基于匹配地震子波的物理小波的地震瞬时频率分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于匹配地震子波的物理小波的地震瞬时频率分析方法，包括如下步骤：1)获取二维或三维的经偏移或叠加处理后的地震资料；2)根据研究对象对所获取的地震资料进行空间分区，区域里获得测井资料或零偏VSP资料、井旁地震记录、储层的地质构造及其它先验信息；3)通过测井资料或零偏VSP资料，以及井旁地震记录反演地震子波，确定匹配该子波的母物理小波；4)在物理小波域计算地震信号对应的解析信号；5)根据得到的解析信号，基于极平坦滤波器计算瞬时频率；6)根据得到的瞬时频率，进行最佳分辨率瞬时频率分析。本发明专利技术具有多分辨率特性，适用于低信噪比资料，对宽频带地震资料可得到高精度瞬时频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地震勘探领域，特别是有关于采用匹配地震子波的物理小波，对地震二维或三维资料进行瞬时频率分析的方法。
技术介绍
地震信号的瞬时属性是地震资料分析的重要工具。瞬时属性包括瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位、瞬时带宽等。瞬时属性可以用于分析地层岩性变化、地下构造及反演地层中的岩性参数。分析地震信号的瞬时频率有多种途径包括时间-频率域方法、解析信号方法等。前者应用的时-频分析方法有短时i^ourier变换、小波变换、S变换及广义S变换、 Wigner分布、匹配追踪方法等；后者主要应用复信号方法。由于地震信号是实函数，在解析信号方法中需计算其对应的复信号。计算地震信号对应的复信号方法有多种(B. Boashash, 1992，L. Conhen, 1994 ；Tanner, 1979)，但在地震信号处理领域最常用的方法还是Hilbert变换法。这种方法对地震数据进行单道处理，首先计算待分析地震道信号的Hilbert变换，将其结果作为虚部，该道地震信号作为实部，构成复信号，然后利用该复信号计算瞬时频率(Tanner，1979)。但是这种方法存在如下缺陷 1)不能提供多分辨率瞬时属性，即无法对地下地质体进行最佳分辨率解释等(高静怀等， 1997) ；2)对噪声敏感，难以用于低信噪比资料(Gao Jinghuai, et al，1999 ；高静怀，汪文秉，朱光明等，1997) ；3)由复信号计算瞬时频率时，采用二阶中心差商，当地震资料频带较宽时误差大。为了克服缺陷1)，小波变换的创始人之一 Morlet提出了基于小波变换的地震资料多分辨率解释方法(Morlet，1989)，目的是提高地震资料解释的可靠性。众所周知，信号的小波变换结果既与待分析的信号有关，也与采用的小波函数有关，但是Morlet提出的小波变换难以匹配待分析的地震反射信号，使得该方法分析地震信号的能力受到限制。为了克服缺陷2、，在Morlet等人工作的基础上，高静怀等人讨论了小波变换用于地震资料多分辨率分析时小波函数的选择问题，并构造出了适用于这类问题的小波-匹配地震子波的小波，下文称这类小波为匹配地震子波的物理小波，简称物理小波(高静怀等，1996 ；2001)。 为了能在小波域计算地震信号对应的解析信号，高静怀等建立了待分析信号的解析小波变换与其Hilbert变换之间的关系，给出了在小波域计算地震信号对应的解析信号的方法 (Gao Jinghuai et al，1999 ;2001)。为了克服缺陷3)，高静怀等提出了基于极平坦滤波器的瞬时频率计算方法。然而对于实际资料，如何构造恰当的物理小波、如何针对具体的地质目标选择最佳分辨率以及极平坦滤波器中参数等，没见到相关报道。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的是提供一种基于匹配地震子波的物理小波的地震资料瞬时频率分析方法。该方法弥补了基于Hilbert变换方法对噪声敏感的问题，也弥补了基于小波变换的多分辨率解释方法难以匹配待分析的地震反射信号的问题。为解决上述问题，本专利技术采取的技术方案是一种，包括如下步骤1)首先获取二维或三维的经偏移或叠加处理后的地震资料；2)根据研究的对象和目的对所获取的二维或三维地震资料进行空间分区，在所划分的区域里获得测井资料或零偏VSP资料、井旁地震记录、储层的地质构造及其它先验信息；3)通过测井资料或零偏VSP资料，以及井旁地震记录反演地震子波，确定匹配该子波的母物理小波，按如下步骤进行①反演地震子波利用分区内的测井资料和井旁地震记录，反演出地震子波，或利用垂直地震剖面 VSP资料得到地震子波；②确定匹配地震子波的母物理小波基于如下表达式g(t ； α ) = Aexpexp(i σ t)+R(t ； α )(1)式中g(t, α)为解析小波，为书写简便，下文把g(t ; α)简记为g (t)，R (t ； α )为修正项，表达式为R(t； a) = -Ay exp εχρ(/σ0，α为一矢量，定义为α = (Α，σ，τ，β )，A为地震子波的幅度，σ为母小波的调制频率，τ为母小波的能量衰减率，β为母小波的能量延迟时间，取⑴式的实部和第1)步所得到的地震资料构造如下目标函数Φ(α) = min ^{w(t)-real[g(t,a^dt(2)(2)式中，real表示取实部，取(2)式达到极小值时对应的Α、σ、τ、β四个参数， 代入到(1)式即得到匹配地震子波的物理小波；4)在物理小波域计算地震信号对应的解析信号，采用多尺度解析信号计算和在小波域有效信号能量分布空间计算两种方法①多尺度解析信号计算(1)式定义的g(t)满足当ω < 0时= 0，因此，g(t)为解析小波，并且权利要求1. 一种，包括如下步骤1)首先获取二维或三维的经偏移或叠加处理后的地震资料；2)根据研究的对象和目的对所获取的二维或三维地震资料进行空间分区，在所划分的区域里获得测井资料或零偏VSP资料、井旁地震记录、储层的地质构造及其它先验信息；3)通过测井资料或零偏VSP资料，以及井旁地震记录反演地震子波，确定匹配该子波的母物理小波，按如下步骤进行①反演地震子波利用分区内的测井资料和井旁地震记录，反演出地震子波，或利用垂直地震剖面VSP 资料得到地震子波；②确定匹配地震子波的母物理小波基于如下表达式g(t ； α ) = Aexp exp (i σ t)+R(t ； α )(1)式中g(t，α )为解析小波，为书写简便，下文把g(t ； α )简记为g(t)，R(t ； α )为修正项，表达式为R(t; α) = εχρ exp exp(iat)，α为一矢量，定义为α = (Α，σ，τ，β )，A为地震子波的幅度，σ为母小波的调制频率，τ为母小波的能量衰减率，β为母小波的能量延迟时间，取(1)式的实部和第1)步所得到的地震资料构造如下目标函数 Φ(<5) = min ^(w(t)-real表示s (t)的Hilbert变换，Ω表示s (t)中的有效信号的能量分布空间，将待分析信号s(t)对应的复信号记为，的虚部记为&(t)， 则全文摘要本专利技术涉及一种，包括如下步骤1)获取二维或三维的经偏移或叠加处理后的地震资料；2)根据研究对象对所获取的地震资料进行空间分区，区域里获得测井资料或零偏VSP资料、井旁地震记录、储层的地质构造及其它先验信息；3)通过测井资料或零偏VSP资料，以及井旁地震记录反演地震子波，确定匹配该子波的母物理小波；4)在物理小波域计算地震信号对应的解析信号；5)根据得到的解析信号，基于极平坦滤波器计算瞬时频率；6)根据得到的瞬时频率，进行最佳分辨率瞬时频率分析。本专利技术具有多分辨率特性，适用于低信噪比资料，对宽频带地震资料可得到高精度瞬时频率。文档编号G01V1/30GK102353991SQ201110154420公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日专利技术者张金淼, 曹向阳, 肖志波, 陈文超, 高静怀 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 西安交通大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于匹配地震子波的物理小波的地震瞬时频率分析方法，包括如下步骤：１）首先获取二维或三维的经偏移或叠加处理后的地震资料；２）根据研究的对象和目的对所获取的二维或三维地震资料进行空间分区，在所划分的区域里获得测井资料或零偏ＶＳＰ资料、井旁地震记录、储层的地质构造及其它先验信息；３）通过测井资料或零偏ＶＳＰ资料，以及井旁地震记录反演地震子波，确定匹配该子波的母物理小波，按如下步骤进行：①反演地震子波利用分区内的测井资料和井旁地震记录，反演出地震子波，或利用垂直地震剖面ＶＳＰ资料得到地震子波；②确定匹配地震子波的母物理小波基于如下表达式：ｇ（ｔ；α）＝Ａｅｘｐ［－τ（ｔ－β）２］ｅｘｐ（ｉσｔ）＋Ｒ（ｔ；α）　　　　　　　　　　　（１）式中ｇ（ｔ，α）为解析小波，为书写简便，下文把ｇ（ｔ；α）简记为ｇ（ｔ），Ｒ（ｔ；α）为修正项，表达式为：＊＊＊α为一矢量，定义为α＝（Ａ，σ，τ，β），Ａ为地震子波的幅度，σ为母小波的调制频率，τ为母小波的能量衰减率，β为母小波的能量延迟时间，取（１）式的实部和第１）步所得到的地震资料构造如下目标函数：＊＊＊（２）式中，ｒｅａｌ表示取实部，取（２）式达到极小值时对应的Ａ、σ、τ、β四个参数，代入到（１）式即得到匹配地震子波的物理小波；４）在物理小波域计算地震信号对应的解析信号，采用多尺度解析信号计算和在小波域有效信号能量分布空间计算两种方法：①多尺度解析信号计算（１）式定义的ｇ（ｔ）满足：当ω＜０时因此，ｇ（ｔ）为解析小波，并且ｇ（ｔ）∈Ｌ１（Ｒ，ｄｔ）∩Ｌ２（Ｒ，ｄｔ）和＊＊＊所以任给一个地震信号ｓ（ｔ）∈Ｌ２（Ｒ，ｄｔ），ｓ（ｔ）相对于ｇ（ｔ）的小波变换定义为：＊＊＊这里ｔ∈Ｒ，ａ∈Ｒ＼｛０｝，ｂ∈Ｒ，ｔ，ｂ都表示时间，函数表示对其取复共轭；对任一尺度因子ａ（ａ＞０），Ｓ（ｂ，ａ）即为在尺度因子为ａ（ａ＞０）时ｓ（ｔ）对应的解析信号；②在小波域有效信号能量分布空间计算地震信号对应的解析信号此方法中采用下式计算地震信频率是否满足需要，如果满足，输出结果，否则回到ａ），重复上述过程，直到得到满足要求的瞬时频率。计算解析信号的方法，在有效信号能量分布空间进行瞬时频率分析，分以下步骤：ａ）利用小波阈值法或利用有效信号和噪声统计特性差别，确定有效信号能量分布空间；ｂ）利用上述第４）步②方法及第５）步计算瞬时频率，利用第２）步中提供的信息，判断得到的瞬时验信息，确定尺度的变化范围，在该范围内利用（３）式计算所有的多种分辨率瞬时频率，并将它们按分辨率由低到高顺序排列，利用测井或其它信息在多分辨率瞬时频率剖面上选择最佳分辨率，实现对地震记录的最佳分辨率分析；②对应于在小波域有效信号能量分布空间量，当Ｎ为奇数时，α＝（Ｎ－１）／２，当Ｎ为偶数时，α＝Ｎ／２＋ｒ；ｒ为一小数，Ｎ取２０或２１；６）根据得到的瞬时频率，进行最佳分辨率瞬时频率分析：①对应于多尺度解析信号计算得到的瞬时频率，对单频带瞬时频率分析的方法为：根据实际地震数据及先ｎ），ｙ［ｎ］＝ｓＩ（ｎ），ｆｉＮ［ｎ］是滤波器长度为Ｎ时估计的瞬时频率，具体计算公式如下：＊＊＊式中表示卷积，ｈＮ，α（ｎ）表示延时器，ｄＮ，α（ｎ）表示微分器，＊＊＊ｎ＝１，２，．．．，Ｎ－１，其中Ｎ为ＦＩＲ因果滤波器的长度，α表示延时）｝表示ｆ（ｔ）的虚部；５）根据得到的解析信号，基于极平坦滤波器计算瞬时频率：用具有极平坦频率特性因果的ＦＩＲ滤波器，并用该滤波器的延时器和微分器组成地震信号瞬时频率估计器，具体讲，用ｘ［ｎ］和ｙ［ｎ］记地震记录的实部和虚部，ｘ［ｎ］＝ｓ（号ｓ（ｔ）对应的解析信号：＊＊＊这里，Ｓ（ｂ，ａ）由（３）式定义，Ｈ［ｓ（ｔ）］表示ｓ（ｔ）的Ｈｉｌｂｅｒｔ变换，Ω表示ｓ（ｔ）中的有效信号的能量分布空间，将待分析信号ｓ（ｔ）对应的复信号记为的虚部记为ｓＩ（ｔ），则：＊＊＊式中Ｉｍ｛ｆ（ｔ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张金淼，高静怀，肖志波，陈文超，曹向阳，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海石油研究中心，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：11