一种基于改进门控循环单元的叠前时变子波提取方法

子波的精确提取是地震勘探后续反演与成像的前提,针对传统时变子波提取方法受到的各类假设限制,且需分别提取子波振幅谱与相位谱的问题,本文提出了一种基于改进门控循环单元(GRU)网络的叠前时变地震子波提取方法.根据实际叠前地震数据分布特征与非平稳性质,本方法首先建立非平稳地震记录与添加随机噪声的时变子波训练数据集;为对提取出的时序特征进行拓展,提升传统GRU网络对长时序列的处理能力,本方法搭建起含多层GRU模块与全连接神经网络的改进门控循环单元网络模型;利用建立的训练数据集对网络模型进行训练使网络具备提取时变子波的能力;为提高训练效率与提取精度,本方法在训练的反向传播过程中应用自定义WaveLoss损失函数衡量误差,最终实现叠前时变子波的估计.经合成数据仿真实验与不同方法对比验证,本文提出的叠前时变子波提取方法具有更高的准确度;经对中国西部不同地区实际叠前地震资料处理与反褶积验证分析,该方法可有效提高目标区叠前地震剖面分辨率.

自适应分段的时变子波估计方法

针对目前时变子波估计中忽略地震记录的非平稳特性导致子波估计不准的问题,提出了一种基于自适应分段的时变子波估计方法。根据自适应分子分解法基本原理,自适应分段以二次谱法替代原有的多项式法拟合子波振幅谱,有效提高了自适应分子窗的寻优精度;采用使时变子波振幅谱相似度最大的方法确定最优的时窗函数分段,实现自适应分子窗的合理划分,进而以傅里叶反变换实现时变子波估计。通过数据仿真和实际地震数据处理等验证了该方法在子波估计中的有效性和适用性。

基于时变子波的品质因子估计

地下介质的地层滤波效应和吸收衰减效应会使地震信号频带变窄、主频降低、相位畸变。在对非稳态地震记录进行时变子波估计的基础上,从频率域和时间域两方面研究子波的时变性与品质因子的关系。首先推导非稳态记录正演模拟的时间域实现方法,通过子波褶积矩阵表达传播子波的时变性;其次,基于最优化思想,在给定范围内扫描Q值,使深部和浅部两个传播子波达到最佳匹配,提出了频率域子波匹配Q值估计方法和时间域子波匹配Q值估计方法。相比于常用的谱比法,频率域子波匹配法不需要做谱比,并通过最小二乘优化算法替代线性回归,具有更高的抗噪性。时间域子波匹配法通过子波褶积矩阵引入衰减响应,从根本上避免谱估计的误差,具有更高的精度。理论模型和实际数据计算结果表明,两种方法都能快速有效地估计品质因子,与时变子波谱比法相比,对低信噪比数据具有更强的鲁棒性。同时,模型测试表明品质因子估计结果的纵向分辨率有限,两个子波间的时间间隔制约着估计精度。

基于时频域谱模拟的时变子波估计方法

为解决地层衰减作用造成传统子波提取方法提取结果不准确的问题,提出了一种基于时频谱模拟的时变子波估计方法。首先对非平稳地震记录进行改进的广义S变换后再作时频滤波处理,然后采用谱模拟方法从处理后的地震记录时频谱中拟合出每一时刻的子波振幅谱,最后通过反傅里叶变换得到时域子波,从而实现时变子波的精确提取。与常规分段提取时变子波方法相比,该方法不需要子波分段平稳的假设,当相邻层段子波属性存在较大变化时也能准确估计出时变子波。理论分析和模型试算结果表明,该方法在提取时变子波并用于提高地震资料分辨率方面具有一定的可行性和有效性。

利用EMD和子波振幅谱与相位谱关系的时变子波提取方法

本文首先分析了地震波在黏弹介质的传播规律,基于黏弹介质地震波动方程总结了时变子波振幅谱和相位谱的关系,从而得出结论,准确估计子波相位谱初值和不同时刻的子波振幅谱是实现时变子波准确提取的必要条件.在此基础上,针对传统方法限制子波振幅谱形态且受限于分段平稳假设的问题,提出了一种利用EMD(Empirical Mode Decomposition)和子波振幅谱与相位谱关系的时变子波提取方法,根据子波对数振幅谱光滑连续而反射系数对数振幅谱振荡剧烈的特点,采用EMD方法将不同时刻地震记录的对数振幅谱分解为一组具有不同振荡尺度的模态分量,通过滤除振荡剧烈分量、重构光滑连续分量提取时变子波振幅谱;再应用子波振幅谱和相位谱的关系提取时变子波相位谱,将分别提取的振幅谱和相位谱逐点进行合成,最终实现时变子波的准确提取.本文方法不需要求取Q值,适用于变Q值的情况,具有良好的抗噪性能.数值仿真和叠后实际资料处理结果表明,相比传统的分段提取方法,利用本文方法提取的时变子波准确度更高,研究成果对提高地震资料分辨率具有重要意义.

基于对时变子波进行分频段处理的反褶积方法在薄层预测中的应用

为提高叠后地震资料预测薄层的精度,改善常规方法提高分辨率的同时却降低信噪比和求解不稳定的问题,按照提取时变子波、分频段处理、反褶积的研究思路,提出一种提高地震记录分辨率,压制噪声,以恢复反射系数为目标的反褶积方法,该方法用高频、中频、低频三个数据约束子波反褶积,运算过程加入分频去噪功能,实现了分辨率与信噪比同时提高。实际资料的薄层预测验证了该方法的有效性。

基于零偏移距VSP的时变子波反褶积方法

提高地面地震数据分辨率的一种有效方法是从VSP数据中提取反褶积算子并将其应用于地面地震数据,然而,传统的VSP子波反褶积方法通常是在不考虑地震子波时变特性的情况下,提取固定反褶积算子,且由于地震子波是时变的,从VSP中提取一个子波反褶积算子应用于地面地震记录是不准确的,由此提出一种利用VSP数据提取时变子波反褶积算子的方法。该方法将零偏移距VSP数据的下行直达波作为单程VSP地震子波,利用地下介质的衰减函数将单程地震子波的振幅谱转换为双程地震子波的振幅谱,在最小相位的假设下,从时变子波振幅谱中获得时变反褶积算子,然后将算子应用于叠后地面地震数据。理论合成数据和实际地震数据证明了该方法可有效补偿振幅能量并可提高地震记录的分辨率。

基于二阶自适应同步挤压S变换的时变子波提取方法

鉴于时不变子波的假设条件不能反映实际地震数据的非稳态特性,且传统分段提取时变子波的方法不能满足勘探所需的精度要求,提出了一种基于二阶自适应同步挤压S变换(ASST2)的时变子波提取方法,可以从非稳态地震数据中直接提取时变子波。首先对非稳态地震数据进行ASST2时频分析得到高质量的时频谱图,再通过建立局部谱的统计参数与加权指数型子波的解析关系实现逐点提取子波,最后基于时空域的时变子波矩阵建立非稳态地震记录褶积模型。与常规提取子波的方法相比,该方法不需要地震数据稳态或分段稳态的假设条件,根据数据自身特点自适应估计子波参数,克服了对子波形态的限制条件,同时避免了误差累计。模型数据测试和实际地震数据应用结果表明,该方法能够有效地提取时变子波,即使在相邻地层也能保证子波估计的准确性,从而提高地震资料处理的精度。

应用时变子波的盲反射系数反演

由于地震数据的非稳态和全盲特性,实际地震子波通常是未知的且其波形会随传播时间发生变化,故常规基于稳态子波假设的反射系数反演精度将难以保证。为此,利用广义S变换将非稳态地震数据变换到时频域,基于自相关理论逐点提取子波并重新构建时变子波矩阵,而不再是从一道地震记录中仅提取一个时不变子波,将其应用于反演模型以实现非稳态地震资料反射系数的盲反演。模型测试和实际资料处理结果表明,相较于传统时不变子波反演方法,所提方法考虑了地震信号的时变特征,且是数据驱动的,更适用于实际地震资料,能得到更精确的时变子波结果和较高分辨率的反射系数剖面。

利用改进的在线字典学习估计时变子波

为了获得符合实际的混合相位子波,提出了一种基于在线字典学习的时变子波估计方法。将时变子波估计转化为在线字典学习问题,通过过完备字典的在线学习实现冗余字典的自适应更新。字典中的每个原子代表子波的一个分量,通过原子的线性组合实现对时变子波的有效逼近。在线字典学习可以灵活地利用训练数据,改进字典中的原子,提升字典的自适应特性。同时,根据地震数据的特点,对训练数据与稀疏表示的残差项进行滤波处理,改进了在线字典学习方法,降低了对噪声的敏感性。无噪声和含噪声合成数据的实验结果证明了本文方法的有效性,而且对噪声具有一定的鲁棒性。实际子波估计结果以及Wiener滤波的反褶积剖面和频谱分析表明,本文方法得到的结果并未使噪声能量增强,但频带得到拓宽,从而为时变子波估计提供了新思路。

基于高阶统计的时变子波估计及其应用

地震子波估计是地震资料高分辨处理、解释的基础,快速准确地估计地震子波具有重要意义。笔者利用三谱估计子波的振幅谱,根据峰度最大值准则提取子波的相位,规避了相位的卷绕问题,并讨论了该准则的适用条件。比较了不同窗函数的特性,最终选定Hamming窗函数滑动求取时变子波。利用变频雷克子波模型讨论了时变子波提取的有效性。应用到实际资料处理中,与不同主频的雷克子波标定的地震记录进行对比分析。结果表明:该方法使得子波振幅谱估计更加稳定,相位谱估计更易于实现,与实际情况更加符合。

基于时变子波的基追踪地震反演

受地下介质衰减吸收作用、层内多次波等因素影响,地震子波在地层内部传播时会出现能量衰减、相位畸变以及频散,即实际地震记录中的地震子波具有时变性。传统的基追踪反演一般采用的是时不变地震子波,这与地下介质中子波传播的特性是不符合的,因此无法准确地反演出每道的相对反射系数。考虑到地震信号随时间变化的特点,这里基于广义S变换谱模拟方法直接从地震资料中提取时变子波,利用时变子波构建符合地震信号非平稳特征的时变子波核矩阵,实现基于时变子波核矩阵的基追踪地震反演。理论模型和实际工区地震资料测试结果表明,基于本文方法提取的时变子波基追踪地震反演结果,与传统时不变子波基追踪反演得到的反演结果相比,能进一步提高反演精度,可用于后期储层预测与精细刻画。

非平稳地震记录中时变子波提取方法研究

地震波在地下介质传播过程中,受近地表的非均质性和地层的非完全弹性影响产生散射和吸收衰减,使得地震记录具有非平稳性.因此对非平稳地震记录的研究需打破子波时不变的假设,更加真实地反映地震子波的传播特性,将有效提高地震子波估计精度.目前非平稳地震记录中提取地震子波的研究主要集中在两方面:对非平稳地震记录进行衰减补偿后采用常规方法提取地震子波;利用谱模拟或分段处理直接对非平稳地震记录进行时变子波提取.本文深入研究了衰减补偿方法与时变子波提取方法,对广泛应用于非平稳地震记录处理中的时频分析方法的优缺点进行归纳,并对谱模拟及分段处理方法的应用前景进行了展望。

基于S域谱模拟技术的时变子波提取方法研究

反褶积是叠前地震数据处理中的重要环节,反褶积效果的好坏很大程度上依赖于地震子波的准确性.早期的反褶积处理大多数都是基于Robinson提出的平稳褶积模型,即地震子波是时不变的,但实际上由于地下介质的吸收衰减作用,地震子波是随时间不断变化的,这说明要进一步改善反褶积,使用时变的地震子波是必要的,因此本文提出了一种从地震资料中直接提取时变子波的方法.具体地,首先对单道地震数据做S变换求出其时频谱,进而得到其时变振幅谱,然后利用谱模拟技术从求得的地震记录振幅谱中拟合出每一时刻的子波振幅谱,在子波是零相位假设的前提下,拟合出的时变子波振幅谱即是所求频率域的时变子波,本文最后利用正演的单道地震记录和实际资料分别验证了所求频率域时变子波的准确性.

基于时频谱模拟的时变混合相位子波提取

为解决地层衰减作用造成传统子波提取方法提取结果不准确的问题,提出一种基于时频谱模拟的时变混合相位子波提取方法。该方法在对非平稳地震记录进行改进的广义S变换的基础上,首次引入时频滤波处理,然后采用谱模拟方法估计每一时刻的子波振幅谱,在子波相位时不变假设下采用高阶累积量的双谱法重构子波的混合相位谱,最后将振幅谱和相位谱结合实现时变混合相位子波的提取。与常规分段提取方法相比,该方法不需要子波分段平稳的假设,当相邻层段子波属性存在较大变化时也能准确估计出时变子波。理论分析和仿真实验结果表明,该方法有效可行。

时变地震子波提取研究方法综述

受地下介质非均匀性、非完全弹性等因素影响,实际地震资料中的地震子波具有时变特征,即子波在传播过程中是不断变化的。传统的地震子波提取方法大多基于时不变的假设,往往不能满足勘探所需的精度要求,如何从非平稳地震记录中准确提取时变子波成为近年的研究热点之一。概括总结了时变子波提取方法的研究进展,认为对非平稳地震记录进行衰减补偿和分段处理以及分别估计子波振幅谱和相位谱后再进行匹配融合是实现时变子波提取的两类主要方法。进一步的分析发现衰减补偿和分段处理难以真实反映地震记录的非平稳性,而子波振幅谱和相位谱的估计精度仍需提高。因此,下一步的研究方向应充分考虑地下复杂衰减和噪声干扰的影响,采用先进的智能信息处理技术,研发适用范围更广、准确度更高的时变子波提取方法,并应用于叠前全波形反演与深层复杂构造的成像,从而有效提高地震资料的处理精度。

模拟退火波阻抗反演方法的特点及适用条件

对模拟退火波阻抗反演方法的算法特点、约束条件、适用条件进行了研究,认为该反演方法适用于大时窗、大数据体资料的波阻抗反演,并可用于勘探程度略低、地层结构复杂地区。其特点是人为干预少,地质现象保留客观,反演结果的分辨率和信噪比均有所提高。

基于改进广义S变换的时变反射系数反演

由于地层吸收衰减等因素的影响,实际地震子波会随传播时间及空间发生变化,因此,若采用统一子波对非平稳地震记录进行反演将导致所求反射系数的不准确。本文利用改进广义S变换对地震资料进行时频分析,据此提取时变地震子波,重新构建时变子波褶积模型并求解相应的L1范数稀疏约束正则化问题,实现了基于改进广义S变换的时变反射系数反演,由此可获得与常规方法相比具有更高精度的反演结果。

基于变时窗Gabor变换的高分辨率处理技术研究与应用

为了克服时变谱白化等方法中窗长难以确定和等幅效应的问题,以及反Q滤波等方法中Q值难以求准的问题,在反射地震记录变子波模型的基础上,基于Gabor变换,提出了高分辨率处理技术,即在地震数据地层结构的约束下构造一组自适应于地震记录的分析时窗,对地震记录进行自适应非均匀划分;在时频域利用非线性压缩映射提取时变子波;对非平稳地震记录做频谱拓宽和振幅校正,估计补偿因子,对不同时窗之间由吸收引起的能量衰减进行补偿;反变换回时间域得到相对保幅的高分辨率处理结果。理论分析与实际应用表明,该技术的适用条件更接近地下实际情况,是一种相对保幅的提高地震资料分辨率的方法,可以显著提高地震资料的分辨率,能够在波阻抗反演、层序检测等领域发挥重要作用。

时变分频反褶积在提高薄砂体预测精度方面的应用

地震资料分辨率可以直接影响油藏描述精度。为了提升地震资料的分辨率,针对复杂断块、含油砂体厚度薄、砂体预测难等问题,建立了时变分频反褶积提频技术流程。首先,针对地震信号进行分时窗,在每一时窗内求地震子波,从而得到子波的振幅谱;然后,在每一时窗内利用对应地震子波进行反褶积,求取反射系数;最后,综合整个地震资料的反射系数和褶积高频率、低频率子波,得到高分辨率的宽频地震信号。将此方法应用于中原油田文南地区实际三维地震资料的处理中,结果表明:该方法能够明显拓宽采集的三维叠后地震资料高频有效信息,对单砂体的刻画能力有较大提高,得到的数据效果更有利于识别薄层,且预测结果与实际钻井结果吻合程度更高。该技术在复杂断块地区有较大的应用前景。