地震数据低频信号的重构方法、装置及设备

本技术涉及地震资料处理，特别涉及一种地震数据低频信号的重构方法、装置及设备。

背景技术：

1、低频信号在地震数据处理和储层预测中具有重要作用，但在地震资料的采集过程中，由于环境噪声以及激发、接收等各种因素的影响，实际地震记录中低频信号往往被噪声严重污染、甚至完全缺失，严重降低了地震数据的分辨率和对油气储层的表征能力。

2、目前，低频信号重构主要包括数据驱动和模型驱动两大类方法。其中，数据驱动包括机器学习等重构方法，此种方法泛化能力较差，实际场景中应用性较低。模型驱动包括压缩感知等重构方法，此种方法通过稀疏结构反演对低频信号进行恢复，但反演结果具有较强的多解性和不确定性，无法得到准确、可靠的低频信号。

3、针对上述低频信号重构精度、可靠性、实用性较低问题，目前尚未找到有效解决方法。

技术实现思路

1、本说明书实施方式的目的是提供一种地震数据低频信号的重构方法、装置及设备，以解决低频信号重构精度、可靠性、实用性较低的问题。

2、为解决上述技术问题，本说明书第一方面提供了一种地震数据低频信号的重构方法，包括：

3、获取目标区域的原始地震数据；

4、对所述原始地震数据进行处理，确定待重构的低频地震数据的最高频率以及所述原始地震数据中的参考地震数据；

5、基于反射结构的频率可延拓性以及参考地震数据，计算待重构的低频地震数据的反射结构表征算子；

6、基于所述反射结构表征算子、所述原始地震数据以及所述最高频率，对所述原始地震数据中的低频地震数据进行重构。

7、在本说明书的一些实施例中，对所述原始地震数据进行处理，确定待重构的低频地震数据的最高频率以及所述原始地震数据中的参考地震数据，包括：

8、确定所述原始地震数据的频谱，并对确定的频谱进行分析，确定所述原始地震数据中待重构的低频地震数据的最高频率；

9、基于所述最高频率确定所述参考地震数据对应的参考频带；

10、基于所述参考频带对所述原始地震数据进行带通滤波，得到所述参考地震数据。

11、在本说明书的一些实施例中，基于反射结构的频率可延拓性以及参考地震数据，计算待重构的低频地震数据的反射结构表征算子，包括：

12、利用傅里叶变换将所述参考地震数据由时间空间域变换至频率波数域；

13、在频率波数域对所述参考地震数据进行外延，得到第一中间地震数据；

14、利用傅里叶反变换将第一中间地震数据由频率波数域转换至时间空间域，得到第二中间地震数据；

15、计算所述第二中间地震数据的反射结构表征算子，并将所述第二中间地震数据的反射结构表征算子作为待重构的低频地震数据的反射结构表征算子。

16、在本说明书的一些实施例中，所述第一中间地震数据通过以下公式确定：

17、

18、其中，e(k,f)表示所述第一中间地震数据，c(k,f)表示所述参考地震数据，δt表示所述原始地震数据的时间采样间隔，δx表示所述原始地震数据的空间采样间隔，f表示频率，k表示波数。

19、在本说明书的一些实施例中，所述反射结构表征算子通过以下目标函数确定：

20、

21、其中，ε[h(x,t)]表示所述反射结构表征算子对应的目标函数，e(x,t)表示所述第二中间地震数据，e(x-y,t-τ)表示对所述第二中间参考地震数据在空间长度上平移y、时间长度上平移τ后的数据，nx表示地震道数，nt表示每个地震道的时间采样个数，lx表示所述反射结构表征算子的空间长度，lt表示所述反射结构表征算子的时间长度。

22、在本说明书的一些实施例中，基于所述反射结构表征算子、所述原始地震数据和所述最高频率，对所述原始地震数据中的低频地震数据进行重构，包括：

23、基于所述反射结构表征算子、所述原始地震数据和所述最高频率，构建反射结构约束项、数据拟合项以及稀疏结构约束项；

24、基于构建的反射结构约束项、数据拟合项以及稀疏结构约束项，构建关于反射系数序列的目标函数；

25、采用迭代重加权算法对所述目标函数进行求解，得到目标反射系数序列；

26、基于所述最高频率确定待重构的低频地震数据对应的频带，并基于确定的频带对所述目标反射系数序列进行褶积，得到重构后的低频地震数据。

27、在本说明书的一些实施例中，所述反射系数序列的目标函数通过以下公式表示：

28、e(m)＝(d-gm)t(d-gm)+λ1r(m)+λ2(hfm)t(hfm)；

29、其中，e(m)表示多道地震数据的反射系数序列对应的目标函数，m表示各地震道的反射系数序列组成的向量，d表示各地震道的地震数据组成的向量，g表示地震数据中各地震道的地震子波组成的分块矩阵，上角标t表示共轭转置，λ1和λ2分别表示正则化系数，r(m)表示反射系数序列的稀疏结构，h表示反射结构表征算子变换得到的反射结构矩阵，f表示最高频率对应的低通滤波矩阵，(d-gm)t(d-gm)表示所述数据拟合项，λ1r(m)表示所述稀疏结构约束项，λ2(hfm)t(hfm)表示所述反射结构约束项。

30、在本说明书的一些实施例中，所述稀疏结构约束项中的稀疏结构通过以下公式确定：

31、

32、其中，r(m)表示反射系数序列的稀疏结构，nx表示地震道数，nt表示每个地震道的时间采样个数，表示反射系数的方差，m(x,t)表示反射系数序列，t表示反射时间，x表示在地表的位置。

33、本说明书第二方面提供了一种地震数据低频信号的重构装置，包括：

34、数据获取模块，用于获取目标区域的原始地震数据；

35、数据处理模块，用于对所述原始地震数据进行处理，确定待重构的低频地震数据的最高频率以及所述原始地震数据中的参考地震数据；

36、反射结构确定模块，用于基于反射结构的频率可延拓性以及参考地震数据，计算待重构的低频地震数据的反射结构表征算子；

37、数据重构模块，用于基于所述反射结构表征算子、所述原始地震数据以及所述最高频率，对所述原始地震数据中的低频地震数据进行重构。

38、本说明书第三方面提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述处理器和所述存储器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而实现第一方面所述方法的步骤。

39、本说明书第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被执行时实现第一方面所述方法的步骤。

40、本说明书实施例提供的地震数据低频信号的重构方法，通过获取目标区域的原始地震数据；对原始地震数据进行处理，确定待重构的低频地震数据的最高频率以及原始地震数据中的参考地震数据；基于反射结构的频率可延拓性以及参考地震数据，计算待重构的低频地震数据的反射结构表征算子；基于反射结构表征算子、原始地震数据以及最高频率，实现对原始地震数据中的低频地震数据进行重构。通过上述方法，基于地震数据空间反射结构的频率可延拓性，由参考地震数据外推得到待重构的低频地震数据的反射结构表征算子，并将反射结构表征算子引入到低频地震数据的重构中，可以提高低频地震数据重构的精度、可靠性以及实用性，为后续高分辨率地震数据处理以及油气储层预测提供技术支撑。