录上有效波的频带范围，在频率域低频端f1及高频端f2设计频域衰减算子为公式(5)。计算频率域将宽频准零相位滤波算子与f-x域的炮集数据的乘积；将计算结果进行一维傅里叶反变换至t-x域，获得宽频准零相位反褶积处理后的地震数据，其子波及频谱分别如图4a、图4b所示。
实施例1
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，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。
图5a、图5b、图5c分别示出了根据本发明的一个实施例的处理前、仅去鬼波后以及去鬼波与宽频准零相位反褶积处理后的单炮记录的对比示意图。
经本发明方法处理前后的单炮记录对比如图5a、图5b、图5c所示，可见鬼波压制好、波组特征好。
图6a、图6b、图6c分别示出了根据本发明的一个实施例的处理前、仅去鬼波后以及去鬼波与宽频准零相位反褶积处理后的PSTM剖面的对比示意图。
经本发明方法处理前后的PSTM剖面对比如图6a、图6b、图6c所示，可见分辨率高、波组特征好；有利于解释层位追踪与地震反演，质量得到显著提高。
本发明提供了一种自适应去鬼波与宽频准零相位反褶积联合处理系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：
输入原始地震数据；
针对原始地震数据进行自适应去鬼波处理，获得鬼波压制后的地震数据；
针对鬼波压制后的地震数据进行宽频准零相位反褶积处理，获得宽频处理后的地震数据。
在一个示例中，自适应去鬼波处理包括：
针对原始地震数据进行一维傅里叶变换，获取原始频率域地震数据；
分别计算炮检点相对于一次反射波的延迟时间，进而计算频率域去鬼波算子；
计算原始频率域地震数据与频率域去鬼波算子的乘积，获得去鬼波地震数据；
将去鬼波地震数据进行一维傅里叶反变换至t-x域，得到鬼波压制后的地震数据。
在一个示例中，通过公式(1)计算炮点相对于一次反射波的延迟时间：
通过公式(2)计算检波点相对于一次反射波的延迟时间：
其中，ts为炮点相对于一次反射波的延迟时间，tr为检波点相对于一次反射波的延迟时间，x为地震数据道的偏移距，dw表示海底深度，ds表示激发点深度，dr表示检波点深度，v为海水速度。
在一个示例中，通过公式(3)计算频率域去鬼波算子：
其中，A(f)为频率域去鬼波算子，R0为海面的反射系数，ω为角频率，ω＝2πf，i表示复指数。
在一个示例中，宽频准零相位反褶积处理包括：
针对鬼波压制后的地震数据的炮集内每道数据每个时窗的地震子波，在t-x域炮集内完成每道各时窗内的脉冲反褶积运算，进而获得f-x域的炮集数据；
通过能量集中法计算反射信号的频带宽度；
根据频带宽度，确定宽频准零相位滤波算子；
根据f-x域的炮集数据与宽频准零相位滤波算子，计算宽频处理后的地震数据。
在一个示例中，通过能量集中法计算反射信号的频带宽度包括：
计算炮记录的平均功率谱，进而在平均功率谱上计算极值点；
极值点对应的频率为中心频率，确定反褶积期望频率；
以反褶积期望频率为中心向两边分别进行功率谱累加，设定能量门限值，计算频带宽度。
在一个示例中，通过公式(4)计算每个时窗的有效信号的低频端频率与高频端频率，确定频带宽度：
其中，σ为高斯形功率谱的频率均方差，f0为中心频率，P(0)为零频率处对应的功率谱，P(f)为频率f处对应的功率谱。
在一个示例中，宽频准零相位滤波算子为：
其中，fn为根据数据采样率得到的折叠频率。
在一个示例中，根据f-x域的炮集数据与宽频准零相位滤波算子，计算宽频处理后的地震数据包括：
计算频率域将宽频准零相位滤波算子与f-x域的炮集数据的乘积，将计算结果进行一维傅里叶反变换至t-x域，获得宽频处理后的地震数据。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，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例。在不偏离所说明的各实施例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。
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