CN111290023A - 基于地震数据优势频率的三属性融合断层识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是基于地震数据优势频率的三属性融合断层识别方法，其包括：第一步，对目标区域的全频带地震数据分频处理；第二步，优势频率数据体选取；第三步，相干、倾角、方位角属性体制作；第四步，将相干、倾角和方位角这三种属性应用HIS进行叠合显示，得到最终三属性融合体，制作解释目标构造层位属性切片，断层平面要素特征将得到清晰显示。本发明对原始全频带地震数据体进行分频处理，从系列单频带地震数据体中优选出有效信息最强的数据体，分别制作相干、倾角和方位角属性体，将三种属性体通过颜色融合得到综合地震属性体，再用于断层识别，识别能力明显增强，达到直接使用地震数据识别断距5m以上断层的精度。

Description

基于地震数据优势频率的三属性融合断层识别方法

技术领域：

本发明涉及的是油气勘探开发领域，具体涉及的是基于地震数据优势频率的 三属性融合断层识别方法。

背景技术：

油田勘探开发中，使用原始采集、处理后的全频带地震数据体提取优选属 性开展断层识别。全频带地震数据体中涵盖了有效带宽内连续的单频率数据信 息，这些连续的单频率地震信息振幅和相位不同，采集获取作为整体叠加使有 效信息此消彼长，削弱了地震数据的断层识别能力。随着石油勘探开发的不断 深入，利用全频带地震数据体开展断层识别时，地震数据的识别能力受到削弱， 已不能适应需要。

发明内容：

本发明的一个目的是提供基于地震数据优势频率的三属性融合断层识别方 法，这种基于地震数据优势频率的三属性融合断层识别方法用于解决利用全频 带地震数据体开展断层识别时，地震数据的识别能力受到削弱的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于地震数据优势频率的 三属性融合断层识别方法包括如下步骤：

第一步，对目标区域的全频带地震数据分频处理；

采用匹配追踪算法将地震信号从时间域转换到频率域，对地震信号进行匹 配追踪，首先要建立一个用来分解信号的基本函数库，这个基本函数库能把信 号成份从时、频两域分开，定义如公式(1)：

(1)式中：g为基本函数库；t为地震双程旅行时；l_m为选取时窗长度；τ_m为时窗移动距离；ω_m为采样频率；m为地震双程旅行时离散化个数；

匹配追踪算法的实现步骤如下：

①从基本函数库中选出与给定信号f(t)最为匹配的函数g₀(t)，即g₀(t)与f(t) 的内积＜f(t),g₀(t)＞是所有基本函数库内成员与f(t)内积最大的一个，把f(t)分解 成式(2)：

f(t)＝＜f(t),g₀(t)＞g₀(t)+P₁ (2)

(2)式中：g₀(t)为第一次匹配基本函数；P₁为第一次匹配后的残余；

②对P₁作类似匹配，从基本函数库中再选出对P₁最匹配的另一个基本函数 g₁(t)，把P₁分解成式(3)；

P₁＝＜P₁,g₁(t)＞g₁(t)+P₂ (3)

(3)式中：g₁(t)为第二次匹配基本函数；P₂为第二次匹配后的残余；

③重复步骤②对残余部分不断匹配，第n次匹配后有式(4)

P_n-1＝＜P_n-1,g_n-1(t)＞g_n-1(t)+P_n (4)

(4)式中：n为第几次求取匹配基本函数；g_n-1(t)为第n次匹配基本函数； P_n为第n次匹配后的残余；

把n次匹配结果依次回代，得到分解公式(5)

(5)式中：N为求取匹配残余值总次数；

利用公式(5)对地震信号进行匹配追踪分频处理，使用迭代法不断地寻找 最佳匹配，当剩余值降低于预定阈值便停止迭代，对全频带地震数据进行处理 后，得到一系列离散的单频数据体；

第二步，优势频率数据体选取；

对第一步分解得到的每个单频地震数据体制作高斯曲率体，曲面的曲率定 义为曲率半径的变化：

(6)式中：k为二维曲面曲率；R为曲率半径；z(x)为二维层面的高程；

在地震解释构造层位的局部空间曲面上，通过用二元二次方程将构造面拟 合成二元三维趋势面，表示为：

z(x,y)＝a₁x²+a₂y²+a₃xy+a₄x+a₅y+a₆ (7)

(7)式中：z(x,y)为三维曲面的高程；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为二元三维 趋势面方程变量待求系数；

将三维曲面划分成有限个边长为Δx、Δy的小面元，利用九点法组成小面元， 计算出：

(8)～(13)式中：z₁、z₂、z₃、z₄、z₅、z₆、z₇、z₈、z₉为组成小面元9个点 高程；Δx、Δy为小面元平面边长；

将上面计算得到系数代入到式(14)的高斯曲率公式，得到地震数据的曲 率体；

对分解得到的各个单频地震数据体计算得到相应曲率体，再利用地震解释 目标层构造面提取每套单频地震数据体的曲率体切片，对每张曲率体切片进行 切片扫描和肉眼辨识，断层识别最清晰的切片所对应的单频数据体确定为优势 频率数据体，用于进一步制作三属性融合体精细识别断层；

第三步，相干、倾角、方位角属性体制作；

第四步，三属性地震数据体融合识别断层；

将相干、倾角和方位角这三种属性应用HIS进行叠合显示，得到最终三属 性融合体，制作解释目标构造层位属性切片，断层平面要素特征将得到清晰显 示。

上述方案中第三步相干、倾角、方位角属性体制作方法：

(a)相干体制作；

将相邻两道地震数据分别表示为Q(n)和H(n)两个离散信号系列，在优势频率 数据体内两两相邻地震道计算相关系数r(t,d)，

(15)-(17)式中：t为地震双程旅行时；d为地震道数；Q_i，H_i为地震 道数据对；K为样点数；i为第i个样点；q_i，h_i分别为数据元素，

分别为 数组元素的平均值；

(b)倾角和方位角属性体制作；

倾角和方位角的计算是基于样点所在三维数据体中线的位置，0°方位角定 义为地震联络测线增大方向；90°方位角定义为地震主测线减小方向；倾角的 正负定义同相轴随线道号增大时间增大为正，反之为负，变化范围为-90°～90°；

把时间梯度的大小定义为倾角，计算公式为：

把联络测线方向时间梯度与主测线方向时间梯度比值的反正切定义为方位 角，计算公式为：

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提出了一种基于优势频率的三属性融合断层识别方法，对原始全 频带地震数据体进行分频处理，从系列单频带地震数据体中优选出有效信息最 强的数据体(即“优势”频率数据体)，分别制作相干、倾角和方位角属性体， 将三种属性体通过颜色融合得到综合地震属性体，再用于断层识别。相比于使 用原始地震数据体断层识别能力明显增强，达到直接使用地震数据识别断距5m 以上断层的精度。

2、本发明地震信号从时间域转换到频率域，采用匹配追踪算法处理能够保 证分频信息损失少且真实可靠。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的说明：

这种基于地震数据优势频率的三属性融合断层识别方法：获取目标区域地 震数据，原始采集、处理得到的地震数据体中涵盖了有效带宽内连续的单频率 数据信息，正演模拟对比分析证实，存在这样一个“优势”单频数据识别断层 能力最强。应用傅氏变换将全频带地震数据分解成一系列单频地震数据体；用 同一解释地震层位对每一个单频数据体提取曲率体属性，对比分析优选出“优 势”频率数据体；然后利用“优势”频率地震数据体进一步制作相干、倾角和 方位角属性体；最后将三种地震属性体融合再用于断层识别。具体如下：

第一步，对目标区域的全频带地震数据分频处理；

原始地震数据是包含大量不同频率信号而合成的具有一定频带宽度地震信 号。使用固定频率地震数据体才能得到理想的地震相位体，需要对原始数据进 行分频处理。地震信号从时间域转换到频率域，采用匹配追踪算法处理能够保 证分频信息损失少且真实可靠。

对地震信号进行匹配追踪，首先要建立一个用来分解信号的基本函数库， 这个基本函数库能把信号成份从时、频两域分开，定义如公式(1)：

(1)式中：g为基本函数库；t为地震双程旅行时；l_m为选取时窗长度；τ_m为时窗移动距离；ω_m为采样频率；m为地震双程旅行时离散化个数；

匹配追踪算法的实现步骤如下：

①从基本函数库中选出与给定信号f(t)最为匹配的函数g₀(t)，即g₀(t)与f(t) 的内积＜f(t),g₀(t)＞是所有基本函数库内成员与f(t)内积最大的一个，把f(t)分解 成式(2)：

f(t)＝＜f(t),g₀(t)＞g₀(t)+P₁ (2)

(2)式中：g₀(t)为第一次匹配基本函数；P₁为第一次匹配后的残余；

②对P₁作类似匹配，从基本函数库中再选出对P₁最匹配的另一个基本函数 g₁(t)，把P₁分解成式(3)；

P₁＝＜P₁,g₁(t)＞g₁(t)+P₂ (3)

(3)式中：g₁(t)为第二次匹配基本函数；P₂为第二次匹配后的残余；

③重复步骤②对残余部分不断匹配，第n次匹配后有式(4)

P_n-1＝＜P_n-1,g_n-1(t)＞g_n-1(t)+P_n (4)

(4)式中：n为第几次求取匹配基本函数；g_n-1(t)为第n次匹配基本函数； P_n为第n次匹配后的残余；

把n次匹配结果依次回代，得到分解公式(5)

(5)式中：N为求取匹配残余值总次数；

利用公式(5)对地震信号进行匹配追踪分频处理，使用迭代法不断地寻找 最佳匹配，当剩余值降低于预定阈值便停止迭代，对全频带地震数据进行处理 后，得到一系列离散的单频数据体；

对原始地震数据体选取10～100Hz的频带宽度，间隔选为5Hz，分频处理得 到20个单频地震数据体。

第二步，“优势”频率数据体选取；

对第一步分解得到的每个单频地震数据体制作高斯曲率体，曲面的曲率定 义为曲率半径的变化：

(6)式中：k为二维曲面曲率；R为曲率半径；z(x)为二维层面的高程；

在地震解释构造层位的局部空间曲面上，通过用二元二次方程将构造面拟 合成二元三维趋势面，表示为：

z(x,y)＝a₁x²+a₂y²+a₃xy+a₄x+a₅y+a₆ (7)

(7)式中：z(x,y)为三维曲面的高程；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为二元三维 趋势面方程变量待求系数；

将三维曲面划分成有限个边长为Δx、Δy的小面元，利用九点法组成小面元， 计算出：

(8)～(13)式中：z₁、z₂、z₃、z₄、z₅、z₆、z₇、z₈、z₉为组成小面元9个点 高程；Δx、Δy为小面元平面边长；

将上面计算得到系数代入到式(14)的高斯曲率公式，得到地震数据的曲 率体。

对分解得到的20个单频地震数据体计算得到相应曲率体，再利用地震解释 目标层构造面提取得到20张曲率体切片，对每张曲率体切片进行切片扫描和肉 眼辨识，断层识别最清晰的切片所对应的单频数据体确定为“优势”频率数据 体，用于进一步制作三属性融合体精细识别断层；

第三步，相干、倾角、方位角属性体制作；

(a)相干体制作；

地下断层面两侧地层、岩性、波阻抗等发生突变，导致两侧相邻地震道之 间反射波在波形连续性、振幅、频率和相位等方法发生变化，在三维相干数据 体中表现为不相干，将相邻两道地震数据分别表示为Q(n)和H(n)两个离散信号系 列，在“优势”频率数据体内两两相邻地震道计算相关系数r(t,d)，

(15)-(17)式中：t为地震双程旅行时；d为地震道数；Q_i，H_i为地震 道数据对；K为样点数；i为第_i个样点；q_i，h_i分别为数据元素，

分别为 数组元素的平均值；

(b)倾角和方位角属性体制作；

倾角和方位角的计算是基于样点所在三维数据体中线的位置，0°方位角定 义为地震联络测线(Crossline)增大方向；90°方位角定义为地震主测线(Inline) 减小方向；倾角的正负定义同相轴随线道号增大时间增大为正，反之为负，变 化范围为-90°～90°。

把时间梯度的大小定义为倾角，计算公式为：

把联络测线方向时间梯度与主测线方向时间梯度比值的反正切定义为方位 角，计算公式为：

第四步，三属性地震数据体融合识别断层；

对于相干、倾角和方位角属性单独制作目标层位切片，不能识别出小断层 和断层组合的细微特征，将这三种属性应用HIS(Hue色度、Intensity光亮度、 Saturation饱和度)进行叠合显示，得到最终三属性融合体，制作解释目标构造 层位属性切片，断层平面要素特征将得到清晰显示。

Claims (2)

1.一种基于地震数据优势频率的三属性融合断层识别方法，其特征在于：

第一步，对目标区域的全频带地震数据分频处理；

采用匹配追踪算法将地震信号从时间域转换到频率域，对地震信号进行匹配追踪，首先要建立一个用来分解信号的基本函数库，这个基本函数库能把信号成份从时、频两域分开，定义如公式(1)：

(1)式中：g为基本函数库；t为地震双程旅行时；l_m为选取时窗长度；τ_m为时窗移动距离；ω_m为采样频率；m为地震双程旅行时离散化个数；

匹配追踪算法的实现步骤如下：

①从基本函数库中选出与给定信号f(t)最为匹配的函数g₀(t)，即g₀(t)与f(t)的内积＜f(t),g₀(t)＞是所有基本函数库内成员与f(t)内积最大的一个，把f(t)分解成式(2)：

f(t)＝＜f(t),g₀(t)＞g₀(t)+P₁ (2)

(2)式中：g₀(t)为第一次匹配基本函数；P₁为第一次匹配后的残余；

②对P₁作类似匹配，从基本函数库中再选出对P₁最匹配的另一个基本函数g₁(t)，把P₁分解成式(3)；

P₁＝＜P₁,g₁(t)＞g₁(t)+P₂ (3)

(3)式中：g₁(t)为第二次匹配基本函数；P₂为第二次匹配后的残余；

③重复步骤②对残余部分不断匹配，第n次匹配后有式(4)

P_n-1＝＜P_n-1,g_n-1(t)＞g_n-1(t)+P_n (4)

(4)式中：n为第几次求取匹配基本函数；g_n-1(t)为第n次匹配基本函数；P_n为第n次匹配后的残余；

把n次匹配结果依次回代，得到分解公式(5)

(5)式中：N为求取匹配残余值总次数；

利用公式(5)对地震信号进行匹配追踪分频处理，使用迭代法不断地寻找最佳匹配，当剩余值降低于预定阈值便停止迭代，对全频带地震数据进行处理后，得到一系列离散的单频数据体；

第二步，优势频率数据体选取；

对第一步分解得到的每个单频地震数据体制作高斯曲率体，曲面的曲率定义为曲率半径的变化：

(6)式中：k为二维曲面曲率；R为曲率半径；z(x)为二维层面的高程；

在地震解释构造层位的局部空间曲面上，通过用二元二次方程将构造面拟合成二元三维趋势面，表示为：

z(x,y)＝a₁x²+a₂y²+a₃xy+a₄x+a₅y+a₆ (7)

(7)式中：z(x,y)为三维曲面的高程；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为二元三维趋势面方程变量待求系数；

将三维曲面划分成有限个边长为Δx、Δy的小面元，利用九点法组成小面元，计算出：

(8)～(13)式中：z₁、z₂、z₃、z₄、z₅、z₆、z₇、z₈、z₉为组成小面元9个点高程；Δx、Δy为小面元平面边长；

将上面计算得到系数代入到式(14)的高斯曲率公式，得到地震数据的曲率体；

对分解得到的各个单频地震数据体计算得到相应曲率体，再利用地震解释目标层构造面提取每套单频地震数据体的曲率体切片，对每张曲率体切片进行切片扫描和肉眼辨识，断层识别最清晰的切片所对应的单频数据体确定为优势频率数据体，用于进一步制作三属性融合体精细识别断层；

第三步，相干、倾角、方位角属性体制作；

第四步，三属性地震数据体融合识别断层；

将相干、倾角和方位角这三种属性应用HIS进行叠合显示，得到最终三属性融合体，制作解释目标构造层位属性切片，断层平面要素特征将得到清晰显示。

2.根据权利要求1所述的基于地震数据优势频率的三属性融合断层识别方法，其特征在于：所述的第三步相干、倾角、方位角属性体制作方法：

(a)相干体制作；

将相邻两道地震数据分别表示为Q(n)和H(n)两个离散信号系列，在优势频率数据体内两两相邻地震道计算相关系数r(t,d)，

(15)-(17)式中：t为地震双程旅行时；d为地震道数；Q_i，H_i为地震道数据对；K为样点数；i为第i个样点；q_i，h_i分别为数据元素，

分别为数组元素的平均值；

(b)倾角和方位角属性体制作；

倾角和方位角的计算是基于样点所在三维数据体中线的位置，0°方位角定义为地震联络测线增大方向；90°方位角定义为地震主测线减小方向；倾角的正负定义同相轴随线道号增大时间增大为正，反之为负，变化范围为-90°～90°；

把时间梯度的大小定义为倾角，计算公式为：

把联络测线方向时间梯度与主测线方向时间梯度比值的反正切定义为方位角，计算公式为：