CN103869357B - 一种地震数据频谱奇异性的检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油勘探领域，特别涉及一种地震数据频谱的奇异性检测方法与装置。其中所述方法包括：在目的层周围选取时窗数据；对所述时窗数据进行镶边后，经过傅里叶变换，得到频谱；将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，得到实部和虚部；根据所述实部和虚部获得该频谱奇异点的度量值；根据所述奇异点的度量值确定并输出所述奇异点的位置以及奇异性度量值。本发明基于上述方法得到频谱的奇异性，对储层段的频谱形状进行分析，检测出其奇异点及其位置，为解释人员提供一种新的属性，即奇异性，不仅可以为地表一致性处理、去噪、反褶积等提供参数选择的依据，而且还能够度量数据分辨率的高低，特别是频谱的形状与储层的含油气性相关。

Description

一种地震数据频谱奇异性的检测方法与装置

技术领域

本发明属于石油勘探领域，特别涉及一种地震数据频谱的奇异性检测方法与装置。

背景技术

在石油勘探领域，由地震波传播理论可知，当储层含流体性质发生变化时，波速的变化会引起地震波至到达时间的变化，出现同相轴下拉等现象，这种现象可以用于油气的检测与识别。但实践证明，利用地震波的运动学特征进行油气检测存在着较强的多解性；在波动理论中，地震波场可以用其振幅、频率、相位和衰减等动力学参数来描述。当波场在含油气的储层中传播时，必然引起动力学特征的变化，反映在地震数据中会呈现某种异常现象，称之为奇异性，如振幅增强、频率降低、吸收增大等，如果能够从地震数据中检测出这些异常来，便可以利用地震数据的奇异性进行含油气的预测。

频率是地震数据处理和解释中最常用的属性之一。因为地震道的频谱、时窗内的频谱和沿目的层的频谱能够在一定程度上反映数据的品质、储层岩性及含流体的性质；因此，对频谱特征的描述具有重要的意义。

目前，在常用软件和实际生产中，对频率属性的应用存在以下的局限：（1）对频谱特征的量化描述相对简单，仅计算出主频、带宽、谱斜率等，难以对频谱的形状进行细致的刻画。如图1a所示为目的层段内的地震数据，图1b为图1a中目的层段内地震数据对应的频谱，其中仅能通过彩色来表示不同频率的能量变化。（2）基于复地震道分析技术计算出的瞬时属性及其派生的大量属性的稳定性受地震数据信噪比的影响较大，特别是瞬时频率属性。对于单频信号或窄带信号，瞬时频率可以反映信号的主频特征，但对于复杂信号，瞬时频率与数据的傅里叶（Fourier）频率存在较大差异。

在精细处理、目标处理及解释性处理中，频率属性是反映数据品质的重要参数，数据的频谱分析不仅可以为地表一致性处理、去噪、反褶积等提供参数选择的依据，而且还能够度量数据分辨率的高低，特别是频谱的形状与储层的含油气性相关，因此，寻找一种对频谱的奇异性的检测和度量是十分必要的。

发明内容

本发明实施例提供一种地震数据频谱奇异性的检测方法与装置，用于解决现有技术中难以对频谱的形状进行细致的刻画的问题。

本方法基于以上目的，研究频谱的奇异性，旨在对储层段的频谱形状进行分析，检测出其奇异点及其位置，为解释人员提供一种新的属性，即奇异性。本发明实施例中提供一种地震数据频谱奇异性的检测方法，所述方法包括：

在目的层周围选取时窗数据；

对所述时窗数据进行镶边后，经过傅里叶变换，得到频谱；

将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，得到实部和虚部；

根据所述实部和虚部获得该频谱奇异点的度量值；

根据所述奇异点的度量值确定并输出所述奇异点的位置以及奇异性度量值。

上述一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其中，所述时窗数据的长度为一个地震子波的长度。

上述一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其中，在目的层周围选取时窗数据包括：在所述目的层以上、目的层段或目的层以下选取时窗数据。

上述一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其中，根据公式一：

对所述时窗内的数据进行镶边；其中T为镶边的半时窗长度，t为时间，ω(t)为镶边权系数。

上述一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其中，根据公式二：

Y′(f)＝Y(f)*h(f)

将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，其中h(f)为希尔伯特因子；同时根据公式三：

Q(f)＝Y(f)+iY′(f)

得到实部和虚部，其中Y(f)为实部，Y′(f)为虚部。

上述一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其中，根据公式四：

计算频谱奇异点的度量值u(f)。

上述一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其中，根据公式五：fu＝Min(u(f))确定并输出所述奇异点的位置fu，以及奇异性度量值|u(f)|，其中：u(f)＜0。

本发明实施例还提供一种地震数据频谱奇异性的检测装置，所述装置包括：

时窗选择模块，用于在目的层选取时窗数据；

频谱生成模块，用于对所述时窗数据进行镶边后，经过傅里叶变换，得到频谱；

转换模块，用于将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，得到实部和虚部；

计算模块，用于根据所述实部和虚部获得该频谱奇异点的度量值；

定位模块，用于根据所述奇异点的度量值确定所述奇异点的位置以及奇异性度量值；

输出模块，用于输出所述奇异点的位置以及奇异性度量值。

上述一种地震数据频谱奇异性的检测装置，其中，所述计算模块根据公式四：

计算频谱奇异点的度量值u(f)；其中，Y(f)为实部，Y′(f)为虚部。

上述一种地震数据频谱奇异性的检测装置，其中，所述定位模块根据公式五：fu＝Min(u(f))确定所述奇异点的位置fu，以及奇异性度量值|u(f)|，其中：u(f)＜0。

通过上述方法得到频谱的奇异性，对储层段的频谱形状进行分析，检测出其奇异点及其位置，为解释人员提供一种新的属性，即奇异性，不仅可以为地表一致性处理、去噪、反褶积等提供参数选择的依据，而且还能够度量数据分辨率的高低，特别是频谱的形状与储层的含油气性相关。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1a为本发明现有技术中目的层段内的地震数据示意图；

图1b为本发明现有技术中目的层段内地震数据对应的频谱示意图；

图2为本发明实施例中一种地震数据频谱奇异性的检测方法流程图；

图3a为本发明实施例中模拟地震数据的波形示意图；

图3b为本发明实施例中模拟地震数据奇异性的检测结果示意图；

图4a为本发明实施例中实际地震道-目的层段数据的波形示意图；

图4b为本发明实施例中实际地震道的振幅谱示意图；

图4c为本发明实施例中实际地震道的奇异性检测结果示意图；

图5为本发明实施例中一种地震数据频谱奇异性的检测装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例中提供一种地震数据频谱奇异性的检测方法，如图2所示，所述方法包括：

步骤201，在目的层周围选取时窗数据；较佳的，可以在所述目的层以上、目的层段或目的层以下选取时窗数据，均可在一定程度上反映数据的品质、储层岩性及含流体的性质；在进行目标处理或解释性处理中，侧重于分析目的层附近的数据特征的变化。选择目的层以上的时窗数据，可以研究上覆层的波场特征；选择目的层段时窗数据，可以研究储层内部结构的变化；选择目的层以下的时窗数据，可以研究储层含流体后对下覆层的波场特征的影响。

步骤202，对所述时窗数据进行镶边后，经过傅里叶变换，得到频谱；较佳的，此处运用傅里叶变换公式：记作：其中，|X(f)|为振幅谱，为相位谱，得到频谱。

步骤203，将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，得到实部和虚部；具体的，将振幅谱|X(f)|作为新的输入数据进行希尔伯特变换。

步骤204，根据所述实部和虚部获得该频谱奇异点的度量值；

步骤205，根据所述奇异点的度量值确定并输出所述奇异点的位置以及奇异性度量值。具体的，奇异点的位置为负极大值所对应的坐标值，奇异性度量值为奇异点的度量值的绝对值，其中异性度量值是指奇异性大小的数值。

本发明实施例所提供的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，对储层段的频谱形状进行分析，检测出其奇异点及其位置，为解释人员提供一种新的属性，即奇异性，不仅可以为地表一致性处理、去噪、反褶积等提供参数选择的依据，而且还能够度量数据分辨率的高低，特别是频谱的形状与储层的含油气性相关。

上述实施例提供的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，较佳的，所述时窗数据的长度为一个地震子波的长度。较佳的，选取的时窗数据的长度一般为200-350ms。

上述实施例提供的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，较佳的，根据公式：

对所述时窗内的数据进行镶边；其中T为镶边的半时窗长度，为已知量，一般取10-50ms。t为时间，ω(t)为镶边权系数。其中，对时窗内的数据进行镶边可以加局部扰动，增强稳健性。

上述实施例提供的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，较佳的，根据公式：

Y′(f)＝Y(f)*h(f)，

将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，其中h(f)为希尔伯特因子；同时根据公式：

Q(f)＝Y(f)+iY′(f)，得到实部和虚部，其中Y(f)为实部，Y′(f)为虚部。在此上述公式是解析信号的构成公式，是由实部和虚部构成的复信号。由于该公式属于现有技术，因此具体的计算方法不再赘述。

上述实施例提供的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，较佳的，根据公式：

计算频谱奇异点的度量值u(f)。

上述实施例提供的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，较佳的，根据公式：fu＝Min(u(f))确定并输出所述奇异点的位置fu，即奇异点的位置为负极大值所对应的坐标值，以及奇异性度量值|u(f)|，其中：u(f)＜0。

本发明实施例还提供一种地震数据频谱奇异性的检测装置，如图5所示，所述装置包括：

时窗选择模块501，用于在目的层选取时窗数据；

频谱生成模块502，用于对所述时窗数据进行镶边后，经过傅里叶变换，得到频谱；

转换模块503，用于将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，得到实部和虚部；

计算模块504，用于根据所述实部和虚部获得该频谱奇异点的度量值；

定位模块505，用于根据所述奇异点的度量值确定所述奇异点的位置以及奇异性度量值；

输出模块506，用于输出所述奇异点的位置以及奇异性度量值。

本发明实施例提供的一种地震数据频谱奇异性的检测装置，较佳的，所述计算模块504根据公式：

计算频谱奇异点的度量值u(f)；其中，Y(f)为实部，Y′(f)为虚部。

本发明实施例提供的一种地震数据频谱奇异性的检测装置，较佳的，所述定位模块505根据公式：fu＝Min(u(f))确定所述奇异点的位置fu，即奇异点的位置为负极大值所对应的坐标值，以及奇异性度量值|u(f)|，其中：u(f)＜0。

在此，本发明提供一具体的实施例，来说明采用本方法的实施例的方法能够准确地检测波形奇异值及其出现的位置，且能够以非常醒目的方式展现出来。

具体的，如图3a所示，为本发明实施例中模拟地震数据的波形示意图，4道数据的波形特征存在着差异，奇异性不同。图3b为采用本方法对奇异性的检测结果，这4道数据的奇异性度量值分别为358、77、30和10，出现的对应奇异点的位置为1042ms、1048ms、1052ms和1056ms。可见，采用本方法能够准确地检测波形奇异值及其出现的位置，且能够以非常醒目的方式展现出来。

图4a为实际地震道，是7口井的井旁数据在目的层段的显示；井间的波形特征存在着很大的变化，在时间域进行波形的差异性对比分析非常困难，难以实现根据波形规律聚类研究；图4b为图4a的实际地震道对应的振幅谱，频谱的形状差异很大，存在着不同程度的奇异特征；图4c为奇异性检测的结果，较好地展示了频谱形状的变化，CDP4617、5857和6185在不同的频率点上出现的奇异性均被突出地表现出来，CDP4313波形的复杂性也得到了较好的展示，可以很方便地进行聚类分析和异常检测。

借此，本发明实施例采用上述方法和装置，得到频谱的奇异性，对储层段的频谱形状进行分析，检测出其奇异点及其位置，为解释人员提供一种新的属性，即奇异性，不仅可以为地表一致性处理、去噪、反褶积等提供参数选择的依据，而且还能够度量数据分辨率的高低，特别是频谱的形状与储层的含油气性相关。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

在目的层周围选取时窗数据；

对所述时窗数据进行镶边后，经过傅里叶变换，得到频谱；

将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，得到实部和虚部；

根据所述实部和虚部获得该频谱奇异点的度量值；

根据所述奇异点的度量值确定并输出所述奇异点的位置以及奇异性度量值。

2.根据权利要求1所述的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其特征在于，所述时窗数据的长度为一个地震子波的长度。

3.根据权利要求1所述的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其特征在于，在目的层周围选取时窗数据包括：在所述目的层以上、目的层段或目的层以下选取时窗数据。

4.根据权利要求1所述的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其特征在于，根据公式一：

$\mathrm{\ω}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}cos\left(\frac{\mathrm{\π}t}{T}\right)& \left|t\right|\≤T\\ 0& \left|t\right|>T\end{array}\right\}$

对所述时窗内的数据进行镶边；其中T为镶边的半时窗长度，t为时间，ω(t)为镶边权系数。

5.根据权利要求4所述的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其特征在于，根据公式二：

$Y^{\′}\left(f\right)=Y\left(f\right)*h\left(f\right),h\left(f\right)=\frac{1}{\mathrm{\π}f}$

将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，其中h(f)为希尔伯特因子；同时根据公式三：

Q(f)＝Y(f)+iY′(f)

得到实部和虚部，其中Y(f)为实部，Y′(f)为虚部。

6.根据权利要求5所述的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其特征在于，根据公式四：

$u\left(f\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\[Y\left(f\right)\frac{{\mathrm{dY}}^{\′}\left(f\right)}{df}-Y^{\′}\left(f\right)\frac{dY\left(f\right)}{df}\]/Y^2\left(f\right)+Y^{\′2}\left(f\right)$

计算频谱奇异点的度量值u(f)。

7.根据权利要求6所述的一种地震数据频谱奇异性的检测方法，其特征在于，根据公式五：f_u＝Min(u(f))确定并输出所述奇异点的位置fu，以及奇异性度量值|u(f)|，其中：u(f)<0。

8.一种地震数据频谱奇异性的检测装置，其特征在于，所述装置包括：

时窗选择模块，用于在目的层选取时窗数据；

频谱生成模块，用于对所述时窗数据进行镶边后，经过傅里叶变换，得到频谱；

转换模块，用于将所述频谱中的振幅谱进行希尔伯特变换，得到实部和虚部；

计算模块，用于根据所述实部和虚部获得该频谱奇异点的度量值；

定位模块，用于根据所述奇异点的度量值确定所述奇异点的位置以及奇异性度量值；

输出模块，用于输出所述奇异点的位置以及奇异性度量值。

9.根据权利要求8所述的一种地震数据频谱奇异性的检测装置，其特征在于，所述计算模块根据公式四：

计算频谱奇异点的度量值u(f)；其中，Y(f)为实部，Y′(f)为虚部。

10.根据权利要求8所述的一种地震数据频谱奇异性的检测装置，其特征在于，所述定位模块根据公式五：f_u＝Min(u(f))确定所述奇异点的位置fu，以及奇异性度量值|u(f)|，其中：u(f)<0。