專利名稱：一種地震地層厚度變化分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種有關(guān)于地震勘探中的地震處理和解釋方法，尤其是有關(guān)于一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夂退矔r頻率的高分辨率地震地層厚度變化分析方法。
背景技術(shù)：
目前用于地震地層厚度變化分析的瞬時屬性主要是指基于常規(guī)希爾伯特變換的瞬時屬性，包括瞬時振幅、瞬時相位以及瞬時頻率等。其中瞬時頻率可用于地層厚度變化分析以及異常分析。地震同相軸通常是由地下的一組反射界面反射的地震波合成的。當(dāng)這組反射結(jié)構(gòu)的厚度和巖性逐漸變化時，對應(yīng)的合成地震波的瞬時頻率也隨之變化，當(dāng)有尖滅或者巖性邊界存在，瞬時頻率將急劇變化。因此可以用瞬時頻率來分析地層厚度變化?，F(xiàn)有技術(shù)1 對地震數(shù)據(jù)的每一道地震信號重復(fù)步驟(1)-(3)(1)計(jì)算原始地震道信號的希爾伯特變換；(2)構(gòu)建一個解析信號將原始地震道信號作為解析信號的實(shí)部，將它的希爾伯特變換作為解析信號的虛部；(3)計(jì)算瞬時屬性解析信號的虛部除以實(shí)部，然后取反正切，得到的角度稱為瞬時相位；對瞬時相位求導(dǎo)數(shù)可以得到瞬時頻率。(4)根據(jù)得到的地震瞬時頻率剖面，分析地層厚度的橫向、縱向變化；現(xiàn)有技術(shù)1的缺點(diǎn)(1)基于常規(guī)希爾伯特變換的瞬時頻率要求信號是窄帶信號，而實(shí)際的地震信號很難滿足這一要求，因此基于常規(guī)希爾伯特變換的瞬時頻率有時沒有物理意義，與實(shí)際不相符，它更多的表現(xiàn)為一種數(shù)學(xué)計(jì)算；(2)基于常規(guī)希爾伯特變換的瞬時頻率分辨率較低，對薄層的厚度變化不敏感，且受噪聲影響較大，因此對薄互層結(jié)構(gòu)很難判斷其厚度變化?，F(xiàn)有技術(shù)2:對地震道進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夂拖柌刈儞Q，得到地震道的時頻譜，根據(jù)地震道的時頻譜分析地層的厚度變化；現(xiàn)有技術(shù)2的缺點(diǎn)(1)針對的是單道地震記錄，只能分析地層的縱向厚度變化；(2)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾倪^程中，采用三次樣條作為插值函數(shù)存在過沖和欠沖問題，擬合的局部極大值和局部極小值包絡(luò)受數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)波動或小擾動影響極大，可能會得到偏差較大的局部極大值和極小值包絡(luò)，使得相鄰道的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸饨Y(jié)果變化較大，進(jìn)而導(dǎo)致剖面的橫向連續(xù)性很差，不能從整個剖面上分析地層的橫向厚度變化，很難在實(shí)際地震信號處理中得到大量應(yīng)用。(3)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺^程中，采用定義內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的基本條件來判斷篩選出的信號是否為內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，導(dǎo)致計(jì)算效率較低，計(jì)算量較大；內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)滿足的基本條件是①函數(shù)的局部極值點(diǎn)個數(shù)和零點(diǎn)個數(shù)相等或者至多相差1 ；②在任一點(diǎn)上，函數(shù)的局部極大值包絡(luò)和局部極小值包絡(luò)的平均值等于零。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸饪梢詫π盘栠M(jìn)行多分辨率分解的特性，本發(fā)明提供一種高分辨率地震地層厚度變化分析方法，對地震信號進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾玫絻?nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，然后對各級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，計(jì)算它的基于連續(xù)小波變換的瞬時頻率，依據(jù)該瞬時頻率變化分析地層的橫向和縱向厚度變化。該方法采用三次B樣條函數(shù)直接對局部極大值點(diǎn)和局部極小值點(diǎn)插值擬合平均值，利用標(biāo)準(zhǔn)偏差準(zhǔn)則來判斷篩選得到的信號是否滿足內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的要求。計(jì)算瞬時頻率時，該方法采用基于連續(xù)小波變換的帶有阻尼因子的瞬時頻率計(jì)算公式。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的，一種地震地層厚度分析方法對地震記錄的每一道地震信號重復(fù)步驟01-步驟04 步驟01 對每一道地震信號進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓纸鉃槎嗉墐?nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)分量；對每一級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)重復(fù)步驟02-04 步驟02 對內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，計(jì)算它的連續(xù)小波變換；步驟03 對內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)構(gòu)建對應(yīng)的解析信號；步驟04 計(jì)算內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)對應(yīng)的瞬時頻率；步驟05 根據(jù)得到的各級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的瞬時頻率變化，分析地震的地層厚度變化；根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟01所述的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺^程是一個不斷篩選的過程， 首先將原始地震信號作為輸入信號篩選過程包括如下步驟(A).基于輸入信號的局部極大值，極小值點(diǎn)，采用三次B樣條函數(shù)插值擬合得到平均值；(B).從輸入信號中減去平均值，得到一個新的信號；(C).步驟(B)得到的新信號如果滿足給定的條件，則可以視作一級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，并執(zhí)行步驟(D)，否則，將步驟⑶得到的新信號作為輸入信號，回到步驟㈧；(D).提取內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)分量，將原始地震信號減去已得各級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的信號記為殘余信號，若其呈現(xiàn)單調(diào)趨勢或者值很小時，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺^程結(jié)束，否則將其視作為下一次篩選過程的輸入信號，回到步驟(A)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述步驟(A)中對輸入信號的局部極大值、極小值點(diǎn)采用三次B樣條函數(shù)插值擬合平均值時，采用四點(diǎn)鏡像取反的方法處理端點(diǎn)處的平均值擬合， 以輸入信號左右兩個時間端點(diǎn)為鏡像點(diǎn)，對輸入信號及其局部極大值、極小值點(diǎn)在左右兩端分別進(jìn)行鏡像延拓，并對延拓的信號和局部極大值、極小值點(diǎn)的值取反，然后再將原輸入信號的局部極大值、極小值點(diǎn)序列左右各增加四個局部極值點(diǎn)，做為新的局部極大值、極小值點(diǎn)序列，利用該序列擬合平均值；根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述步驟(C)中新信號滿足的給定條件是指新信號和對應(yīng)輸入信號的標(biāo)準(zhǔn)方差小于0. 05。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，步驟02中各級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的連續(xù)小波變換由以下關(guān)系式?jīng)Q定
權(quán)利要求
1.一種地震地層厚度變化分析方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 對每一道地震信號重復(fù)步驟01-步驟04 步驟01 對每一道地震信號進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺^程，分解為η級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)分量，η =1,2,3,…N，N為總分解級數(shù)；對每一級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)重復(fù)步驟02-步驟04 步驟02 對內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，計(jì)算它的連續(xù)小波變換； 步驟03 對內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)構(gòu)建對應(yīng)的解析信號； 步驟04 計(jì)算內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)對應(yīng)的瞬時頻率；步驟05:根據(jù)得到的各級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的瞬時頻率變化，分析地震的地層厚度變化值。
2.如權(quán)利要求1所述一種地震地層厚度變化分析方法，其特征在于，所述步驟01中的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺^程包括如下步驟首先將原始地震信號作為輸入信號，進(jìn)行如下篩選過程；(A).基于輸入信號的局部極大值和極小值點(diǎn)，采用三次B樣條函數(shù)插值擬合得到平均值；(B).從輸入信號中減去平均值，得到一個新的信號；(C).步驟(B)得到的新信號如果滿足給定的條件，則可以將其視作一級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，并執(zhí)行步驟(D)，否則，將步驟⑶得到的新信號作為輸入信號，回到步驟㈧；D.提取內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)分量，將原始地震信號減去已得各級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的信號記為殘余信號，若其呈現(xiàn)單調(diào)趨勢或者值很小時，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺^程結(jié)束，否則將其視作為下一次篩選過程的輸入信號，回到步驟(A)；所述步驟(A)中，對輸入信號的局部極大值、極小值點(diǎn)采用三次B樣條函數(shù)插值擬合平均值時，采用四點(diǎn)鏡像取反的方法處理端點(diǎn)處的平均值擬合，以輸入信號左右兩個時間端點(diǎn)為鏡像點(diǎn)，對輸入信號及其局部極大值、極小值點(diǎn)在左右兩端分別進(jìn)行鏡像延拓，并對延拓的信號和局部極大值、極小值點(diǎn)的值取反，然后再將原輸入信號的局部極大值、極小值點(diǎn)序列左右各增加四個局部極值點(diǎn)，做為新的局部極大值、極小值點(diǎn)序列，利用該序列擬合平均值；所述步驟(C)中，新信號滿足的給定條件是指新信號和對應(yīng)輸入信號的標(biāo)準(zhǔn)方差小于 0. 05。
3.如權(quán)利要求1所述一種地震地層厚度變化分析方法，其特征在于，所述步驟02中，內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的連續(xù)小波變換由以下關(guān)系式?jīng)Q定α 1 Γι\ a J式中，Sn(t)表示第η級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，η = 1,2,3,…N，t為時間，t屬于實(shí)數(shù)集合， 最小值為T1，最大值為T2，尺度因子a > 0，b為時移，b屬于實(shí)數(shù)集合，b的最小值為T1,最大值為T2 ;Sn(b, a)為的連續(xù)小波變換，為小波函數(shù)的復(fù)共軛，f f_]1\ . t-b (J-bfgr-^Ue^e ^是對基本小波函數(shù)，、…‘經(jīng)過伸縮a和時移b得到的，基本頻 LaJgit) = e 0 e 2率COtl = 6. 0，〖=^/11為虛數(shù)單位。
4.如權(quán)利要求1所述一種地震地層厚度變化分析方法，其特征在于，所述步驟03中，構(gòu)建內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的解析信號的方法是將內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)作為解析信號的實(shí)部，解析信號的虛部<⑴由內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的連續(xù)小波變換結(jié)果決定”、τ .1 γ00 . 、da、 ^(O = M-( Sn(t,a)—)·, Cg '。a其中，Lii(·)表示對括號內(nèi)的表達(dá)式取虛部，=，^ω)是g(t)的實(shí)部的傅里葉變換，ω為角頻率；基于t和b的一致性，將&(b，a) fflSn(t,a)表示，即將變量b 用t代替；對應(yīng)的解析信號表示為
5.如權(quán)利要求1所述一種地震地層厚度變化分析方法，其特征在于，所述步驟04中，內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的瞬時頻率由以下關(guān)系式?jīng)Q定！功)字-眾)譬f “、_ __at_at其中，Sn(t)表示第η級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)，fn(t)表示第η級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)\(0的瞬時頻率，e2⑴=彳⑴+ C<(/))2，《ax表示e2(t)的最大值，阻尼因子ε取為0. 01或0. 005。
6.如權(quán)利要求1所述一種地震地層厚度變化分析方法，其特征在于，所述步驟05中，利用瞬時頻率分析地層厚度變化的主要依據(jù)是對應(yīng)瞬時頻率值小的地層為厚層，對應(yīng)瞬時頻率值大的地層為薄層；當(dāng)瞬時頻率由大變小時，說明地層由薄變厚，當(dāng)瞬時頻率由小變大時，說明地層由厚變薄。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地震地層厚度變化分析方法，該方法利用基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾母叻直媛仕矔r頻率來分析地層厚度變化。首先對地震信號進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺^程，得到多級內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)；然后計(jì)算內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)的瞬時頻率，根據(jù)該瞬時頻率的變化分析地層厚度變化。本發(fā)明在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸膺^程中采用三次B樣條作為插值函數(shù)，采用基于連續(xù)小波變換的帶有阻尼因子的瞬時頻率計(jì)算方法計(jì)算瞬時頻率，使得得到的內(nèi)蘊(yùn)模式函數(shù)和瞬時頻率剖面的橫向連續(xù)性好，假象少，符合實(shí)際，且抗噪性能好。本發(fā)明有助于提高地震地層厚度變化分析的有效性和可靠性，適用于大規(guī)模的實(shí)際地震資料處理與解釋，為儲層預(yù)測提供有力的依據(jù)，提高油氣田勘探開發(fā)的精度。
文檔編號G01V1/30GK102508295SQ20111033207
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者何永強(qiáng), 周艷輝, 陳文超, 高靜懷 申請人:西安交通大學(xué)