基于可變模態分解的地震波衰減梯度估計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及石油地球物理勘探技術領域，尤其涉及一種基于可變模態分解的地震 波衰減梯度估計方法。
【背景技術】
[0002] 作為介質內在的屬性，地震衰減是地震波在地下介質傳播過程中發生的能量損 失。除了在巖石中地震波傳播期間的波前發散，巖石的非完全彈性特性也可能導致地震能 量的衰減。由于地震波的彈性能量被不可逆地轉換成熱能然后消散，地震波的總能量從而 發生衰減。影響地震波衰減的因素很多，但在一個相對穩定的地層構造，垂直和水平方向巖 性變化不大的情況下，地震波的衰減主要是由流體特性導致的。在含油氣層的內部及其下 部，地震波的能量會發生明顯的高頻衰減。地層吸收的不一致性表現在地震信號的頻譜上， 體現出了低頻強能量，高頻弱能量的特征。利用地震信號高頻衰減異常從地震反射數據進 行地質解釋及油氣指示的衰減梯度估計技術，根據地震波能量及對應的頻率擬合出能量與 頻率的衰減梯度，求出振幅衰減梯度因子，從而進行吸收衰減分析。常規的能量吸收分析方 法采用基于短時傅里葉變換、小波變換等的時頻分析方法及兩點斜率或線性擬合的方法。 由于短時傅里葉變換等常規時頻分析方法受測不準原理的限制，時頻分辨率較低，且由于 各自方法的一些缺點導致方法的適用性受到了很大的限制，如，短時傅里葉變換很難保證 在時、頻域都有足夠高的分辨率；小波分析的有效性取決于小波函數的選擇；S變換的小波 基函數是固定的，不能滿足實際數據處理的需求。此外，利用兩點斜率或線性擬合的方法求 取能量與頻率的衰減梯度，僅適用于高信噪比的地震信號或者具有光滑頻譜的地震波，對 于低信噪比的地震信號及頻譜波動較大的地震波效果變差，尤其是當高頻段噪聲能量較強 時，吸收衰減梯度不能完全指示油氣。
【發明內容】
[0003] 為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種基于可變模態分解的地震波衰減 梯度估計方法，通過方法能夠更有效地適用于低信噪比及頻譜波動較大的地震信號的衰減 梯度估計，因此，能夠提高吸收衰減梯度指示油氣的有效性，準確用于識別巖性、烴類性質 等。
[0004] 本發明的目的通過以下的技術方案來實現：
[0005] 基于可變模態分解的地震波衰減梯度估計方法，包括：
[0006] A利用測井、錄井和合成地震記錄標定目標層；
[0007] B對地震數據逐道進行可變模態分解，結合最小二乘法提取模態函數的衰減梯度， 并對所述模態函數的衰減梯度進行加權求和獲得各地震道的衰減梯度值；
[0008] C利用地震衰減梯度特征體確定目標層的巖性及烴類性質。
[0009] 與現有技術相比，本發明的一個或多個實施例可以具有如下優點：
[0010] 1、使用了較經驗模態分解等方法更具抗噪聲性的可變模態分解方法進行地震道 的分解。各個模態函數是具有不同頻帶寬度的窄帶信號，其頻譜相對原始地震信號更為平 滑，有利于衰減梯度的準確計算，能夠反映特定頻帶處的衰減情況。
[0011] 2、對地震道進行可變模態分解產生的不同模態函數分別結合希爾伯特變換通過 可變長度頻率域窗函數利用最小二乘法計算衰減梯度，再通過相關加權系數對各個模態計 算的衰減梯度進行加權求和，加強了地震信號中的主要貢獻分量，能夠反映出地震信號的 微弱變化，加強了油氣地震響應特征，加強了儲層與非儲層的區別，有利于識別巖性及烴類 性質。
[0012] 3、地震衰減梯度特征體的計算可適用于二維或三維數據，計算方式靈活多樣，可 以根據實際需求計算時間切片，地層切片或沿層切片進行分析。
[0013] 4、本發明較常規衰減梯度估計方法具有更高的分辨率，也適用于低信噪比或者頻 譜波動較大的地震信號。
【附圖說明】
[0014] 圖1是基于可變模態分解的地震波衰減梯度估計方法流程圖；
[0015] 圖2是本發明實施例提供的一條二維疊后偏移過井剖面（目標層段）圖；
[0016] 圖3是過井道及其VMD分解結果圖；
[0017] 圖4是利用本發明計算的時頻譜和短時傅里葉變換、小波變換計算的時頻譜的對 比結果圖；
[0018] 圖5是利用本發明計算的過井道的地震衰減梯度歸一化曲線圖；
[0019] 圖6是利用小波變換結合兩點斜率的常規衰減梯度估計方法計算的過井道的地 震衰減梯度歸一化曲線圖；
[0020] 圖7是利用小波變換結合最小二乘擬合法計算的過井道的地震衰減梯度歸一化 曲線圖；
[0021] 圖8是利用本發明計算的歸一化的地震衰減梯度特征剖面圖；
[0022] 圖9是利用小波變換結合兩點斜率的常規衰減梯度估計方法計算的歸一化的地 震衰減梯度特征剖面圖；
[0023] 圖10是利用小波變換結合兩點斜率的常規衰減梯度估計方法計算的歸一化的地 震衰減梯度特征剖面圖；
[0024] 圖11是某一盆地某氣田的一條二維疊后偏移過含氣井剖面圖；
[0025] 圖12是利用本發明技術計算的歸一化的地震衰減梯度特征剖面圖；
[0026] 圖13是利用小波變換結合最小二乘擬合法計算的歸一化的地震衰減梯度特征剖 面圖。
【具體實施方式】
[0027] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合實施例及附圖對本發 明作進一步詳細的描述。
[0028] 如圖1所示，為基于可變模態分解的地震波衰減梯度估計方法流程，所述方法包 括如下步驟：
[0029] 步驟10利用測井、錄井和合成地震記錄準確標定目標層；
[0030] 步驟20對地震數據逐道進行可變模態分解，結合最小二乘法提取模態函數的衰 減梯度，并對所述模態函數的衰減梯度進行相關加權求和獲得各地震道的衰減梯度值；
[0031] 利用基于可變模態分解的地震波衰減梯度估計方法沿著目標層開時窗提取地震 衰減梯度。地震衰減梯度計算的核心問題是對地震記錄逐道進行可變模態分解，對每一道 地震記錄生成的各個模態函數，結合希爾伯特變換生成相應的時頻圖，計算每個時間采樣 點處對應的對數頻譜圖，結合最小二乘擬合法計算各個模態函數在每一個時間采樣點上的 衰減梯度，利用相關加權法將各道模擬函數的衰減梯度相加，生成該地震記錄的衰減梯度。
[0032] 步驟30利用地震衰減梯度特征體確定目標層的巖性及烴類性質。
[0033] 結合測井和地質等資料，利用井旁地震衰減梯度特征剖面確定不同巖性、流體等 引起的地震衰減梯度特征體區別，再將其外推到無井區域，從而進行巖性、烴類檢測。
[0034] 本實施例的具體實現原理如下：
[0035] 1、首先在利用測井、地質和合成地震記錄等資料準確標定目標層的基礎上，對工 區內目標層的地震道逐道進行可變模態分解，確定最佳模態個數，計算生成的各個模態函 數的時頻圖。可變模態分解是由Dragomiretskiy and Zosso于2014年提出的由下式表示 的約束可變問題
[0036]
[0037] 其中，Σ % = / s Uk是第k個模態函數，ω k是第k個模態函數的中心頻率。每個 'k. 模態函數可表示為
[0038]
[0039] 對每一條地震道提取出來的各個模態分量U (t)，分別利用希爾伯特變換用下式提 取瞬時幅度A(t)和瞬時頻率ω (t):
[0040]
[0041] 其中，
i[ ·]表示Hilbert變換，P為柯西主值。
[0042] 為了避免（3)式中計算瞬時頻率時相位解卷繞導致的模糊度，采用下式計算瞬時 頻率ω⑴：
[0043]
[0044] 利用時間和瞬時頻率和瞬時幅度定義一個三維空間[t，ω (t)，A (t)]。令
[0045] H(co，t) = ReUWe1 x M(t)dt} (5)
[0046] 其中，Re表示取結果的實部。
[0047] 于是，三維空間通過將函數H(co，t)轉變成三個變量的函數[t，ω，Η(ω，0]來實 現，其中，A(t) =H[co(t)，t)]。從而，可以獲得某條地震道的各個模態函數的聯合時頻分 布。
[0048] 2、計算各條地震道各個模態函數的衰減梯度。由于各個模態函數是窄帶信號且具 有不同的頻帶寬度，其頻譜相對原始地震信號更為平滑，有利于衰減梯度的準確擬合，也有 利于反映特定頻帶處的衰減情況。對某條地震道的每一個模態函數，沿著每個時間采樣點 從時頻圖中提取相應的頻率-幅度譜