CN112255690B - 基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法 - Google Patents

Abstract

一种基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，采用以下步骤：一，得到相应的零相位资料S(t)；二，建立理论模型，建立不同地层地震响应特征的波形信息与相位信息和地质信息的联系；三，求取特殊围岩地震响应的波形相位信息；四，在目标储层位置上、下开一时窗，并选择时窗内零相位化后的地震数据S(t)，并提取出与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量S_θ'(t)；五，将提取出的S_θ'(t)从零相位化后的地震数据S(t)中分离，得到突出目标储层有效反射信息的地震数据S'(t)。本发明不仅实现了地震数据相位稳定分解与重构，构建出一种新的地震地质解释维度；而且，还去除特殊围岩等因素产生的强反射干扰相位分量来突显出目标储层，解决了受围岩差异影响时储层地震响应“失真”的问题。

Description

基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法

技术领域

本发明属于石油地震勘探数据处理与解释领域，尤其涉及基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法。

背景技术

随着油气勘探开发的不断深入，储层预测所面临的地质地震条件也变得日益复杂。在河流相岩性油气藏储层预测中，当高速粉砂质泥岩、低速欠压实泥岩等特殊岩性存在时，目标储层与围岩波阻抗差异明显增大，导致在地震剖面上产生较强的反射同相轴，从而，使地震振幅的相对强弱不能有效地反映出储层自身性质的变化情况，加大了储层预测难度。因此，对采用合理有效的预测方法来准确预测强反射掩盖下的储层信息的研究，便显得尤为重要。

目前，针对强反射掩盖下的储层预测技术方法较为单一，应用较多的是地震多子波分解与重构方法。该方法是把地震道分解为一系列不同振幅和不同频率的子波集合，然后，再根据不同地质异常体，选择一定范围内的子波振幅和频率进行重构，其能有效地去除干扰信号影响。在“李海山等(李海山，杨午阳，田军，等.匹配追踪煤层强反射分离方法[J].石油地球物理勘探，2014，49(5)：866-870.)”中，公开了一种“基于匹配追踪算法的多子波分解与重构方法”，其揭示了在煤层强反射之下的含气层的有效反射信息，取得了一定的效果。在“朱博华等(朱博华，向雪梅，张卫华.匹配追踪强反射层分离方法及应用[J].石油物探，2016，55(2)：280-287.)”中，针对油页岩强反射屏蔽储层有效信号的问题，采用基于匹配追踪算法的多子波分解与重构方法，对油页岩形成的强反射进行分离，使储层弱反射信号得到了有效地增强，井点吻合率显著提高，取得良好的应用效果。然而，采用地震多子波分解与重构方法，虽然，在煤层、页岩层等强反射层发育区的储层预测中取得了一定的效果，但是，该方法不能去除由于特殊围岩等因素产生的强反射对目标储层的干扰影响，其很难利用地震振幅和频率信息从根本上解决由于不同围岩间波阻抗差异大，而导致的储层干涉加强出现的强反射“假亮点”问题；因此，其应用效果有限。同时，由于目前工业界针对不同围岩间波阻抗差异较大影响储层准确预测的问题，并没有一个成熟的商用技术可供使用。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，以解决由于特殊围岩等因素产生的强反射对目标储层的干扰影响及针对不同围岩间波阻抗差异较大影响储层准确预测的技术问题。

为实现上述目的，本发明的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法的具体技术方案如下：

一种基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，采用以下步骤：

第一步，对研究区地震数据进行零相位化处理，并得到相应的零相位资料，即：地震数据S(t)，以为后续地震信号相位分解与重构打好基础；

第二步，结合实际地质情况，根据测井及岩石物理资料建立理论模型，并通过对理论模型正演模拟后得出的结果，进行地震响应特征分析，且建立不同地层地震响应特征的波形信息与对应的相位信息和地质信息之间的联系；

第三步，根据正演数据和实际数据地震响应特征分析得出的结果，采用基于相似系数准则的相位估算方法，求取与背景围岩有明显差异处的特殊围岩地震响应的波形相位信息；

第四步，在目标储层位置上、下开一时窗，并选择时窗内零相位化后的地震数据S(t)，且利用基于稀疏反演复谱分解的地震相位分解方法，对其进行相位分解与重构，提取出与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量S_θ′(t)；

第五步，将提取出的与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量S_θ′(t)从零相位化后的地震数据S(t)中分离，即可得到突出目标储层有效反射信息的地震数据S′(t)。

进一步，所述第二步中，不同地层地震响应特征的波形信息与对应的相位信息和地质信息之间的联系为：地震数据中的不同相位分量，具有不同的地质地球物理意义，其中，0°相位分量表示厚层高阻抗地层的地震响应，180°相位分量表示厚层低阻抗地层的地震响应，+90°相位分量表示薄层高阻抗地层的地震响应，-90°相位分量表示薄层低阻抗地层的地震响应，以及其他地层的组合关系的地震响应波形也具有其特定的相位，实际应用时，需根据具体地质条件而具体确定。

进一步，所述第三步中，相似系数准则是指地震道经过相位旋转后与标准道的相似度达到最大时对应的旋转角度为所求的相位角；在采用该相似系数准则进行相位估算时，利用井数据和地震数据包络联合构建标准参考道，同时，在该过程中，加入了已知先验信息；两个时间序列xi和yi的相似系数定义为：

其中，T为参与计算的时间序列长度，且i＝1，2，...，T。

进一步，所述第四步中，稀疏反演复谱分解方法的数学模型公式为：

式中，b为地震记录；W₁ W₂，...W_N分别为以频率f₁ f₂...f_N为主频的与频率相关的复子波褶积矩阵，r₁ r₂.....r_N分别表示与W₁ W₂，....W_N相对应的与频率相关的复反射系数，N代表参与计算的频率个数；A表示复子波卷积矩阵库，x表示与频率相关的复反射系数矩阵；n表示随机噪声。

进一步，所述公式(2)中复反射系数矩阵x的元素个数远大于地震记录b的元素个数，因此，线性反演问题，即：公式(2)是一个欠定问题；为了降低解的不确定性，并获得稀疏的时频谱，需要对复反射系数矩阵x执行稀疏约束，进而将线性反演问题，即：公式(2)转化为基追踪去噪问题进行求解，即：基追踪去噪问题的公式如下：

式中，μ为权重参数；且μ＞0，用于在最小化过程中控制公式(3)中，前、后两项的相对权重；

表示对变量Ax-b进行L₂范数的平方运算，

代表复数集，||x||₁表示对与频率相关的复反射系数矩阵x进行L₁范数运算；通过采用高效且鲁棒的交替方向优化算法，求解无约束基追踪去噪问题的公式(3)后，便可得到与频率相关的复反射系数矩阵x，将x＝(r₁ r₂...r_N)^T进行转置运算变为(r₁ r₂...r_N)的形式，即可以看作是通过反演得到的高分辨率时频谱，对高分辨率时频谱进一步运算便可得到地震信号的时频能量谱F_sdom和时频相位谱

式中，|x|²表示对变量x进行模的平方运算，angle(x)表示对变量x进行反正切运算，

表示时频相位谱。

进一步，所述第四步中，基于稀疏反演复谱分解的地震相位分解与重构方法实现过程如下：

(1)对零相位化后的地震道数据进行稀疏反演复谱分解，并得到高分辨率的能量谱和准确有效的相位谱，即为时频谱；

(2)针对指定的需要重构的相位值运用凯塞窗进行约束搜索，得到约束后的能量谱和相位谱；

(3)在此基础上进行反变换，便能够重构得到只包含指定相位信息的地震道数据；

(4)最后，再对时频谱沿着相位轴-180°至180°逐点进行上述操作，即能够完成对一维时间域地震道数据的相位分解与重构，并得到对应的二维时间-相位域相位道集；

其中，地震道S(t)的相位分解数学模型公式为：

式中，f_L和f_H表示反变换所用的频率范围；S′(f，θ，t)为利用稀疏反演复谱分解方法对原始地震道S(t)进行计算得到的时频分析结果；f：代表频率；θ：代表相位；t：代表时间；S′(θ，t)为地震道S(t)相位分解后对应的相位道集，显示了地震振幅与相位随时间变化的分布；

相位道集能够直观地解释为地震道中单个相位分量的振幅与时间的关系公式如下：

式中，θ₁和θ₂表示相位道集叠加所用的相位范围，当所有相位和频率都包含在计算范围内时，则有S′(t)＝S(t)，即：原始地震道可以通过公式(6)无损重构；

在实现过程中，选用不同的窗，会得到不一样的结果；且凯塞窗函数是一种最优化窗，它能够同时调整主瓣宽度与旁瓣宽度，从而，得到更加灵活多变的窗函数，这是其他窗函数不具备的，被定义为：

式中，k为离散窗函数的自变量，且0≤k≤K；K是窗函数的长度；I₀是第1类变形零阶贝塞尔函数；β是窗函数的形状参数。

进一步，所述第五步中，目标储层有效反射信息S′(t)的计算公式如下：

S′(t)＝S(t)-S_θ′(t) (8)

其中，S′(t)表示去除特殊围岩强反射干扰后的地震数据；S(t)表示原始零相位化后的地震数据；S_θ′(t)表示提取出的与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量。

进一步，所述第五步中，当最终得到的去除特殊围岩强反射干扰后的地震数据噪声明显、同相轴横向连续性较差时，通过利用扩散滤波技术进行处理，能够在压制噪声的同时能够增强地震同相轴的横向连续性。

进一步，所述第二步-第五步中，先建立理论模型，并对模型进行测试如下：

①首先是进行地震多子波分解与重构去围岩强反射；从计算机中显示，在目标储层处地震响应波形产生明显的畸变，表明地震多子波分解与重构方法，不适用于去除由于不同围岩间波阻抗差异大而导致的储层干涉加强出现的强反射“假亮点”；

②然后利用权利要求1处理得到的地震剖面后，去除了受围岩差异干涉影响时给储层地震响应带来的假象，令储层地震响应的相对振幅强弱能够更好地反映出其真实情况；

③对应用于研究区内的实际资料，即：砂体处的地震响应反映出储层自身的真实变化情况进行处理。

本发明的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法具有以下优点：

1.本发明通过正演模拟技术，分析了在复杂地质地震条件(不同围岩间波阻抗差异较大)下，地震响应特征和机理，建立了不同地层地震响应特征的波形信息与对应的相位信息和地质信息之间的联系，为利用相位信息，解决由于不同围岩间波阻抗差异较大，而导致的储层干涉加强出现的强反射“假亮点”问题，奠定了理论基础。

2.本发明采用稀疏反演复谱分解方法，对地震数据进行时频分析，相对于常用的谱分解方法(如：连续小波变换和S变换等)，稀疏反演复谱分解方法不仅能产生高分辨率的能量谱，同时，也可以产生准确有效的相位谱，因此，其能够为地震数据相位分解与重构方法的实现，提供更准确可靠的基础数据。

3、本发明不仅实现了地震数据相位稳定分解与重构，构建出一种新的地震地质解释维度；而且，还可以有效地去除特殊围岩等因素产生的强反射干扰相位分量来突显出目标储层，解决了受围岩差异影响时储层地震响应“失真”的问题。

4.本发明提高了储层预测的精度，充分揭示了风险与潜力，为油田的精细岩性勘探和高效精准开发提供了有力保障。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明不同地层地震响应特征的波形信息与对应的相位信息和地质信息之间的关系示意图；

图3为本发明稀疏反演复谱分解方法与连续小波变换方法关于时频谱的分辨率和准确性比较示意图；

图4为本发明基于稀疏反演复谱分解的地震相位分解与重构方法实现流程示意图；

图5为本发明地震道相位分解与重构效果示意图；

图6为本发明二维典型围岩差异影响模型正演示意图；

图7为本发明一维模型围岩差异影响分析示意图；

图8为本发明真实的单道正演数据地震相位分解去围岩强反射结果示意图；

图9为本发明基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法与地震多子波分解与重构去围岩强反射方法效果对比示意图；

图10A为本发明研究区内过A井和B井原始连井地震剖面示意图；

图10B为本发明研究区内过A井和B井连井剖面的地震相位分解去围岩强反射的处理结果示意图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法做进一步详细的描述。

如图1-图10B所示，本发明采用以下步骤：

第一步，用零相位化处理技术，对研究区地震数据进行零相位化处理，并得到相应的零相位资料，即：地震数据S(t)，用以为后续地震信号相位分解与重构打好基础；

第二步，结合实际地质情况，根据测井及岩石物理资料建立理论模型，并通过对理论模型正演模拟后得出的结果，进行地震响应特征分析，且建立不同地层地震响应特征的波形信息与对应的相位信息和地质信息之间的联系；

如图2所示(其为屏幕上所显示的实际图形)，地震数据中的不同相位分量，具有不同的地质地球物理意义，比如：0°相位分量可以表示厚层高阻抗地层的地震响应，180°相位分量可以表示厚层低阻抗地层的地震响应，+90°相位分量可以表示薄层高阻抗地层的地震响应，-90°相位分量可以表示薄层低阻抗地层的地震响应，以及其他地层的组合关系的地震响应波形也具有其特定的相位，实际应用时，需根据具体地质条件而具体确定；这为后续创新利用相位信息，解决由于不同围岩间波阻抗差异大而导致的储层干涉加强出现的强反射“假亮点”问题奠定了理论基础；

第三步，根据正演数据和实际数据地震响应特征分析得出的结果，采用基于相似系数准则的相位估算方法，求取与背景围岩有明显差异处的特殊围岩地震响应的波形相位信息；其中，相似系数准则是指地震道经过相位旋转后与标准道的相似度达到最大时对应的旋转角度为所求的相位角。在采用该相似系数准则进行相位估算时，利用井数据和地震数据包络联合构建标准参考道，同时，在该过程中，加入了已知先验信息，可以较好的克服井数据长度不够，部分井段井资料品质较差的问题，最大程度的提高了相位估算的精度；两个时间序列x_i和y_i的相似系数定义为：

其中，T代表参与计算的时间序列长度，且i＝1，2，...，T。

第四步，在目标储层位置上、下开一时窗，并选择时窗内零相位化后的地震数据S(t)，且利用基于稀疏反演复谱分解的地震相位分解方法，对其进行相位分解与重构，提取出与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量S_θ′(t)；

稀疏反演复谱分解方法是一种高分辨率地震信号时频分析方法，其将谱分解描述为一个线性反演问题，然后，采用稀疏约束正则化策略求解该线性反演问题，最终得到一个具有高时频分辨率的时频谱；该高分辨率稀疏反演复谱分解方法的数学模型公式为：

式中，b代表地震记录；W₁ W₂，...W_N分别为以频率f₁ f₂...f_N为主频的与频率相关的复子波褶积矩阵，r₁ r₂.....r_N分别表示与W₁ W₂，...W_N相对应的与频率相关的复反射系数，N代表参与计算的频率个数；A表示复子波卷积矩阵库，x表示与频率相关的复反射系数矩阵；n表示随机噪声。

公式(2)中复反射系数矩阵x的元素个数远大于地震记录b的元素个数，因此，线性反演问题，即：公式(2)是一个欠定问题；为了降低解的不确定性，并获得稀疏的时频谱，需要对复反射系数矩阵x执行稀疏约束，进而将线性反演问题即：公式(2)转化为基追踪去噪问题进行求解，即：基追踪去噪问题的公式如下：

式中，μ为权重参数；且μ＞0，用于在最小化过程中控制公式(3)中，前、后两项的相对权重；

表示对变量Ax-b进行L₂范数的平方运算，

代表复数集，||x||₁表示对与频率相关的复反射系数矩阵x进行L₁范数运算；通过采用高效且鲁棒的交替方向优化算法，求解无约束基追踪去噪问题的公式(3)后，便可得到与频率相关的复反射系数矩阵X，将x＝(r₁ r₂...r_N)^T进行转置运算变为(r₁ r₂...r_N)的形式，即可以看作是通过反演得到的高分辨率时频谱，对高分辨率时频谱进一步运算便可得到地震信号的时频能量谱F_sdom和时频相位谱

式中：|x|²表示对变量x进行模的平方运算，angle(x)表示对变量x进行反正切运算，

表示时频相位谱。

如图3所示(其为屏幕上所显示的实际图形)，图3中的(a)处展示的是由不同频率和相位Ricker(雷克)子波合成的一道地震信号，用于说明高分辨率稀疏反演复谱分解方法不仅能产生高分辨率的能量谱，同时，也可以产生准确有效的相位谱。这些子波具有以下特点：

(1)第一个子波的主频和相位分别为60Hz和-150°；

(2)第二个子波的主频和相位分别为40Hz和-90°；

(3)第三个子波的主频和相位分别为20Hz和45°；

(4)第四个子波和第五个子波的主频和相位相同，它们的主频和相位分别为30Hz和135°。

图3中的(b)所展示的是利用连续小波变换方法获得的时频能量谱，其代表着常规谱分解方法的分辨率水平。

图3中的(d)所展示的是利用连续小波变换方法获得的时频相位谱，从中难以提取出有效的子波相位信息。

图3中的(c)和(e)分别展示的是利用稀疏反演复谱分解方法获得的时频能量谱和时频相位谱，所求结果与合成地震信号真实情况一致。

比较这两种谱分解方法得到的结果，我们可以看出：相对于常规谱分解方法，稀疏反演复谱分解方法不仅能产生高分辨率的能量谱，同时，也可以准确地计算出时变子波的相位信息。因此，稀疏反演复谱分解方法的这些优势能够为地震相位分解与重构方法的实现提供强有力的技术保障。

如图4所示，基于稀疏反演复谱分解的地震相位分解与重构方法实现过程是：首先，对零相位化后的地震道数据进行稀疏反演复谱分解，并得到高分辨率的能量谱和准确有效的相位谱(统称为时频谱)，然后，针对指定的需要重构的相位值运用Kaiser(凯塞)窗进行约束搜索，得到约束后的能量谱和相位谱(统称为约束后的时频谱)，在此基础上进行反变换，便可重构得到只包含指定相位信息的地震道数据。最后，再对时频谱沿着相位轴[-180°，180°]逐点进行上述操作，即可完成对一维时间域地震道数据的相位分解与重构，并得到对应的二维时间-相位域相位道集。

地震道S(t)的相位分解数学模型公式为：

式中，f_L和f_H表示反变换所用的频率范围；S′(f，θ，t)为利用稀疏反演复谱分解方法对原始地震道S(t)进行计算得到的时频分析结果；f：代表频率；θ：代表相位；t：代表时间；S′(θ，t)为地震道S(t)相位分解后对应的相位道集，显示了地震振幅与相位随时间变化的分布。

相位道集可以直观地解释为地震道中单个相位分量的振幅与时间的关系公式如下：

式中，θ₁和θ₂表示相位道集叠加所用的相位范围，当所有相位和频率都包含在计算范围内时，则有S′(t)＝S(t)，即：原始地震道可以通过公式(6)无损重构。

如图5所示(其为屏幕上所显示的实际图形)，图5中的(a)所展示的是由不同相位Ricker(雷克)子波(已在图中标注)合成的一道地震信号，其中，实线表示的是原始地震信号，虚线表示的是重构后的地震信号，图5中的(b)所展示的是经相位分解后得到的相位道集；从图5中可以看到，实线和虚线两条曲线几乎重合，表明了本发明所提出的相位分解与重构方法的准确性。另外，相位道集不同于相位谱或属性，可同时显示振幅和相位信息。

在实现过程中，本发明所提出的相位分解与重构方法所涉及的一个核心问题是窗函数的约束限定。选用不同的窗，会得到不一样的结果。当使用常规矩形窗时，因窗太窄会引起相位道集断续“挂面条”现象，若窗太宽，又会由于窗的有效范围内权重都是一样的，则会大量引入其他相位分量干扰。因此，本发明选用的是Kaiser(凯塞)窗，该窗函数是一种最优化窗，它可以同时调整主瓣宽度与旁瓣宽度，从而，得到更加灵活多变的窗函数，这是其他窗函数不具备的，被定义为：

式中，k为离散窗函数的自变量，且0≤k≤K；K是窗函数的长度；I₀是第1类变形零阶贝塞尔函数；β是窗函数的形状参数。

第五步，将提取出的与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量S_θ′(t)从零相位化后的地震数据S(t)中分离，即可得到突出目标储层有效反射信息的地震数据S′(t)，其公式如下：

S′(t)＝S(t)-S_θ′(t) (8)

式中，S′(t)表示去除特殊围岩强反射干扰后的地震数据；S(t)表示原始零相位化后的地震数据；S_θ′(t)表示提取出的与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量。

在实际应用中，当最终得到的去除特殊围岩强反射干扰后的地震数据噪声明显、同相轴横向连续性较差时，本发明通过利用扩散滤波技术进行处理，可以在压制噪声的同时能够增强地震同相轴的横向连续性。

为了更好地说明上述具体实施方式的效果，下面给出一个具体实例：

如图6所示(其为屏幕上所显示的实际图形)，结合实际地质情况，根据测井及岩石物理资料，设计了一个典型的二维模型，图6中的(a)作为地震相位分解去围岩强反射的实施模型，其中，储层岩性为砂岩，背景围岩为常规泥岩，特殊围岩为高速粉砂质泥岩，表1给出了该典型二维模型的具体参数。

表1：模型参数

根据模型参数，基于褶积模型，选用主频为30Hz的零相位雷克子波进行正演模拟。图6中的(b)为正演得到的地震记录，正常在下覆储层没有变化的情况下，它的地震响应振幅强度理想情况下应该是一致的，但从图6中的(b)的正演记录中可以看到，其右侧储层由于上伏高速粉砂质泥岩的存在且较厚，其波的干涉影响导致下方储层地震响应振幅异常强，属于“假亮点”。

如图7所示(其为屏幕上所显示的实际图形)，对地震响应特征进行深入分析，并基于相似系数准则的相位估算方法求取地震响应波形相位信息。在正常的情况下，不受特殊围岩影响时，其低阻抗储层顶底地震响应分别对应的是波谷和波峰，它的综合地震响应波形相当于-90°相位子波，如图7中的(a)所示。而受特殊围岩影响后的综合地震响应可以看作是由上伏特殊高阻抗泥岩的地震响应和下覆低阻抗储层的地震响应组成，相当于180°相位子波，如图7中的(b)所示。单纯的特殊高阻抗泥岩顶底地震响应分别对应的是波峰和波谷，它的综合地震响应波形相当于+90°相位子波，如图7中的(c)所示。因此，根据这一关键认识，首先通过采用地震相位分解与重构方法将地震数据分解与重构为不同相位分量，进而提取出与特殊围岩对应的+90°强反射干扰相位分量，然后将其从原始地震数据中分离，即可得到突出目标储层有效反射信息的地震数据。图8为真实的单道正演数据地震相位分解去围岩强反射的结果，从图中可以看到基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法可以有效去除特殊围岩产生的+90°强反射干扰相位分量来突显出目标储层，使储层的地震响应得到真实反应。

在本次理论模型测试中，为了进一步突出本发明的优势和有效性，首先是利用商业软件对图6中(b)所示的地震记录进行地震多子波分解与重构去围岩强反射，图9中(a)是地震多子波分解与重构去围岩强反射后得到的地震剖面，从图9中可以看到，在目标储层处地震响应波形产生明显的畸变，表明地震多子波分解与重构方法，不适用于去除由于不同围岩间波阻抗差异大而导致的储层干涉加强出现的强反射“假亮点”。图9中(b)是通过采用本发明得到的地震剖面，较好地去除了受围岩差异干涉影响时给储层地震响应带来的假象，使储层地震响应的相对振幅强弱能够更好地反映出其真实情况，效果显著。

为了测试本发明对储层预测精度的提高，按照基于地震相位分解去围岩强反射分离方法流程图，将该方法应用于研究区内的实际资料处理。

如图10A-10B所示(其为屏幕上所显示的实际图形)，图10中的(a)为原始地震剖面，钻井揭示A井在1200砂体钻遇3.8米储层，B井在1200砂体钻遇12.7米储层，如图中箭头所示，而在地震剖面中由于受围岩差异干涉影响，A井和B井在1200砂体处的地震响应振幅强弱差异较小，从而，使振幅相对强弱不能有效地反映出储层的真实变化情况。经过地震相位分解分离围岩强反射后的地震剖面(如图10B所示)，从图中可以看到本发明的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，可以较好地去除围岩差异干涉影响带来的“假亮点”，使A井在1200砂体处的地震响应能够更好地反映出储层自身的真实变化情况。

综上所述，本发明通过正演模拟技术分析了在复杂地质地震条件(不同围岩间波阻抗差异大)下地震响应特征和机理，建立了不同地层地震响应特征的波形信息与对应的相位信息和地质信息之间的联系。创新的提出了一种基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，通过采用稀疏反演复谱分解方法获得高分辨率且准确有效的相位谱，并对其所有频率成分进行反变换形成相位道集，实现了地震数据相位稳定分解与重构，进而构建出一种新的地震地质解释维度，其可以有效去除特殊围岩等因素产生的强反射干扰相位分量来突显出目标储层，解决了受围岩差异影响时储层地震响应“失真”的问题。相对于现有的技术，本发明显著提高了储层预测的精度，充分揭示了风险与潜力，为后续准确预测储层厚度、物性、含油气性等性质提供了可靠的数据基础，进而为油田的精细岩性勘探和高效精准开发提供了有力保障。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，采用以下步骤：

第一步，对研究区地震数据进行零相位化处理，并得到相应的零相位资料，即：地震数据S(t)，为后续地震信号相位分解与重构打好基础；

第二步，结合实际地质情况，根据测井及岩石物理资料建立理论模型，并通过对理论模型正演模拟后得出的结果，进行地震响应特征分析，且建立不同地层地震响应特征的波形信息与对应的相位信息和地质信息之间的联系；

第三步，根据正演数据和实际数据地震响应特征分析得出的结果，采用基于相似系数准则的相位估算方法，求取与背景围岩有明显差异处的特殊围岩地震响应的波形相位信息；

第四步，在目标储层位置上、下开一时窗，并选择时窗内零相位化后的地震数据S(t)，且利用基于稀疏反演复谱分解的地震相位分解方法，对其进行相位分解与重构，提取出与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量S_θ′(t)；

第五步，将提取出的与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量S_θ′(t)从零相位化后的地震数据S(t)中分离，即可得到突出目标储层有效反射信息的地震数据S′(t)。

2.根据权利要求1所述的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，所述第二步中，不同地层地震响应特征的波形信息与对应的相位信息和地质信息之间的联系为：地震数据中的不同相位分量，具有不同的地质地球物理意义，其中，0°相位分量表示厚层高阻抗地层的地震响应，180°相位分量表示厚层低阻抗地层的地震响应，+90°相位分量表示薄层高阻抗地层的地震响应，-90°相位分量表示薄层低阻抗地层的地震响应以及其他地层的组合关系的地震响应波形也具有其特定的相位，实际应用时，需根据具体地质条件而具体确定。

3.根据权利要求1所述的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，所述第三步中，相似系数准则是指地震道经过相位旋转后与标准道的相似度达到最大时对应的旋转角度为所求的相位角；在采用该相似系数准则进行相位估算时，利用井数据和地震数据包络联合构建标准参考道，同时，在该过程中，加入了已知先验信息；两个时间序列x′_i和y_i的相似系数定义为：

其中，T为参与计算的时间序列长度，且i＝1，2，...，T。

4.根据权利要求1所述的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，所述第四步中，稀疏反演复谱分解方法的数学模型公式为：

式中，b为地震记录；W₁ W₂ .... W_N分别为以频率f₁ f₂ … f_N为主频的与频率相关的复子波褶积矩阵，r₁ r₂ ..... r_N分别表示与W₁ W₂ .... W_N相对应的与频率相关的复反射系数，N代表参与计算的频率个数；A表示复子波卷积矩阵库，x表示与频率相关的复反射系数矩阵；n表示随机噪声。

5.根据权利要求4所述的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，所述公式(2)中复反射系数矩阵x的元素个数远大于地震记录b的元素个数，因此，线性反演问题，即：公式(2)是一个欠定问题；为了降低解的不确定性，并获得稀疏的时频谱，需要对复反射系数矩阵x执行稀疏约束，进而将线性反演问题，即：公式(2)转化为基追踪去噪问题进行求解，即：基追踪去噪问题的公式如下：

式中，μ为权重参数；且μ＞0，用于在最小化过程中控制公式(3)中，前、后两项的相对权重；

表示对变量Ax-b进行L₂范数的平方运算，Cⁿ代表n维复数域，||x||₁表示对与频率相关的复反射系数矩阵x进行L₁范数运算；通过采用高效且鲁棒的交替方向优化算法，求解无约束基追踪去噪问题的公式(3)后，便可得到与频率相关的复反射系数矩阵x，将x＝(r₁ r₂ … r_N)^T进行转置运算变为(r₁ r₂ … r_N)的形式，即可以看作是通过反演得到的高分辨率时频谱，对高分辨率时频谱进一步运算便可得到地震信号的时频能量谱F_sdom和时频相位谱

式中，|x|²表示对变量x进行模的平方运算，angle(x)表示对变量x进行反正切运算，

表示时频相位谱。

6.根据权利要求1或4所述的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，所述第四步中，基于稀疏反演复谱分解的地震相位分解与重构方法实现过程如下：

(1)对零相位化后的地震道数据进行稀疏反演复谱分解，并得到高分辨率的能量谱和准确有效的相位谱，即为时频谱；

(2)针对指定的需要重构的相位值运用凯塞窗进行约束搜索，得到约束后的能量谱和相位谱；

(3)在此基础上进行反变换，便能够重构得到只包含指定相位信息的地震道数据；

(4)最后，再对时频谱沿着相位轴-180°至180°逐点进行上述操作，即能够完成对一维时间域地震道数据的相位分解与重构，并得到对应的二维时间-相位域相位道集；

其中，地震道S(t)的相位分解数学模型公式为：

式中，f_L和f_H表示反变换所用的频率范围；S′(f，θ，t)为利用稀疏反演复谱分解方法对原始地震道S(t)进行计算得到的时频分析结果；f：代表频率；θ：代表相位；t：代表时间；S′(θ，t)为地震道S(t)相位分解后对应的相位道集，显示了地震振幅与相位随时间变化的分布；

相位道集能够直观地解释为地震道中单个相位分量的振幅与时间的关系公式如下：

式中，θ₁和θ₂表示相位道集叠加所用的相位范围，当所有相位和频率都包含在计算范围内时，则有S′(t)＝S(t)，即：原始地震道可以通过公式(6)无损重构；

在实现过程中，选用不同的窗，会得到不一样的结果；且凯塞窗函数是一种最优化窗，它能够同时调整主瓣宽度与旁瓣宽度，从而，得到更加灵活多变的窗函数，这是其他窗函数不具备的，被定义为：

式中，k为离散窗函数的自变量，且0≤k≤K；K是窗函数的长度；I₀是第1类变形零阶贝塞尔函数；β是窗函数的形状参数。

7.根据权利要求1所述的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，所述第五步中，目标储层有效反射信息S′(t)的计算公式如下：

S′(t)＝S(t)-S_θ′(t) (8)

其中，S′(t)表示去除特殊围岩强反射干扰后的地震数据；S(t)表示原始零相位化后的地震数据；S_θ′(t)表示提取出的与特殊围岩对应的强反射干扰相位分量。

8.根据权利要求1或7所述的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，所述第五步中，当最终得到的去除特殊围岩强反射干扰后的地震数据噪声明显、同相轴横向连续性较差时，通过利用扩散滤波技术进行处理，能够在压制噪声的同时能够增强地震同相轴的横向连续性。

9.根据权利要求1所述的基于地震相位分解的自适应围岩强反射分离方法，其特征在于，所述第二步-第五步中，先建立理论模型，并对模型进行测试如下：

①首先是进行地震多子波分解与重构去围岩强反射；从计算机中显示，在目标储层处地震响应波形产生明显的畸变，表明地震多子波分解与重构方法，不适用于去除由于不同围岩间波阻抗差异大而导致的储层干涉加强出现的强反射“假亮点”；

②然后，利用处理得到的地震剖面后，去除了受围岩差异干涉影响时给储层地震响应带来的假象，令储层地震响应的相对振幅强弱能够更好地反映出其真实情况；

③对应用于研究区内的实际资料，即：砂体处的地震响应反映出储层自身的真实变化情况进行处理。

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