CN114280671A - 一种广义w变换地震含气储层表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种广义W变换地震含气储层表征方法，包括以下步骤：S1、输入待分析的过井地震道信号

；S2、对S1输入的过井地震道信号

，选择合适的参数集范围

，估计各个参数集下的广义高斯窗口

；S3、根据上述获得不同参数集下的广义高斯窗口，对过井地震道信号

进行分解，获取各个参数集下的时频变换结果

；S4、采用聚焦策略自适应选取广义高斯窗口的参数集

，得到优化后的广义W变换的时频谱；S5、采用傅里叶变换计算过井地震道信号的有效频带范围，将有效频带范围中的频率最大值的75%、60%、50%、33%设置为对比分析的频率值，最后通过对比分析S4得到的时频谱中四个频率值的衰减情况表征该井是否存在含气储层。本发明能够显著提高低频段能量聚焦性，有效表征地震含气储层。

Description

一种广义W变换地震含气储层表征方法

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种广义W变换地震含气储层表征方法。

背景技术

时频分析是地震数据处理的有力工具，它将一维地震信号映射为二维时频平面，作为信号处理的一种有效手段，采用窗函数截断信号的局部信息从而可以更清楚的表征时频谱变化规律。经典时频分析方法(TFA)主要包括短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)、S变换(ST)等，被广泛应用于地震储层表征、地震勘探等，可以有效揭示地震信号的非平稳特征。

在这些经典TFA方法中，ST结合了STFT和CWT，使其高斯窗口自适应地与频率成反比变化，从而在低频带具有高频率分辨率，高频带具有高时间分辨率，因此ST被广泛应用于储层表征中。但是，ST采用固定的高斯窗，使其在野外地震数据处理中面临严峻挑战。因此，近年来，研究者们通过修改ST的高斯窗口，提出了许多广义ST来提高TF分辨率。例如，高静怀等(Gao et al.，2003)、陈学华等(Chen et al.，2009)、刘乃豪等(Liu et al.，2018)分别将ST高斯窗的标准差修正为四参数、双参数和三参数形式，进而得到灵活可调的TF分辨率。然而，上述广义ST产生的TF谱都面临着同样的问题：低频带的时间分辨率较差，因此提出了W变换(WT)，它通过引入时变高斯窗，从而提高低频段和高频段的时间分辨率，但由于其高斯窗的标准偏差是主频的绝对值函数，导致其在主频处存在奇点效应。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种广义W变换(GWT)地震含气储层表征方法。GWT方法通过构造一个新的频率变化的高斯标准差，其为关于主频的双参数多元复合指数形式，以避免由W变换的高斯窗口引起的奇异性。与现有方法相比，GWT方法所获得的时频表征可以在低频段获得更好的时频能量聚焦性，提高地震储层的识别精度。

广义W变换地震含气储层表征方法的基本思想是先获取信号的广义高斯窗口，根据加窗原理，获取广义W变换时频结果，再根据聚焦策略自适应选取参数，得到优化后的广义W变换的时频谱，通过更为灵活且平滑的窗口从而避免了W变换在主频处的奇点效应，更好地表征地震信号的时频特性，更准确地描述地震信号的频变特征。

本发明采用的具体实施步骤包括：

S1、输入待分析的过井地震道信号s(t)；其中t表示时间；

S2、对S1输入的过井地震道信号s(t)，选择合适的参数集Γ＝(k，p)范围，估计各个参数集下的广义高斯窗口g(t，f；Γ)，计算方法如下：

其中，t表示时间中心，f表示频率中心，Γ＝(k，p)为一组可调节的参数集，k表示尺度因子，调节广义高斯窗口的宽度，p表示趋势因子，调节广义高斯窗口的变化率，合适的参数集范围为：Γ_range＝k∈(1,3),p∈(1,5]；σ(f₀,f；Γ)为标准差函数：

其中，f₀为过井地震道信号s(t)的瞬时主频，根据Hilbert变换估计获得；

S3、根据上述获得不同参数集下的广义高斯窗口g(t,f；Γ)，对过井地震道信号s(t)进行分解，获取时频变换结果GWT(t，f；Γ)，计算方法如下：

S4、采用聚焦策略(CM)，对S2中广义高斯窗口函数g(t,f；Γ)的参数集范围Γ_range＝{k∈(1,3),p∈(1,5]}内进行自适应优化，得到广义W变换的CM：

其中

表示广义W变换的归一化形式，并选取CM值最大的参数集作为优化参数集Γ_opt：

最终得到优化参数集Γ_opt下的广义W变换的时频谱；

S5、采用傅里叶变换计算过井地震道信号的有效频带范围，将有效频带范围中的频率最大值的75％、60％、50％、33％设置为对比分析的频率值。通过对比分析S4得到的时频谱中上述四个频率值的衰减情况来表征该井是否存在含气储层。

作为优选，所述步骤S2中过井地震道信号s(t)在各个参数集下Γ＝(k，p)的广义高斯窗口为：

其中，t表示时间中心，f表示频率中心，Γ＝(k，p)为一组可调节的参数集，k表示尺度因子，调节广义高斯窗口的宽度，p表示趋势因子，调节广义高斯窗的变化率，所述合适的参数集范围为：Γ_range＝{k∈(1，3)，p∈(1，5]}；σ(f₀，f；Γ)为标准差函数：

其中，f₀为过井地震道信号s(t)的瞬时主频；

作为优选，所述步骤S3中，根据上述获得不同参数集Γ_range下的广义高斯窗口g(t，f；Γ)，对过井地震道信号s(t)进行分解，获取时频变换结果GWT(t，f；Γ)：

作为优选，所述步骤S4可采用下式对(8)中的GWT(t,f；Γ)进行逆变换，重构地震信号s(t)：

本发明的思路为：

首先，输入待分析的过井地震道信号s(t)；其中t表示时间；

第二，对S1输入的过井地震道信号s(t)，选择合适的参数集Γ＝(k,p)范围，估计各个参数集下的广义高斯窗口g(t,f；Γ)

其中，t表示时间中心，f表示频率中心Γ＝(k,p)为一组可调节的参数集，k表示尺度因子，调节广义高斯窗口的宽度，p表示趋势因子，调节广义高斯窗口的变化率所述合适的参数集范围为：Γ_range＝{k∈(1,3),p∈(1，5]}；σ(f₀，f；Γ)为标准差函数：

其中，f₀为过井地震道信号s(t)的瞬时主频，根据Hilbert变换估计获得；

第三，根据上述获得不同参数集Γ_range下的广义高斯窗口g(t,f；Γ)，对过井地震道信号s(t)进行分解，获取时频变换结果GWT(t,f；Γ)；

第四，采用聚焦策略自适应选取广义高斯窗口的参数集Γ，得到优化后的广义W变换的时频谱；

第五，采用傅里叶变换计算过井地震道信号的有效频带范围，将有效频带范围中的频率最大值的75％、60％、50％、33％设置为对比分析的频率值。通过对比分析S4得到的时频谱中上述四个频率值的衰减情况来表征该井是否存在含气储层。

本发明的工作原理为：采集待分析的过井地震道信号s(t)；选择合适的参数集范围Γ_range＝{k∈(1,3),p∈(1,5]}，估计各个参数集下的广义高斯窗口g(t,f；Γ)；根据上述获得不同参数集下的广义高斯窗口，对过井地震道信号s(t)进行分解，获取时频变换结果GWT(t,f；Γ)；采用聚焦策略自适应选取S3中广义高斯窗口的参数集Γ_range，得到优化后的广义W变换的时频谱；采用傅里叶变换计算过井地震道信号的有效频带范围，得到四个频率值，最后通过对比分析S4得到的时频谱中四个频率值的衰减情况表征该井是否存在含气储层。本发明能够显著提高时频能量聚焦性，有效表征地震含气储层。

本发明针对W变换在主频处存在的不可微点从而导致的奇点效应，提出了广义W变换地震含气储层表征方法，首先对信号估计一种多元指数形式的广义高斯窗口函数，获得一种更为平滑且灵活的窗口；再根据广义W变换原理，对过井地震道信号s(t)进行分解，获取时频变换结果；最后采用聚焦策略自适应选取S3中广义高斯窗口的参数集，得到优化后的广义W变换的时频谱。本发明在重构能力以及计算效率上都表现出良好的效果，能够有效避免了W变换的奇点效应，提高低频段能量聚焦性，有效表征地震含气储层。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为中南西部地区四川盆地中江气田剖面图

图3为经本发明方法处理的中江气田井A的时频谱

图4为经本发明方法处理的中江气田井B的时频谱

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1，一种广义W变换地震含气储层表征方法，包括以下步骤：

S1、输入待分析的过井地震道信号s(t)；其中t表示时间；

S2、对S1输入的过井地震道信号s(t)，估计各个时频位置(t,f)的广义高斯窗口g(t,f；f₀)，计算方法如下：

其中，t表示时间中心，f表示频率中心，Γ＝(k,p)为一组可调节的参数集，k表示尺度因子，调节广义高斯窗口的宽度，p表示趋势因子，调节广义高斯窗口的变化率所述合适的参数集范围为Γ_range＝{k∈(1,3),p∈(1,5]}；σ(f₀,f；Γ)为标准差：

其中，f₀为过井地震道信号s(t)的瞬时主频，根据Hilbert变换估计获得；

S3、根据上述获得不同参数集下Γ_range的广义高斯窗口g(t,f；Γ)，对过井地震道信号s(t)进行分解，获取时频变换结果GWT(t,f；Γ)，计算方法如下：

S4、采用聚焦策略，对S2中广义高斯窗口函数g(t,f；Γ)的参数集范围Γ_range＝{k∈(1,3),p∈(1,5]}内进行自适应优化，得到广义W变换的CM：

其中

表示广义W变换的归一化形式，并选取CM值最大的参数集作为优化参数集Γ_opt：

最终得到优化参数集Γ_opt下的广义W变换的时频谱；

S5、采用傅里叶变换计算过井地震道信号的有效频带范围，将有效频带范围中的频率最大值的75％、60％、50％、33％设置为对比分析的频率值。通过对比分析S4得到的时频谱中上述四个频率值的衰减情况来表征该井是否存在含气储层。

参见图1到图4，我们具体以一个地震剖面为例，该二维地震剖面图如图2所示。图3-图4分别是针对过井A和井B地震道进行广义W变换得到的时频谱。图2中，横坐标表示地震道数，纵坐标表示时间；图3-4中，横坐标表示频率，纵坐标表示时间。实施例证明，经本发明方法处理后得到的结果图时频能量更加集中，对于含气井A，GWT(图3)通过构造一个多元复合指数形式的标准差，可以自适应灵活地调整窗口，更有效地揭示能量衰减信息；对于B井，GWT(图4)在低频带和高频带的能量基本相同，没有明显的能量衰减，更有效地表征B井为一口干井。上述分析表明，该方法能更好地表征含气储层。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种广义W变换地震含气储层表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、输入待分析的过井地震道信号s(t)；其中t表示时间；

S2、对S1输入的过井地震道信号s(t)，选择合适的参数集Γ＝(k,p)范围，估计各个参数集Γ下的广义高斯窗口g(t,f；Γ)，计算方法如下：

其中，t表示时间中心，f表示频率中心，Γ＝(k,p)为一组可调节的参数集，k表示尺度因子，调节广义高斯窗口的宽度，p表示趋势因子，调节广义高斯窗口的变化率所述合适的参数集范围为Γ_range＝{k∈(1，3),p∈(1，5]}；σ(f₀，f；Γ)为标准差函数：

其中，f₀为过井地震道信号s(t)的瞬时主频，根据Hilbert变换估计获得；

S3、根据上述获得不同参数集下Γ_range的广义高斯窗口g(t,f；Γ)，对过井地震道信号s(t)进行分解，获取时频变换结果GWT(t,f；Γ)，计算方法如下：

S4、采用聚焦策略(CM)，对S2中广义高斯窗口函数g(t,f；Γ)的参数集范围Γ_range＝{k∈(1,3),p∈(1,5]}内进行自适应优化，得到广义W变换的CM：

其中

表示广义W变换的归一化形式，并选取CM值最大的参数集作为优化参数集Γ_opt：

最终得到优化参数集Γ_opt下的广义W变换的时频谱；

S5、采用傅里叶变换计算过井地震道信号的有效频带范围，将有效频带范围中的频率最大值的75％、60％、50％、33％设置为对比分析的频率值。通过对比分析S4得到的时频谱中上述四个频率值的衰减情况来表征该井是否存在含气储层。

2.根据权利要求1所述的广义W变换地震含气储层表征方法，其特征在于，所述步骤S2中过井地震道信号s(t)在各个参数集下Γ＝(k,p)的广义高斯窗口为：

其中，t表示时间中心，f表示频率中心，Γ＝(k，p)为一组可调节的参数集，k表示尺度因子，调节广义高斯窗口的宽度，p表示趋势因子，调节广义高斯窗的变化率，合适的参数集范围为：Γ_range＝{k∈(1,3),p∈(1,5]}；σ(f₀，f；Γ)为标准差函数：

其中，f₀为过井地震道信号s(t)的瞬时主频。

3.根据权利要求1所述的广义W变换地震含气储层表征方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据上述获得不同参数集Γ_range下的广义高斯窗口g(t,f；Γ)，对过井地震道信号s(t)进行分解，获取时频变换结果GWT(t,f；Γ)：

4.根据权利要求1所述的广义W变换地震含气储层表征方法，其特征在于，所述步骤S4可采用下式对(8)中的GWT(t,f；Γ)进行逆变换，重构地震信号s(t)：

本发明适用于重构地震信号。

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