CN115480313A - 压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，包括：步骤1，针对火成岩发育区的实际地质情况建立相应的正演模型，定量分析火成岩的地震响应特征及对下伏地层的影响因素，建立识别量板；步骤2，根据步骤1的结果，对比分析火成岩及其影响下伏地层实际地震资料主要地球物理特征的变化；步骤3，根据步骤2的结果开展对火成岩及其下伏地层优势频带分析，在下伏目的层优势频带内优选二维混合相位分级子波进行时频域反褶积，并对褶积结果做能量恢复处理，得到优化后的地震数据。该方法削弱了火成岩的干扰作用，增强了砂体的反射特征，提高了断层的识别精度，具有较高的应用价值和良好的推广前景。

Description

压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法

技术领域

本发明涉及火成岩发育区碎屑岩储层的地球物理勘探及综合研究领域，特别是涉及到一种压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法。

背景技术

胜利油田济阳坳陷探区内火成岩广泛发育：具有分布层系和范围广、岩性变化多样的特点。火成岩作为特殊岩性与沉积岩存在明显差异，在常规地震剖面上出现的反射特征较为特殊，且岩相不同其振幅、频率地震反射特征差别很大。在地震激发过程中，火成岩不但是一个能量屏蔽层，而且还对地震信号产生畸变干扰和大量散射，导致下传波能量减弱及地震波长复杂，造成地震反射能量变弱，地震信噪比降低，难以有效识别断裂和碎屑岩储层，严重制约了火成岩发育区的油气勘探。

目前火成岩发育区面临的勘探难题主要有2个方面：

(1)由于上覆火成岩高速异常、屏蔽作用较强，导致下伏地层地震有效信号变弱、断裂识别精度降低；同时由于火成岩高速异常，导致地震波旅行时减小，时间域地震资料中出现构造假象。

(2)在火成岩发育区,由于火成岩对地震波具有极强的屏蔽和吸收作用,火成岩地层常出现强反射，会使下伏地层受到火成岩强屏蔽影响地震反射变弱，导致难以识别。如何将强反射在地震上提取并剔除，消除火成岩强反射的屏蔽影响，突出有效储层的反射信息，是火成岩发育区储层预测的难点。

火成岩现有的文献资料主要是集中在储层、成藏及岩相方面研究成果较多，对地震资料的影响研究较少且大都偏重于速度、信噪比等单一方面。无法为火成岩发育区断层及碎屑岩储层的有效识别和解释提供有效的指导。

在申请号：CN201910271274.7的中国专利申请中，涉及到种基于火山岩屏蔽量化分析的下伏地层振幅补偿法，一，优选已钻井；二，优选井时深标定；三，制作不同频段地震资料合成地震记录；四，计算不同频段地震资料与合成记录中火山岩与下伏地层反射振幅比值；五，选择比值接近1的频段作后续地震资料振幅补偿参考频段；六，计算实际资料中火山岩地层及下伏地层均方根振幅；七，将地震资料在时频域分解成不同频率子集；八，对不同频段地震数据加权振幅补偿，使每频段内火山岩上覆地层与下伏地层振幅比一致；九，完成时频域分频振幅补偿；十，对比不同频段和全频段地震资料补偿能量变化并质控分析，补偿效果不理想时循环四至九；简洁高效保幅，消除上覆高速火山岩能量屏蔽造成下伏地层反射能量变弱问题。

在申请号：CN201610798160.4的中国专利申请中，涉及到一种消除煤系地层影响恢复下伏地层地震反射振幅的方法。该方法研究不同厚度的煤系地层对同一套地层的下伏地层中砂体的振幅屏蔽作用，结合钻井数据与地震剖面数据，求取出研究区内的单位煤系地层对下伏目的地层的屏蔽量—煤系地层屏蔽影响率，以求出不同煤系地层对同一目的地层振幅值的屏蔽量，该屏蔽量加上现有目的地层的视振幅值，即得到该目的地层的真振幅值。

在申请号：CN201811155579.3的中国专利申请中，涉及到一种火成岩的深度域速度建模方法，包括：获取火成岩的初始速度场和测井分层数据；基于所述初始速度场和测井分层数据反演出背景速度场；基于所述背景速度场，提高分辨率并进行网络层析反演迭代，得到初始火成岩深度域速度模型；向所述初始火成岩深度域速度模型的目标函数中加入井震误差和构造误差，得到最终火成岩深度域速度模型。

以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的基于匹配追踪(MP)算法下地震信号分解后，多信息融合重构提高火成岩发育区有效信号能量恢复的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，该压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法包括：

步骤1，针对火成岩发育区的实际地质情况建立相应的正演模型，定量分析火成岩的地震响应特征及对下伏地层的影响因素，建立识别量板；

步骤2，根据步骤1的结果，对比分析火成岩及其影响下伏地层实际地震资料主要地球物理特征的变化；

步骤3，根据步骤2的结果开展对火成岩及其下伏地层优势频带分析，在下伏目的层优势频带内优选二维混合相位分级子波进行时频域反褶积，并对褶积结果做能量恢复处理，得到优化后的地震数据。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，正演模拟定量分析火成岩的地震响应特征包括：频率、速度、能量及衰减性。

在步骤1中，对下伏地层的影响包括：火成岩与围岩具有不同速度对下伏围岩、断层影响；具有相同速度的单套火成岩厚度变化对下伏围岩、断层影响；火成岩产状具体包括倾角不同对下伏围岩、断层影响；火成岩与下伏地层间距对下伏围岩、断层影响。

在步骤2中，火成岩及其影响下伏地层地震地球物理特征包括频率、能量和波形等运动学、动力学和统计学的地震特征量变化，为火成岩强屏蔽剥离和弱信号能量恢复提供依据。

在步骤3中，根据步骤2的结果开展对火成岩及其下伏地层优势频带分析，在下伏目的层优势频带内优选二维混合相位分级子波进行时变分频反褶积，并对褶积结果做倾角导向滤波、振幅均衡及AGC这些能量恢复处理，得到优化后的地震数据。

在步骤3中，根据步骤2的结果，优选区分火成岩、下伏目的层能量、振幅和波形形态较好的不同优势频带；频带优选基于匹配追踪MP算法实现；选取下伏目的层的优势频带进行时频域反褶积，并对结果做振幅均衡及AGC这些能量恢复处理，最后得到优化后的地震数据体；匹配追踪算法的核心思想是将信号表示为一系列与信号局部结构特征最佳匹配的时频原子的线性组合；求最匹配的时频原子的实质是计算地震信号的局部瞬时属性，各时频原子的时频分布的叠加，即为匹配追踪时频。

步骤3包括：

步骤3a，进行地震信号的稀疏表达；

步骤3b，求取分解的不同原子信号时频谱；

步骤3c，进行多井混合相位子波的提取；

步骤3d，利用优选子波进行反褶积，对褶积结果进行振幅均衡，倾角导向滤波和AGC振幅增益这些能量恢复增强处理，即得到去除火成岩强屏蔽影响后的最终地震资料。

在步骤3a中，地震信号的稀疏表达式为：

其中s(t)为带限地震信号，Rs^(m)(t)是匹配后的残余信号，m是迭代的原子个数，通过设置的阈值来判断迭代终止条件，进而确定迭代的原子个数；原子是通过四个参数t_j延时，f_j主频，a_j相关系数，φ_j相位来控制的；

给定原子库D＝{w_k,k＝1,2,...K}，且满足||w_k||＝1，这些向量可以扩展成N维Hilbert空间；对于任意信号s(t)，从D中寻找与其最佳匹配的原子w_kr；满足如下匹配条件：

其中，<…>表示内积，用Rs⁽¹⁾(t)表示投影值和信号的差值，即第一次迭代的残余信号，由此信号可以表示成：s(t)＝<s,w_k0>w_k0+Rs⁽¹⁾(t)；

初始状态下，Rs⁽⁰⁾(t)＝s(t)；显然w_k0和Rs⁽¹⁾(t)是正交的，可得：||Rs⁽⁰⁾(t)||²＝|〈s,w_k0>|²+||Rs⁽¹⁾(t)||²，逐次迭代逼近最优化，必然使得残差Rs(t)的能量最小化，使投影|〈s,w_k0>|极大化；经过n次迭代后，Rs⁽ⁿ⁾(t)＝a_nw_n+Rs⁽ⁿ⁺¹⁾(t)，

信号最终被分解为如下所示：

在步骤3b中，根据Liu Jianlei提出求取时频谱的解析表达式：

_jW_R(f,f_j)env[w_R(t-t_j,f_j)]

式中：a_j为子波因子，为频率分布，为频率域下的瞬时包络属性，

为傅里叶变换下的相位变化；t-t_j为时差，f_j为频率，

为相位。

①对s(t)做Hilbert变化构建复分析信号：S(t)＝s(t)+jHT(s(t))，确定出信号的瞬时包络和瞬时相位公式如下所示：

根据瞬时包络极值对应时刻和峰谷位置确定出延时t_j，并求出延时处的瞬时相位θ(t_j)；上式中S(t)为残差信号的复分析信号，s(t)为初始残差信号。jHT(s(t))为初始信号的Hilbert变化，A(t)为瞬时包络属性，θ(t)为瞬时相位属性。

②求取信号的瞬时频率，在延时附近，构建匹配子波，选出与信号最佳匹配的即相关值最大的子波W(t_j,f_j,θ_j)其对应的主频就是匹配子波的最佳主频；W(t_j,f_j,θ_j)为不同时间，频率和相位下的最佳子波。

③根据相关在子波能量归一化的条件下求取子波的因子

并从地震道中减去与信号最大相关的匹配原子，得到残余信号，对残余信号在一定阈值范围内递推迭代；这样将所有匹配子波的时频谱叠加起来既得到初始信号的时频谱。

在步骤3c中，忽略噪声项，地震记录与地震子波和反射系数序列的关系可用褶积模型表示为：在频率域表达为：x(ω)＝w(ω)ξ(ω)；式中x(ω),w(ω),ξ(ω),分别是频率域的地震记录、地震子波和反射系数。取对数后可转化为线性系统lnx(ω)＝lnw(ω)+lnξ(ω)，再做作反富式变换可得：

分别称为x(t),w(t),ξ(t)的复赛谱序列；在复赛谱域可以确定子波的最小和最大相位分量，再通过扫描可以确定一组具有不同相位谱的子波集合；

基于这一点，选取多井在复赛谱域进行小时窗的井旁地震道的扫描，通过合成记录与实际时频体振幅谱的对比选取计算最优子波。

本发明中的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，在正演模拟定量分析火成岩地震响应特征及对围岩影响因素的基础上，建立火成岩下伏碎屑岩储层地震识别量板；结合原始地震数据，进行有效信号频谱分析，利用井旁地震道在时频域优选二维混合相位分级子波，结合目的层局部倾角信息进行时频域反褶积重构，对火成岩强干扰进行压制，针对下伏地层弱信号进行能量恢复，从而提高火成岩发育区下伏地层有效反射信号，形成一套完整的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法。利用该方法削弱了火成岩的干扰作用，增强了砂体的反射特征，有效改善了火成岩发育区的地震资料品质，提高了断层的识别精度，为火成岩发育区有效储层、断层描述提供了可靠依据，具有较高的应用价值和良好的推广前景。

本发明针对火成岩发育区地震反射信号杂乱、断裂及碎屑岩储集层识别精度低而提出的。提供了一种压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，有效提高了地震资料品质、断裂和有效储层的识别精度，指导了勘探和开发。

该发明针对火成岩发育区地震反射特征杂乱、对下伏地层地震反射信号屏蔽强的特点，提出了时频域压制火成岩屏蔽和混合相位反褶积加强下伏地层地震反射特征的方法，通过地震和钻井上多信息融合，有效提高了火成岩发育区的地震资料品质。与现有技术相比，充分应用了地震资料的各种信息和合理的地球物理手段提高了火成岩屏蔽作用影响下的断裂和储层的识别精度，具有良好的应用效果和推广前景。

附图说明

图1为本发明的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法具体实施例的流程图；

图2为本发明的具体实施例1中火成岩影响下伏地层地质正演模型及地震响应的示意图；

图3为本发明的具体实施例1中火成岩不同岩相地球物理特征对比图；

图4为本发明的具体实施例1中火成岩影响下伏地层地震响应特征识别量版的示意图；

图5为本发明的具体实施例1中火成岩-围岩地球物理特征对比图；

图6为本发明的具体实施例1、3中实际地震资料信号分解示意图；

图7为本发明的具体实施例1、3中匹配追踪算法(MP)计算时频谱流程图及实际地震信号时频谱图；

图8为本发明的具体实施例1、3中多井混合相位子波计算过程图；

图9为本发明的具体实施例1中原始地震剖面、信号恢复处理中间及最终成果剖面对比图；

图10为本发明的具体实施例1中储层平面预测图(信号能量恢复处理后地震数据体)；

图11为本发明的具体实施例2中原始地震与处理后多体融合属性体相干和倾角叠加平面对比图；

图12为本发明的具体实施例3中原始地震剖面与处理重构剖面对比图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

本发明的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，包括以下步骤：

步骤1，针对火成岩发育区的实际地质情况建立相应的正演模型，定量分析火成岩的地震响应特征及其对下伏地层的影响因素特征，建立识别量板；

正演模拟定量分析火成岩的地震响应特征主要包括：频率、速度、能量及衰减性。对下伏地层的影响主要包括：火成岩与围岩具有不同速度对下伏围岩、断层影响；具有相同速度的单套火成岩厚度变化对下伏围岩、断层影响；火成岩产状主要为倾角不同对下伏围岩、断层影响；火成岩与下伏地层间距对下伏围岩、断层影响。

步骤2，根据步骤1的结果，对比分析火成岩及其影响下伏地层实际地震资料主要地球物理特征的变化；

火成岩及其影响下伏地层地震地球物理特征主要包括频率、能量和波形等运动学、动力学和统计学的地震特征量变化，为火成岩强屏蔽剥离和弱信号能量恢复提供依据。

步骤3，根据步骤2的结果开展对火成岩及其下伏地层优势频带分析，在下伏目的层优势频带内优选二维混合相位分级子波进行时变分频反褶积，并对褶积结果做倾角导向滤波、振幅均衡及AGC等一系列能量恢复处理，得到优化后的地震数据。

根据步骤2的结果，优选区分火成岩、下伏目的层能量、振幅和波形形态较好的不同优势频带。频带优选基于匹配追踪(MP)算法实现。选取下伏目的层的优势频带进行时频域反褶积，并对结果做振幅均衡及AGC等一系列能量恢复处理，最后得到优化后的地震数据体。匹配追踪算法的核心思想：将信号表示为一系列与信号局部结构特征最佳匹配的时频原子的线性组合。求最匹配的时频原子的实质：计算地震信号的局部瞬时属性，各时频原子的时频分布的叠加，即为匹配追踪时频。

在通常情况下，地震波s(t)被看作是子波ω(t)与反射系数序列γ(t)的褶积，再加上噪音n(t)，即s(t)＝ω(t)*γ(t)+n(t)。忽略噪音的影响，只要在时频域内找到目的层的最佳原子就可以最大限度压制火成岩的强屏蔽影响，恢复目的层的信号能量。整个过程以基于MP算法的时频分析实现。

给定原子库D＝{g_r,r＝1,2,…R}，且满足||g_r||＝1，这些向量可以扩展成N维Hilbert空间。对于空间内任意矢量信号f，可以从D中寻找其最佳匹配的原子

信号f首次被分解为：

此处Rf为在

方向上分解后的残差，显然

正交于Rf，因此

为了将||Rf||最小化，必须找到

使

能量最大。这个条件下，只需要在原子库里找到意义上的最佳原子矢量

使

此处α为最优化因子，且满足0<α≤1。

令R⁰f＝f，假定已知第n次的残差Rⁿf，n≥0。有一个能够很好地匹配余项Rⁿf的元素

则残差Rⁿf可分解为

该式定义了第n+1次的残差。由于Rⁿ⁺¹f与

正交则：

将这个分解一直进行到第m次，分解f为一个级联求和的形式

由1式可得

匹配追踪(MP)算法是收敛的，随着分解的进行，误差能量逐渐变小，如果原子库足够完备，并且不限迭代次数，那么已分解原子的线性组合就能足够逼近原始信号。对分解后的每个时频原子求取时频谱对比分析即完成了频带优选。

具体实现过程如下：

(1)地震信号的稀疏表达式为：

其中s(t)为带限地震信号，Rs^(m)(t)是匹配后的残余信号，m是迭代的原子个数，通过设置的阈值来判断迭代终止条件，进而确定迭代的原子个数。原子是通过四个参数t_j(延时)，f_j(主频)，a_j(相关系数)，φ_j(相位)来控制的。给定原子库D＝{w_k,k＝1,2,...K}，且满足||w_k||＝1，这些向量可以扩展成N维Hilbert空间。对于任意信号s(t)，从D中寻找与其最佳匹配的原子w_kr。满足如下匹配条件：

其中，<…>表示内积，用Rs⁽¹⁾(t)表示投影值和信号的差值，即第一次迭代的残余信号，由此信号可以表示成：s(t)＝<s,w_k0>w_k0+Rs⁽¹⁾(t)。初始状态下，Rs⁽⁰⁾(t)＝s(t)。显然w_k0和Rs⁽¹⁾(t)是正交的，可得：||Rs⁽⁰⁾(t)||²＝|<s,w_k0>|²+||Rs⁽¹⁾(t)||²，逐次迭代逼近最优化，必然使得残差Rs(t)的能量最小化，使投影|<s,w_k0>|极大化。经过n次迭代后，Rs⁽ⁿ⁾(t)＝a_nw_n+Rs⁽ⁿ⁺¹⁾(t)，

信号最终被分解为如下所示：

(2)求取分解的不同原子信号时频谱：根据Liu Jianlei提出求取时频谱的解析表达式：

W_R(f,f_j)env[w_R(t-t_j,f_j)]

(式中：a_j为子波因子，为频率分布，为频率域下的瞬时包络属性，

为傅里叶变换下的相位变化)①对s(t)做Hilbert变化构建复分析信号：S(t)＝s(t)+jHT(s(t))，确定出信号的瞬时包络和瞬时相位公式如下所示：

根据瞬时包络极值对应时刻和峰谷位置确定出延时t_j，并求出延时处的瞬时相位θ(t_j)。②求取信号的瞬时频率，在延时附近，构建匹配子波，选出与信号最佳匹配的即相关值最大的子波W(t_j,f_j,θ_j)其对应的主频就是匹配子波的最佳主频。③根据相关在子波能量归一化的条件下求取子波的因子

并从地震道中减去与信号最大相关的匹配原子，得到残余信号，对残余信号在一定阈值范围内递推迭代。这样将所有匹配子波的时频谱叠加起来既得到初始信号的时频谱。

(3)多井混合相位子波的提取：上述2个步骤可以得到凸显不同信号能量的时频体，与步骤2中统计的火成岩及其下伏地层实际地震资料地球物理特征的对比分析，即可得到剔除火成岩屏蔽影响反应下伏地层信号能量的时频体。但这里仍存在一个问题：信号分解重构过程中原子库中的子波一般为零相位的标准子波，而实际地震中地层的厚度、产状的变化会引起子波相位、能量及频率的变化。为了得到能更精确的反应实际地质情况的时频体，还需要进一步对子波进行优选。Ulrych(1971)将反褶积技术引入到了地震勘探中来。忽略噪声项，地震记录与地震子波和反射系数序列的关系可用褶积模型表示为：在频率域表达为：x(ω)＝w(ω)ξ(ω)。式中x(ω),w(ω),ξ(ω),分别是频率域的地震记录、地震子波和反射系数。取对数后可转化为线性系统lnx(ω)＝lnw(ω)+lnξ(ω)，再做作反富式变换可得：

分别称为x(t),w(t),ξ(t)的复赛谱序列。在复赛谱域我们可以确定子波的最小和最大相位分量，再通过扫描可以确定一组具有不同相位谱的子波集合。基于这一点：我们可以选取多井在复赛谱域进行小时窗的井旁地震道的扫描，通过合成记录与实际时频体振幅谱的对比选取计算最优子波。

(4)利用优选子波进行反褶积，对褶积结果进行振幅均衡，倾角导向滤波和AGC振幅增益等一系列能量恢复增强处理，即得到去除火成岩强屏蔽影响后的最终地震资料。

实施例1：

在应用本发明的具体实施例1中，如图1所示：本实施例提供一种压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，包括如下步骤：

步骤1，针对火成岩发育区的实际地质情况建立相应的正演模型，定量分析火成岩的地震响应特征及其对下伏地层的影响因素特征，建立识别量板；

火成岩发育地区,由于火成岩对地震波具有极强的屏蔽和吸收作用,火成岩地层常出现强反射，由于这些强反射轴的能量过强，会使位于强反射轴附近较弱的反射受到屏蔽影响，使其难以识别，根据实际地质情况，设计了四类火成岩地质模型，依据模型分析了火成岩的地震响应特征和对下伏地层的影响因素，并建立了影响因素的定量识别模板。

①设计了单层火山岩地质模型，火成岩速度不变，厚度由5m增大到60m，厚度间隔为5m；

②设计了具有相同厚度的火成岩模型，速度由4000m/s增大到6000m/s,速度间隔为200m/s；

③设计了同一厚度和速度的火成岩模型，其与下伏地层的倾角由5度增加到50度；倾角间隔为5度。

④设计了同一厚度和速度的火成岩模型，其与下伏地层之间的间隔距离由10m增加到100m，距离间隔为10m；(图2)

依据建立的地质模型总结了火成岩的地震响应特征及影响下伏地层地震响应特征的定量识别量版；(图3、图4)

步骤2，根据正演模型的结果，对比分析火成岩及其下伏地层实际地震资料主要地球物理特征的变化：主要包括速度、频率、能量和波形等运动学和统计学的地震特征量变化，为火成岩强屏蔽剥离和弱信号能量恢复提供依据。(图5)

步骤3，根据步骤2的分析结果开展对火成岩及其下伏地层优势频带分析，在下伏目的层优势频带内优选多维混合相位分级子波进行时变分频反褶积，并对褶积结果做倾角导向滤波、振幅均衡及AGC等一系列能量恢复处理，得到优化后的地震数据。

步骤3中的具体实施过程如下：

(1)实际地震资料信号分解

地震信号的稀疏表达式为：

其中s(t)为带限地震信号，Rs^(m)(t)是匹配后的残余信号，m是迭代的原子个数，通过设置的阈值来判断迭代终止条件，进而确定迭代的原子个数。原子是通过四个参数t_j(延时)，f_j(主频)，a_j(相关系数)，φ_j(相位)来控制的。给定原子库D＝{w_k,k＝1,2,...K}，且满足||w_k||＝1，这些向量可以扩展成N维Hilbert空间。对于任意信号s(t)，从D中寻找与其最佳匹配的原子w_kr。满足如下匹配条件：

其中，<…>表示内积，用Rs⁽¹⁾(t)表示投影值和信号的差值，即第一次迭代的残余信号，由此信号可以表示成：s(t)＝<s,w_k0>w_k0+Rs⁽¹⁾(t)。初始状态下，Rs⁽⁰⁾(t)＝s(t)。显然w_k0和Rs⁽¹⁾(t)是正交的，可得：||Rs⁽⁰⁾(t)||²＝|<s,w_k0>|²+||Rs⁽¹⁾(t)||²，逐次迭代逼近最优化，必然使得残差Rs(t)的能量最小化，使投影|<s,w_k0>|极大化。经过n次迭代后，Rs⁽ⁿ⁾(t)＝a_nw_n+Rs⁽ⁿ⁺¹⁾(t)，

信号最终被分解为如下所示：

(图6)

(2)求取分解得到的一系列原子信号的时频谱

求取分解的不同原子信号时频谱：根据Liu Jianlei提出求取时频谱的解析表达式：

(式中：a_j为子波因子，W_R(f,f_j)为频率分布，env[w_R(t-t_j,f_j)]为频率域下的瞬时包络属性，

为傅里叶变换下的相位变化)①对s(t)做Hilbert变化构建复分析信号：S(t)＝s(t)+jHT(s(t))，确定出信号的瞬时包络和瞬时相位公式如下所示：

根据瞬时包络极值对应时刻和峰谷位置确定出延时t_j，并求出延时处的瞬时相位θ(t_j)。②求取信号的瞬时频率，在延时附近，构建匹配子波，选出与信号最佳匹配的即相关值最大的子波W(t_j,f_j,θ_j)其对应的主频就是匹配子波的最佳主频。③根据相关在子波能量归一化的条件下求取子波的因子

并从地震道中减去与信号最大相关的匹配原子，得到残余信号，对残余信号在一定阈值范围内递推迭代。这样将所有匹配子波的时频谱叠加起来既得到初始信号的时频谱。(图7)

(3)多井混合相位子波的计算：上述2个步骤可以得到凸显不同信号能量的时频体，与步骤2中统计的火成岩及其下伏地层实际地震资料地球物理特征的对比分析，即可得到剔除火成岩屏蔽影响反应下伏地层信号能量的时频体。但这里仍存在一个问题：信号分解重构过程中原子库中的子波一般为零相位的标准子波，而实际地震中地层的厚度、产状的变化会引起子波相位、能量及频率的变化。为了得到能更精确的反应实际地质情况的时频体，还需要进一步对子波进行优选。Ulrych(1971)将反褶积技术引入到了地震勘探中来。忽略噪声项，地震记录与地震子波和反射系数序列的关系可用褶积模型表示为：在频率域表达为：x(ω)＝w(ω)ξ(ω)。式中x(ω),w(ω),ξ(ω),分别是频率域的地震记录、地震子波和反射系数。取对数后可转化为线性系统lnx(ω)＝lnw(ω)+lnξ(ω)，再做作反富式变换可得：

分别称为x(t),w(t),ξ(t)的复赛谱序列。在复赛谱域我们可以确定子波的最小和最大相位分量，再通过扫描可以确定一组具有不同相位谱的子波集合。基于这一点：我们可以选取多井在复赛谱域进行小时窗的井旁地震道的扫描，通过合成记录与实际时频体振幅谱的对比选取计算最优子波。(图8)

(4)时频域再反褶积计算地震数据体：利用优选子波进行反褶积，对褶积结果进行振幅均衡，倾角导向滤波和AGC振幅增益等一系列能量恢复增强处理，即得到去除火成岩强屏蔽影响后的最终地震资料。(图9)

去除火成岩强屏蔽影响，下伏目的层信号能量恢复后的地震数据体振幅属性很好的反应了火成岩发育区储层的分布范围，具有较好的应用效果。(图10)

实施例2：

在该实施例中，步骤1和步骤2的实施过程均同实施例1，所不同的只是步骤3，具体介绍如下：

步骤3，对原始地震数据做子波时频分解，根据步骤2的结果比对分析火成岩强屏蔽影响下能更清晰反应下伏地层断裂的优势频带，优选子波时频分解体进行方差、蚂蚁追踪等断层边界加强处理，进行多体融合，最后得到更能反映断层变化的地震数据体。

具体实施过程如下：

(1)对原始数据进行多子波地震道分解，具体原理及步骤同实施例1步骤3中的(1)、(2)部分。(图11)

(2)通过与步骤2的统计结果分析对照，筛选合成出更利于直接反映火成岩强屏蔽下断裂变化新的地震道集，提取地震分量。

(3)对地震分量进行倾角导向滤波，提取方差体，蚂蚁追踪体等一系列在地震分量数据基础上能更好反映数据体中不连续点的分布旨在强化对断裂边界的反应。

(4)体融合：能够较好反应地震分量体断裂边界变化的属性提进行PCA-RGB体融合，用PCA主成分分析技术将多个同一类地震属性体进行降维处理,得到相应的主分量,再利用RGB颜色融合技术,将不同种类地震属性体主分量进行融合以求能够得到更加准确、直观反应断裂边界的属性体。

(图12)

实施例3

在该实施例中，旨在研究火成岩发育区，受上覆火成岩屏蔽影响，下伏砂岩储层尖灭点落实不准且不易追踪的问题。以求消除火成岩影响，能够精确落实砂体尖灭范围。其中步骤1和步骤2的实施过程均同实施例1，所不同的只是步骤3，现具体介绍如下：

步骤3，对实钻井进行合成记录标定和时频谱分析，结合步骤2的模型统计结果优选出目标井区砂岩储层平均厚度的优势频带范围为基础，而后对原始地震数据体做频谱分解处理，提取该井区砂岩储层的优势时频体，根据实钻井合成记录标定过程中各单井的子波计算能较好反应目标区砂岩平均厚度的混合相位子波，具体过程同实施例1中步骤3中(3)部分。进行反褶积，对褶积结果进行能量均衡及AGC振幅增益处理，即得到去除火成岩强屏蔽影响后的最终地震资料。

具体实施过程如下：

(1)对实钻井进行合成记录标定和时频谱分析，结合步骤2中模型的统计结果筛选目标砂体的优势频带范围及子波。

(2)对原始地震数据体进行时频分解处理，优选出能突出反应目标砂体的时频体。该过程采用MP匹配追踪方法，即将地震信号表示为一系列与信号局部结构特征最佳匹配的时频原子的线性组合。(图7)

(3)根据单井合成记录优选的多个子波进行混合相位子波的计算。具体过程同实施例1中步骤3中(3)部分。(图8)

(4)最后对(2)中计算的时频体和(3)中计算的混合相位子波进行反褶积，对褶积结果进行一系列的解释性处理最终得到的即是去除火成岩屏蔽影响的地震数据体。

本发明的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，在正演模拟定量分析火成岩地震响应特征及对围岩影响因素的基础上，建立火成岩下伏碎屑岩储层地震识别量板；结合原始地震数据，进行有效信号频谱分析，利用井旁地震道在时频域优选二维混合相位分级子波，结合目的层局部倾角信息进行时频域反褶积重构，对火成岩强干扰进行压制，针对下伏地层弱信号进行能量恢复，从而提高火成岩发育区下伏地层有效反射信号，形成一套完整的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法。利用该方法削弱了火成岩的干扰作用，增强了砂体的反射特征，提高了断层的识别精度，为火成岩发育区有效储层、断层描述提供了可靠依据，具有较高的应用价值和良好的推广前景。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，该压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法包括：

步骤1，针对火成岩发育区的实际地质情况建立相应的正演模型，定量分析火成岩的地震响应特征及对下伏地层的影响因素，建立识别量板；

步骤2，根据步骤1的结果，对比分析火成岩及其影响下伏地层实际地震资料主要地球物理特征的变化；

步骤3，根据步骤2的结果开展对火成岩及其下伏地层优势频带分析，在下伏目的层优势频带内优选二维混合相位分级子波进行时频域反褶积，并对褶积结果做能量恢复处理，得到优化后的地震数据。

2.根据权利要求1所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，在步骤1中，正演模拟定量分析火成岩的地震响应特征包括：频率、速度、能量及衰减性。

3.根据权利要求2所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，在步骤1中，对下伏地层的影响包括：火成岩与围岩具有不同速度对下伏围岩、断层影响；具有相同速度的单套火成岩厚度变化对下伏围岩、断层影响；火成岩产状具体包括倾角不同对下伏围岩、断层影响；火成岩与下伏地层间距对下伏围岩、断层影响。

4.根据权利要求1所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，在步骤2中，火成岩及其影响下伏地层地震地球物理特征包括频率、能量和波形等运动学、动力学和统计学的地震特征量变化，为火成岩强屏蔽剥离和弱信号能量恢复提供依据。

5.根据权利要求1所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，在步骤3中，根据步骤2的结果开展对火成岩及其下伏地层优势频带分析，在下伏目的层优势频带内优选二维混合相位分级子波进行时变分频反褶积，并对褶积结果做倾角导向滤波、振幅均衡及AGC这些能量恢复处理，得到优化后的地震数据。

6.根据权利要求5所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，在步骤3中，根据步骤2的结果，优选区分火成岩、下伏目的层能量、振幅和波形形态较好的不同优势频带；频带优选基于匹配追踪MP算法实现；选取下伏目的层的优势频带进行时频域反褶积，并对结果做振幅均衡及AGC这些能量恢复处理，最后得到优化后的地震数据体；匹配追踪算法的核心思想是将信号表示为一系列与信号局部结构特征最佳匹配的时频原子的线性组合；求最匹配的时频原子的实质是计算地震信号的局部瞬时属性，各时频原子的时频分布的叠加，即为匹配追踪时频。

7.根据权利要求6所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，步骤3包括：

步骤3a，进行地震信号的稀疏表达；

步骤3b，求取分解的不同原子信号时频谱；

步骤3c，进行多井混合相位子波的提取；

步骤3d，利用优选子波进行反褶积，对褶积结果进行振幅均衡，倾角导向滤波和AGC振幅增益这些能量恢复增强处理，即得到去除火成岩强屏蔽影响后的最终地震资料。

8.根据权利要求7所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，在步骤3a中，地震信号的稀疏表达式为：

其中s(t)为带限地震信号，Rs^(m)(t)是匹配后的残余信号，m是迭代的原子个数，通过设置的阈值来判断迭代终止条件，进而确定迭代的原子个数；原子是通过四个参数t_j延时，f_j主频，a_j相关系数，φ_j相位来控制的；

给定原子库D＝{w_k,k＝1,2,...K}，且满足||w_k||＝1，这些向量可以扩展成N维Hilbert空间；对于任意信号s(t)，从D中寻找与其最佳匹配的原子w_kr；满足如下匹配条件：

其中，<…>表示内积，用Rs⁽¹⁾(t)表示投影值和信号的差值，即第一次迭代的残余信号，由此信号可以表示成：s(t)＝<s,w_k0>w_k0+Rs⁽¹⁾(t)；s(t)为初始信号，<s,w_k0>为第一次迭代的投影值，w_k0第一次迭代的最佳匹配原子；为初始状态下，Rs⁽⁰⁾(t)＝s(t)；显然w_k0和Rs⁽¹⁾(t)是正交的，可得：||Rs⁽⁰⁾(t)||²＝|<s,w_k0>|²+||Rs⁽¹⁾(t)||²，逐次迭代逼近最优化，必然使得残差Rs(t)的能量最小化，使投影|<s,w_k0>|极大化；经过n次迭代后，Rs⁽ⁿ⁾(t)＝a_nw_n+Rs⁽ⁿ⁺¹⁾(t)，

a_n代表n次迭代的匹配因子，信号最终被分解为如下所示：

9.根据权利要求8所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，在步骤3b中，根据Liu Jianlei提出求取时频谱的解析表达式：

式中：a_j为子波因子，W_R(f,f_j)为频率分布，env[w_R(t-t_j,f_j)]为不同时段频率域下的瞬时包络属性，

为傅里叶变换下的相位变化，t-t_j为时差，f_j为频率，

为相位；

①对s(t)做Hilbert变化构建复分析信号：S(t)＝s(t)+jHT(s(t))，确定出信号的瞬时包络和瞬时相位公式如下所示：

根据瞬时包络极值对应时刻和峰谷位置确定出延时t_j，并求出延时处的瞬时相位θ(t_j)；上式中S(t)为残差信号的复分析信号，s(t)为初始残差信号；jHT(s(t))为初始信号的Hilbert变化，A(t)为瞬时包络属性，θ(t)为瞬时相位属性；

②求取信号的瞬时频率，在延时附近，构建匹配子波，选出与信号最佳匹配的即相关值最大的子波W(t_j,f_j,θ_j)其对应的主频就是匹配子波的最佳主频；W(t_j,f_j,θ_j)为不同时间，频率和相位下的最佳子波；

③根据相关在子波能量归一化的条件下求取子波因子

并从地震道中减去与信号最大相关的匹配原子，得到残余信号，对残余信号在一定阈值范围内递推迭代；这样将所有匹配子波的时频谱叠加起来既得到初始信号的时频谱。

10.根据权利要求9所述的压制火成岩强屏蔽恢复下伏地层有效弱信号能量的综合方法，其特征在于，在步骤3c中，忽略噪声项，地震记录与地震子波和反射系数序列的关系可以用褶积模型在频率域表达为：x(ω)＝w(ω)ξ(ω)；式中x(ω),w(ω),ξ(ω),分别是频率域的地震记录、地震子波和反射系数；取对数后可转化为线性系统lnx(ω)＝lnw(ω)+lnξ(ω)，再做作反富式变换可得：

分别称为x(t),w(t),ξ(t)的复赛谱序列；为在复赛谱域可以确定子波的最小和最大相位分量，再通过扫描可以确定一组具有不同相位谱的子波集合；

基于这一点，选取多井在复赛谱域进行小时窗的井旁地震道的扫描，通过合成记录与实际时频体振幅谱的对比选取计算最优子波。

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