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一種高精度的地震屬性反演方法

閱讀：702發(fā)布：2020-05-11

專利匯可以提供一種高精度的地震屬性反演方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務。并且本 發(fā)明 提供一種高 精度 的 地震 屬性反演方法，包括以下步驟：S1.將疊前 共中心點 道集轉(zhuǎn)換為 角 度域道集；S2.在角度域道集提取地震子波；S3.利用高階同步壓縮變換對角度域道集分解，把地震振幅轉(zhuǎn)化為譜振幅；S4.使用權函數(shù)對S3中譜振幅進行處理；S5.根據(jù)頻散介質(zhì)理論，將 頻率 引入改寫后的AVO的近似方程；S6.基于S5中得到的方程，通過反演獲取反射率頻散結(jié)果。與 現(xiàn)有技術 相比，本發(fā)明充分利用了高階同步壓縮變換的高 分辨率 特性以及去趨勢分析對于時間序列相關性表征的優(yōu)勢。以數(shù)據(jù)驅(qū)動方式來確定 信號 分解后的模態(tài)數(shù)量，同時有效提高了 烴 類儲層的反演精度，有利于更加準確識別儲層 位置 和描述儲層空間展布，在一定程度上降低了油氣田勘探開發(fā) 風 險。，下面是一種高精度的地震屬性反演方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種高精度的地震屬性反演方法，其特征在于：包括以下步驟：
S1.將疊前共中心點道集轉(zhuǎn)換為角度域道集；
S2.在角度域道集提取地震子波；
S3.利用高階同步壓縮變換對角度域道集分解，把地震振幅轉(zhuǎn)化為譜振幅；
S4.使用權函數(shù)對S3中譜振幅進行處理；
S5.根據(jù)Chapman(2006)的頻散介質(zhì)理論，將頻率引入改寫后的AVO的近似方程；
S6.基于S5中得到的方程，通過反演獲取反射率頻散結(jié)果。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度的地震屬性反演方法，其特征在于：所述步驟S3具體包括：
S3.1將一個AM-FM信號表示為：
f(t)＝A(t)ei2πφ(t)?????????????????????????????????????????(1)式中，A(t)和φ(t)分別表示瞬時振幅和瞬時相位；
S3.2上述信號的短時傅里葉變換(STFT)為：
式中，g*表示窗函數(shù)的復共軛；基于此，傳統(tǒng)的基于STFT的同步壓縮變換表示為：
式中，γ為閾值，δ表示Dirac分布，ωf(t,η)為瞬時頻率，且
R{Z}表示取復數(shù)Z的實部， 表示對時間t計算偏導數(shù)；
S3.3將信號f(t)在接近于t的τ處Taylor展開，即：
這里，Z(k)(t)表示Z的k階偏導數(shù)；
S3.4上述信號的短時傅里葉變換為：
由此，計算出局部瞬時頻率：
S3.5引入頻率調(diào)制算子，即：
上述局部瞬時頻率可以改寫為：
S3.6將S3.2中基于短時傅里葉變換的同步壓縮變換方程中ωf(t,η)替換為得到高階同步壓縮變換，即：
S3.7使用上述方程對角度域地震數(shù)據(jù)進行逐道分解，并使用去趨勢分析(DDFA)來自適應確定高階同步壓縮變換分解所得到的模態(tài)數(shù)，最終實現(xiàn)地震振幅到譜振幅轉(zhuǎn)變。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度的地震屬性反演方法，其特征在于：所述步驟S3.7中，DFA的步驟為：
從輸入序列中移除均值，即：
區(qū)間n內(nèi)平均均方根波動為：
如果時間序列是相關的，上述波動呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律增長，即：F(n)∝nα其中，尺度指數(shù)α定義為：
log[F(n)]/log(n)????????????????????????????(12)
高階同步壓縮變換分解所得到的模態(tài)數(shù)K可以通過公式(13)自適應確定：
K＝min{n∈Z+|n≥2αln(N)}????????????????????????????????????(13)式中，N表示數(shù)據(jù)長度。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度的地震屬性反演方法，其特征在于：所述步驟S4具體包括：
S4.1選取地震子波的主頻為參考頻率，并計算主頻的最大譜振幅；將步驟S3中譜分解后的道集窗口化，計算不同頻率和不同地震道的最大譜振幅；將上述兩個最大譜振幅的比值作為權函數(shù)，即：
S4.2使用S4.1中權函數(shù)對S3中譜振幅進行處理，目的是消除震源子波，以便不同頻率之間的振幅具有可比性，即：
B(t,n,f)＝S(t,n,f)w(f,n)?。??????????????????????????????????????(15)
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度的地震屬性反演方法，其特征在于：所述步驟S5具體包括：
S5.1使用AVO的近似方程Smith和Gildlow表達式為：
式中，θi為入射角，VP和VS分別為縱波速度和橫波速度，ΔVP和ΔVS分別為縱波速度變化量和橫波速度變化量；
S5.2對上述方程進行改寫，將系數(shù)項單獨列出，即：
式中，系數(shù)A(θi)和B(θi)與入射角和速度有關，可以通過射線追蹤計算；
S5.3根據(jù)Chapman(2006)的頻散介質(zhì)理論，將頻率引入到S5.2中方程，即：
S5.4針對S5.3中方程，將 和 在頻率f0處進行Taylor級數(shù)展開，即：
其中，Ia和Ib反映了縱、橫波速度變化與頻率之間的關系，定義為反射率頻散；
S5.5針對S5.4中方程，令A(θi)＝A1(t,n)和B(θi)＝B1(t,n)，即：
。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度的地震屬性反演方法，其特征在于：所述步驟S6具體包括：
S6.1基于S5.5中方程，首先，反演參考頻率處(f＝f0)的 和
S6.2基于S5.5中方程，對于所有的頻率計算反射率頻散。

說明書全文

一種高精度的地震屬性反演方法

技術領域

[0001] 本發(fā)明涉及地震疊前反演領域,具體涉及一種高精度的地震屬性反演方法。技術背景
[0002] 隨著油氣勘探開發(fā)不斷深入，地震屬性研究的目標也逐漸轉(zhuǎn)向小構(gòu)造、小斷層和薄儲地層。傳統(tǒng)的地震數(shù)據(jù)屬性提取和解釋技術由于精度較低已經(jīng)不滿足當前勘探的需求，在這種背景下，需要去探索精度更高的地震儲層識別和預測方法。
[0003] 長久以來，AVO(Amplitude?Versus?Offset)技術一直是儲層預測的有效工具之一，其建立了疊前地震反射振幅與儲集層物性參數(shù)之間的關系。實驗研究已經(jīng)表明，在地震頻帶范圍內(nèi)，速度頻散會導致反射系數(shù)具有頻率依賴性，且低頻段的速度頻散已經(jīng)可以測量。然而，傳統(tǒng)的AVO近似方程均基于均勻彈性介質(zhì)假設，并沒有考慮地層頻散的影響，反映的是所有頻率的整體響應，從而忽略了這個對流體敏感的巖石屬性的潛力。
[0004] 針對上述問題，前人已經(jīng)進行了系統(tǒng)研究。Castagna等在2003年建議使用瞬時譜分析來研究依賴于頻率的AVO。Brown在2009年也暗示了含水儲層的速度頻散較小，烴類儲層的速度頻散較大，依賴于頻率的AVO技術可以用于儲層預測和監(jiān)控。Wilson在2009年將頻率引入AVO近似方程并聯(lián)合連續(xù)小波變換，實現(xiàn)了縱波速度頻散估計，并用于描述儲集層內(nèi)流體的變化。尚帥在2014年使用宗兆云提出的AVO近似方程和連續(xù)小波變換來反演頻散屬性。
[0005] 上述疊前反演算法中使用的連續(xù)小波變換時頻分辨率較低，導致從地震數(shù)據(jù)中獲取的反演結(jié)果精度較低，直接影響了儲層位置有效識別和儲層空間展布準確描述，為此，有必要對現(xiàn)有的方法進行改進。

發(fā)明內(nèi)容

[0006] 針對現(xiàn)有技術所存在的問題，本發(fā)明提出了一種高精度的地震屬性疊前反演方法，有效提高了反演結(jié)果的精度，有利于識別儲層位置和描述儲層空間展布。本發(fā)明采用的技術方案步驟如下：
[0007] S1.將疊前共中心點道集轉(zhuǎn)換為角度域道集。
[0008] S2.在角度域道集提取地震子波。
[0009] S3.利用高階同步壓縮變換(High-order?Synchrosqueezing?Transform,FSSTH)對角度域道集分解，把地震振幅轉(zhuǎn)化為譜振幅，即：D(t,n)→S(t,n,f)。
[0010] S4.使用權函數(shù)對S3中譜振幅進行處理。
[0011] S5.根據(jù)Chapman(2006)的頻散介質(zhì)理論，將頻率引入改寫后的AVO的近似方程。
[0012] S6.基于S5中得到的方程，通過反演獲取反射率頻散結(jié)果。
[0013] 作為優(yōu)選方案所述步驟S3具體包括：
[0014] S3.1將一個AM-FM信號可以表示為：
[0015] f(t)＝A(t)ei2πφ(t)??(1)
[0016] 式中，A(t)和φ(t)分別表示瞬時振幅和瞬時相位。
[0017] S3.2上述信號的短時傅里葉變換(Short-time?Fourier?Transform,STFT)為：
[0018]
[0019] 式中，g*表示窗函數(shù)的復共軛?；诖耍瑐鹘y(tǒng)的基于STFT的同步壓縮變換表示為：
[0020]
[0021] 式中，γ為閾值，δ表示Dirac分布，ωf(t,η)為瞬時頻率，且這里，R{Z}表示取復數(shù)Z的實部， 表示對時間t計算偏導數(shù)。
[0022] S3.3將信號f(t)在接近于t的τ處Taylor展開，即：
[0023]
[0024] 這里，Z(k)(t)表示Z的k階偏導數(shù)。
[0025] S3.4上述信號的STFT為：
[0026]
[0027] 由此，計算出局部瞬時頻率：
[0028]
[0029] S3.5引入頻率調(diào)制算子，即：
[0030]
[0031] 因此，上述局部瞬時頻率可以改寫為：
[0032]
[0033] S3.6將S3.2中基于STFT的同步壓縮變換方程中ωf(t,η)替換為 則得到高階同步壓縮變換，即：
[0034]
[0035] S3.7使用上述方程對角度域地震數(shù)據(jù)進行逐道分解，并使用去趨勢分析(Detrended?Fluctuation?Analysis,DFA)來自適應確定高階同步壓縮變換分解所得到的模態(tài)數(shù)，最終實現(xiàn)地震振幅到譜振幅轉(zhuǎn)變。
[0036] 作為優(yōu)選，DFA的步驟包括：從輸入序列中移除均值，即：
[0037]
[0038] 在區(qū)間n內(nèi)平均均方根波動為：
[0039]
[0040] 如果時間序列是相關的，上述波動呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律增長，即：F(n)∝nα其中，尺度指數(shù)α定義為：
[0041] log[F(n)]/log(n)??(12)
[0042] 高階同步壓縮變換分解所得到的模態(tài)數(shù)K可以通過公式(13)自適應確定：
[0043] K＝min{n∈Z+|n≥2αln(N)}??(13)
[0044] 式中，N表示數(shù)據(jù)長度。
[0045] 作為優(yōu)選，所述步驟S4具體包括：
[0046] S4.1選取地震子波的主頻為參考頻率，并計算主頻的最大譜振幅；將步驟S3中譜分解后的道集窗口化，計算不同頻率和不同地震道的最大譜振幅；將上述兩個最大譜振幅的比值作為權函數(shù)，即：
[0047]
[0048] S4.2使用S4.1中權函數(shù)對S3中譜振幅進行處理，目的是消除震源子波，以便不同頻率之間的振幅具有可比性，即：
[0049] B(t,n,f)＝S(t,n,f)w(f,n)??(15)
[0050] 作為優(yōu)選，所述步驟S5具體包括：
[0051] S5.1使用AVO的近似方程Smith和Gildlow表達式為：
[0052]
[0053] 式中，θi為入射角，VP和VS分別為縱波速度和橫波速度，ΔVP和ΔVS分別為縱波速度變化量和橫波速度變化量。
[0054] S5.2對上述方程進行改寫，將系數(shù)項單獨列出，即：
[0055]
[0056] 式中，系數(shù)A(θi)和B(θi)與入射角和速度有關，可以通過射線追蹤計算。S5.3根據(jù)Chapman(2006)的頻散介質(zhì)理論，將頻率引入到S5.2中方程，即：
[0057]
[0058] S5.4針對S5.3中方程，將 和 在頻率f0處進行Taylor級數(shù)展開，即：
[0059]
[0060] 其中，Ia和Ib反映了縱、橫波速度變化與頻率之間的關系，定義為反射率頻散。
[0061] S5.5針對S5.4中方程，令A(θi)＝A1(t,n)和B(θi)＝B1(t,n)，即：
[0062]
[0063] 作為優(yōu)選，所述步驟S6具體包括：
[0064] S6.1基于S5.5中方程，首先，反演參考頻率處(f＝f0)的 和
[0065] S6.2基于S5.5中方程，對于所有的頻率計算反射率頻散。
[0066] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明充分利用了高階同步壓縮變換的高分辨率特性以及去趨勢分析對于時間序列相關性表征的優(yōu)勢。本發(fā)明的優(yōu)點在于，以數(shù)據(jù)驅(qū)動方式來確定信號分解后的模態(tài)數(shù)量，同時有效提高了烴類儲層的反演精度，有利于更加準確識別儲層位置和描述儲層空間展布，從而在一定程度上降低了油氣田勘探開發(fā)風險。附圖說明
[0067] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要的附圖做簡要介紹：
[0068] 圖1為本發(fā)明的一個具體實施例的流程圖；
[0069] 圖2為本發(fā)明的信號的波形記錄；橫坐標為時間，縱坐標為振幅；
[0070] 圖3為圖2中信號經(jīng)去趨勢分析得到的尺度指數(shù)；橫坐標為模態(tài)數(shù)，縱坐標為尺度指數(shù)幅值；
[0071] 圖4為圖2中信號經(jīng)過高階同步壓縮變換后得到的結(jié)果；自上往下依次得到4個模態(tài)分量，橫坐標為時間，縱坐標為振幅；
[0072] 圖5為頻散介質(zhì)合成記錄；橫坐標為角度，縱坐標為時間；
[0073] 圖6為針對圖5中模型反演后得到的結(jié)果；橫坐標為道號，縱坐標為時間；
[0074] 圖7為一實際地震記錄，方框所示為潛在的儲層位置；橫坐標為道號，縱坐標為時間；
[0075] 圖8為采用本發(fā)明的方法針對圖7進行反演得到的儲層位置(箭頭所示)；橫坐標為道號，縱坐標為時間；

具體實施方式

[0076] 以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，以此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解。
[0077] 同時，在以下說明中，出于解釋的目的而闡述了許多具體細節(jié)，以實現(xiàn)對本發(fā)明實施例的徹底理解。
[0078] 圖1給出了本實施例中該地震屬性反演方法的流程圖，包括以下步驟：
[0079] S1.將疊前共中心點道集轉(zhuǎn)換為角度域道集。
[0080] S2.在角度域道集提取地震子波。需要說明的是S1和S2為傳統(tǒng)地震數(shù)據(jù)處理步驟，可以在商業(yè)軟件(如CGG)里實現(xiàn)。
[0081] S3.利用高階同步壓縮變換對疊前角度域地震數(shù)據(jù)進行處理，把地震振幅轉(zhuǎn)化為譜振幅，具體為：
[0082] S3.1從疊前角度域數(shù)據(jù)中提取信號作為初始數(shù)據(jù)，利用高階同步壓縮變換對該數(shù)據(jù)進行分解，得到一系列內(nèi)建模態(tài)函數(shù)(Intrinsic?Mode?Functions，IMF)。
[0083] S3.2利用DFA來確定高階同步壓縮變換分解所得到的模態(tài)數(shù)，具體步驟為：針對每一個模態(tài)，使用公式(21)移除均值
[0084]
[0085] 劃分為n個區(qū)間，在區(qū)間內(nèi)依據(jù)公式(22)計算平均均方根波動；
[0086]
[0087] 表征F(n)與尺度指數(shù)α之間的關系，即：F(n)∝nα，依據(jù)公式(23)提取[0088] αlog[F(n)]/log(n)??(23)
[0089] 根據(jù)公式(24)決定高階同步壓縮變換最佳的分解模態(tài)數(shù)K。
[0090] K＝min{n∈Z+|n≥2αln(N)}??(24)
[0091] 圖2所示為一模擬信號，基于上述步驟計算出尺度指數(shù)與模態(tài)數(shù)之間的關系如圖3所示，當K取較小的值時(如2和3)，尺度指數(shù)曲線單調(diào)遞減且均大于0.1，這時模態(tài)與輸入信號的相關性較高；當K取較大的值時(如5和6)，尺度指數(shù)曲線呈現(xiàn)異常，且并非一直遞減；當K取4時，僅最后一個尺度指數(shù)小于0.1，且曲線仍保持單調(diào)遞減趨勢。因此，此例中4為最佳的模態(tài)分解數(shù)，圖4為本例的分解結(jié)果。
[0092] S3.3針對各個模態(tài)進行希爾伯特變換，獲取瞬時頻率和瞬時振幅，得到分頻數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地震振幅到譜振幅轉(zhuǎn)變。
[0093] S4.使用權函數(shù)對S3中譜振幅進行處理，具體為：
[0094] S4.1.選取地震子波的主頻為參考頻率，并計算主頻的最大譜振幅；將步驟S3中譜分解后的道集窗口化，計算不同頻率和不同地震道的最大譜振幅；將上述兩個最大譜振幅的比值作為權函數(shù)，即：
[0095]
[0096] S4.2使用S4.1中權函數(shù)對S3中譜振幅進行處理，目的是消除震源子波，以便不同頻率之間的振幅具有可比性，即：
[0097] B(t,n,f)＝S(t,n,f)w(f,n)??(26)
[0098] S5.改寫傳統(tǒng)的AVO近似方程，引入頻率項，通過整理方程得到最終的反演表達式，具體為：
[0099] S5.1對Smith和Gildlow表達式進行改寫，將系數(shù)項單獨列出，并引入頻率項，得到：
[0100]
[0101] S5.2將 和 在頻率f0處進行Taylor級數(shù)展開，即：
[0102]
[0103] S5.3令A(θi)＝A1(t,n)和B(θi)＝B1(t,n)，上述方程整理為：
[0104]
[0105] S5.4針對上述方程，令f＝f0得到：
[0106]
[0107] S5.5重新整理S5.3中方程，得到：
[0108]
[0109] S6.基于S5.4中方程反演參考頻率處的 和 基于S5.5中方程反演所有的頻率處的反射率頻散。
[0110] 圖5為頻散介質(zhì)合成記錄，圖6為針對圖5中數(shù)據(jù)反演得到的反射率頻率結(jié)果，從圖中可以看出基于高階同步壓縮變換的地震頻散屬性反演方法對于理論模型的應用效果好，能夠有效表征頻散區(qū)域的位置及范圍，且具有較高的時間分辨率。圖7為一實際地震數(shù)據(jù)，矩形方框所示為儲層潛在區(qū)域，圖8為經(jīng)基于高階同步壓縮變換的地震頻散屬性反演方法對實際地震數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果；從圖中可以看出，本發(fā)明中的方法可以高精度識別儲層所在位置(箭頭所示)，且能夠有效描述儲層的空間展布，對于油氣田勘探開發(fā)具有重要的指導意義。
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