时频分析地震资料高分辨处理
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Windows Linux
2. 地震资料高分辨处理 3.
4. 5. 6. 断裂体分析 断裂检测 河道分析 地震层序
2
地震资料高分辨处理
独创的基于时频分析地震资料高分辨 处理，包括：软件平台、参数分析、 流程管理。可实现地震资料有效带宽 内多分辨分析处理，充分发掘地球物 理资料包含的地质信息。 断裂走时最优化方法，使断裂体系在 地震数据体得以最佳表达。
h s b o d a
高频衰减补偿和自适应频散校正 技术方法及应用
北京海森博达公司 2000-2019
软件产品简介
油气勘探开发软件产品：
应用平台：Windows / Linux 开发框架：Qt, C++, Java
软件包名称 1 地震资料矢量化
产品代码
产品描述
1.
地震资料矢量化
SeisVec 基于模糊数学、图像处理等技术方法, Windows 用于地震剖面纸质扫描图像、屏幕彩 色图像矢量化，生成标准SEGY格式数 据。 SeisRS
h s b o d a
-40
频域平移与截断对波形的影响(高低频端噪声切除)
Ricker主频58Hz,带宽0-175Hz,步长8Hz； 幅值不变、旁瓣增多。
(2)技术思路 +16
58Hz
+8
+24
+32
h s b o d a
+40
频域平移与截断对波形的影响
低频 10Hz、高频 60Hz 截断：低频截断，产生低频振荡且幅值减小； 10Hz 20Hz
60Hz
正态谱子波主频位于梯形谱子波频带中值，视觉分辨率相当
70Hz 5-10-120-125Hz
h s b o d a
Ricker 60/70Hz & Trapezoid 5-10-120-125Hz Synthetic Trace
10Hz 20Hz 30Hz 5-10-60-65 40Hz 5-10-80-85 50Hz 5-10-100-105 60Hz 5-10-120-125
7. 平衡地质剖面 8. 测井曲线标准化
3
断裂体分析 （基于高分辨处理）
FacVol
4
FacDet 模拟人工智能方法，分析断裂体系的 断裂检测 空间分布。 （基于断裂体分析） 平衡地质剖面 BalSec
Windows
5
基于平衡剖面的构造地质分析，利用 地震解释成果，定量分析不同地质时 期的扩张或收缩以及剥蚀量，进而研 究区域构造演化史。 基于区域模板的测井曲线标准化处理
h s b o d a
地震资料分辨率不足的三类情形
可控振源 原资料频谱
0-500ms 1500-2000ms
①自然衰减
高分辨频谱
1500-2000ms
浅层频谱 特征
500-1000ms 2000-2500ms
目标层段 全道长频谱分析
2000-2500ms
浅层频谱 特征
1000-1500ms 2500-3000ms
呼和湖 Halfaya
精细地质构造 地震层序
储层非均质性
反 滤 波
抗 噪 问 题 傅 立 叶 域
提 频 拓 频 时 域 分 辨 最 小 平 方
Q
Hilbert域
梯 形 谱
高 频 衰 减
频 散
稳 定 性
Hilbert空间-连 续的内积空间
h s b o d a
地震资料分辨率不足的三类情形
可控振源
0-500ms 1500-2000ms
多井回归分析
反射系列自相关
白噪序列自相关函数（上） 与实际反射系数序列自相关函数（下）
地层反射结构统计分析
h s b o d a
低频存在噪声(原资料——低频——极低频, 噪声)
低频端存在明显的噪声
h s b o d a
低频噪声影响成像清晰度
低频端存在噪声
下切水道
下切水道
原资料
处理后
h s b o d a
6
测井曲线标准化
LogSt
Windows
h s b o d a
地震资料提高分辨率技术方法
三维地质体 地震资料的分辨率 三维空间分辨率 纵向分辨率 横向分辨率 采集设计 道距/面元 方位角 岩性界面 断裂相关 油气响应
原理 测 井 系 列 蓝 色 特 征 柯 西 分 布 正 态 谱 激 发 子 波 吸 收 衰 减 反 褶 积 压 缩 子 波 压 制 多 次 方法 实例 时 频 分 析 期 望 输 出 稳 定 抗 噪 补 偿 校 正 Wiener
-4Hz , Syn
-8Hz , Syn
-12Hz , Syn
+4Hz , Syn
+8Hz , Syn
+12Hz , Syn
h s b o d a
波前扩散、地层吸收衰减
波前扩散 地层吸收
1 2
实测大地浅层Q值约在40左右
r
r sin s s Da ( ) x cos r x
2
频宽
f1
f2
频率(Hz)
信 噪 比 谱
有效频宽
1.0或者0.5？
f3
f4
频率(Hz)
有效频宽： feff f4 f3
h s b o d a
Ricker子波合成地震道(波组特征、能量关系变化)
(2)技术思路
峰值规一化，低频视觉能量显著强于高频
h s b o d a
梯形谱子波合成地震道(波组特征、能量关系变化)
塔里木盆地、准噶尔盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、四川盆地；
东海(中)、南海(中/外)、北海(英)、墨西哥湾(美)、中东(伊)；
h s b o d a
应用地震资料的主要矛盾—分辨率
(1)问题提出
关注点：薄储层与岩相分布
h s b o d a
地震波吸收衰减与速度频散
原资料 高频 <-
(1)问题提出
1
取 t0 t0 t ， 有： 相位校正： expit
t 衰减补偿： exp 2Q
t u t , t0 t FT 1 FT u t , t0 expit exp 2Q
A A0e
A Aa e r e t A0
f
Q
t
介质吸收系数、衰减系数，旅行时
t
Da
V1 2 Vrms t
波前扩散振幅衰减因子 球面半径 入射角、入射角增量 炮检距 反射角
层状非线性 衰减问题事实上就是时频问题
Aa e t e
A 振幅
衰减比(Q=40,100) 10Hz(40,100) 40Hz(40,100) 1s ((10-1), 0.38) 2s ((10-2), 0.15) 3s ((10-3), 0.059) 4s ((10-4), 0.023) 5s ((10-5), 0.009) 0.45, 0.73 0.21, 0.53 0.095, 0.39 0.04, 0.28 0.02, 0.21 0.04, 8E-5, 0.28 0.023 0.002, 0.081 3.5E-6,0.0065 1.5E-7,0.0019
高频补偿不足，高ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ频能量呈翘翘板
低频
h s b o d a
地震资料分辨率与子波的关系
子波频率Hz
(2)技术思路
原资料
分辨率不同，波组特征存在差异
h s b o d a
地层反射系列概率分布(柯西、高斯分布)
反射系数概率分布统计据李国发
Bs-16
(2)技术思路
反射系列不是简单的白谱，呈正态分布
Bs-18 Bs-37
与原资料 浅层相近 目标层段
2500-3000ms
h s b o d a
地震资料分辨率不足的三类情形
炸药振源
500-1000ms
②反褶积/反Q/谱平衡/蓝色/提频
能量集中于主频，低频能量偏弱
1000-1500ms
1500-2000ms
2000-2500ms
h s b o d a
地震资料分辨率不足的三类情形
渤海湾测井反射系数的振幅谱(注意：200Hz以下均为蓝色光谱特征，低频弱、高频强)
塔里木盆地海相碳酸盐岩反射系数概率分布
渤海湾盆地陆相碎屑岩反射系数概率分布
h s b o d a
地层反射系列概率分布(柯西、高斯分布)
反射系数概率分布统计据李国发
白噪自相关
(2)技术思路
地层反射系数呈正态分布，小值数目趋多
(2)技术思路
高频衰减有截断作用
30Hz
不存在衰减时的理论振幅谱；需要考虑：频率增大噪声能量增加！ 测井反射系列的谱 40Hz 50Hz 66Hz 激发子波的谱, AmpMaxValue=1 高频衰减的谱 低频 10Hz、高频 60Hz 截断：高频截断，产生高频振荡且幅值减小； 关键要点： 频带越宽，抗平移和截断能力越强！ √ 主频60/70Hz -> 准层序(实践)
h s b o d a
Ricker子波(10-100Hz)合成子波及频谱平移(+-4Hz) (2)技术思路
10-100Hz , Syn 10Hz,Ricker
10Hz— 100Hz合成子波及谱： 主峰窄、但旁瓣宽, 视周期与10Hz主频Ricker相当; 左移幅值改变且积分不归零， 右移振荡，旁瓣增多。
5. 球面扩散，振幅保持；
6. 速度分析，速度场精确度；
7. 偏移成像，复杂构造带存在高频损失； 8. 地层吸收衰减、频散，频率能量衰减；
h s b o d a
高频衰减补偿和频散校正技术体系
一 问题提出：
地震资料分辨率不满足储层精细构造和岩性研究的要求；
二 技术思路与方法：
1. 地层反射系列时频域分布形态； 2. 不同频域地震子波的时域分辨率；
(2)技术思路
分辨率提升在于揭示小反射系列
h s b o d a
地震子波振幅谱分布形态与时域分辨率
(2)技术思路
正态谱子波主频位于梯形谱子波频带中值，视觉分辨率相当
h s b o d a
Ricker 60/70Hz & Trapezoid 5-10-120-125Hz Synthetic Trace
3. 低、高频缺失(频移与截断)对子波形态的影响；
4. 高频衰减补偿与频散校正方法； 5. 线性相位/噪声抑制/振幅保持/能量分布；
三 实践应用：
小断层成像、河道响应、层序特征 → 精细构造、层序岩相划分； 层序格架内部，准层序特征普遍存在；从勘探地震学、地震地层学 → 层序地层学； 实例(测试用例超过100个二维三维地震工区)：
高频噪声表现为信噪比不足
高频能量衰减，导致信噪比不足 原资料 处理后
目的层系
目的层系
h s b o d a
地震资料的有效频带
频带宽度和有效频宽
振 幅
(2)技术思路
由振幅谱能量确定带宽，不适用？
有效频宽
有效带宽是相对于噪声而
言的，一般是指信噪比大 于某个数值（1.0或者0.5） 的频率范围。
反褶积可以改变频宽，但 并不改变信噪比谱，亦即 并不改变有效频宽。 可以推论，反褶积并不改 变频率扫描的结果，反褶 积前后频率扫描的些许差 异是由于频带扫描的带宽 造成的。
不同分辨率下反射层次能量存在细微差异
时域子波分辨率相近，频域正态分布主频仅需位于梯形主频的中值！
h s b o d a
频域平移与截断对波形的影响(高低频端噪声切除)
(2)技术思路
Ricker主频58Hz,带宽0-175Hz,步长8Hz；时域变宽、幅值减小且积分不归零 58Hz -8 -16
-24
-32
①自然衰减
高频衰减导致中深层分辨率显著不足 浅层频带近于振源激发经 浅表风化层吸收衰减后的状 态，一般呈梯形/正态分布； 中深层呈明显高频衰减趋
浅层频谱 特征
500-1000ms
目标层段
2000-2500ms
势；
自浅至深，频带变窄；
浅层频谱 特征
1000-1500ms
目标层段
2500-3000ms
目标层段
气枪振源
③拟合/滤波/去噪/拓频
强调修饰，损失空间分辨率；拓频带来一些问题
h s b o d a
地震资料分辨率采集处理影响因素
与分辨率相关的采集处理因素： 1. 激发因素, 炸药/可控振源/空气枪/电火花； 2. 地表条件，地表一致性； 3. 噪声消除，低、高频两端噪声限制带宽；
4. 子波整形与反褶积 -> 零相位；
(2)技术思路
-(t0 γω) i z t k k 1 u(t,t )= exp [i ω t γ t ] exp [ ]dω S 1 令 0 ， ： 0， r 0 0 2 Q 2Q
由傅立叶变换：
t0 ut , t0 FT expit0 exp 2Q
Da
r s s x r
Q 品质因子 f 频率
波长 v 波速
x
炮检距增量
2 f E A0 1 Q 2 2 2 2 Q 2 E A0 A 1 e2 v
h s b o d a
吸收衰减补偿与速度频散校正(反Q)
脉冲 S0 传播至深度Z的响应： u t,z S 0 ω exp i kz ωt dω
2. 地震资料高分辨处理 3.
4. 5. 6. 断裂体分析 断裂检测 河道分析 地震层序
2
地震资料高分辨处理
独创的基于时频分析地震资料高分辨 处理，包括：软件平台、参数分析、 流程管理。可实现地震资料有效带宽 内多分辨分析处理，充分发掘地球物 理资料包含的地质信息。 断裂走时最优化方法，使断裂体系在 地震数据体得以最佳表达。
h s b o d a
高频衰减补偿和自适应频散校正 技术方法及应用
北京海森博达公司 2000-2019
软件产品简介
油气勘探开发软件产品：
应用平台：Windows / Linux 开发框架：Qt, C++, Java
软件包名称 1 地震资料矢量化
产品代码
产品描述
1.
地震资料矢量化
SeisVec 基于模糊数学、图像处理等技术方法, Windows 用于地震剖面纸质扫描图像、屏幕彩 色图像矢量化，生成标准SEGY格式数 据。 SeisRS
h s b o d a
-40
频域平移与截断对波形的影响(高低频端噪声切除)
Ricker主频58Hz,带宽0-175Hz,步长8Hz； 幅值不变、旁瓣增多。
(2)技术思路 +16
58Hz
+8
+24
+32
h s b o d a
+40
频域平移与截断对波形的影响
低频 10Hz、高频 60Hz 截断：低频截断，产生低频振荡且幅值减小； 10Hz 20Hz
60Hz
正态谱子波主频位于梯形谱子波频带中值，视觉分辨率相当
70Hz 5-10-120-125Hz
h s b o d a
Ricker 60/70Hz & Trapezoid 5-10-120-125Hz Synthetic Trace
10Hz 20Hz 30Hz 5-10-60-65 40Hz 5-10-80-85 50Hz 5-10-100-105 60Hz 5-10-120-125
7. 平衡地质剖面 8. 测井曲线标准化
3
断裂体分析 （基于高分辨处理）
FacVol
4
FacDet 模拟人工智能方法，分析断裂体系的 断裂检测 空间分布。 （基于断裂体分析） 平衡地质剖面 BalSec
Windows
5
基于平衡剖面的构造地质分析，利用 地震解释成果，定量分析不同地质时 期的扩张或收缩以及剥蚀量，进而研 究区域构造演化史。 基于区域模板的测井曲线标准化处理
h s b o d a
地震资料分辨率不足的三类情形
可控振源 原资料频谱
0-500ms 1500-2000ms
①自然衰减
高分辨频谱
1500-2000ms
浅层频谱 特征
500-1000ms 2000-2500ms
目标层段 全道长频谱分析
2000-2500ms
浅层频谱 特征
1000-1500ms 2500-3000ms
呼和湖 Halfaya
精细地质构造 地震层序
储层非均质性
反 滤 波
抗 噪 问 题 傅 立 叶 域
提 频 拓 频 时 域 分 辨 最 小 平 方
Q
Hilbert域
梯 形 谱
高 频 衰 减
频 散
稳 定 性
Hilbert空间-连 续的内积空间
h s b o d a
地震资料分辨率不足的三类情形
可控振源
0-500ms 1500-2000ms
多井回归分析
反射系列自相关
白噪序列自相关函数（上） 与实际反射系数序列自相关函数（下）
地层反射结构统计分析
h s b o d a
低频存在噪声(原资料——低频——极低频, 噪声)
低频端存在明显的噪声
h s b o d a
低频噪声影响成像清晰度
低频端存在噪声
下切水道
下切水道
原资料
处理后
h s b o d a
6
测井曲线标准化
LogSt
Windows
h s b o d a
地震资料提高分辨率技术方法
三维地质体 地震资料的分辨率 三维空间分辨率 纵向分辨率 横向分辨率 采集设计 道距/面元 方位角 岩性界面 断裂相关 油气响应
原理 测 井 系 列 蓝 色 特 征 柯 西 分 布 正 态 谱 激 发 子 波 吸 收 衰 减 反 褶 积 压 缩 子 波 压 制 多 次 方法 实例 时 频 分 析 期 望 输 出 稳 定 抗 噪 补 偿 校 正 Wiener
-4Hz , Syn
-8Hz , Syn
-12Hz , Syn
+4Hz , Syn
+8Hz , Syn
+12Hz , Syn
h s b o d a
波前扩散、地层吸收衰减
波前扩散 地层吸收
1 2
实测大地浅层Q值约在40左右
r
r sin s s Da ( ) x cos r x
2
频宽
f1
f2
频率(Hz)
信 噪 比 谱
有效频宽
1.0或者0.5？
f3
f4
频率(Hz)
有效频宽： feff f4 f3
h s b o d a
Ricker子波合成地震道(波组特征、能量关系变化)
(2)技术思路
峰值规一化，低频视觉能量显著强于高频
h s b o d a
梯形谱子波合成地震道(波组特征、能量关系变化)
塔里木盆地、准噶尔盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、四川盆地；
东海(中)、南海(中/外)、北海(英)、墨西哥湾(美)、中东(伊)；
h s b o d a
应用地震资料的主要矛盾—分辨率
(1)问题提出
关注点：薄储层与岩相分布
h s b o d a
地震波吸收衰减与速度频散
原资料 高频 <-
(1)问题提出
1
取 t0 t0 t ， 有： 相位校正： expit
t 衰减补偿： exp 2Q
t u t , t0 t FT 1 FT u t , t0 expit exp 2Q
A A0e
A Aa e r e t A0
f
Q
t
介质吸收系数、衰减系数，旅行时
t
Da
V1 2 Vrms t
波前扩散振幅衰减因子 球面半径 入射角、入射角增量 炮检距 反射角
层状非线性 衰减问题事实上就是时频问题
Aa e t e
A 振幅
衰减比(Q=40,100) 10Hz(40,100) 40Hz(40,100) 1s ((10-1), 0.38) 2s ((10-2), 0.15) 3s ((10-3), 0.059) 4s ((10-4), 0.023) 5s ((10-5), 0.009) 0.45, 0.73 0.21, 0.53 0.095, 0.39 0.04, 0.28 0.02, 0.21 0.04, 8E-5, 0.28 0.023 0.002, 0.081 3.5E-6,0.0065 1.5E-7,0.0019
高频补偿不足，高ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ频能量呈翘翘板
低频
h s b o d a
地震资料分辨率与子波的关系
子波频率Hz
(2)技术思路
原资料
分辨率不同，波组特征存在差异
h s b o d a
地层反射系列概率分布(柯西、高斯分布)
反射系数概率分布统计据李国发
Bs-16
(2)技术思路
反射系列不是简单的白谱，呈正态分布
Bs-18 Bs-37
与原资料 浅层相近 目标层段
2500-3000ms
h s b o d a
地震资料分辨率不足的三类情形
炸药振源
500-1000ms
②反褶积/反Q/谱平衡/蓝色/提频
能量集中于主频，低频能量偏弱
1000-1500ms
1500-2000ms
2000-2500ms
h s b o d a
地震资料分辨率不足的三类情形
渤海湾测井反射系数的振幅谱(注意：200Hz以下均为蓝色光谱特征，低频弱、高频强)
塔里木盆地海相碳酸盐岩反射系数概率分布
渤海湾盆地陆相碎屑岩反射系数概率分布
h s b o d a
地层反射系列概率分布(柯西、高斯分布)
反射系数概率分布统计据李国发
白噪自相关
(2)技术思路
地层反射系数呈正态分布，小值数目趋多
(2)技术思路
高频衰减有截断作用
30Hz
不存在衰减时的理论振幅谱；需要考虑：频率增大噪声能量增加！ 测井反射系列的谱 40Hz 50Hz 66Hz 激发子波的谱, AmpMaxValue=1 高频衰减的谱 低频 10Hz、高频 60Hz 截断：高频截断，产生高频振荡且幅值减小； 关键要点： 频带越宽，抗平移和截断能力越强！ √ 主频60/70Hz -> 准层序(实践)
h s b o d a
Ricker子波(10-100Hz)合成子波及频谱平移(+-4Hz) (2)技术思路
10-100Hz , Syn 10Hz,Ricker
10Hz— 100Hz合成子波及谱： 主峰窄、但旁瓣宽, 视周期与10Hz主频Ricker相当; 左移幅值改变且积分不归零， 右移振荡，旁瓣增多。
5. 球面扩散，振幅保持；
6. 速度分析，速度场精确度；
7. 偏移成像，复杂构造带存在高频损失； 8. 地层吸收衰减、频散，频率能量衰减；
h s b o d a
高频衰减补偿和频散校正技术体系
一 问题提出：
地震资料分辨率不满足储层精细构造和岩性研究的要求；
二 技术思路与方法：
1. 地层反射系列时频域分布形态； 2. 不同频域地震子波的时域分辨率；
(2)技术思路
分辨率提升在于揭示小反射系列
h s b o d a
地震子波振幅谱分布形态与时域分辨率
(2)技术思路
正态谱子波主频位于梯形谱子波频带中值，视觉分辨率相当
h s b o d a
Ricker 60/70Hz & Trapezoid 5-10-120-125Hz Synthetic Trace
3. 低、高频缺失(频移与截断)对子波形态的影响；
4. 高频衰减补偿与频散校正方法； 5. 线性相位/噪声抑制/振幅保持/能量分布；
三 实践应用：
小断层成像、河道响应、层序特征 → 精细构造、层序岩相划分； 层序格架内部，准层序特征普遍存在；从勘探地震学、地震地层学 → 层序地层学； 实例(测试用例超过100个二维三维地震工区)：
高频噪声表现为信噪比不足
高频能量衰减，导致信噪比不足 原资料 处理后
目的层系
目的层系
h s b o d a
地震资料的有效频带
频带宽度和有效频宽
振 幅
(2)技术思路
由振幅谱能量确定带宽，不适用？
有效频宽
有效带宽是相对于噪声而
言的，一般是指信噪比大 于某个数值（1.0或者0.5） 的频率范围。
反褶积可以改变频宽，但 并不改变信噪比谱，亦即 并不改变有效频宽。 可以推论，反褶积并不改 变频率扫描的结果，反褶 积前后频率扫描的些许差 异是由于频带扫描的带宽 造成的。
不同分辨率下反射层次能量存在细微差异
时域子波分辨率相近，频域正态分布主频仅需位于梯形主频的中值！
h s b o d a
频域平移与截断对波形的影响(高低频端噪声切除)
(2)技术思路
Ricker主频58Hz,带宽0-175Hz,步长8Hz；时域变宽、幅值减小且积分不归零 58Hz -8 -16
-24
-32
①自然衰减
高频衰减导致中深层分辨率显著不足 浅层频带近于振源激发经 浅表风化层吸收衰减后的状 态，一般呈梯形/正态分布； 中深层呈明显高频衰减趋
浅层频谱 特征
500-1000ms
目标层段
2000-2500ms
势；
自浅至深，频带变窄；
浅层频谱 特征
1000-1500ms
目标层段
2500-3000ms
目标层段
气枪振源
③拟合/滤波/去噪/拓频
强调修饰，损失空间分辨率；拓频带来一些问题
h s b o d a
地震资料分辨率采集处理影响因素
与分辨率相关的采集处理因素： 1. 激发因素, 炸药/可控振源/空气枪/电火花； 2. 地表条件，地表一致性； 3. 噪声消除，低、高频两端噪声限制带宽；
4. 子波整形与反褶积 -> 零相位；
(2)技术思路
-(t0 γω) i z t k k 1 u(t,t )= exp [i ω t γ t ] exp [ ]dω S 1 令 0 ， ： 0， r 0 0 2 Q 2Q
由傅立叶变换：
t0 ut , t0 FT expit0 exp 2Q
Da
r s s x r
Q 品质因子 f 频率
波长 v 波速
x
炮检距增量
2 f E A0 1 Q 2 2 2 2 Q 2 E A0 A 1 e2 v
h s b o d a
吸收衰减补偿与速度频散校正(反Q)
脉冲 S0 传播至深度Z的响应： u t,z S 0 ω exp i kz ωt dω