CN112213777A - 地质导向相位解释方法和装置 - Google Patents

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CN112213777A CN201910630500.6A CN201910630500A CN112213777A CN 112213777 A CN112213777 A CN 112213777A CN 201910630500 A CN201910630500 A CN 201910630500A CN 112213777 A CN112213777 A CN 112213777A
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Abstract

本申请公开了地质导向相位解释方法和装置。本申请主要针对传统的瞬时相位属性抗噪性差的问题,提出一种适用于深层复杂构造的新型相位属性。本申请充分利用了构造走向以及多尺度相位信息,能够针对性地突显小尺度异常构造,并避免高频噪声的影响,从而能检测地下更多的细节信息,还能研究河道的相对厚度变化情况,可用于地学领域中沉积构造演化、矿产勘查和油气储层预测等诸多方面的研究。

Description

地质导向相位解释方法和装置
技术领域
本发明涉及地震勘探中的地震解释领域,尤其涉及一种地质导向相位解释方法和一种地质导向相位解释装置。
背景技术
地震图像中同相轴的不连续性通常与地壳结构和地层异常体有关,例如断层,河道和裂缝群。众所周知,这些地质异常通常有助于圈闭和储层的构造。因此,通过测量不连续性对地下断层,河道和裂缝群的可靠表征在地球科学的许多方面都至关重要。目前已经提出并开发了几种检测方法,例如相干性,瞬时相位,方差,谱分解和熵,测量地下的不连续性,并进一步解释异常体或层位。作为有效的工业化不连续检测器之一,瞬时相位属性具有检测细微变化的优点,但是现有的瞬时相位属性对噪声敏感,抗噪性低,得到的结果往往会给研究人员造成种种的假象。
发明内容
针对传统瞬时相位属性抗噪性差的问题,提出一种适用于深层复杂构造的地震数据解释方法。
根据本发明的一个方面,提供了一种地质导向相位解释方法,所述方法包括:对地震数据进行时频分析,得到多个频率对应的地震数据体瞬时相位θω,k(t),下标ω表示频率编号,下标k表示复地震道编号,θω,k(t)代表仅包含相位信息的归一化复地震道;针对任意地震道k,对M个时间采样点的瞬时相位进行叠加,得到平均相位道
Figure BDA0002128565850000011
针对任意地震道k,沿空间上的多个方向,分别将从编号为(k-p)至编号为(k+p-1)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure BDA0002128565850000012
以及分别将从编号为(k-p+1)至编号为(k+p)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure BDA0002128565850000013
上标du表示空间上方向的编号;计算
Figure BDA0002128565850000014
Figure BDA0002128565850000015
的复协方差道
Figure BDA0002128565850000016
并得到复协方差道
Figure BDA0002128565850000017
的相位
Figure BDA0002128565850000018
针对每个频率,选择空间上多个方向对应的多个相位
Figure BDA0002128565850000019
的最大值作为该频率对应的地质导向相位;从多个频率对应的地质导向相位属性中选择最大值作为最终的地质导向相位属性。
在一种可能的实施方式中,所述对地震数据进行时频分析包括:
采用Gabor变换对地震数据进行时频分析。
在一种可能的实施方式中,基于下式得到平均相位道
Figure BDA0002128565850000026
Figure BDA0002128565850000021
在一种可能的实施方式中,基于下式得到
Figure BDA0002128565850000028
Figure BDA0002128565850000027
Figure BDA0002128565850000022
Figure BDA0002128565850000023
其中,ω(|l-k|)是加权系数,|*|表示取绝对值;τl表示地震道k与地震道j之间的时间延迟。
在一种可能的实施方式中,基于下式计算复协方差道
Figure BDA00021285658500000210
Figure BDA0002128565850000029
Figure BDA0002128565850000024
Figure BDA0002128565850000025
其中,[*]H表示取复共轭。
根据本发明的另一方面,还提供了一种地质导向相位解释装置,所述装置包括:时频分析单元,用于对地震数据进行时频分析,得到多个频率对应的地震数据体瞬时相位θω,k(t),下标ω表示频率编号,下标k表示复地震道编号,θω,k(t)代表仅包含相位信息的归一化复地震道;时窗叠加单元,用于针对任意地震道k,对M个时间采样点的瞬时相位进行叠加,得到平均相位道
Figure BDA00021285658500000211
空间叠加单元,用于针对任意地震道k,沿空间上的多个方向,分别将从编号为(k-p)至编号为(k+p-1)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure BDA00021285658500000212
以及分别将从编号为(k-p+1)至编号为(k+p)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure BDA00021285658500000213
上标du表示空间上方向的编号;协方差计算单元,用于计算
Figure BDA00021285658500000214
Figure BDA00021285658500000215
的复协方差道
Figure BDA00021285658500000216
并得到复协方差道
Figure BDA00021285658500000217
的相位
Figure BDA00021285658500000218
导向相位选择单元,用于针对每个频率,选择空间上多个方向对应的多个相位
Figure BDA0002128565850000036
的最大值作为该频率对应的地质导向相位;导向相位确定单元,用于从多个频率对应的地质导向相位属性中选择最大值作为最终的地质导向相位属性。
在一种可能的实施方式中,在所述时频分析单元中,所述对地震数据进行时频分析包括:
采用Gabor变换对地震数据进行时频分析。
在一种可能的实施方式中,在所述时窗叠加单元中,基于下式得到平均相位道
Figure BDA0002128565850000037
Figure BDA0002128565850000031
在一种可能的实施方式中,在所述空间叠加单元中,基于下式得到
Figure BDA0002128565850000039
Figure BDA0002128565850000038
Figure BDA0002128565850000032
Figure BDA0002128565850000033
其中,ω(|l-k|)是加权系数,|*|表示取绝对值;τl表示地震道k与地震道j之间的时间延迟。
在一种可能的实施方式中,在所述协方差计算单元中,基于下式计算复协方差道
Figure BDA00021285658500000310
Figure BDA00021285658500000311
Figure BDA0002128565850000034
Figure BDA0002128565850000035
其中,[*]H表示取复共轭。
上述方案充分利用了构造走向以及多尺度相位信息,能够针对性地突显小尺度异常构造以及避免高频噪声的影响、检测地下更多的细节信息,还能研究河道的相对厚度变化情况,可用于地学领域中沉积构造演化、矿产勘查和油气储层预测等诸多方面的研究。
附图说明
通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述,本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本申请示例性实施方式中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本申请的一个实施例的地质导向相位解释方法的流程图。
图2示出了根据本申请的一个实施例的地质导向相位解释装置的结构框图。
图3(a)示出了一裂缝地震物理模型三维示意图;图3(b)为该模型目的层水平示意图。
图4(a)为图3(a)和图3(b)所示模型的目的层瞬时相位切片;图4(b)为该模型目的层的地质导向切片。
图5(a)、图5(b)和图5(c)为图3(a)和图3(b)所示模型在三个不同频率下对应的地质导向相位;图5(d)为最终得到的地质相位属性。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整,并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
请参见图1。图1示出了根据本申请的一个实施例的地质导向相位解释方法的流程图。该方法包括下列步骤102~步骤112。
步骤102,对地震数据进行时频分析,得到多个频率对应的地震数据体瞬时相位θω,k(t),下标ω表示频率编号,下标k表示复地震道编号,θω,k(t)代表仅包含相位信息的归一化复地震道。
在一种可能的实施方式中,可以采用Gabor变换对地震数据进行时频分析。
步骤104,针对任意地震道k,对M个时间采样点的瞬时相位进行叠加,得到平均相位道
Figure BDA0002128565850000042
通过对M个时间采样点的瞬时相位进行叠加,可进一步增强瞬时相位计算的稳定性。M可根据经验确定。M取值越大,噪声对平均相位道
Figure BDA0002128565850000043
的影响越小,但同时,
Figure BDA0002128565850000044
垂直分辨率越低。
在一种可能的实施方式中,可以基于下式得到平均相位道
Figure BDA0002128565850000045
Figure BDA0002128565850000041
在本实施方式中,M推荐取3~9之间的整数。
步骤106,针对任意地震道k,沿空间上的多个方向,分别将从编号为(k-p)至编号为(k+p-1)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure BDA0002128565850000055
以及分别将从编号为(k-p+1)至编号为(k+p)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure BDA0002128565850000056
上标du表示空间上方向的编号。
通过在同相轴空间方向上进行局部叠加,可以使得瞬时相位计算稳定性进一步提高。p可根据需要确定。通常,p越大,噪声对叠加相位道的计算影响越小,但同时,叠加相位道的横向分辨率越低。
可以根据经验选择空间要进行叠加的方向,例如,可以选择均匀分布的8个方向。
在一种可能的实施方式中,可以基于下式得到
Figure BDA0002128565850000058
Figure BDA0002128565850000057
Figure BDA0002128565850000051
Figure BDA0002128565850000052
其中,|*|表示取绝对值,ω(|l-k|)是加权系数,其取值范围在0到1之间,一般来说,复地震道l到复地震道k的距离越远,则加权系数ω(|l-k|)越小;τl表示地震道k与地震道j之间的时间延迟,可以通过在局部时窗下两个实地震道的互相关来计算。在本实施方式中,p推荐取1、2、3。
步骤108,计算
Figure BDA0002128565850000059
Figure BDA00021285658500000510
的复协方差道
Figure BDA00021285658500000511
并得到复协方差道
Figure BDA00021285658500000512
的相位
Figure BDA00021285658500000513
Figure BDA00021285658500000514
复协方差道可用于衡量沿空间方向du的叠加相位道局部变化之间的差异。
在一种可能的实施方式中,可以基于下式计算复协方差道
Figure BDA00021285658500000515
Figure BDA0002128565850000053
其中,[*]H表示取复共轭。
协方差相位对叠加相位道的局部变化之间的差异敏感,所以,可以通过复协方差道
Figure BDA00021285658500000516
的相位
Figure BDA00021285658500000517
来进一步检测地震图像的不连续性。
在一种可能的实施方式中,可以基于下式计算复协方差道
Figure BDA00021285658500000519
Figure BDA00021285658500000518
Figure BDA0002128565850000054
步骤110,针对每个频率,选择空间上多个方向对应的多个相位
Figure BDA0002128565850000062
的最大值作为该频率对应的地质导向相位。
地下异常体,例如河道和断层,是有一定方向的。沿空间不同方向的相位差异通常是不同的。通常,沿垂直于构造趋势的方向的相位差很大,而沿构造趋势的相位差很小。选择多个方向对应的多个相位
Figure BDA0002128565850000063
的最大值,可以突出相位差。
设频率ω对应的地质导向相位为gω,k(t),则有:
Figure BDA0002128565850000061
d1,d2,...,dU代表沿空间叠加的各个方向。
步骤112,从多个频率对应的地质导向相位属性中选择最大值作为最终的地质导向相位属性。
可根据不同频率的三维数据体,得到不同频率的地质导向相位体并提取沿层切片,综合不同频率的地质导向相位体,对空间每个采样点,留取不同频率对应的地质导向相位中的最大值,得到最后的地质导向相位属性。
上述技术方案,有效利用时频分析得到的分频体的多尺度相位信息,可以有针对性地突显特定尺度的异常构造,还能有效避免高频随机噪声对相干结果的影响,适用于深层勘探低信噪比情况下的小尺度异常构造的检测。
此外,现有的相位属性都未能利用地质本身所蕴含的先验信息,这样计算得到的相位结果会确实很多有用信息。而本申请得到的分频分方位地质导向属性将构造走向与多尺度相位信息有机融合,具有较强的提取深部弱反射信号的能力,从而得到的地下异常信息更为全面丰富。
在得到多个频率的相位结果后,根据本申请,对不同尺度的相位结果进行融合,得到地下更为全面的异常构造情况;或者通过对比不同频率结果,研究河道的相对厚度变化,而这些信息会对地壳构造演化、储层精细预测给予一定的指导,具有重大的研究价值。
图2示出了根据本申请的一个实施例的地质导向相位解释装置的结构框图。如图所示,该装置包括时频分析单元202、时窗叠加单元204、空间叠加单元206、协方差计算单元208、导向相位选择单元210和导向相位确定单元212。
时频分析单元202用于对地震数据进行时频分析,得到多个频率对应的地震数据体瞬时相位θω,k(t),下标ω表示频率编号,下标k表示复地震道编号,θω,k(t)代表仅包含相位信息的归一化复地震道。
时窗叠加单元204,用于针对任意地震道k,对M个时间采样点的瞬时相位进行叠加,得到平均相位道
Figure BDA0002128565850000075
空间叠加单元206,用于针对任意地震道k,沿空间上的多个方向,分别将从编号为(k-p)至编号为(k+p-1)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure BDA0002128565850000076
以及分别将从编号为(k-p+1)至编号为(k+p)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure BDA0002128565850000077
上标du表示空间上方向的编号。
协方差计算单元208,用于计算
Figure BDA0002128565850000078
Figure BDA0002128565850000079
的复协方差道
Figure BDA00021285658500000710
并得到复协方差道
Figure BDA00021285658500000711
的相位
Figure BDA00021285658500000712
导向相位选择单元210,用于针对每个频率,选择空间上多个方向对应的多个相位
Figure BDA00021285658500000713
的最大值作为该频率对应的地质导向相位。
导向相位确定单元212,用于从多个频率对应的地质导向相位属性中选择最大值作为最终的地质导向相位属性。
在一种可能的实施方式中,在所述时频分析单元中,所述对地震数据进行时频分析包括:采用Gabor变换对地震数据进行时频分析。
在一种可能的实施方式中,在所述时窗叠加单元中,基于下式得到平均相位道
Figure BDA00021285658500000714
Figure BDA0002128565850000071
在一种可能的实施方式中,在所述空间叠加单元中,基于下式得到
Figure BDA00021285658500000716
Figure BDA00021285658500000715
Figure BDA0002128565850000072
Figure BDA0002128565850000073
其中,ω(|l-k|)是加权系数,|*|表示取绝对值;τl表示地震道k与地震道j之间的时间延迟。
在一种可能的实施方式中,在所述协方差计算单元中,基于下式计算复协方差道
Figure BDA00021285658500000717
Figure BDA00021285658500000718
Figure BDA0002128565850000074
Figure BDA0002128565850000081
其中,[*]H表示取复共轭。
应用示例
图3(a)示出了一裂缝地震物理模型三维示意图;图3(b)为该模型目的层(即大安寨层)水平示意图。
利用现有方法,可计算出图3(a)和图3(b)的瞬时属性,并提取目的层切片,如图4(a)所示。应用本申请,可提取目的层的地质导向相位,如图4(b)所示。对比显示,地质导向的相位信息能更清晰准确地刻画地下的地质特征。
对图3(a)和图3(b)所示的物理模型获得的地震数据进行时频分析,分别获得低频(5Hz)(如图5(a)所示)、中频(35Hz)(如图5(b)所示)和高频(55Hz)(如图5(c)所示)对应的地质导向相位,不同频率反映了不同尺度的响应特征。在此基础上,进一步综合三个地质导向相位切片相位,并对空间每个采样点选择三个频率对应的三个地质导向相位中的最大值作为最终的地质导向相位属性,如图5(d)所示。可以看出,最终得到的河道的轮廓和断层的边界更加清晰,高频突显的细节信息也更加全面。
本申请可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质,其上载有用于使处理器实现本申请的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身,诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如,通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里参照根据本申请实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本申请的各个方面。应当理解,流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合,都可以由计算机可读程序指令实现。
以上已经描述了本申请的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种地质导向相位解释方法,其特征在于,所述方法包括:
对地震数据进行时频分析,得到多个频率对应的地震数据体瞬时相位θω,k(t),下标ω表示频率编号,下标k表示复地震道编号,θω,k(t)代表仅包含相位信息的归一化复地震道;
针对任意地震道k,对M个时间采样点的瞬时相位进行叠加,得到平均相位道
Figure FDA0002128565840000011
针对任意地震道k,沿空间上的多个方向,分别将从编号为(k-p)至编号为(k+p-1)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure FDA0002128565840000012
以及分别将从编号为(k-p+1)至编号为(k+p)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure FDA0002128565840000013
上标du表示空间上方向的编号;
计算
Figure FDA0002128565840000014
Figure FDA0002128565840000015
的复协方差道
Figure FDA0002128565840000016
并得到复协方差道
Figure FDA0002128565840000017
的相位
Figure FDA0002128565840000018
针对每个频率,选择空间上多个方向对应的多个相位
Figure FDA0002128565840000019
中的最大值作为该频率对应的地质导向相位;
从多个频率对应的地质导向相位属性中选择最大值作为最终的地质导向相位属性。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对地震数据进行时频分析包括:
采用Gabor变换对地震数据进行时频分析。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于下式得到平均相位道
Figure FDA00021285658400000110
Figure FDA00021285658400000111
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于下式得到
Figure FDA00021285658400000112
Figure FDA00021285658400000113
Figure FDA00021285658400000114
Figure FDA0002128565840000021
其中,ω(|l-k|)是加权系数,|*|表示取绝对值;τl表示地震道k与地震道j之间的时间延迟。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,基于下式计算复协方差道
Figure FDA0002128565840000022
Figure FDA0002128565840000023
Figure FDA0002128565840000024
Figure FDA0002128565840000025
其中,[*]H表示取复共轭。
6.一种地质导向相位解释装置,其特征在于,所述装置包括:
时频分析单元,用于对地震数据进行时频分析,得到多个频率对应的地震数据体瞬时相位θω,k(t),下标ω表示频率编号,下标k表示复地震道编号,θω,k(t)代表仅包含相位信息的归一化复地震道;
时窗叠加单元,用于针对任意地震道k,对M个时间采样点的瞬时相位进行叠加,得到平均相位道
Figure FDA0002128565840000026
空间叠加单元,用于针对任意地震道k,沿空间上的多个方向,分别将从编号为(k-p)至编号为(k+p-1)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure FDA0002128565840000027
以及分别将从编号为(k-p+1)至编号为(k+p)的2p个平均相位道进行叠加,得到叠加相位道
Figure FDA0002128565840000028
上标du表示空间上方向的编号;
协方差计算单元,用于计算
Figure FDA0002128565840000029
Figure FDA00021285658400000210
的复协方差道
Figure FDA00021285658400000211
并得到复协方差道
Figure FDA00021285658400000212
的相位
Figure FDA00021285658400000213
导向相位选择单元,用于针对每个频率,选择空间上多个方向对应的多个相位
Figure FDA00021285658400000214
中的最大值作为该频率对应的地质导向相位;
导向相位确定单元,用于从多个频率对应的地质导向相位属性中选择最大值作为最终的地质导向相位属性。
7.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,在所述时频分析单元中,所述对地震数据进行时频分析包括:
采用Gabor变换对地震数据进行时频分析。
8.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,在所述时窗叠加单元中,基于下式得到平均相位道
Figure FDA0002128565840000031
Figure FDA0002128565840000032
9.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,在所述空间叠加单元中,基于下式得到
Figure FDA0002128565840000033
Figure FDA0002128565840000034
Figure FDA0002128565840000035
Figure FDA0002128565840000036
其中,ω(|l-k|)是加权系数,|*|表示取绝对值;τl表示地震道k与地震道j之间的时间延迟。
10.根据权利要求1所述的装置,其中,在所述协方差计算单元中,基于下式计算复协方差道
Figure FDA0002128565840000037
Figure FDA0002128565840000038
Figure FDA0002128565840000039
Figure FDA00021285658400000310
其中,[*]H表示取复共轭。
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