CN105044777A - 基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，利用经验模态分解方法，结合相关函数分析法以及测井资料选取原始地震数据中最能体现煤层及烃源岩强振幅薄层特征的IMF分量，对优选出的主要IMF分量，查找其最大能量点，估算该IMF分量信号的主频，并在此基础上确定煤层及烃源岩强振幅薄层在该IMF分量中体现的顶和底的薄层的时间厚度，对该时间厚度范围内的IMF信号分量进行强振幅抑制，同时保留其余IMF分量不变，最后对所有处理过的IMF分量信号进行重构以实现对地震道信号中的地震标志层强反射振幅消除，增强煤系地层共存情况下地层信号的微弱变化，加强邻近区域弱油气响应特征。

Description

基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法

技术领域

本发明属于石油地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法。

背景技术

鄂尔多斯盆地是一个多构造体系、多旋回演化及多沉积类型的大型克拉通叠合盆地。鄂尔多斯盆地陆相产气层主要集中在延长组和古生界石盒子组，由于鄂尔多斯盆地中生界长7与古生界盒8、山1段致密油与致密气储集层紧靠长7烃源岩和古生界8#煤，而长7烃源岩、古生界8#煤层在地震资料上都会形成强的反射同相轴，在地震剖面上表现为强反射特征，从而导致中生界长7与古生界盒8、山1段致密油与致密气储集层在地震剖面储层响应中淹没在长7烃源岩和古生界8#煤强反射中，导致紧邻这两套强反射的储层参数受到影响，致使地震反演等技术得到的表征岩性、物性和含油气性的地球物理参数计算不准确，影响了地震预测的成功率。

要突出储层的地震响应，必须消减标志层强反射的能量。目前，针对煤层强反射消减问题主要采用的方法有谱分解技术、匹配追踪技术和反Q滤波等方法。谱分解技术及匹配追踪技术进行煤层强反射消除主要针对三维地震数据，利用煤层反射的低频特征，采用估算出煤层的反射数据体然后进行强反射能量的消减，计算过程较为繁琐。反Q滤波是一种补偿大地吸收衰减效应的技术，其目的是消除地震波在传播过程中振幅会衰减，相位会畸变；目前效率高的反Q滤波方法都假设地下介质是一个常Q或者层状Q模型，这并不能反映地下介质的真实情况；而假设Q随时间或深度连续变化的反Q滤波方法虽然接近地下介质的真实情况，但是由于用到积分,计算效率较低。而目前针对标志层烃源岩强反射能量的消除则涉及极少。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，通过借助经验模态分解能量检测法来检测地震剖面中标志层强反射振幅，有效地增强邻近区域的弱信号及微弱的油气响应特征，进行二维及三维地震资料标志层强反射振幅的自适应消除和邻近区域弱信号的增强，进而减弱地震标志层强反射振幅对邻近区域油气检测的影响。

本发明的技术方案是提供了一种基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，包括如下步骤：

1)对原始地震道信号逐道进行经验模态分解，将每条原始地震道信号分解得到一系列从高频到低频到趋势项的本征模态函数IMF；

2)针对单条原始地震道信号，利用最大相关法选出煤层及烃源岩主要体现的IMF成分，计算各个IMF分量与原始地震道信号的相关系数；

3)对选出的对应相关系数大于0.1的IMF分量逐道计算能量，查找出最大能量点t_max；

4)对该单条地震道的IMF分量进行频谱分析，确定该地震道IMF信号的主频f_d，令T_d＝1/f_d，确定煤层及烃源岩强振幅薄层在该IMF分量中体现的顶和底的薄层的时间厚度为[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]，其中，k₁,k₂为常数系数；

5)计算[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内的数据的能量E_s，计算该地震道的平均能量E_ave，令对[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内的数据利用index系数将强振幅压制到与该地震道平均能量一致的量级上；

6)对该单条地震道相关系数小于0.1的IMF分量进行步骤3)～步骤5)的处理，将煤层及烃源岩强振幅对应的主要体现的频率段及强振幅下的IMF信号进行处理，对该单条地震道不同IMF处理后的信号及保留的IMF信号相加，获得处理后的该单条地震道信号；

7)对剩余各条原始地震道逐道重复上述步骤2)～步骤6)，实现对原始地震剖面煤层及烃源岩强振幅的压制。

上述步骤1)中的经验模态分解是将原始地震道信号分解成一系列本征模态函数IMF分量，即原始地震道信号X(t)＝C₁(t)+C₂(t)+…+C_n(t)+R_n(t))；其中，C_i(t)为第i个IMF分量，i＝1～n，R_n(t)为余量。

上述步骤2)中最大相关法计算两个变量X和Y之间的相关系数计算公式如下： $R=corr(X,Y)=\frac{\mathrm{cov}(X,Y)}{{\mathrm{\σ}}_X{\mathrm{\σ}}_Y}=\frac{E\[(X-{\mathrm{\μ}}_x)\left(\right(Y-{\mathrm{\μ}}_Y)\]}{{\mathrm{\σ}}_X{\mathrm{\σ}}_Y},$ 其中，μ_x和σ_X分别是X的期望和方差；μ_Y和σ_Y分别是Y的期望和方差；cov为协方差；E为数学期望。

上述步骤3)中IMF分量的能量为该IMF分量信号幅度值平方。

上述步骤4)中主频f_d为幅值最大处对应的频率。

上述步骤4)中的k₁,k₂是通过对过井地震道进行分析，利用测井资料进行井震标定，确定与煤层及烃源岩强振幅薄层对应的目的层段在地震反射波上体现的特征周期而得到的。

上述步骤5)中能量E_s是对[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内各点幅值平方后求和。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法在对煤层及烃源岩强振幅信号进行压制的同时保留了信号中地层的信息，增强了与煤系地层共存地层的弱信号分量，处理后弱信号的瞬时属性得到了加强。

(2)本发明提供的这种基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法能够更有效地增强邻近区域的弱信号及微弱的油气响应特征，因此，能够用来进行二维及三维地震资料标志层强反射振幅的自适应消除和邻近区域弱信号的增强，针对二维地震数据及三维地震数据进行处理计算速度快，适合海量地震数据处理。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是苏里格地区一条二维叠后偏移原始地震剖面图。

图2是本发明方法处理后的地震剖面图。

图3是过井地震道及其经验模态分解产生的IMF信号。

图4是本发明处理后的各个IMF信号及最终重构的地震道信号。

图5是原始地震剖面的瞬时幅度图。

图6是本发明方法处理后地震剖面的瞬时幅度图。

图7是原始地震剖面的瞬时频率图。

图8是本发明方法处理后地震剖面的瞬时频率图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，包括如下步骤：

1)对原始地震道信号逐道进行经验模态分解，将每条原始地震道信号分解得到一系列从高频到低频到趋势项的本征模态函数IMF；

经验模态分解(EMD)是将原始地震道信号分解成一系列本征模态函数IMF分量，即原始地震道信号X(t)＝C₁(t)+C₂(t)+…+C_n(t)+R_n(t))；其中，C_i(t)为第i个IMF分量，i＝1～n，R_n(t)为余量。

2)针对单条原始地震道信号，利用最大相关法选出煤层及烃源岩主要体现的IMF成分，计算各个IMF分量与原始地震道信号的相关系数。

由于地震资料的振幅、频率、能量等信息随煤层及烃源岩强振幅厚度的不同而有很大的变化；而能量法是利用地震反射波解释煤层及烃源岩强振幅厚度的主要方法，其受随机噪声影响较小，对于煤层、烃源岩强振幅及其相邻弱地震反射信号的差异性具有放大效应，能更敏锐地捕获到地震剖面中由于煤层、烃源岩导致的最大能量信号段，这种能量的差异与薄层的厚度和反射系数的变化都有关系，有利于煤层、烃源岩强振幅的消除；对于煤系地层共存的情况下，为了在对煤层及烃源岩强振幅消除的同时，保留其共存地层的弱信号特征，对于某条地震道，结合测井信息及最大相关法，优选出主要体现煤层及烃源岩信息的IMF成分。

最大相关法计算两个变量X和Y之间的相关系数计算公式如下： $R=corr(X,Y)=\frac{\mathrm{cov}(X,Y)}{{\mathrm{\σ}}_X{\mathrm{\σ}}_Y}=\frac{E\[(X-{\mathrm{\μ}}_x)\left(\right(Y-{\mathrm{\μ}}_Y)\]}{{\mathrm{\σ}}_X{\mathrm{\σ}}_Y},$ 其中，μ_x和σ_X分别是X的期望和方差；μ_Y和σ_Y分别是Y的期望和方差；cov为协方差；E为数学期望。一般地，当|R|≥0.8时,X和Y具有非常强的相关性；当0.6≤|R|＜0.8时,X和Y具有强相关性；当0.4≤|R|＜0.6时,X和Y具有中等相关性；当0.2≤|R|＜0.4时,X和Y具有弱相关性；当0≤|R|＜0.2时,X和Y不具有或者具有可忽视的相关性。

3)对选出的对应相关系数大于0.1的IMF分量逐道计算能量，查找出最大能量点t_max；IMF分量的能量计算为该IMF分量信号幅度值平方；根据地震信号特点，最大相关法选取|R|＞0.1的IMF分量作为主要体现煤层及烃源岩的IMF成分，实际地区可以根据该地区数据特点可调节。

4)对该单条地震道的IMF分量进行频谱分析，确定该地震道IMF信号的主频f_d，主频f_d为幅值最大处对应的频率；令T_d＝1/f_d，确定煤层及烃源岩强振幅薄层在该IMF分量中体现的顶和底的薄层的时间厚度为[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]，其中，k₁,k₂为常数系数，k₁,k₂是通过对过井地震道进行分析，利用测井资料进行井震标定，确定与煤层及烃源岩强振幅薄层对应的目的层段在地震反射波上体现的特征周期而得到的。

5)计算[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内的数据的能量E_s，能量E_s是对[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内各点幅值平方后求和，计算该地震道的平均能量E_ave，令对[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内的数据利用index系数将强振幅压制到与该地震道平均能量一致的量级上。

6)对该单条地震道相关系数小于0.1的IMF分量进行步骤3)～步骤5)的处理，将煤层及烃源岩强振幅对应的主要体现的频率段及强振幅下的IMF信号进行处理，对该单条地震道不同IMF处理后的信号及保留的IMF信号相加，获得处理后的该单条地震道信号。

7)对剩余各条原始地震道逐道重复上述步骤2)～步骤6)，实现对原始地震剖面煤层及烃源岩强振幅的压制。

本发明提供的这种基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法在对煤层及烃源岩强振幅信号进行压制的同时保留了信号中地层的信息，增强了与煤系地层共存地层的弱信号分量，处理后弱信号的瞬时属性得到了加强；同时，能够更有效地增强邻近区域的弱信号及微弱的油气响应特征，因此，能够用来进行二维及三维地震资料标志层强反射振幅的自适应消除和邻近区域弱信号的增强，针对二维地震数据及三维地震数据进行处理计算速度快，适合海量地震数据处理。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例以鄂尔多斯盆地苏里格地区的一条二维叠后偏移地震剖面处理为例，该区域为致密砂岩储层。

图1是苏里格地区的一条二维叠后偏移原始地震剖面图；先对过井地震道及其EMD分解产生IMF信号，如图3所示；然后分析过井地震道经过EMD分解后的IMF信号与原始过井地震到信号的相关性，结果如表1所示，进而得到利用本本发明方法处理后的各个IMF信号及最终重构的该地震道信号，如图4所示。而图2是利用本发明方法技术处理后的地震剖面图。表1：

图5是原始地震剖面的瞬时幅度图，图6为利用本发明方法处理后地震剖面的瞬时幅度图。图7为原始地震剖面的瞬时频率图，图8为利用本发明处理后地震剖面的瞬时频率图。

由上述各图可以看出，应用本发明方法后实现对原始地震剖面煤层及烃源岩强振幅的压制，处理后弱信号的瞬时属性得到了加强。

另外，在苏里格气田的勘探开发中，采用本发明方法在保持目的层弱反射的基础上，针对中生界及古生界地震标志层强反射振幅消除，共完成二维地震资料452公里，有效提高了目的层储层预测的符合率；并且该技术的应用有很好的技术和资料基础，是油气田发展的迫切需求，能在鄂尔多斯盆地内及类似油气藏中大力推广，具有很好的应用前景。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)对原始地震道信号逐道进行经验模态分解，将每条原始地震道信号分解得到一系列从高频到低频到趋势项的本征模态函数IMF；

2)针对单条原始地震道信号，利用最大相关法选出煤层及烃源岩主要体现的IMF成分，计算各个IMF分量与原始地震道信号的相关系数；

3)对选出的对应相关系数大于0.1的IMF分量逐道计算能量，查找出最大能量点t_max；

4)对该单条地震道的IMF分量进行频谱分析，确定该地震道IMF信号的主频f_d，令T_d＝1/f_d，确定煤层及烃源岩强振幅薄层在该IMF分量中体现的顶和底的薄层的时间厚度为[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]，其中，k₁,k₂为常数系数；

5)计算[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内的数据的能量E_s，计算该地震道的平均能量E_ave，令对[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内的数据利用index系数将强振幅压制到与该地震道平均能量一致的量级上；

6)对该单条地震道相关系数小于0.1的IMF分量进行步骤3)～步骤5)的处理，将煤层及烃源岩强振幅对应的主要体现的频率段及强振幅下的IMF信号进行处理，对该单条地震道不同IMF处理后的信号及保留的IMF信号相加，获得处理后的该单条地震道信号；

7)对剩余各条原始地震道逐道重复上述步骤2)～步骤6)，实现对原始地震剖面煤层及烃源岩强振幅的压制。

2.如权利要求1所述的基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，其特征在于：所述步骤1)中的经验模态分解是将原始地震道信号分解成一系列本征模态函数IMF分量，即原始地震道信号X(t)＝C₁(t)+C₂(t)+…+C_n(t)+R_n(t))；其中，C_i(t)为第i个IMF分量，i＝1～n，R_n(t)为余量。

3.如权利要求1所述的基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，其特征在于：所述步骤2)中最大相关法计算两个变量X和Y之间的相关系数计算公式如下： $R=corr(X,Y)=\frac{\mathrm{cov}(X,Y)}{{\mathrm{\&sigma;}}_X{\mathrm{\&sigma;}}_Y}=\frac{E\&lsqb;(X-{\mathrm{\&mu;}}_x)<\left(\right(Y-{\mathrm{\&mu;}}_Y)\&rsqb;}{{\mathrm{\&sigma;}}_X{\mathrm{\&sigma;}}_Y},$ 其中，μ_x和σ_X分别是X的期望和方差；μ_Y和σ_Y分别是Y的期望和方差；cov为协方差；E为数学期望。

4.如权利要求1所述的基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，其特征在于：所述步骤3)中IMF分量的能量为该IMF分量信号幅度值平方。

5.如权利要求1所述的基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，其特征在于：所述步骤4)中主频f_d为幅值最大处对应的频率。

6.如权利要求1所述的基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，其特征在于：所述步骤4)中的k₁,k₂是通过对过井地震道进行分析，利用测井资料进行井震标定，确定与煤层及烃源岩强振幅薄层对应的目的层段在地震反射波上体现的特征周期而得到的。

7.如权利要求1所述的基于经验模态分解检测地震标志层强反射振幅消除的方法，其特征在于：所述步骤5)中能量E_s是对[t_max-k₁T_d,t_max-k₂T_d]范围内各点幅值平方后求和。