CN105093315A - 一种去除煤层强反射信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除煤层强反射信号的方法，其包括以下步骤：优选原子库；利用匹配追踪算法对原始地震信号进行重构；利用匹配追踪算法匹配得到煤层强反射信号；从原始地震信号中将得到的煤层强反射信号减去，剩余信号即为期望的去煤层反射信号。本发明通过匹配追踪算法重构原始地震信号，重构过程简单，重构结果更理想；同时煤层强反射信号通过匹配追踪算法匹配计算得到，过程十分简单；根据本发明所述方法得到的去煤层反射结果信号有效的突出了砂泥岩的弱反射信息，易于储层预测研究，结果更加可靠有效，为储层预测和油气检测提供了依据。

Description

一种去除煤层强反射信号的方法

技术领域

本发明涉及地球物理技术领域，尤其涉及一种去除煤层强反射信号的方法。

背景技术

在储层预测过程中，由于煤系地层与非煤系地层波阻抗差异大，从而在煤层形成强反射信号，将砂岩与泥岩的反射信号淹没其中，导致煤系地层砂体尤其是薄砂体无法识别。将煤层的强反射信号去除，从而突出砂泥岩的弱反射信号，是目前煤系地层储层预测的一个思路。

目前采用的去除煤层强反射信号的技术方法较为单一，应用较多的是子波分解与重构技术。此技术利用多子波分解与重构去除煤层低频响应，把单道地震数分解为对应的多个不同频率雷克子波。因为雷克子波是振幅和主频唯一确定的子波,是可以解析的，所以可以利用其结果对地震数据进行分解、处理、解释，并根据研究需要开展分解频率域内任何单频或多频地震剖面重构，从而实现排除煤层干扰、提高分辨率以及进行一系列与频率有关的岩性和含油气检测的目的。但是基于单一固定子波假设的传统地震道模型具有其局限性，所以采用此技术去除煤层强反射信号的结果并不理想。

为此，针对储层预测过程如何去除煤层强反射信号，还需一种更加理想的方法，从而得到更加有效可靠的去除煤层强反射信号的结果。

发明内容

针对现有技术方法去除煤层强反射信号结果并不理想的现状，本发明提供了一种去除煤层强反射信号的方法，包含以下步骤：

步骤一，选择过完备字典作为原子库；

步骤二，基于所选原子库利用匹配追踪算法对原始地震信号进行重构；

步骤三，基于重构后的原始地震信号利用匹配追踪算法匹配分解得到煤层强反射信号；

步骤四，从原始地震信号中将得到的煤层强反射信号减去，剩余信号即为期望的去煤层反射信号。

根据本发明的一个实施例，所述步骤二中，基于所述原子库利用一些重要系数以及原子重构原始地震信号，其余系数为零。

根据本发明的一个实施例，所述步骤三中，利用匹配追踪算法对重构后的原始地震信号进行一次匹配分解从而得到煤层强反射信号。

根据本发明的一个实施例，所述步骤一中，通过比较备选过完备字典对原始地震数据的稀疏表示能力来优选出原子库。

根据本发明的一个实施例，选择一维非抽样小波变换(UDWT1D)字典作为原子库。

根据本发明的一个实施例，原始地震信号重构具体表示为：

式中：x为原始地震信号；为用于匹配追踪的原子库；α为原子所对应的系数；为通过匹配追踪算法搜索得到的第一个原子；α₁为第一个原子的系数；为信号的分量；R_k为稀疏表示信号的残差。

根据本发明的一个实施例，从所述原子库里选择最能匹配信号结构的一个信号原子来构建稀疏逼近，第一次迭代后得出煤层的强反射信号，即：

式中：x₁为煤层强反射信号；为通过匹配追踪算法搜索得到的第一个原子；α₁为第一个原子的系数；为第一次迭代后的强反射信号。

根据本发明的一个实施例，基于：得到所述去煤层反射信号；

式中：x为原始地震信号；为煤层强反射信号；R₁为去煤层反射信号。

根据本发明的一个实施例，所述步骤三中，在所述煤层强反射信号偏离目标反射轴的情况下，加入煤系地层层位约束将其修正。

根据本发明的一个实施例，所述步骤三中，通过空间平滑处理来消除所述煤层强反射信号存在的空间不连续，进而得到空间上稳定连续的强反射轴。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、通过匹配追踪算法重构原始地震信号，重构过程十分简单，重构结果更理想；

2、通过匹配追踪算法匹配计算煤层强反射信号，一次分解即可匹配出煤层强反射信号，第一次迭代后匹配出的强反射信号即为煤层强反射信号，残差信号即为去煤层强反射结果信号，匹配计算过程十分简单，结果更加理想；

3、根据本发明所述方法得到的去煤层反射结果信号有效的突出了砂泥岩的弱反射信息，易于储层预测研究，结果更加可靠有效，为储层预测和油气检测提供了依据。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例去除煤层强反射信号的流程图；

图2a是根据本发明一实施例中一道原始地震反射记录

图2b是根据本发明一实施例中一道煤层强反射信号描绘的波形图；

图2c是根据本发明一实施例中一道去除煤层强反射信号后的反射信号描绘的波形图；

图3是根据本发明一实施例的优选原子库过程中原子库稀疏性效果对比图；

图4a是根据本发明一实施例中原始地震波信号生成的地震剖面图；

图4b是根据本发明一实施例中去除煤层强反射信号后的反射信号生成的地震剖面图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明一实施例去除煤层强反射信号的流程图。如图1所示，首先在步骤S100中，接收原始的地震信号。原始的的地震信号以波形的形式记录。

接下来在步骤S110中，优选一个过完备字典作为原子库。备选过完备字典有：Fourier1D字典、一维局部离散余弦变换(LDCT1D)字典、一维双树复小波变换(DTCWT1D)字典、一维非抽样小波变换(UDWT1D)字典。本实施例中通过比较原始地震数据中一道地震数据分别在上述过完备字典中的稀疏性来优选原子库。

图3是根据本发明一实施例的优选原子库过程中原子库稀疏性效果对比图。如图3所示，坐标图横坐标为原子库最大系数百分比，纵坐标为原子库相对重构误差。将各个备选过完备字典表示在坐标轴中，每个备选过完备字典可以生成一条误差曲线。线条310代表UDWT1D字典，线条320代表DTCWT1D字典，线条330代表LDCT1D字典，线条340代表Fourier1D字典。

比较所有的误差曲线，在最大系数百分比相同的情况下，线条310的误差值相对最小。由此可得线条310所代表的UDWT1D字典的稀疏表示能力是最优的。同时考虑UDWT1D字典具有平移不变性，因此选择UDWT1D字典作为原子库。

在步骤S120中，基于所选的原子库利用匹配追踪算法重构原始地震信号。利用匹配追踪算法，信号可以通过所选原子库中很少量元素的线性组合来表示。基于所选原子库利用一些重要系数以及原子重构原始地震信号，其余系数为零。信号重构过程十分简单。

基于一维非抽样小波变换(UDWT1D)字典原始地震信号重构为：

式中：x为原始地震信号；为用于匹配追踪的原子库；α为原子所对应的系数；为信号的分量；R_k为稀疏表示信号的残差；当k＝1时，为通过匹配追踪算法搜索得到的第一个原子，α₁为第一个原子的系数；N为大于等于1的整数。

匹配追踪算法可以自适应的选择合适的基函数来分解信号，再加上采用稀疏能力最优，且具有平移不变性的一维非抽样小波变换(UDWT1D)字典作为原子库，更加适合重构具有时域和频域局部化特征的地震波信号，重构结果更理想。

在步骤S130中，基于重构后的信号利用匹配追踪算法匹配得到煤层强反射信号。匹配追踪算法会首先匹配出最强的反射能量，因此只需要一次分解即可匹配出煤层强反射信号，匹配计算过程十分简单。在步骤S130中，从所选原子库里选择最能匹配信号结构的一个信号原子来构建稀疏逼近，第一次迭代后的强反射即为煤层的强能量，即地震信号重构表达式中k＝1的信号分量即为煤层的强能量：

式中：x₁为煤层强反射信号；为通过匹配追踪算法搜索得到的第一个原子；α₁为第一个原子的系数；为第一次迭代后的强反射信号。

在步骤131中，在煤层强反射信号偏离目标反射轴的情况下，加入煤系地层层位约束将其修正。在实际操作中，煤层强反射信号可能会偏离目标反射轴，从而造成某一煤系地层的煤层强反射信号数据被添加到其他煤系地层中，因此，事先加入煤系地层层位约束，以便在出现煤层强反射信号偏离目标反射轴的情况，根据煤系地层层位约束修正煤层强反射信号的偏离。

同时因为由匹配追踪得到的煤层强反射信号存在空间不连续问题，所以在步骤S132中，通过空间平滑处理消除煤层强反射信号存在的空间不连续，进而得到空间上稳定连续的强反射轴。

最后在步骤S140中，从原始地震信号中将匹配得到的煤层强反射信号减去，就可以得到期望的去煤层反射结果。

步骤S140具体如下式：

式中：x为原始地震信号；为煤层强反射信号；R₁为去除煤层强反射信号后的有效反射信号。

信号R₁有效的突出了砂泥岩的弱反射信息，易于储层预测研究，结果更加可靠有效，为储层预测和油气检测提供了依据。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各步骤可以部分的或者全部的用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

图2a、图2b和图2c构成了一组根据本发明一实施例去除煤层强反射信号的原理图。在图2a、图2b或图2c中，210、230、250为该道反射系数示意图，220、240、260为地震反射记录示意图。

图2a所示为原始地震波信号。图2a中210是原始地震波信号的反射系数示意图，即显示的是上述公式(1)中的α的各个值的图形表达。220是原始地震波信号的地震反射记录示意图，即上述公式(1)的图形表达。将原始地震波信号的重构表达式进行第一次迭代就可以得到如图2b所示的煤层强反射信号。

图2b中的230是煤层强反射信号的反射系数示意图，即上述公式(2)中α₁的值的图形表达。240是煤层强反射信号的地震反射记录示意图，即上述公式(2)的图形表达。从图2a所示原始地震信号中将对应的如图2b所示煤层强反射信号减去，就可以得到如图2c所示的去煤层后的有效反射信号。

图2c中的250是有效反射信号的反射系数示意图，即上述公式(3)中R₁的系数的图形表达。260是有效反射信号的地震反射记录示意图，即上述公式(3)中R₁的图形表达。对比图2a和图2c所示的反射系数可以看出，图2a中最大的反射系数被去除。且对比图2a和图2c所示的地震反射记录可以看出，经过去除图2b所示煤层强反射信号，原来在图2a中没有体现出来的弱反射信号在图2c中得到体现。

通过对比图4a和图4b可以直观的看出根据本发明一实施例利用匹配追踪算法去除煤层强反射信号的实施效果。图4a所示图形显示了一口气井的含气饱和度曲线。图4b为图4a所示信息经过去除煤层强反射信号处理后得到的含气饱和度曲线。

比较图4a和图4b所示图形，在图4b所示图形中，标识420处含气饱和度曲线显示此处包含较厚气层，但是上述信息在图4a上并没有显示。其原因就在于煤系地层强反射信号的影响。经过去除煤层强反射信号，标识420处的气层反射信号在图4b中得到体现。经过处理后的信号更加符合实际情况，从而大大提高了数据信号的准确性、可靠性。

比较图4a和图4b所示图形，经过去煤层处理，410标识处煤系地层强反射能量(波谷反射)明显减弱，非煤系地层能量相对增强。在图4b中，去煤层后煤系地层中的弱反射能量凸显出来，砂泥岩反射界面突出出来，易于储层预测研究。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围。

Claims (10)

1.一种去除煤层强反射信号的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

步骤一，选择过完备字典作为原子库；

步骤二，基于所选原子库利用匹配追踪算法对原始地震信号进行重构；

步骤三，基于重构后的原始地震信号利用匹配追踪算法匹配分解得到煤层强反射信号；

步骤四，从原始地震信号中将得到的煤层强反射信号减去，剩余信号即为期望的去煤层反射信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，基于所述原子库利用一些重要系数以及原子重构原始地震信号，其余系数为零。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，利用匹配追踪算法对重构后的原始地震信号进行一次匹配分解从而得到煤层强反射信号。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，通过比较备选过完备字典对原始地震数据的稀疏表示能力来优选出原子库。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，选择一维非抽样小波变换字典作为原子库。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，原始地震信号重构具体表示为：

式中：x为原始地震信号；为用于匹配追踪的原子库；α为原子所对应的系数；为信号的分量；R_k为稀疏表示信号的残差；k＝1时，为通过匹配追踪算法搜索得到的第一个原子，α₁为第一个原子的系数；N为大于等于1的整数。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，从所述原子库里选择最能匹配信号结构的一个信号原子来构建稀疏逼近，第一次迭代后得出煤层的强反射信号，即：

式中：x₁为煤层强反射信号；为通过匹配追踪算法搜索得到的第一个原子；α₁为第一个原子的系数；为第一次迭代后的强反射信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，基于：得到所述去煤层反射信号；式中：x为原始地震信号；为煤层强反射信号；R₁为去煤层反射信号。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，在所述煤层强反射信号偏离目标反射轴的情况下，加入煤系地层层位约束将其修正。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，通过空间平滑处理来消除所述煤层强反射信号存在的空间不连续，进而得到空间上稳定连续的强反射轴。