1、地震沉积与储层研究中的 信号分解方法,报告人： 刘喜武,2019年9月15日,油储地球物理研讨会报告 2010年6月 北京,中国海洋大学 海洋地球科学学院,研究地震反褶积分解拓频和时频分解方法、算法，以及用于沉积与储层研究的技术策略。（1） 基于柯西稀疏约束贝叶斯估计数学框架，预条件共轭梯度法迭代反演实现薄层反射系数和子波同时估计。（2）数值实现各类时频变换，给出分频解释实现方法及其在地震沉积学与储层成像中的应用策略与效果，提取提取各类时频属性研究沉积特征，进行储层成像，利用低频地震属性异常检测油气，进行油藏地球物理研究。,摘 要,引 言,汇报提纲,1 地震盲反褶积方法研究 2 地震信号谱分解
2、方法研究 3 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用 4 用于地震沉积与储层研究的信号分解的算法与软件研制 5 结束语,根据Wold定理，地震反褶积是对褶积地震道一种信号分解方法，得到地震道中的反射系数序列和地震子波，但是由于噪声的存在、反射系数序列和子波均不知，实现同时盲估计比较困难，一般必须借助统计性假设。根据Canadas等提出的非最小相位子波和非白噪反射系数地震盲反褶积框架出，给出Cauchy稀疏约束贝叶斯估计地震盲反褶积算法策略，实现反射系数反演和子波同时估计。,1 地震盲反褶积方法研究,Cauchy稀疏约束Bayesian估计地震盲反褶积子波压缩技术方法原理,假设随机噪声
3、是正态的，子波长度很短，子波反问题的解的概率是高斯分布的，地震反褶积问题可归结为如下极小优化问题数学框架,其中，,分别为地震数据、子波和反射系数的方差；,是一个表示反射系数随机性的正函数，与反射系数2范数平方成正比。,1 地震盲反褶积方法研究,（1）反射系数和地震子波最优估计的算法建立合理的反演问题数学框架，基于Cauchy系数约束，集成贝叶斯反演方法，采用预条件共轭梯度算法解方程，进行研究与应用试验。 （2）反射系数与子波同时估计的策略传统脉冲子波反褶积，将得到的反射系数和子波，或者从测井曲线得到反演系数，从井旁地震道估计出子波，将其作为迭代反演的初始值，进行反射系数和地震子波交替松弛迭代，
4、再将得到的地震子波最小相位化，稀疏反演得到反子波，最后与地震记录褶积得到反褶积结果。,1 地震盲反褶积方法研究,Cauchy稀疏约束Bayesian估计地震盲反褶积子波压缩技术技术关键,随机反射系数,随机反射系数频谱,ARMA模型地震子波,ARMA模型地震子波频谱,褶积模拟地震记录300个样点,褶积模拟地震记录频谱,处理参数,反演的反射系数,随机反射系数,反演的反射系数频谱,反演的地震子波,ARMA模型地震子波,反演的地震子波频谱,反子波法反褶积结果,褶积合成解释反褶积结果,子波直接法反褶积结果,褶积模拟地震记录300个样点,反子波法反褶积结果频谱,褶积合成解释反褶积结果频谱,子波直接法反褶积
5、结果频谱,DQWT二维地震数据,Time(ms),地震记录频谱,不考虑空变，反褶积处理参数及结果,反演的反射系数,Time(ms),反演的反射系数频谱,反演的地震子波,Time(ms),反演的地震子波频谱,反子波法反褶积结果,Time(ms),褶积合成解释反褶积结果,Time(ms),子波直接法反褶积结果,Time(ms),反子波法反褶积结果频谱,褶积合成解释反褶积结果频谱,子波直接法反褶积结果频谱,考虑空变，反褶积处理参数及结果,反演的反射系数,Time(ms),反演的反射系数频谱,反演的地震子波,Time(ms),反演的地震子波频谱,反子波法反褶积结果,Time(ms),褶积合成解释反褶积
6、结果,Time(ms),子波直接法反褶积结果,Time(ms),反子波法反褶积结果频谱,褶积合成解释反褶积结果频谱,子波直接法反褶积结果频谱,汇报提纲,1 地震盲反褶积方法研究 2 地震信号谱分解方法研究 3 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用 4 用于地震沉积与储层研究的信号分解的算法与软件研制 5 结束语,时频分析精度、交叉项抑制、自适应；用于地震资料分频解释。,2 地震信号谱分解方法研究,2 地震信号谱分解方法研究,S变换是介于STFT和CWT之间的一种时频分析方法，是两者的桥梁和纽带，吸取了各自的优点，又弥补了各自不足，如克服了STFT不能调节分析窗口频率的缺点，引进小波
7、的多分辨分析，又与Fourier频谱保持直接联系。,短时Fourier变换、小波变换、S变换等方法属于线性时频表示。,连续小波变换CWT的分频一般是通过每个尺度的中心频率将时间尺度图转换为时间频率图，这就存在一定的误差，因为尺度代表一个窄的频率段。 TFCWT给出了一种将时频尺度转换为时间频率的新方法，提高连续小波变化的时频分析精度。将连续小波变换的反变换进行Fourier变换，得到时频谱。 连续小波变换的反变换为：,其Fourier变换为：,不对TAO进行积分，得到,就是TFCWT的基本公式。以Morlet小波为基本小波，采用改进的CWT算法实现了小波分频与重构技术，可以提高CWT时频分辨率
8、的精度。,VVA，SpecMAN，2009,2 地震信号谱分解方法研究,2 地震信号谱分解方法研究,Wigner分布 、平滑伪Wigner分布等属于双线性时频分布,自适应最优核时频分布的核函数随着时间的改变而自适应变化,所以它有刻画信号细节的能力,同时它能够很好地抑制多分量信号时频分布中的交叉项,并且拥有与Wigner分布接近的分辨率,是一种理想的时频分布。,非平稳信号（局域波）的精细时频局部化方法,STFT振幅谱 连续小波变换（CWT）功率谱 S变换振幅谱,Wigner分布振幅谱 平滑伪Wigner分布振幅谱 锥形核时频分布振幅谱 AOK时频分布振幅普,时频局部化精度和交叉项抑制,2 地震信
9、号谱分解方法研究,STFT,ST,CW T,GST,时频局部化精度和重构精度,WVD,+,=,2 地震信号谱分解方法研究,时频扫描滤波,2 地震信号谱分解方法研究,除从时间域出发的常规的非平稳信号时频分析方法外，通过频率域局部化直接扫描实现分频的方法，在地震数据结构分析中最早取得了明显的应用效果。时频分析真正用于层序地层学，直接进行沉积旋回划分，还应追溯到俄罗斯勘探地球物理研究院穆申教授等学者在20世纪80年代初所推出的基于分频扫描的构造层序解释技术。其核心是双倍频程三角宽带递归（指数递增）滤波。,汇报提纲,1 地震盲反褶积方法研究 2 地震信号谱分解方法研究 3 地震时频属性提取及其在地震沉
10、积与储层研究中的应用 4 用于地震沉积与储层研究的信号分解的算法与软件研制 5 结束语,4 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用,地震沉积研究的理论依据,瞬时频率反映提取部位地层固有的频率，地层固有频率又和沉积物的颗粒有关，沉积物颗粒较粗时共振频率低，沉积物颗粒较细时共振频率较高，因而瞬时频率能够反映沉积旋回，此外瞬时频率也与薄层厚度的调谐作用有关。低频资料中反射同相轴更多的反映岩性界面信息，反映粗颗粒，岩性调谐为主（共振）；而高频资料中反射同相轴更多的反映等时沉积界面信息，反映细颗粒，薄层厚度调谐为主。,地震沉积学研究技术流程,4 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用
11、,分频解释,4 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用,时频三原色原理,4 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用,为了有效利用地震频率信息，合理显示每个样点的优势频率，分别用红、绿、蓝三种颜色，表示低、中、高频段对应的平均振幅信息，然后按分频能量比较结果做RGB色彩叠加显示。,地震数据等时地层界面RGB显示反映沉积相边界，其中不同的颜色代表高中低不同的频率信息。,4 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用,等时地震层序界面控制的沉积旋回分析,地震旋回分析,等时地震层序界面控制的沉积旋回分析,（1）基于调谐效应，利用地震频谱 分解，进行储层成像； （2）基于双相介
12、质波动理论，低频反射特征可对储层含油气、水不同特征进行界定； （3）提取时频属性，进行储层特征描述。,时频分析和分频方法是核心手段,4 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用,薄储层是指厚度小于1/4波长即调谐厚度的储层。来自薄层的反射在频率域具有指示时间地层厚度的特征性表现，振幅谱通过与局部岩体变化有关的谱带陷模式描绘了薄层的变化，图6为频谱分解预测薄层时间厚度的示意图。也可以利用厚度和调谐振幅的正向线性关系、厚度与峰值瞬时频率成反向线性关系进行厚度预测。,确定薄储层厚度,低频高频 振幅谱,低频高频 相位谱谱,EAA（能量衰减分析）,用于地震储层研究的时频属性,剖面属性,沿层属性,
13、低频地震反射储层成像技术,物理和数值模拟均表明油气储层反射地震的低频分量呈现高的振幅异常特征，这种现象不能用厚度和岩性调谐来解释，是流体存在造成地震波散射和低频谐振而表现出来的特征，应为油气储层本身的固有频率就是低频。,叠前低频地震属性异常含气性识别,零偏移距道集、角度道集、近角度叠加道集等分频属性提取，流体识别； 分频AVO属性分析油气检测,叠前频率保持的技术策略,初步应用,图4-29图4-29是胜利油田某三维工区叠后资料的低频油气检测结果,初步应用,低频共振 高频衰减 与已知井符合较好。,汇报提纲,1 地震盲反褶积方法研究 2 地震信号谱分解方法研究 3 地震时频属性提取及其在地震沉积与储
14、层研究中的应用 4 用于地震沉积与储层研究的信号分解的算法与软件研制 5 结束语,Windows 32位平台下，利用VisualC6.0开发，目前的1.0版本实现了基本时频分析手段（短时Fourier变换STFT、连续小波变换CWT、广义S变换GST、Wigner分布PWVD和模糊函数AF）及其主要应用，对自适应时频分析、广义时频分析和局域波分解等方法预留了开发和升级接口。软件系统主要包括5个模块：（1）地震数据输入和输出；（2）图形显示；（3）层位解释；（4）时频分析计算、显示与保存；（5）时频分析应用及其结果的计算、显示与保存，其中（4）和（5）为核心模块。,5 用于地震沉积与储层研究的信
15、号分解的算法与软件研制,低频地震属性火山岩储层流体识别技术,YS2,YS2井火山岩气藏分频剖面特征,YS2井火山岩气藏沿层分频特征,零偏移距道集、角度道集或近角度道集叠加，实现分频,低频地震属性火山岩储层流体识别技术,12HZ,12HZ,12HZ,12HZ,12HZ,12HZ,火山岩含气有利区预测,yt2,剖面 （10Hz）,沿层,GST,剖面 （10Hz）,沿层,PWVD,yt2,汇报提纲,1 地震盲反褶积方法研究 2 地震信号谱分解方法研究 3 地震时频属性提取及其在地震沉积与储层研究中的应用 4 用于地震沉积与储层研究的信号分解的算法与软件研制 5 结束语,（1）基于Cauchy稀疏约束
16、准则，将子波和反射系数Bayesian反演纳入统一的预条件线性系统，是对传统基于二阶统计最小二乘方法的提升。针对构建的反演系统，采用预条件共轭梯度法求解相应的问题原型同直接法求解相比，可保证反射系数和子波反演同步数值稳定、收敛加快和精度提高，从而使得最后的迭代反演结果精度提高，收敛加快。,5 结束语,（2）提取时频属性进行地震沉积研究，高频层序反映等时地层格架，低频反演岩性信息，主极值频率反映地震旋回，不论纵向还是横向瞬时频率的连续变化代表沉积旋回和相带的变化特征，由于纵向上频率变化的方向性代表了岩性粗细的变化，可以利用频率变化研究纵向沉积旋回；横向频率成分的变化也反映粒度的差异，采用所谓的时频三原色（RGB）技术可以沿等时地层层位（或层段）划分沉积相带的边界。,6 结束语,（3）基于双相介质波动理论，利用低频反射特征可对储层含油气、水不同特征进行界定。给出物理、数值模拟和应用例子，推导饱含流体多孔介质低频地震反射系数渐进公式，给出叠前频率保持的实现策略（叠前道集分频与分频AVO）和初步应用。,6 结束语,衷心感谢油储地球物理平台的培养！ 衷心感谢油储地球物理团队的交流与合作！ 感谢李幼铭先生的悉心指导、关爱和扶助！ 感谢刘洪老师的长久以来的关心和指导！ 感谢陈树民总工、高静怀教授一直以来的关心和帮助！,致 谢,
