基于譜模擬提取地層瞬時吸收衰減參數的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于油氣勘探地球物理參數處理方法領域，具體是一種高精度的地層瞬時 吸收衰減參數提取方法。 現有技術
[0002] 地層吸收衰減參數是對儲層及油氣性質較為敏感的巖石物理參數之一。由于實際 地震資料包含反射系數、地震子波及噪音信息，如何去除地震反射系數及噪音的影響提取 瞬時的地層吸收衰減參數是地球物理領域的難點之一。現有提取吸收衰減參數的方法是頻 譜比法、基于廣義S變換方法、基于瞬時地震子波方法。頻譜比法是直接利用不同時間點處 地震記錄的頻譜比計算吸收衰減參數，沒有去除地層反射系數的影響，且分辨率較低。基于 廣義S變換方法是首先對地震記錄進行廣義S變換得到復地震道，再直接求取其瞬時頻率、 瞬時振幅、瞬時相位來表征吸收衰減參數的變化，不足之處是沒有去除地層反射系數影響。 基于瞬時地震子波方法則是首先從地震道中提取地震子波，然后利用子波特征求取吸收衰 減參數，其難點在于準確的地震子波求取較為困難。
[0003] 發明目的
[0004] 本發明的目的針對現有技術存在的問題，提出一種基于譜模擬方法，在改進廣義S 變換高分辨率地震時頻分析基礎上，準確計算地層瞬時吸收衰減參數（高頻衰減系數、低 頻衰減系數、主頻），通過三種屬性參數的綜合分析，提高對儲層及油氣識別的精度的基于 譜模擬提取地層瞬時吸收衰減參數的方法。
【發明內容】
[0005] 本發明的總體技術路線是通過改進型高分辨率廣義S變換時頻分析得到地震記 錄的瞬時時頻譜特征，利用指數多項式進行譜模擬去除地層反射系數非白噪成分的影響， 得到準確的高頻衰減系數、低頻衰減系數、主頻等三種瞬時屬性參數，再通過三種參數的綜 合分析，提高對儲層及油氣識別的精度。
[0006] 本發明具體技術方案主要包括下述步驟：
[0007] (1)改進型廣義S變換進行地震記錄時頻分析是在高分別率廣義S變換，S卩加窗的 時變傅里葉變換基礎上，其公式為
[0009] 其中h(t)為地震信號：
為高斯窗函數，
[0010] 將公式（1)中的廣義S變換的窗函數用f/r替換f，如下式所示：
[0012] 對窗函數進行能量歸一化處理，得到窗函數如下：
[0014] 其中：窗函數的時間寬度隨著頻率f的增加而減小，p和λ是調節參數，
[0015] 最后得到改進型廣義S變換的表達式為
[0017] (2)利用指數多項式是對地震時頻譜進行譜模擬，即采用指數形式的數學多項式 作為地震子波的基本數學模型，其表達式為：
[0018]ff(f) =faeH(f) (5)
[0019] 其中：f為頻率；a為常數；H(f)為f的多項式，假設該多項式階數為β，在最小 二乘意義下，在給定參數α和β的前提下，用公式（5)對地震記錄振幅譜進行擬合，得到 多項式H(f)的系數，即得到子波振幅譜的估計值W(f);
[0020] (3)地層吸收衰減參數提取是利用瞬時地震子波譜，首先計算其峰值頻率，并選取 合適的起始頻率和截止頻率，利用初始頻率到峰值頻率的時頻幅度譜在最小二乘意義上進 行一階指數擬合，得到的指數項即為低頻衰減系數；利用峰值頻率到截止頻率范圍內的時 頻幅度譜在最小二乘意義下進行頻率的一階指數擬合，得到的指數項即為高頻衰減系數。
[0021] 發明效果
[0022] 該方法通過時頻分析技術和譜模擬技術的結合，著力于得到高分辨率的、準確的 地層吸收衰減參數。其具體優勢和特點表現在以下幾個方面：
[0023] 第一、通過改進廣義S變換，提高了時頻分辨能力，得到可靠的地震信號時頻譜。 通過引入調節參數λ、p并對其進行標準化處理，解決了窗函數造成的高頻能量加權效應。
[0024] 第二、通過指數多項式模型的地震子波模擬，去除了地層反射系數的影響，提高了 地震子波提取的精度，實現了主頻、高頻衰減系數、低頻衰減系數等的準確計算，從而提高 了流體識別精度。
【附圖說明】
[0025] 圖1(a)是一道實際地震記錄；圖1(b)是改進廣義S變換時頻譜，參數為：λ= 1.0、ρ= 2.0 ;圖1(c)是改進廣義S變換時頻譜，參數為：λ= 1.0、ρ= 2. 3。
[0026] 圖2譜模擬示意圖。
[0027] 圖3為主頻、高頻衰減系數、低頻衰減系數擬合示意圖。
[0028] 圖4為地震剖面示意圖。
[0029] 圖5為主頻剖面示意圖。
[0030] 圖6為高頻衰減系數剖面示意圖。
[0031]圖7為低頻衰減系數剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面通過具體實施例對本發明作進一步闡述。
[0033] (1)利用改進型廣義S變換進行地震記錄時頻分析
[0034] Stockwell提出了S變換，其本質是加窗的時變傅里葉變換，其公式為
[0036] 其中h(t)為地震信號，
為高斯窗函數，。
[0037] 不同的窗函數確定了S變換的時頻分辨率。為了調整窗函數幅度變化與寬度變化 的關系，增加S變換的靈活性，廣義S變換的窗函數用f/r替換f，如下式所示：
[0039]但廣義S變換窗函數不滿足能量歸一化條件0夂'且時頻分布的高頻端 能量產生明顯的加權效應，得到不準確的時頻譜能量分布特征。為解決這一難題，本方法對 窗函數進行能量歸一化處理，得到窗函數如下：
[0041] 其中：窗函數的時間寬度隨著頻率f的增加而減小，P和λ是調節參數。改進廣 義S變換的表達式如下所示：
[0043] 圖1(a)是一道實際地震記錄；圖1(b)是改進廣義S變換時頻譜，參數為：λ= 1. 0、ρ= 2. 0 ;圖1 (C)是改進廣義S變換時頻譜，參數為：λ= 1. 〇、ρ = 2. 3。根據實際應 用的需要，可以選用不同的調節參數以獲得不同的時頻分辨率。改進廣義S變換具有很好 的靈活性，而且時頻分辨率整體較高。
[0044] (2)利用指數多項式對地震時頻譜進行譜模擬
[0045] 譜模擬技術是假設地震子波振幅光滑的前提下，給定子波模型的數學表達式，采 用優化方法將地震子波振幅譜從地震記錄振幅譜中估計出來。本方法采用指數形式的數學 多項式作為地震子波的基本數學模型。其表達式如下：
[0046]ff(f) =faeH(f) (5)
[0047] 其中：f為頻率；a為常數；H(f)為f的多項式，假設該多項式階數為β。在最小 二乘意義下，在給定參數α和β的前提下，用公式（5)對地震記錄振幅譜進行擬合，可以 得到多項式H(f)的系數，即得到子波振幅譜的估計值W(f)。對圖1中的地震子波振幅譜擬 合結果如圖2所示，通過時頻域連續出就可以得到時變的瞬時子波譜。
[0048] 該子波振幅譜估計方法對反射系數是非白噪序列情況時具有很好的包容性，能夠 有效降低反射系數非白噪成分對子波振幅譜估計的影響。
[0049] (3)地層吸收衰減參數提取
[0050] 利用得到的瞬時地震子波譜，首先計算其峰值頻率，并選取合適的起始頻率和截 止頻率。利用初始頻率到峰值頻率的時頻幅度譜在最小二乘意義上進行一階指數擬合，得 到的指數項即為低頻衰減系數；利用峰值頻率到截止頻率范圍內的時頻幅度譜在最小二乘 意義下進行頻率的一階指數擬合，得到的指數項即為高頻衰減系數，在數值上該系數為負 值。圖3為主頻、高頻衰減系數、低頻衰減系數擬合示意。
[0051] 在XX油田XX地區進行了實驗，取得了較好的效果。圖4、5、6、7分別為地震剖面， 主頻剖面、高頻衰減系數剖面、低頻衰減系數剖面。當地層含氣時高頻衰減系數有明顯的異 常，主頻也有一定的變化，而低頻衰減系數無明顯異常。
【主權項】
1. 基于譜模擬提取地層瞬時吸收衰減參數的方法，其特征是通過改進型廣義s變換時 頻分析得到地震記錄的瞬時時頻譜特征；利用指數多項式進行譜模擬去除地層反射系數非 白噪成分的影響；得到準確的高頻衰減系數、低頻衰減系數、主頻Η種瞬時屬性參數，即提 取地層吸收衰減參數；再通過Η種參數的綜合分析，提高對儲層及油氣識別的精度。2. 根據權利要求1所述的基于譜模擬提取地層瞬時吸收衰減參數的方法，其特征是： 所述利用指數多項式是對地震時頻譜進行譜模擬，即采用指數形式的數學多項式作為 地震子波的基本數學模型，其表達式為： W訊=reW) (5) 其中；f為頻率；α為常數巧(f)為f的多項式，假設該多項式階數為目，在最小二乘 意義下，在給定參數α和目的前提下，用公式（5)對地震記錄振幅譜進行擬合，得到多項 式H(f)的系數，即得到子波振幅譜的估計值W(f); 所述地層吸收衰減參數提取是利用瞬時地震子波譜，首先計算其峰值頻率，并選取合 適的起始頻率和截止頻率，利用初始頻率到峰值頻率的時頻幅度譜在最小二乘意義上進行 一階指數擬合，得到的指數項即為低頻衰減系數；利用峰值頻率到截止頻率范圍內的時頻 幅度譜在最小二乘意義下進行頻率的一階指數擬合，得到的指數項即為高頻衰減系數。3. 根據權利要求1或2所述的基于譜模擬提取地層瞬時吸收衰減參數的方法，其特征 是： (1)所述改進型廣義S變換進行地震記錄時頻分析是在高分別率廣義S變換，即加窗的 時變傅里葉變換基礎上，其公式為CD 其中h(t)為地震信號，為高斯窗函數， 將公式（1)中的廣義S變換的窗函數用f/r替換f，如下式所示：(2) 對窗函數進行能量歸一化處理，得到窗函數如下：(沒） 其中；窗函數的時間寬度隨著頻率f的增加而減小，P和λ是調節參數， 最后得到改進型廣義S變換的表達式為
【專利摘要】本發明的基于譜模擬提取地層瞬時吸收衰減參數的方法，是通過改進型高分辨率廣義S變換時頻分析得到地震記錄的瞬時時頻譜特征，利用指數多項式進行譜模擬去除地層反射系數非白噪成分的影響，得到準確的高頻衰減系數、低頻衰減系數、主頻等三種瞬時屬性參數，再通過三種參數的綜合分析，提高對儲層及油氣識別的精度。其通過改進廣義S變換，提高了時頻分辨能力，得到可靠的地震信號時頻譜。通過引入調節參數λ、p并對其進行標準化處理，解決了窗函數造成的高頻能量加權效應。通過指數多項式模型的地震子波模擬，去除了地層反射系數的影響，提高了地震子波提取的精度，實現了主頻、高頻衰減系數、低頻衰減系數等的準確計算，從而提高了流體識別精度。
【IPC分類】G01V1/30
【公開號】CN105403915
【申請號】CN201410450155
【發明人】王延光, 劉浩杰, 李民龍, 李振春, 陳雨茂, 鄭靜靜
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2014年9月4日