[发明专利]一种保地层结构的地震波衰减补偿方法

摘要

一种保地层结构的地震波衰减补偿方法，采用地震包络局部峰值作为地层结构约束来构造自适应于地层结构的分子时窗，然后采用非线性压缩映射子波振幅谱估计方法从地震道分子分解时频谱中估计正比于时变子波振幅谱的分量，接着计算质心频率，并对质心频率做筛选，减少子波干涉和噪声的影响，然后用质心频率偏移法估计得到稳健的地下介质Q场，并计算得到各时窗对应的吸收补偿滤波器，最后用这些滤波器对相应的时频谱进行加权补偿，再反变换回时间域，就得到衰减补偿后的地震记录。本发明能够在有效补偿地震波衰减、提高地震资料纵向分辨率和深层弱信号识别能力的同时，很好地保持地震资料的横向连续性和复杂结构特征。

主权项

1.一种保地层结构的地震波衰减补偿方法，其特征在于，采用地震包络局部峰值作为地层结构约束来构造自适应于地层结构的分子时窗，然后采用非线性压缩映射子波振幅谱估计方法从地震道分子分解时频谱中估计正比于时变子波振幅谱的分量，接着计算质心频率，并对质心频率做筛选，减少子波干涉和噪声的影响，然后用质心频率偏移法估计得到稳健的地下介质Q场，并计算得到各时窗对应的吸收补偿滤波器，最后用这些滤波器对相应的时频谱进行加权补偿，再反变换回时间域，得到衰减补偿后的地震记录：具体包括以下步骤：1)提取地震道包络局部峰值；2)生成满足单位分割的原子时窗集：选择基本原子时窗函数G(t)，令Gj(t)＝G(t‑jΔt)表示中心位于第j个采样点的原子时窗，对原子时窗族{Gj:1≤j≤N}按下式归一化得一组单位分割原子时窗集{gj:1≤j≤N}，这里N为地震道采样点的个数；3)构造自适应分子时窗：选择每相邻两个包络局部峰值点的中点作为各分子时窗的边界点，将边界点间的满足单位分割的原子时窗叠加起来形成自适应于地层结构的分子时窗；设第k个分子时窗对应的包络局部峰值点位于Pk，前一个包络局部峰值点位于Pk‑1(P0＝‑P1)，后一个包络局部峰值点位于Pk+1，则此分子时窗ψk(t)，对应的第一个原子时窗的中心位于Mk‑1+1＝(Pk‑1+Pk)/2+1(M0＝0)，对应的最后一个原子时窗的中心位于Mk＝(Pk+Pk+1)/2，分子时窗由这中间的Mk‑Mk‑1个原子时窗叠加得到，即分子时窗ψk(t)由下式表示令L为分子时窗的个数，分子时窗族{ψk(t):1≤k≤L}也构成单位分割；4)对步骤3)得到的自适应分子时窗进行能量归一化：令Ek表示第k个分子时窗的能量，即能量归一化以后的分子时窗为{ψk(t)/Ek:1≤k≤L}；对分子时窗进行平移和调制后，得到一组分子标架；令s(t)表示地震道信号，则相应的分子分解时频变换定义为其中f为频率，相应的分子分解逆变换定义为5)利用非线性压缩映射提取时变子波振幅谱：设x₀∈(a,b)，取δ₀>0，使得对于任意给定的δ>0，定义L²[a,b]空间中的子集如果且q≤2，则有任取定义函数此处0<q≤1；显然，0≤F_q(u；x)≤1；设c_q>0，α,β>1，对于定义上的算子P为P是到的非线性压缩映射算子；对于第k个分子窗中的地震记录片段，其振幅谱为设定迭代初值为：其中0<q≤1，其中f_M为振幅谱的截止频率；建立迭代u_k＝P(u_k‑1)，其中算子参数由最小二乘得到；由于算子是压缩映射，得到不动点u^*，则估计的子波振幅谱为记为L_k(f)；6)计算质心频率：对于第k个分子时窗中的地震记录片段，质心频率fc,k为式中F_c为子波振幅谱的截止频率；对计算得到的质心频率处理后得到最终的质心频率7)估算地下介质Q场：用质心频率偏移法估算Q值，相应的估算公式如下式中：分别为t₁时刻频谱的质心频率和方差；是t₂时刻频谱的质心频率；时差Δt＝t₂‑t₁；为t₁和t₂之间地层介质的品质因子；进一步推导，得到t时刻地下介质的等效Q值式中f_c,0和为初始时刻地震子波振幅谱的质心频率和方差，即用步骤6)中计算得到的质心频率代替f_c(t)，得到各个窗中心点处的Q值Tk表示第k个分子窗的中心点所对应的时间位置；对窗中心点处估得的Q值插值后即得到稳定的地下介质Q场；8)计算各个时窗对应的补偿滤波器：将由参考子波到第k个分子时窗之间的介质视为均匀粘弹性介质，介质的等效品质因子即为步骤7)计算得到的Qe,k；参考子波从震源传播到第k个分子时窗的中心所用的时间即为Tk，则在第k个分子时窗内平面波在频率域满足因果律的传播算子hk(f)表示为hk(f)＝exp{‑πfTk/Qe,k+iH[πfTk/Qe,k]}此处H(·)表示在某个时刻t对频率f的Hilbert变换，相应的补偿滤波器为βk(f)＝1/hk(f)＝1/exp{‑πfTk/Qe,k+iH[πfTk/Qe,k]}9)修正补偿滤波器：记参考子波的截止频率为Fc1，对于第k个片段，设补偿滤波器的值等于某个常数时对应的频率为Fc,k，取FM＝min{Fc1,Fc,k}，设计高斯边缘低通滤波器如下其中，σ为高斯函数的标准差；从而将补偿滤波器修订为其中，某个常数为50‑100之间的数；10)用修正后的补偿滤波器按下式校正时频系数11)将步骤10)得到的时频系数反变换回时间域，得到衰减补偿后的地震记录；即其中sC(t)即为衰减补偿后的地震记录。