專利名稱：一種地震旋回分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于地震勘探中的高分辨率處理和解釋方法，尤其是有關(guān)于
一種基于希爾伯特變換(HHT: Hilbert-Huang Transform)的地震旋回分析 方法。
背景技術(shù)：
目前，公知的地震旋回分析都是基于窗口快速傅立葉變換(FFT， Fast Fourier Transform),需要固定的時間窗口長度，一旦時間窗口長度確定就不
能更改，而時間窗口的長度僅對一個確定的頻率^正確，該頻率力是所述窗
口對應(yīng)的頻率。對于比力高的頻率，該窗口太大；對于比A小的頻率，該窗 口又太小。因此，該固定的時間窗口的長度對信號的適應(yīng)性不強(qiáng)，無法應(yīng)用 于非平穩(wěn)信號。
由于時間窗口的長度只能對應(yīng)一個確定的頻率/。，利用此窗口信號，經(jīng) FFT后可以得到對應(yīng)該窗口信號的頻譜F(/)。在此頻譜中，令頻率誤差 3 = |/-/。|， /en/")， S越大，所得頻率的誤差就越大。因此，用窗口FFT 進(jìn)行地震旋回分析，得到的是一個具有很大誤差的結(jié)果，幾乎不能用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中所指出的問題，本發(fā)明依據(jù)信號不同，其頻率 對應(yīng)不同窗口這個特性，利用HHT這個工具，實現(xiàn)對地震信號每一點(diǎn)的時頻 分析，得到每一點(diǎn)的頻譜準(zhǔn)確值。從而可以根據(jù)地震信號進(jìn)行有效的地質(zhì)層 序的識別。
本發(fā)明的主要目的是應(yīng)用希爾伯特變換對地震剖面的地震信號進(jìn)行時 頻分析和處理，然后進(jìn)行地震旋回分析，指導(dǎo)超薄儲層的預(yù)測，使得信號分
析更加靈活多變，能更有效地反映地震信號的特征。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
一種地震旋回分析方法，該方法包括下列步驟對地震層序模型庫的地 震層序模型的反射系數(shù)序列和時頻分析圖進(jìn)行希爾伯特變換；對目的層的地 震數(shù)據(jù)進(jìn)行希爾伯特變換，找出對應(yīng)該目的層的地震層序模型，以判斷該目 的層的反射特征。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，該方法具體包括下列步驟A:建立地震層序 模型庫，包括多個與地層層序?qū)?yīng)的地震層序模型，每個地震層序模型對應(yīng) 一組反射系數(shù)序列及時頻分析圖；B:對所述反射系數(shù)序列進(jìn)行帶通濾波； C:進(jìn)行希爾伯特變換，通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解將反射系數(shù)序列分解到不同的頻 帶范圍內(nèi)；D:進(jìn)行頻率掃描，根據(jù)反射波頻率特征劃分地震相；E:對目 的層的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，得到其時頻響應(yīng)；F:根據(jù)上述目的層 的地震數(shù)據(jù)的時頻響應(yīng)，尋找與地震層序模型庫有對應(yīng)關(guān)系的模型，進(jìn)而判 斷目的層的反射特征。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，上述步驟C包括下列步驟CI:找出地震信 號的局部最大值點(diǎn)，以其為節(jié)點(diǎn)作三次樣條插值得到該地震信號的上包絡(luò)， 同樣道理，作出地震信號的下包絡(luò)；C2:計算上下包絡(luò)的平均值作為包絡(luò)平 均值；C3:計算地震信號與包絡(luò)平均值的差；C4:如果所述差值為固有模 態(tài)函數(shù)，則本次篩選停止；否則以該差值作為地震信號重新計算。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述固有模態(tài)函數(shù)滿足以下兩個條件1)在整 個數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)，極值點(diǎn)的數(shù)目與過零點(diǎn)的數(shù)目相等或至多相差一個；2)在 任意一點(diǎn)處，由局部極大值點(diǎn)定義的包絡(luò)以及由局部極小值點(diǎn)定義的包絡(luò)的 均值為零。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述地震層序模型包括正旋回模型、反旋回模 型、正-反旋回模型和反-正旋回模型。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述反射系數(shù)序列由地層速度和密度所決定，
并滿足下列關(guān)系式 WW
其中，R為反射系數(shù)，v為地層速度，P為地層密度。 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，對目的層的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解后，根
據(jù)厚層的地震響應(yīng)對應(yīng)低頻部分，而薄層的地震響應(yīng)對應(yīng)高頻部分來判斷目
的層反射特征。
本發(fā)明與公知的窗口 FFT進(jìn)行旋回分析相比，盡管二者都是用地震信號 的頻譜特性來識別，但是，窗口FFT得到的頻譜只有一個頻率是無誤差的， 其它頻率都有誤差，也就是說，地震信號中包括的頻率越多，誤差也越多； 而本發(fā)明應(yīng)用希爾伯特(Hilbert-Himng)變換對地震剖面進(jìn)行分解，不僅可 以得到準(zhǔn)確而可靠的頻譜，且分解后可以看見很多原剖面無法顯示的有效信 息，為儲層預(yù)測提供依據(jù)。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部 分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中 圖l為本發(fā)明的方法流程圖； 圖2為地震層序模型示意圖3A—圖3C為本發(fā)明第一實施例的地震剖面及匹配的反射系數(shù)模型示 意圖4A—圖4B為本發(fā)明第二實施例的地震剖面及匹配的反射系數(shù)模型示 意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實 施例和附圖，對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明提供一種基于希爾伯特變換的地震旋回分析方法，其是應(yīng)用希爾 伯特變換對地震剖面的地震信號進(jìn)行時頻分析和處理，然后進(jìn)行地震旋回分 析，研究地層在沉積過程當(dāng)中的變化規(guī)律，指導(dǎo)超薄儲層的預(yù)測。
希爾伯特變換的核心思想是將時間序列資料通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解
(Empirical Mode Decomposition,簡稱EMD)，分解成多個固有模態(tài)函數(shù) (Intrinsic Mode Function,簡稱IMF)，這些IMF對于希爾伯特變換有良好 的性質(zhì)，進(jìn)而可以定義解析信號和瞬時頻率。然后利用希爾伯特變換構(gòu)造解 析信號，得出資料的瞬時頻率和振幅，進(jìn)而得到希爾伯特譜。 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。 請參照圖l，本發(fā)明的方法主要包括下列步驟
步驟100:建立地震層序模型庫，該地震層序模型庫由地震層序模型組
成，地震層序模型包括反射系數(shù)序列和其時頻響應(yīng)兩個主要參數(shù)，主要有正 旋回、反旋回、正-反旋回和反-正旋回等模型。
需要說明的是，地震旋回體的主要特點(diǎn)是形成層序的地層層理厚度與其 巖性和粒度成分有明顯的相關(guān)性。 一般來講，細(xì)顆粒組成的地層較薄，粗顆 粒組成的地層較厚。其依據(jù)是沉積分選理論，由于粗顆粒沉積速率快，因而 沉積層厚度大于細(xì)顆粒沉積層厚度，即地層厚度和顆粒粒度之間有一種同步 的相關(guān)關(guān)系。因此，對于不同的地震層序模型，具有不同的地層特點(diǎn)-
正旋回對應(yīng)水進(jìn)型旋回，沉積物顆粒由粗到細(xì)，地層層理厚度由大到小。
反旋回對應(yīng)水退型旋回，沉積物顆粒由細(xì)到粗，地層層理厚度逐漸變大。
混合型旋回(正反旋回或反正旋回)水進(jìn)一水退或水退一水進(jìn)型旋回， 地震旋回體反射波頻率面向旋回體頂具有相應(yīng)的混合頻率響應(yīng)。
而不同的地震層序模型，由地層的速度和密度的差異可以得到它所對應(yīng) 的反射系數(shù)序列，即，不同的地震層序模型是由不同的速度v和密度P確定。依據(jù)速度和密度與反射系數(shù)的關(guān)系可以得到反射系數(shù)序列R:
而地震層序的差異可以由反射系數(shù)中的不同頻率成分及其能量大小來 體現(xiàn)。因此，反射系數(shù)時間-頻率域(簡稱時頻域)的變化反映了地層層序 變化的規(guī)律。而地層層序的確定，可以了解目的層當(dāng)時的沉積環(huán)境，從而進(jìn) 一步確定目的層是否具有生油、儲油的條件，為石油勘探指明方向。
地震層序模型庫的建立，提供了一個時頻分析圖，使得在地震數(shù)據(jù)的時 頻圖上，能夠進(jìn)一步確認(rèn)時頻分析圖與地層層序間的對應(yīng)關(guān)系，即通過HHT， 得到了如圖2右邊所示的地震層序模型的時頻分析圖，而它所對應(yīng)的是圖2 左邊所示的反射系數(shù)，從而確定反射系數(shù)序列。
步驟102:對所述地震層序模型庫的反射系數(shù)序列作一個與采樣率相關(guān) 的帶通濾波，即在尼奎斯特頻率范圍內(nèi)進(jìn)行帶通濾波，在此基礎(chǔ)上做希爾伯 特變換，通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解將反射系數(shù)分解到不同的頻帶范圍上。即將反射 系數(shù)按不同頻率成分進(jìn)行分解，然后把這些不同的頻率成分放在一張圖上， 進(jìn)行分析。
經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(EMD)算法是基于一個篩選的過程，主要包括下列步驟-
1、 找出地震信號x的局部最大值點(diǎn)，以它們?yōu)楣?jié)點(diǎn)作三次樣條插值得 到x的上包絡(luò)，類似找出x的局部最小值，做出x的下包絡(luò)；
2、 計算上下包絡(luò)的平均值作為包絡(luò)平均值m;
3、 計算ln-m;
如果篩選的結(jié)果是一個固有模態(tài)函數(shù)，本次篩選終止。否則，用h代替 x迭代。
因此， 一個固有模態(tài)函數(shù)是滿足以下兩個條件的函數(shù)1)在整個數(shù)據(jù)區(qū)
間內(nèi)，極值點(diǎn)的數(shù)目與過零點(diǎn)的數(shù)目相等或至多相差一個；2)在任意一點(diǎn) 處，由局部極大值點(diǎn)定義的包絡(luò)以及由局部極小值點(diǎn)定義的包絡(luò)的均值為
步驟104:進(jìn)行頻率掃描，根據(jù)反射波頻率特征劃分地震相。 請參考圖2所示的一個地震層序模型所對應(yīng)的反射系數(shù)序列(左)和它
的時頻分析圖(右)，其中，縱坐標(biāo)表示時間，單位是ms，橫坐標(biāo)是頻率，
單位是HZ;在時頻分析圖上(右)，下方對應(yīng)的是反射系數(shù)的低頻成分，隨
著地層由淺變深，反射系數(shù)越來越疏(時間從小變大)，時頻譜上對應(yīng)的頻 率成分由高變低，對此模型，淺層對應(yīng)高頻，深層對應(yīng)低頻。
對比它們之間的關(guān)系可以看出，對于其厚度有方向性變化(向同一方向 增大或減小)的一組薄互層，其單層反射波最大能量將顯現(xiàn)在與其厚度對應(yīng) 的調(diào)諧頻率的位置上，且與厚度變化方向一致。同級別層序體的地震響應(yīng)，
調(diào)諧頻率由下到上或由上到下順序增大或減小，表現(xiàn)出明顯的方向性；而不 同級別的層序體的地震響應(yīng)，分別位于不同頻帶內(nèi)，且具有級別包容的特征， 如圖2所示。當(dāng)做頻率掃描時，?？梢砸姷椒瓷洳l率特征有方向性的改變， 它反映著沉積層理結(jié)構(gòu)和沉積旋回的周期性變化，可以利用這些反射特征來 劃分地震相。
步驟106:對實際地震數(shù)據(jù)做經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解得到其時頻響應(yīng)，尋找與模
型庫有較好對應(yīng)關(guān)系的模型，進(jìn)而推斷目的層的反射特征。
如果該地區(qū)數(shù)據(jù)資料好，基本上就可以知道反射系數(shù)序列。在數(shù)據(jù)資料 不是很理想的情況下，也可用來劃分地震相和進(jìn)行儲層預(yù)測，從而解決了在 地震數(shù)據(jù)上進(jìn)行地震層序判別的問題。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例，本發(fā)明具有如下效果
1) 經(jīng)過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解后，不同地層的厚度，反映在不同的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分 解的結(jié)果上。通常厚層的地震響應(yīng)反映在低頻部分，而薄層的地震響應(yīng)反映 在高頻部分，層厚與頻率具有很好的調(diào)諧效應(yīng)。
2) 可以確定反射系數(shù)的變化規(guī)律，研究它的正反沉積韻律，從而了解
它的巖相古地理沉積特征，為尋找新的油氣田提供依據(jù)。
3) 對于勘探早期的區(qū)塊，井資料較少，甚至沒有，而利用本發(fā)明的方
法，借助于該區(qū)的3D地震數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行儲層預(yù)測。 4)計算速度快，應(yīng)用方便靈活。
下面例舉兩個實施例，具體說明應(yīng)用希爾伯特變換進(jìn)行地震旋回分析的
方法和過程
請參照圖3A-圖3C，其是以c44c401測線進(jìn)行希爾伯特變換，得到不同 頻率范圍的地震響應(yīng)的地震剖面及匹配的反射系數(shù)模型示意圖。
如圖3A所示，縱向是地震記錄接收的時間，對應(yīng)深度；橫向是五個不 同地震記錄的時頻分解圖，從低頻到高頻，低頻與高頻的分界線極易確定。
如圖3B所示，其為反射系數(shù)模型的非歸一化顯示；
如圖3C所示，反射系數(shù)模型的歸一化顯示，橫縱坐標(biāo)的含義與圖2相同。
再請參照圖4A-圖4B，其是以d272測線進(jìn)行Hilbert-Huang變換，得到 不同頻率范圍的地震響應(yīng)的地震剖面及匹配的反射系數(shù)模型示意圖。
如圖4A所示，縱向是地震記錄接收的時間，對應(yīng)深度；橫向是五個不 同地震記錄的時頻分解圖，從低頻到高頻，低頻與高頻的分界線極易確定。
如圖4B所示，反射系數(shù)模型的歸一化顯示，橫縱坐標(biāo)的含義與圖2相 同。由圖4B可以確定圖4A中相應(yīng)時頻結(jié)果對應(yīng)的反射系數(shù)序列。
從上述兩個例子及其圖示中可以清晰地看到層序分界面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，旋 回特征非常明顯。超薄儲層的反射很清晰地在高頻部分顯現(xiàn)出來，而且能量 很強(qiáng)。這些旋回性特征和預(yù)先設(shè)計的模型庫有很好的對應(yīng)關(guān)系。藉此可方便、 快捷地進(jìn)行儲層預(yù)測、油氣勘探。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了 進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已， 并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任 何修改、等同替換、，改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種地震旋回分析方法，其特征在于，該方法包括下列步驟對地震層序模型庫的地震層序模型的反射系數(shù)序列和時頻分析圖進(jìn)行希爾伯特變換；對目的層的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行希爾伯特變換，找出對應(yīng)該目的層的地震層序模型，以判斷該目的層的反射特征。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震旋回分析方法，其特征在于，該方法具體包括下列步驟A:建立地震層序模型庫，包括多個與地層層序?qū)?yīng)的地震層序模型， 每個地震層序模型對應(yīng)一組反射系數(shù)序列及時頻分析圖； B-對所述反射系數(shù)序列進(jìn)行帶通濾波；C:進(jìn)行希爾伯特變換，通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解將反射系數(shù)序列分解到不同的頻帶范圍內(nèi)；D:進(jìn)行頻率掃描，根據(jù)反射波頻率特征劃分地震相；E:對目的層的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，得到其時頻響應(yīng)；F:根據(jù)上述目的層的地震數(shù)據(jù)的時頻響應(yīng)，尋找與地震層序模型庫有對應(yīng)關(guān)系的模型，進(jìn)而判斷目的層的反射特征。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，上述步驟C包括下列步Cl:找出地震信號的局部最大值點(diǎn)，以其為節(jié)點(diǎn)作三次樣條插值得到該 地震信號的上包絡(luò)，同樣道理，作出地震信號的下包絡(luò)； C2:計算上下包絡(luò)的平均值作為包絡(luò)平均值； C3:計算地震信號與包絡(luò)平均值的差；C4:如果所述差值為固有模態(tài)函數(shù)，則本次篩選停止；否則以該差值作 為地震信號重新計算。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述固有模態(tài)函數(shù)滿足以下兩個條件1) 在整個數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)，極值點(diǎn)的數(shù)目與過零點(diǎn)的數(shù)目相等或至多相差一個；2) 在任意一點(diǎn)處，由局部極大值點(diǎn)定義的包絡(luò)以及由局部極小值點(diǎn)定 義的包絡(luò)的均值為零。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述地震層序模型包括 正旋回模型、反旋回模型、正-反旋回模型和反-正旋回模型。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述反射系數(shù)序列由地 層速度和密度所決定，并滿足下列關(guān)系式-其中，R為反射系數(shù)，v為地層速度，^為地層密度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對目的層的地震數(shù)據(jù)進(jìn) 行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解后，根據(jù)厚層的地震響應(yīng)對應(yīng)低頻部分，而薄層的地震響應(yīng) 對應(yīng)高頻部分來判斷目的層反射特征。
全文摘要
本發(fā)明提供一種地震旋回分析方法，該方法包括下列步驟對地震層序模型庫的地震層序模型的反射系數(shù)序列和時頻分析圖進(jìn)行希爾伯特變換；對目的層的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行希爾伯特變換，找出對應(yīng)該目的層的地震層序模型，以判斷該目的層的反射特征。本發(fā)明應(yīng)用希爾伯特變換(Hilbert-HuangTransform)對地震剖面進(jìn)行分解，不僅可以得到準(zhǔn)確而可靠的頻譜，且分解后可以看見很多原剖面無法顯示的有效信息，為儲層預(yù)測提供依據(jù)。
文檔編號G01V1/28GK101349764SQ20071011936
公開日2009年1月21日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者曹思遠(yuǎn) 申請人:中國石油大學(xué)(北京)