CN110490111B - 一种基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法，包括以下步骤：S1：选择目标区域内的强反射层进行层拉平处理；S2：将层拉处理后的地震数据作为输入数据，采用LLE方法寻找相对于每个样本点xi的欧氏距离最近的k个样本点，其中xi为输入地震数据的每个采样点，将其规定为所求点的近邻点xj，k是一个预先给定的值；解决了以往方法计算过程比较复杂、计算效率不高、最优参数选取不易和没有达到较为理想的最优效果的问题。

Description

一种基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法
技术领域
本发明涉及地震强反射层分离方法领域，特别是一种基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法。
背景技术
地震勘探是寻找油气的主要手段，利用地震资料进行储层预测和流体识别一直是油气勘探领域的主要研究领域。但是，地震资料中通常含有不同程度的强反射波干扰，从而屏蔽了储层的有效反射信息，如：目标砂体顶部含灰或因泥岩脱水等作用形成的高速层干扰；在沙泥页岩层发育区，上下界面较大的波阻抗差异导致了强反射同相轴的出现，强反射同相轴严重屏蔽了下部储层的弱信号；煤系地层沉积时，往往会造成煤层和目标储层存在上下叠置关系，从而导致有效砂体反射信息淹没于煤层反射之中；由于地质沉积间断面会引起不整合破碎带强反射屏蔽不整合附近的有效砂体反射等。针对上述地质沉积环境可知，由于其地球物理特征主要表现为较强的反射波同相轴，严重屏蔽了相邻储层的弱反射信号，降低了储层预测的精度，成为亟待解决的问题。常规处理的地震资料很难满足复杂储层精细解释的需求。
强反射层在实际资料分析中普遍存在，传统描述这类储层的方法是按照一定时窗提取属性，直接进行分析和描述，但是由于强反射层对下部储层的屏蔽作用，下伏地层的地震响应特征淹没在上部强反射波形特征中，直接提取地震平面属性无法有效识别相应含油气储层的分布范围，这大大影响了储层预测成果的精度。
后来，为了解决这个问题，有研究人员提出使用匹配追踪算法(MatchingPursuitAlgorithm)对强反射层进行分离，取得了一定的效果，但是，匹配追踪法对地震信号进行处理时，受数据噪音影响严重，造成分解出的原子不稳定，波形多变，处理结果的横向不稳定性和非唯一性，很难保证空间上较强的连续性，并没有达到较为理想的最优效果。
为了找到更好的去除强反射层的方法，我们从另一个角度—特征提取的角度，提出了一种基于局部线性嵌入(Locally Linear Embedding,LLE)的方法来进行强反射层的分离的新方法，取得了比较理想的效果。
局部线性嵌入(Locally LinearEmbedding,以下简称LLE)是一种降维方法，LLE在降维时保持了样本的局部特征，与常用的线性降维方法PCA、LDA等相比，特征提取能力更强，更具有普遍意义。
LLE是一种针对非线性数据的一种新的降维技术，它的基本思想是，把数据集看做是由许多相互邻接的局部线性块拼接而成即假设数据集为某一局部线性流形的采样,这种局部线性块或邻域概要的描述了高维数据集的本征属性,从而抓住了这种特性,也就抓住了高维数据集的根本特征,LLE方法便是以此为出发点的。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法，解决了以往方法计算过程比较复杂、计算效率不高、最优参数选取不易和没有达到较为理想的最优效果的问题。
本发明采用的技术方案是，一种基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法，包括以下步骤：
S1：选择目标区域内的强反射层进行层拉平处理；
S2:将层拉平后的地震数据作为输入数据，采用LLE方法寻找相对于每个样本点xi的欧氏距离最近的k个样本点，其中xi为输入地震数据的每个采样点，将其规定为所求点的近邻点xj，k是一个预先给定的值；
S3：由每个样本点的近邻点xj计算出该样本点的局部重建权值矩阵，从而提取地震数据的强背景反射特征，特征中包含强反射层的部分，
Figure BDA0002163473770000031
式中，xi表示输入地震数据的每个采样点；xj表示xi的邻近点；wij表示重构权值；
S4：由该样本点的局部重建权值矩阵和其近邻点计算出该样本点的输出值，利用特征向量重构地震数据，得到仅包含强反射层的地震数据，
Figure BDA0002163473770000032
式中，yi表示输入地震数据降维后的低维空间映射；yj表示xi的邻近点降维后的低维空间映射；
S5：在原层拉平地震数据中减去得到的仅包含强反射层的层拉平地震数据，得到去除强反射层后的层拉平地震数据zi；
zi＝xi-yi
式中，xi为原层拉平地震数据，yi为得到的仅包含强反射层的层拉平地震数据，zi为去除强反射层后的层拉平地震数据；
S6：通过与实际储层响应特征判断是否去除强反射过量，若是，去除地震数据中没有储层反射特征，对去除掉的特征向量值整体乘以系数后，再叠加到去除强反射层后的层拉平地震数据zi中得到地震数据Z’i；若否，则系数根据实际地震反射特征匹配情况进行判断，通常Z’i取0.1-0.5；
S7：对得到的地震数据Z’i进行一次反层拉平处理，得到最终去除强反射层的地震数据。
优选地，S2的LLE方法包括以下步骤：
S21：寻找相对于每个样本点xi的欧氏距离最近的k个样本点规定为所求点的近邻点,k是一个预先给定的值；
S22：由每个样本点的近邻点xi计算出该样本点的局部重建权值矩阵；
Figure BDA0002163473770000041
式中，xi表示输入地震数据的每个采样点；xj表示xi的邻近点；wij表示重构权值；
S23：由该样本点的局部重建权值矩阵和其近邻点计算出该样本点的输出值
Figure BDA0002163473770000042
式中，yi表示输入地震数据降维后的低维空间映射；yj表示xi的邻近点降维后的低维空间映射。
优选地，S6实际储层响应特征为过井点地震振幅值。
本发明基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法的有益效果如下：
1.本发明采用的是另一种方式，采用特征提取的方式，以LLE的降维方法来提取并分离强反射层，分离效果理想，计算效率较高，适合工业流程。另外，在特征提取前，采用了层拉平的技术来对要提取分离的强反射层特征进行了一定的增强，提升了处理效果。
2.本发明受数据噪声影响小，实现简单，参数容易选择，计算效率高，适合大量数据计算。
3.地震数据除强反射层外损失小，分离效果好，分离的稳定性和连续性要优于匹配追踪法，对处理后的储层预测和流体识别有很大的帮助。
附图说明
图1为本发明基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法的总流程框图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法，包括以下步骤：
S1：选择目标区域内的强反射层进行层拉平处理；
S2:将层拉平后的地震数据作为输入数据，采用LLE方法寻找相对于每个样本点xi的欧氏距离最近的k个样本点，其中xi为输入地震数据的每个采样点，将其规定为所求点的近邻点xj，k是一个预先给定的值；
S3：由每个样本点的近邻点xj计算出该样本点的局部重建权值矩阵，从而提取地震数据的强背景反射特征，特征中包含强反射层的部分，
Figure BDA0002163473770000051
式中，xi表示输入地震数据的每个采样点；xj表示xi的邻近点；wij表示重构权值；
S4：由该样本点的局部重建权值矩阵和其近邻点计算出该样本点的输出值，利用特征向量重构地震数据，得到仅包含强反射层的地震数据，
Figure BDA0002163473770000052
式中，yi表示输入地震数据降维后的低维空间映射；yj表示xi的邻近点降维后的低维空间映射；
S5：在原层拉平地震数据中减去得到的仅包含强反射层的层拉平地震数据，得到去除强反射层后的层拉平地震数据zi；
zi＝xi-yi
式中，xi为原层拉平地震数据，yi为得到的仅包含强反射层的层拉平地震数据，zi为去除强反射层后的层拉平地震数据；
S6：通过与实际储层响应特征判断是否去除强反射过量，若是，去除地震数据中没有储层反射特征，对去除掉的特征向量值整体乘以系数后，再叠加到去除强反射层后的层拉平地震数据zi中得到地震数据Z’i；若否，则系数根据实际地震反射特征匹配情况进行判断，通常Z’i取0.1-0.5；
S7：对得到的地震数据Z’i进行一次反层拉平处理，得到最终去除强反射层的地震数据。
本实施方案的S2的LLE方法包括以下步骤：
S21：寻找相对于每个样本点xi的欧氏距离最近的k个样本点规定为所求点的近邻点,k是一个预先给定的值；
S22：由每个样本点的近邻点xi计算出该样本点的局部重建权值矩阵；
Figure BDA0002163473770000061
式中，xi表示输入地震数据的每个采样点；xj表示xi的邻近点；wij表示重构权值；
S23：由该样本点的局部重建权值矩阵和其近邻点计算出该样本点的输出值
Figure BDA0002163473770000062
式中，yi表示输入地震数据降维后的低维空间映射；yj表示xi的邻近点降维后的低维空间映射。
本实施方案的S6实际储层响应特征为过井点地震振幅值。
本实施方案在实施时，步骤一，选择目标区域内的强反射层进行层拉平处理，目的是突出强能量层的几何特征，比如连续性等等；
步骤二，将层拉平后的地震数据作为输入数据，采用LLE方法寻找相对于每个样本点xi(其中xi为输入地震数据的每个采样点)的欧氏距离最近的k个样本点，将其规定为所求点的近邻点xj，k是一个预先给定的值，该过程是求K近邻的过程，这个过程使用了和KNN算法一样的求最近邻的方法；
步骤三，由每个样本点的近邻点xj计算出该样本点的局部重建权值矩阵，从而提取地震数据的强背景反射特征，即特征中包含强反射层的部分；
Figure BDA0002163473770000071
式中，xi—输入地震数据的每个采样点；xj—xi的邻近点；wij—重构权值；
步骤四，由该样本点的局部重建权值矩阵和其近邻点计算出该样本点的输出值，最后利用特征向量重构地震数据，得到仅主要包含强反射层的地震数据；
Figure BDA0002163473770000072
式中，yi—输入地震数据降维后的低维空间映射；yj—xi的邻近点降维后的低维空间映射；
步骤五，在原层拉平地震数据中减去第二步得到的仅包含强反射层的层拉平地震数据，得到去除强反射层后的层拉平地震数据。
zi＝xi-yi
式中，xi为原层拉平地震数据，yi为得到的仅包含强反射层的层拉平地震数据，zi为去除强反射层后的层拉平地震数据；
步骤六，通过与实际储层响应特征判断是否去除强反射过量，其具体判断特征为过井点地震振幅值，如该井为储层位置表现为振幅异常值，去除后该处振幅异常得到很好的保留，则判断为去除适度，反之，即为去除过量，如果去除地震数据中没有储层反射特征，则对去除掉的特征向量值整体乘以系数后，再叠加到步骤五中得到地震数据中。系数根据实际地震反射特征匹配情况进行判断，通常取0.1-0.5。
步骤七，将处理后的层拉平地震数据，即步骤六得到的地震数据进行一次反层拉平处理，得到最终去除强反射层的地震数据。

Claims (2)

1.一种基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选择目标区域内的强反射层进行层拉平处理；
S2：将层拉平处理后的地震数据作为输入数据，采用LLE方法寻找相对于每个样本点xi的欧氏距离最近的k个样本点，将其规定为所求点的近邻点xj，k是一个预先给定的值；
S3：由每个样本点的近邻点xj计算出该样本点的局部重建权值矩阵，从而提取地震数据的强背景反射特征，特征中包含强反射层的部分，
Figure FDA0003236332390000011
式中，xi表示输入地震数据的每个采样点；xj表示xi的近邻点；wij表示重建权值；
S4：由该样本点的局部重建权值矩阵和其近邻点计算出该样本点的输出值，利用特征向量重构地震数据，得到仅包含强反射层的地震数据，
Figure FDA0003236332390000012
式中，yi表示输入地震数据降维后的低维空间映射；yi表示xi的近邻点降维后的低维空间映射；
S5：在原层拉平地震数据中减去得到的仅包含强反射层的层拉平地震数据，得到去除强反射层后的层拉平地震数据zi；
zi＝xi-yi
式中，xi为原层拉平地震数据，yi为得到的仅包含强反射层的层拉平地震数据，zi为去除强反射层后的层拉平地震数据；
S6：通过与实际储层响应特征判断是否去除强反射过量，若是，去除地震数据中没有储层反射特征，对去除掉的特征向量值整体乘以系数后，再叠加到去除强反射层后的层拉平地震数据zi中得到地震数据Zi'；若否，则系数根据实际地震反射特征匹配情况进行判断；
S7：对得到的地震数据Zi'进行一次反层拉平处理，得到最终去除强反射层的地震数据。
2.根据权利要求1所述的基于局部线性嵌入的地震强反射层分离方法，其特征在于，所述S6实际储层响应特征为过井点地震振幅值。
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