[发明专利]基于系统辨识提高地震资料分辨率的方法

摘要

本发明公开了一种基于系统辨识提高地震资料分辨率的方法。主要包括下述步骤：(一)高分辨剖面预处理；(二)地层吸收系统模型构建；(三)地层吸收模型的系统辨识实现，该部分包括①系统辨识基本结构，②系统辨识的非参数系统模型实现，③系统辨识的参数系统模型实现；(四)地层吸收模型的系统结构验证；(五)地层吸收模型的系统响应求取；(六)地层吸收模型响应的三维空间外推；(七)地面地震资料的高频拓展实现等。本发明综合应用测井、井间地震、地面地震等多种尺度的地球物理资料，利用系统辨识方法，对地面地震资料进行保真性高频恢复，这对于油田开发后期储层的精细描述和微构造的准确认识具有重要的意义。

主权项

1.一种基于系统辨识提高地震资料分辨率的方法，其特征是包括下述步骤：(一)高分辨剖面预处理高分辨剖面预处理包括以下三个方面：①根据给定的时深关系把高分辨剖面从深度域转换到时间域；②把深时转换后的高分辨剖面分别在纵向和横向上重采样为地面地震模式，使两者在形式上相互匹配；③对高分辨剖面的各个道赋以地面坐标，将高分辨剖面各个道与地面地震剖面道一一对应；(二)地层吸收系统模型构建设定地面地震经高频衰减后的地震子波采样序列为w_x(n)，地层反射系数序列为r(n)，n＝1，2，……N，则基于褶积模型的地面地震叠加记录采样序列x(n)可记为：针对地下同一个地质目标，即同一个地层反射系数序列r(n)，设定高分辨剖面没有经过高频衰减的地震子波采样序列为w_y(n)，则高分辨剖面叠加记录y(n)为：设定地层吸收系统的单位脉冲响应为则地面地震的地震子波与高分辨剖面地震子波的关系为：因此，可得由此，得到地面地震叠加剖面与高分辨剖面的关系，即地面地震剖面是高分辨剖面经过地层吸收系统后的输出，设h(n)为地层吸收系统的逆脉冲响应，I为单位冲激信号，则式(5)可以转换为(三)地层吸收模型的系统辨识①系统辨识基本结构如式(6)所述，在单位采样间隔下，输入地面地震信号为输出高分辨剖面地震信号为则输入输出关系，即地层吸收系统的时域参数基本模型描述为：其中，q为移动算子，H(q)是系统的传递函数，v(n)为不可预测干扰，e(n)为方差为的白噪音，v(n)可以进一步表述为噪音系统G(q)对白噪音滤波后的结果，H(q)x(n)是线性时不变系统响应的表示方式，相当于两者的褶积关系，可表述为：序列为系统的冲激响应；h(k)表示输出在k时刻的响应；H(q)是令得到的频率函数，即v(n)的功率谱表示为：由此利用输入地面地震道信号x(n)，所对应的输出高分辨剖面地震道信号y(n)，基于一定的误差准则v(n)，求得该道地层吸收系统的逆脉冲响应，即反褶积算子，②系统辨识的非参数系统模型在非参数系统模型辨识中，通过输入信号和输出信号，直接估计系统的单位脉冲响应或者频率响应。直接估计系统单位脉冲响应的方法是相关法，对于时域参数基本系统模型，可以设计一个高阶有限脉冲响应模型利用最小均方误差方法直接估计单位脉冲响应的各个采样值：直接估计系统频谱响应的方法是谱分析，定义x(n)和y(n)间的协方差函数其傅立叶变换为设定x(n)，y(n)相互独立，则由方程可得如下的频谱关系：此时，可得到系统的频谱响应为：③系统辨识的参数系统模型在参数系统模型的辨识中，不是简单的直接指定系统以为变量的特征函数H，G，而是通过设定合理的分子和分母参数，把H，G描述为以变量的函数，典型的描述系统特性的参数模型为ARX模型，ARX模型设定：其中，B，A分别为延迟算子的多项式，na，nb为多项式阶数，nk为滞后阶数，则该模型为：针对系统描述模型，给定观测到的输入-输出数据x，y，模型预测误差可由下式计算：因此预测误差e(n)是H，G的函数，而H，G由可由上述多项式表示，则得到H，G中多项式参数的估计值的常用方法最小均方误差准则估计方法，该方法通过使式(24)达到最小得到参数的估计值，即：(四)地层吸收模型的系统结构验证利用地面地震剖面和高分辨剖面进行系统辨识确定系统的结构。在系统辨识中，通过对同一模型不同结构参数时的误差参数的比较，寻求最优的结构参数。常用的误差参数为Akaike定义的最终误差FPE、信息能量准则AIC或者以Rissanen定义的最小描述长度MDL。对于给定的高分辨剖面，其每个叠加记录、对应的地面地震叠加记录以及所对应位置地层的吸收系统函数，构成了系统辨识的基本要素，共构成若干个系统模型，对这些系统的ARX模型，分别计算阶数na，nb，nk在1-10范围内的误差参数FPE，AIC，MDL，从中选择各误差参数最小的值为各个系统的最佳结构参数；(五)地层吸收模型的系统响应求取针对给定的高分辨剖面，以地面地震的各个共深度点(CDP)叠加记录为输入参数序列，与各个CDP记录距离最近的高分辨剖面叠加记录为输出参数，根据步骤(四)中误差参数MDL所确定的模型结构参数为最佳参数，利用最小均方误差准则估计方法，对给定的系统模型进行模型参数的求取，即系统辨识，得到各个CDP记录所对应地层的吸收模型的响应函数，对该剖面的所有地层吸收系统响应进行分析、比较，确定所构建的地层吸收系统结构的适应性和所得到系统响应的可靠性；(六)地层吸收模型响应的三维空间外推针对所处理区块的所有高分辨剖面，首先得到各个剖面所对应的平均系统响应，即平均反褶积算子，然后对其进行距离加权的三维空间插值，得到地面地震每个叠加记录CDP处的反褶积算子；(七)地面地震资料的高频拓展利用步骤(六)所得到的各个CDP记录处的反褶积算子，基于式(9)即可对三维空间地面地震资料的各个道进行处理，再经过相位校正和道均衡，得到高频拓展后的三维数据体。