CN105403915A - 基于谱模拟提取地层瞬时吸收衰减参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的基于谱模拟提取地层瞬时吸收衰减参数的方法，是通过改进型高分辨率广义S变换时频分析得到地震记录的瞬时时频谱特征，利用指数多项式进行谱模拟去除地层反射系数非白噪成分的影响，得到准确的高频衰减系数、低频衰减系数、主频等三种瞬时属性参数，再通过三种参数的综合分析，提高对储层及油气识别的精度。其通过改进广义S变换，提高了时频分辨能力，得到可靠的地震信号时频谱。通过引入调节参数λ、p并对其进行标准化处理，解决了窗函数造成的高频能量加权效应。通过指数多项式模型的地震子波模拟，去除了地层反射系数的影响，提高了地震子波提取的精度，实现了主频、高频衰减系数、低频衰减系数等的准确计算，从而提高了流体识别精度。

Description

基于谱模拟提取地层瞬时吸收衰减参数的方法

技术领域

本发明属于油气勘探地球物理参数处理方法领域，具体是一种高精度的地层瞬时吸收衰减参数提取方法。

现有技术

地层吸收衰减参数是对储层及油气性质较为敏感的岩石物理参数之一。由于实际地震资料包含反射系数、地震子波及噪音信息，如何去除地震反射系数及噪音的影响提取瞬时的地层吸收衰减参数是地球物理领域的难点之一。现有提取吸收衰减参数的方法是频谱比法、基于广义S变换方法、基于瞬时地震子波方法。频谱比法是直接利用不同时间点处地震记录的频谱比计算吸收衰减参数，没有去除地层反射系数的影响，且分辨率较低。基于广义S变换方法是首先对地震记录进行广义S变换得到复地震道，再直接求取其瞬时频率、瞬时振幅、瞬时相位来表征吸收衰减参数的变化，不足之处是没有去除地层反射系数影响。基于瞬时地震子波方法则是首先从地震道中提取地震子波，然后利用子波特征求取吸收衰减参数，其难点在于准确的地震子波求取较为困难。

发明目的

本发明的目的针对现有技术存在的问题，提出一种基于谱模拟方法，在改进广义S变换高分辨率地震时频分析基础上，准确计算地层瞬时吸收衰减参数(高频衰减系数、低频衰减系数、主频)，通过三种属性参数的综合分析，提高对储层及油气识别的精度的基于谱模拟提取地层瞬时吸收衰减参数的方法。

发明内容

本发明的总体技术路线是通过改进型高分辨率广义S变换时频分析得到地震记录的瞬时时频谱特征，利用指数多项式进行谱模拟去除地层反射系数非白噪成分的影响，得到准确的高频衰减系数、低频衰减系数、主频等三种瞬时属性参数，再通过三种参数的综合分析，提高对储层及油气识别的精度。

本发明具体技术方案主要包括下述步骤：

(1)改进型广义S变换进行地震记录时频分析是在高分别率广义S变换，即加窗的时变傅里叶变换基础上，其公式为

$S(\mathrm{\τ},f)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}h\left(t\right)\·w(\mathrm{\τ}-t,f)\·\exp (-2\mathrm{\πift})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中h(t)为地震信号，为高斯窗函数，

将公式(1)中的广义S变换的窗函数用f/r替换f，如下式所示：

$w(t,f)=\sqrt{\frac{{\left|f\right|}^p}{2\mathrm{\π\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)---\left(2\right)$

对窗函数进行能量归一化处理，得到窗函数如下：

$w_N(t,f)=\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)---\left(3\right)$

其中：窗函数的时间宽度随着频率f的增加而减小，p和λ是调节参数，

最后得到改进型广义S变换的表达式为

$\begin{array}{c}{\mathrm{GST}}_N(\mathrm{\τ},f)={\∫}_{-\∞}^{\∞}h\left(t\right)\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π\λ}}}\exp \left(\frac{{-f}^p{(t-\mathrm{\τ})}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)\exp (-2\mathrm{\πft})\mathrm{dt}=\\ \left[h\left(\mathrm{\τ}\right)\exp (-i2\mathrm{\πf\τ})\right]*\left[\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^P}{\mathrm{\π\λ}}}\exp \left(\frac{-f^P{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)\right]=p(\mathrm{\τ},f)*w(\mathrm{\τ},f)\end{array}---\left(4\right)$

(2)利用指数多项式是对地震时频谱进行谱模拟，即采用指数形式的数学多项式作为地震子波的基本数学模型，其表达式为：

W(f)＝f^αe^H(f)(5)

其中：f为频率；α为常数；H(f)为f的多项式，假设该多项式阶数为β，在最小二乘意义下，在给定参数α和β的前提下，用公式(5)对地震记录振幅谱进行拟合，得到多项式H(f)的系数，即得到子波振幅谱的估计值W(f)；

(3)地层吸收衰减参数提取是利用瞬时地震子波谱，首先计算其峰值频率，并选取合适的起始频率和截止频率，利用初始频率到峰值频率的时频幅度谱在最小二乘意义上进行一阶指数拟合，得到的指数项即为低频衰减系数；利用峰值频率到截止频率范围内的时频幅度谱在最小二乘意义下进行频率的一阶指数拟合，得到的指数项即为高频衰减系数。

发明效果

该方法通过时频分析技术和谱模拟技术的结合，着力于得到高分辨率的、准确的地层吸收衰减参数。其具体优势和特点表现在以下几个方面：

第一、通过改进广义S变换，提高了时频分辨能力，得到可靠的地震信号时频谱。通过引入调节参数λ、p并对其进行标准化处理，解决了窗函数造成的高频能量加权效应。

第二、通过指数多项式模型的地震子波模拟，去除了地层反射系数的影响，提高了地震子波提取的精度，实现了主频、高频衰减系数、低频衰减系数等的准确计算，从而提高了流体识别精度。

附图说明

图1(a)是一道实际地震记录；图1(b)是改进广义S变换时频谱，参数为：λ＝1.0、p＝2.0；图1(c)是改进广义S变换时频谱，参数为：λ＝1.0、p＝2.3。

图2谱模拟示意图。

图3为主频、高频衰减系数、低频衰减系数拟合示意图。

图4为地震剖面示意图。

图5为主频剖面示意图。

图6为高频衰减系数剖面示意图。

图7为低频衰减系数剖面示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步阐述。

(1)利用改进型广义S变换进行地震记录时频分析

Stockwell提出了S变换，其本质是加窗的时变傅里叶变换，其公式为

$S(\mathrm{\τ},f)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}h\left(t\right)\·w(\mathrm{\τ}-t,f)\·\exp (-2\mathrm{\πift})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中h(t)为地震信号，为高斯窗函数，。

不同的窗函数确定了S变换的时频分辨率。为了调整窗函数幅度变化与宽度变化的关系，增加S变换的灵活性，广义S变换的窗函数用f/r替换f，如下式所示：

$w(t,f)=\sqrt{\frac{{\left|f\right|}^p}{2\mathrm{\π\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)---\left(2\right)$

但广义S变换窗函数不满足能量归一化条件且时频分布的高频端能量产生明显的加权效应，得到不准确的时频谱能量分布特征。为解决这一难题，本方法对窗函数进行能量归一化处理，得到窗函数如下：

$w_N(t,f)=\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π\λ}}}\exp \left(\frac{-f^p{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)---\left(3\right)$

其中：窗函数的时间宽度随着频率f的增加而减小，p和λ是调节参数。改进广义S变换的表达式如下所示：

$\begin{array}{c}{\mathrm{GST}}_N(\mathrm{\τ},f)={\∫}_{-\∞}^{\∞}h\left(t\right)\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^p}{\mathrm{\π\λ}}}\exp \left(\frac{{-f}^p{(t-\mathrm{\τ})}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)\exp (-2\mathrm{\πft})\mathrm{dt}=\\ \left[h\left(\mathrm{\τ}\right)\exp (-i2\mathrm{\πf\τ})\right]*\left[\sqrt[4]{\frac{{\left|f\right|}^P}{\mathrm{\π\λ}}}\exp \left(\frac{-f^P{t}^2}{2\mathrm{\λ}}\right)\right]=p(\mathrm{\τ},f)*w(\mathrm{\τ},f)\end{array}---\left(4\right)$

图1(a)是一道实际地震记录；图1(b)是改进广义S变换时频谱，参数为：λ＝1.0、p＝2.0；图1(c)是改进广义S变换时频谱，参数为：λ＝1.0、p＝2.3。根据实际应用的需要，可以选用不同的调节参数以获得不同的时频分辨率。改进广义S变换具有很好的灵活性，而且时频分辨率整体较高。

(2)利用指数多项式对地震时频谱进行谱模拟

谱模拟技术是假设地震子波振幅光滑的前提下，给定子波模型的数学表达式，采用优化方法将地震子波振幅谱从地震记录振幅谱中估计出来。本方法采用指数形式的数学多项式作为地震子波的基本数学模型。其表达式如下：

W(f)＝f^αe^H(f)(5)

其中：f为频率；α为常数；H(f)为f的多项式，假设该多项式阶数为β。在最小二乘意义下，在给定参数α和β的前提下，用公式(5)对地震记录振幅谱进行拟合，可以得到多项式H(f)的系数，即得到子波振幅谱的估计值W(f)。对图1中的地震子波振幅谱拟合结果如图2所示，通过时频域连续出就可以得到时变的瞬时子波谱。

该子波振幅谱估计方法对反射系数是非白噪序列情况时具有很好的包容性，能够有效降低反射系数非白噪成分对子波振幅谱估计的影响。

(3)地层吸收衰减参数提取

利用得到的瞬时地震子波谱，首先计算其峰值频率，并选取合适的起始频率和截止频率。利用初始频率到峰值频率的时频幅度谱在最小二乘意义上进行一阶指数拟合，得到的指数项即为低频衰减系数；利用峰值频率到截止频率范围内的时频幅度谱在最小二乘意义下进行频率的一阶指数拟合，得到的指数项即为高频衰减系数，在数值上该系数为负值。图3为主频、高频衰减系数、低频衰减系数拟合示意。

在XX油田XX地区进行了实验，取得了较好的效果。图4、5、6、7分别为地震剖面，主频剖面、高频衰减系数剖面、低频衰减系数剖面。当地层含气时高频衰减系数有明显的异常，主频也有一定的变化，而低频衰减系数无明显异常。

Claims (3)

1.基于谱模拟提取地层瞬时吸收衰减参数的方法，其特征是通过改进型广义S变换时频分析得到地震记录的瞬时时频谱特征；利用指数多项式进行谱模拟去除地层反射系数非白噪成分的影响；得到准确的高频衰减系数、低频衰减系数、主频三种瞬时属性参数，即提取地层吸收衰减参数；再通过三种参数的综合分析，提高对储层及油气识别的精度。

2.根据权利要求1所述的基于谱模拟提取地层瞬时吸收衰减参数的方法，其特征是：

所述利用指数多项式是对地震时频谱进行谱模拟，即采用指数形式的数学多项式作为地震子波的基本数学模型，其表达式为：

W(f)＝f^αe^H(f)(5)

其中：f为频率；α为常数；H(f)为f的多项式，假设该多项式阶数为β，在最小二乘意义下，在给定参数α和β的前提下，用公式(5)对地震记录振幅谱进行拟合，得到多项式H(f)的系数，即得到子波振幅谱的估计值W(f)；

所述地层吸收衰减参数提取是利用瞬时地震子波谱，首先计算其峰值频率，并选取合适的起始频率和截止频率，利用初始频率到峰值频率的时频幅度谱在最小二乘意义上进行一阶指数拟合，得到的指数项即为低频衰减系数；利用峰值频率到截止频率范围内的时频幅度谱在最小二乘意义下进行频率的一阶指数拟合，得到的指数项即为高频衰减系数。

3.根据权利要求1或2所述的基于谱模拟提取地层瞬时吸收衰减参数的方法，其特征是：

(1)所述改进型广义S变换进行地震记录时频分析是在高分别率广义S变换，即加窗的时变傅里叶变换基础上，其公式为

其中h(t)为地震信号，为高斯窗函数，

将公式(1)中的广义S变换的窗函数用f/r替换f，如下式所示：

对窗函数进行能量归一化处理，得到窗函数如下：

其中：窗函数的时间宽度随着频率f的增加而减小，p和λ是调节参数，

最后得到改进型广义S变换的表达式为

。