CN104316958A - 一种识别不同尺度地层断裂的相干处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，包括：步骤101，将整个实地震道x(t)进行Hilbert变换，求出每个采样点处的瞬时频率；步骤102，对步骤101瞬时频率进行相干计算，生成瞬时频率数据相干体；步骤103，利用步骤102瞬时频率相干数据体进行断裂特征分析。本发明可以同时计算瞬时频率相干属性和分频段功率谱相干属性两种属性，可以同时实现对大尺度和中小尺度断裂的识别，中小尺度断裂或裂缝识别更清晰；采用频率域实现方法，运算效率高，且节省了计算机资源。

Description

一种识别不同尺度地层断裂的相干处理方法

技术领域

本发明涉及地震属性处理和分析领域，尤其涉及一种识别不同尺度地层断裂的相干处理方法。

背景技术

地震相干体技术在分析地层不连续现象方面表现突出。计算地震相干数据体的目的主要是对地震数据进行去同存异，以突出那些不相干的数据。在断层切割的部位，相邻道之间的相干性将产生明显的不连续性。由沉积环境引起的地层岩性横向非均质性的变化也会改变地震相干性的强弱差异，从而可在相干时间切片上很清楚地识别出断层、河道和不同的岩性体系特征。

沿某一张时间切片计算各个网格上的相关值，就能得到沿着断层的低相关值的轮廓，对一系列时间切片重复这一过程，这些低相关值的轮廓就成为断面。同理，地层边界及特殊岩性体的不连续性也产生类似的低相关值的轮廓。通过三维相关属性的提取，就可以把三维反射振幅数据体转换成三维相似系数或相关值的数据体。

在实际计算中，对每一道每一样点求得与周围数据的相干性，形成一个表征相干性的三维数据体，即计算一个时窗之内的数据相干性，把这一结果赋予时窗中心样点。

设相邻两地震道x(n)、y(n)在时间t处的互相关函数为：

$C_{12}\left(t\right)=\underset{i=t-k/2}{\overset{t+k/2}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)y\left(i\right)---\left(1\right)$

其中k为时窗长度，一般取k值为1/2-3/2个视周期。两道自相关函数分别为：

$C_{11}\left(t\right)=\underset{i=t-k/2}{\overset{t+k/2}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)x\left(i\right)---\left(2\right)$

$C_{22}\left(t\right)=\underset{i=t-k/2}{\overset{t+k/2}{\mathrm{\Σ}}}y\left(i\right)y\left(i\right)---\left(3\right)$

则定义t时刻处信号x(n)、y(n)的相干系数为：

$C_1\left(t\right)=\frac{C_{12}\left(t\right)}{\sqrt{C_{11}\left(t\right)\·C_{22}\left(t\right)}}---\left(4\right)$

考虑到地震道间的倾角变化，引入倾角参数p，则式(4)可改写为：

$\begin{array}{c}{C}_1(t,p)=\frac{C_{12}(t,p)}{\sqrt{C_{11}(t,p)\·C_{22}(t,p)}}\\ =\frac{\underset{i=t-k/2}{\overset{t+k/2}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)y(i-p)}{\sqrt{\left[\underset{i=t-k/2}{\overset{t+k/2}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)x(i-p)\right]\·\left[\underset{i=t-k/2}{\overset{t+k/2}{\mathrm{\Σ}}}y\left(i\right)y(i-p)\right]}}---\left(5\right)\end{array}$

在-1/2～1/2个视周期内扫描p值，取C₁(t,p)的最大值为考虑倾角时信号x(n)、y(n)在t时刻处的相干系数

$\stackrel{\&OverBar;}{C_1\left(t\right)}=\underset{-T/2<p<T/2}{\max }{C}_1(t,p)---\left(6\right)$

三维数据的相干系数比二维时多考虑一个方位角参数q，自动搜索p、q的值,使计算所得到的最大值作为该点的相干系数值，计算公式为：

$\begin{array}{c}\stackrel{\&OverBar;}{C_1\left(t\right)}=\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{C}_1(t,p,q)\\ =\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{[\frac{C_{12}(t,p)}{\sqrt{C_{11}(t,p)\&CenterDot;C_{22}(t,p)}}\&CenterDot;\frac{C_{13}(t,q)}{\sqrt{C_{11}(t,q)\&CenterDot;C_{33}(t,q)}}]}^{\frac{1}{2}}\end{array}---\left(7\right)$

上述这种相干处理方法是在时间域内进行，分析方式较为单一，对地层各种尺度的断裂和裂缝分析不够全面。

发明内容

本发明的目的是在常规相干体计算的基础上，计算不同频率、振幅和不同波长的地震相干属性，分析其对不同尺度裂缝的响应，以发现断裂系统在频率相干切片和时间域相干切片的差别，为相干分析提出了新的思路。

为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，包括：步骤101，将整个实地震道x(t)进行Hilbert变换，求出每个采样点处的瞬时频率；步骤102，对步骤101所述瞬时频率进行相干计算，生成瞬时频率数据相干体；步骤103，利用步骤102所述瞬时频率相干数据体进行断裂特征分析。

为了达到上述目的，本发明实施例还提供一种识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，包括：步骤201，某一时刻T为中心取一时窗(T－τ，T+τ)，对所述时窗内的地震道各个采样点计算频谱值；步骤202，对所述频谱值，计算若干频段的功率谱，生成分频段功率谱数据体；步骤203，对所述分频段功率谱数据体进行相干计算，生成分频功率谱数据相干体；步骤204，对所述分频功率谱数据相干体进行计算，生成断裂系统对不同频率信号的响应。

本发明可以同时计算瞬时频率相干属性和分频段功率谱相干属性两种属性，可以同时实现对大尺度和中小尺度断裂的识别，中小尺度断裂或裂缝识别更清晰；采用频率域实现方法，运算效率高，且节省了计算机资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法的方法流程图；

图2为本发明另一实施例的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法的方法流程图；

图3为本发明一具体实施例中的计算得到的沿Es2底界时间域振幅相干切片；

图4为本发明一具体实施例中的计算得到的沿Es2底界瞬时频率相干切片；

图5为本发明一具体实施例中的沿Es2底界层位分频功率谱相干切片对比图，对应频段分别为26.9Hz-31.7Hz、7.0Hz-11.8Hz、36.7Hz-41.5Hz。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明是把地震数据相干体从时间域拓展到频率域，再对频率域的数据进行计算，从而得到频率域的地震相干特征。本发明将地震数据的频率域相干属性分为以下两种，即瞬时频率相干属性、分频段功率谱相干属性。

图1为本发明实施例的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法的方法流程图。如图1所示，本实施例的相干处理方法包括：步骤S101，将整个实地震道x(t)进行Hilbert变换，求出每个采样点处的瞬时频率；步骤S102，对步骤101所述瞬时频率进行相干计算，生成瞬时频率数据相干体；步骤S103，利用步骤102所述瞬时频率相干数据体进行断裂特征分析。

在本实施例中，步骤S101中，Hilbert变换是将地震信号从时间域转换到频率域。

步骤S101中，将整个实地震道x(t)进行Hilbert变换，求出每个采样点处的瞬时频率，包括：将x(t)进行Hilbert变换，生成为：

其中，τ为积分变量，当x(t)为连续函数时，-∞<τ<∞，当x(t)为离散函数时，0<τ≤N，其中N为采样点的个数；

根据所述x(t)和生成瞬时相位θ(t)为：

$\mathrm{\&theta;}\left(t\right)=\mathrm{arctg}\frac{\tilde{x}\left(t\right)}{x\left(t\right)};$

根据所述瞬时相位，生成瞬时频率μ(t)为：

$\mathrm{\&mu;}\left(t\right)=\frac{\mathrm{d\&theta;}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{d}{\mathrm{dt}}\mathrm{arctg}\frac{\tilde{x}\left(t\right)}{x\left(t\right)}.$

在本实施例中，步骤S102中的对所述瞬时频率进行相干计算，生成瞬时频率数据相干体，包括：

$\begin{array}{c}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&mu;}}_1\left(t\right)}=\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{\mathrm{\&mu;}}_1(t,p,q)\\ =\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{[\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{12}(t,p)}{\sqrt{{\mathrm{\&mu;}}_{11}(t,p)\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{22}(t,p)}}\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{13}(t,q)}{\sqrt{{\mathrm{\&mu;}}_{11}(t,q)\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{33}(t,q)}}]}^{\frac{1}{2}};\end{array}$

其中，p为倾角参数，q为方位角参数。

在本实施例中，步骤S103中的利用所述瞬时频率相干数据体进行断裂特征分析，包括：根据所述瞬时频率相干数据体，分析构造的形态和走向。

图2为本发明另一实施例的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法的方法流程图。如图所示，本实施例的方法包括：

步骤S201，以某一时刻T为中心取一时窗(T－τ，T+τ)，对所述时窗内的地震道各个采样点计算频谱值；步骤S202，对所述频谱值，计算若干频段的功率谱，生成分频段功率谱数据体；步骤S203，对所述分频段功率谱数据体进行相干计算，生成分频功率谱数据相干体；步骤S204，对所述分频功率谱数据相干体进行计算，生成断裂系统对不同频率信号的响应。

在本实施例中，步骤S201中的以某一时刻T为中心取一时窗(T－τ，T+τ)，对所述时窗内的地震道各个采样点计算频谱值，并且对所述频谱值，计算若干频段的功率谱，生成分频段功率谱数据体，包括：

取时窗函数g(t)：

$g\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&pi;}}}{e}^{-\mathrm{\&alpha;}{(t-T+\mathrm{\&tau;})}^2}& t<T-\mathrm{\&tau;}\\ 1& T-\mathrm{\&tau;}\&le;t\&le;T+\mathrm{\&tau;}\\ \sqrt{\frac{\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&pi;}}}{e}^{-\mathrm{\&alpha;}{(t-T-\mathrm{\&tau;})}^2}& t>T+\mathrm{\&tau;}\end{array}\right.;$ 其中，α为衰减系数；

则实地震道x(t)的短时傅立叶变换为：

$G_x(f,\mathrm{\&tau;})={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}x\left(t\right)g(t-\mathrm{\&tau;})e^{-i2\mathrm{\&pi;ft}}\mathrm{dt}.$

在步骤S202中，为提取不同频段的功率谱数据，是在步骤201基础上生成分频段功率谱数据体，过程如下：

令f_m得到的功率谱为A(f_m)，则在分频段[f₁,f₂]内可得到平均功率谱：

$A_{f1~f2}=\underset{n=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}A{(f_1+\mathrm{m\&Delta;d})}^2;$

其中Δd为基频，且有f₂＝f₁+mΔd。

在本实施例中，步骤S203中的对所述分频段功率谱数据体进行相干计算，生成分频功率谱数据相干体，包括：

$\stackrel{\&OverBar;}{A_1\left(t\right)}=\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{A}_1(t,p,q)$

$=\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{[\frac{A_{12}(t,p)}{\sqrt{A_{11}(t,p)\&CenterDot;A_{22}(t,p)}}\&CenterDot;\frac{A_{13}(t,q)}{\sqrt{A_{11}(t,q)\&CenterDot;A_{33}(t,q)}}]}^{\frac{1}{2}};$

其中，p为倾角参数，q为方位角参数。

对时间域中的每个采样点计算出某频段的功率谱，即可得到与时间域数据体相同大小的频段功率谱三维数据体，不同频段的功率谱数据体对不同尺度裂缝的响应不同；变换公式[f₁,f₂]的起始频率，即可得到不同频段的功率谱相干数据体，从而实现对不同尺度裂缝的识别。

在步骤S204中，利用所述分频功率谱数据相干体进行断裂特征分析，包括：

根据所述分频功率谱数据相干体提取时间切片或沿层切片，分析断裂的发育和展布特征，利用不同频段功率谱数据相干体切片识别不同尺度断裂。

根据上述实施例，可以得到本发明的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法具有以下有益效果：

(1)本发明可以同时计算瞬时频率相干属性和分频段功率谱相干属性两种属性；

(2)本发明可以同时实现对大尺度和中小尺度断裂的识别，中小尺度断裂或裂缝识别更清晰；

(3)本发明采用频率域实现方法，运算效率高，且省计算机资源。

具体实施例：

以某三维工区地震数据为例，沿Es2底界提取了频率域相干属性并进行分析,该地震数据的主频在30Hz左右。

图3是计算得到的沿Es2底界时间域振幅相干切片；图4是计算得到的沿Es2底界瞬时频率相干切片；采用的计算时窗都是60ms，5道相干算法。可以看到，瞬时频率相干切片与时间域振幅相干切片的形态大体一致，都可以清楚的反映出构造的形态和走向。对于大尺度断裂，时间域振幅相干切片的分辨率要高于瞬时频率相干切片，但是在某些小断裂处，瞬时频率相干切片对细节刻画的更加清楚。这说明，瞬时频率相干切片对于小的断裂更为敏感。

图5是沿Es2底界层位分频功率谱相干切片对比图。其中，图5的A部分是时间域振幅相干体切片，时窗＝60ms，5道相干；图5B对应频段为26.9Hz-31.7Hz，窗函数宽＝120ms，计算时窗＝60ms，5道相干；图5C对应频段为7.0Hz-11.8Hz，窗函数宽＝120ms，计算时窗＝60ms，5道相干；图5D对应频段为36.7Hz-41.5Hz，窗函数宽＝120ms，计算时窗＝60ms，5道相干。其中，图5的B部分和图5的C部分可反映大尺度断裂的总体趋势，但是分辨率比时间域有所降低。而且在有些部位7.0Hz-11.8Hz频段和26.9Hz-31.7Hz频段对应的功率谱相干切片中有明显的不同，为地质解释人员提供了新的思路。图5的D部分显示，随着频段的提高，分频功率谱相干切片分辨率较低，已无法反映出大断裂的发育方向。

本发明可以同时计算瞬时频率相干属性和分频段功率谱相干属性两种属性，可以同时实现对大尺度和中小尺度断裂的识别，中小尺度断裂或裂缝识别更清晰；采用频率域实现方法，运算效率高，且节省了计算机资源。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，包括：

步骤101，将整个实地震道x(t)进行Hilbert变换，求出每个采样点处的瞬时频率；

步骤102，对步骤101所述瞬时频率进行相干计算，生成瞬时频率数据相干体；

步骤103，利用步骤102所述瞬时频率相干数据体进行断裂特征分析。

2.根据权利要求1所述的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，步骤101中，Hilbert变换是将地震信号从时间域转换到频率域。

3.根据权利要求1所述的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，步骤101中，将整个实地震道x(t)进行Hilbert变换，求出每个采样点处的瞬时频率，包括：

将x(t)进行Hilbert变换，生成为：

其中，τ为积分变量，当x(t)为连续函数时，-∞<τ<∞，当x(t)为离散函数时，0<τ≤N，其中N为采样点的个数；

根据所述x(t)和生成瞬时相位θ(t)为：

$\mathrm{\&theta;}\left(t\right)=\mathrm{arctg}\frac{\tilde{x}\left(t\right)}{x\left(t\right)};$

根据所述瞬时相位，生成瞬时频率μ(t)为：

$\mathrm{\&mu;}\left(t\right)=\frac{\mathrm{d\&theta;}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{d}{\mathrm{dt}}\mathrm{arctg}\frac{\tilde{x}\left(t\right)}{x\left(t\right)}.$

4.根据权利要求1所述的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，步骤102中，生成瞬时频率数据相干体的过程是：

对所述瞬时频率进行相干计算，生成瞬时频率数据相干体，包括：

$\begin{array}{c}\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{\&mu;}}_1\left(t\right)}=\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{\mathrm{\&mu;}}_1(t,p,q)\\ =\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{[\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{12}(t,p)}{\sqrt{{\mathrm{\&mu;}}_{11}(t,p)\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{22}(t,p)}}\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{13}(t,q)}{\sqrt{{\mathrm{\&mu;}}_{11}(t,q)\&CenterDot;{\mathrm{\&mu;}}_{33}(t,q)}}]}^{\frac{1}{2}}\end{array};$

其中，p为倾角参数，q为方位角参数。

5.根据权利要求1所述的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，步骤103中，利用所述瞬时频率相干数据体进行断裂特征分析，包括：

根据所述瞬时频率相干数据体提取时间切片或沿层切片，分析断裂的发育和展布特征，识别不同尺度断裂。

6.一种识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，包括：

步骤201，某一时刻T为中心取一时窗(T－τ，T+τ)，对所述时窗内的地震道各个采样点计算频谱值；

步骤202，对所述频谱值，计算若干频段的功率谱，生成分频段功率谱数据体；

步骤203，对所述分频段功率谱数据体进行相干计算，生成分频功率谱数据相干体；

步骤204，对所述分频功率谱数据相干体进行计算，生成断裂系统对不同频率信号的响应。

7.根据权利要求6所述的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，步骤201中，频谱值计算过程是：

以某一时刻T为中心取一时窗(T－τ，T+τ)，对所述时窗内的地震道各个采样点计算频谱值，并且对所述频谱值，计算若干频段的功率谱，生成分频段功率谱数据体，包括：

取时窗函数g(t)：

$g\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&pi;}}}{e}^{-\mathrm{\&alpha;}{(t-T+\mathrm{\&tau;})}^2}& t<T-\mathrm{\&tau;}\\ 1& T-\mathrm{\&tau;}\&le;t\&le;T+\mathrm{\&tau;}\\ \sqrt{\frac{\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&pi;}}}{e}^{-\mathrm{\&alpha;}{(t-T-\mathrm{\&tau;})}^2}& t>T+\mathrm{\&tau;}\end{array}\right.$ 其中，α为衰减系数；

则实地震道x(t)的短时傅立叶变换为：

$G_x(f,\mathrm{\&pi;})={\&Integral;}_{-\&infin;}^{\&infin;}x\left(t\right)g(t-\mathrm{\&tau;})e^{-i2\mathrm{\&pi;ft}}\mathrm{dt}.$

8.根据权利要求7所述的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，步骤202中，为提取不同频段的功率谱数据，是在步骤201基础上生成分频段功率谱数据体，过程如下：

令f_m得到的功率谱为A(f_m)，则在分频段[f₁,f₂]内可计算得到平均功率谱：

$A_{f1~f2}=\underset{n=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}A{(f_1+\mathrm{m\&Delta;d})}^2;$

其中Δd为基频，且有f₂＝f₁+mΔd。

9.根据权利要求6所述的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，步骤203中，对所述分频功率谱数据进行相干体计算，生成断裂系统对不同频率信号的响应，包括：

$\begin{array}{c}\stackrel{\&OverBar;}{A_1\left(t\right)}=\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{A}_1(t,p,q)\\ =\underset{-T/2<p,q<T/2}{\max }{[\frac{{\mathrm{A\&mu;}}_{12}(t,p)}{\sqrt{A_{11}(t,p)\&CenterDot;A_{22}(t,p)}}\&CenterDot;\frac{A_{13}(t,q)}{\sqrt{A_{11}(t,q)\&CenterDot;A_{33}(t,q)}}]}^{\frac{1}{2}}\end{array};$

其中，p为倾角参数，q为方位角参数。

10.根据权利要求6所述的识别不同尺度地层断裂的相干处理方法，其特征在于，步骤204中，利用所述分频功率谱数据相干体进行断裂特征分析，包括：

根据所述分频功率谱数据相干体提取时间切片或沿层切片，分析断裂的发育和展布特征，利用不同频段功率谱数据相干体切片识别不同尺度断裂。