基于频谱分解的碳酸盐岩储层识别

频谱分解技术是将地震信号从时间域转换到频率域,分析频率对不同尺度地质体的振幅、相位响应特征的一项技术.频谱分解能够得到高于传统分辨率的解释结果,提高刻画储层分布的能力.本文详述了短时傅里叶变换、连续小波变换和S变换的数学原理及适用性:短时傅里叶变换使用固定时窗,不能根据信号的变化调整分辨率,只适合分析分段平稳或近似平稳的信号;连续小波变换使用移动的、尺度可变的小波作为时窗,具有多分辨率特点,但是实际中选择能反映信号特征的小波函数不易;S变换使用频率的倒数来调节时窗,具有多分辨率特征,对数据处理的适应性较强.将这三种方法分别应用于碳酸盐岩储层发育区,利用靠近地震主频的35 Hz分频剖面,分析了不同时窗大小的短时傅里叶变换效果,不同类型小波的连续小波变换效果,并对比了不同频谱分解算法对储层的描述精度.通过分析得出分频剖面比常规地震剖面更有利于储层识别,且S变换效果最好.     

S变换的时频分析特性及其改进

地震信号具有非线性、非平稳的特性,用时频分析的方法处理地震信号,可以最大限度的保留原始信息,也可以较为精确地分析数据的时间、频率特征.现阶段应用于地震数据处理的时频分析方法主要有:短时傅里叶变换,小波变换和匹配追踪算法等等.S变换是近几年发展起来的一种新的时频分析方法.S变换结合了短时傅里叶变换和小波变换的优点,具有相...     

谱分解在含气检测中的应用

由于含气砂岩的非均质性,地震波在经过含气砂岩时高频能量衰减强,低频能量衰减弱.从而在储层的下方可能出现低频强振幅的阴影区.因此,可用时频分析直接对储层的含气性进行检测.时频连续小波变换是对连续小波变换方法的改进.变换的结果是时频域,不需要尺度-频率的转换;且时频分辨率高.本文将它用于储层含气性检测.     

S变换谱分解技术在深反射地震弱信号提取中的应用

在深反射地震资料处理中,当来自深部的有效弱信号和噪声干扰频带差异较小且难以区分时,传统滤波方法的应用会受到限制.谱分解方法是一种使用离散傅里叶变换,基于信号的频率-振幅谱等信息生成高分辨率地震图像的方法,通常用来识别介质物性横向分布特征,处理复杂介质内频谱变化和局部相位的不稳定性等问题,包括定位复杂断层和小尺度断裂等.S变换作为一种新的时频分析方法,具有自动调节分辨率的能力,近些年来被广泛应用到勘探地震、大地电磁等数据处理中,逐渐成为地球物理方法中噪声压制的有效方法之一.与常规石油反射地震资料相比,深反射主动源地震为了探测深部结构信息,常采用大药量激发方式、长排列观测系统等,导致深部有效信号基本湮灭在噪声干扰之中.针对深反射数据特点,本文结合谱分解和S变换技术,首先设计了简单的脉冲函数实验数据,证实S变换方法的有效性,同时说明谱分解方法的效果受所用时频分析方法影响较大,而其中决定分辨能力的变换窗函数的选取尤为重要.在此基础上,分别应用到深反射地震资料的单道和叠加剖面实际数据上,对比分析了传统变换谱分解和S变换谱分解的应用效果,单道资料对比结果表明:相比传统谱分解,S变换谱分解方法具有自动调节分辨率的能力,能够精确的标定深反射地震资料中弱信号不同时刻的频率分量;叠加剖面资料应用结果表明:由S变换谱分解得到的剖面结果与其他谱分解方法结果整体上具有较高的一致性,同时清晰地刻画出原叠加剖面上被噪声湮灭的低频细节特征,提高了剖面的分辨率及同相轴连续性;对比结果明显看出,Gabor变换谱分解方法得到的结果同相轴较为破碎,分析原因认为这是由Gabor变换的时频分解方法的定长窗函数所致,窗口大小不会随着信号频率的变化来调节长度,只能在处理的过程中根据一定的记录长度范围选取窗函数参数,而S变换谱分解方法在窗函数的选取时,通过时变信号的局部频率特征自动调节窗口长度,能够更好的刻画各个频段的细节特征,在深反射剖面成像应用中效果尤为明显.本文结果表明S变换谱分解技术在深地震叠加剖面上的应用有效地提高了来自深部弱反射信号的信噪比和分辨率,并刻画出了叠加剖面上所不具有的低频细节特征,在实际深反射地震资料处理中能有效保护低频弱信号获得更好的成像效果.本文为深地震反射资料中弱信号的保护处理找到一种有效的方法.     

低震级地震与人工爆破记录的时频分析

时频分析是为了对非平稳信号进行分析而引入的,可以给出某一时间点或小时间段内的频谱信息.典型的时频分析方法有短时傅里叶变换、小波变换和希尔伯特黄变换等.由于短时傅里叶变换计算速度较快,而且对本研究里的地震信号具有不错的分辨率,利用短时傅里叶变换对地震和爆破信号进行分析.     

基于复正则化非稳态回归Wigner-ville分布谱分解及其应用

谱分解是应用于油气藏描述的一种有效方法.谱分解方法如短时傅里叶变换、连续小波变换、S变换等因使用预先选定的窗函数和基函数限制了其时频分辨率.对于双线性Wigner-Ville分布(WVD)谱分解,其在计算时频分布不要求选定窗函数,时间和频率分辨率均很高,但存在交叉噪声.在本文中,我们提出利用迭代反演方法计算WVD谱分解.其关键思想是,利用复正则化非稳态回归技术拟合解析地震道和它的傅里叶分量,并且将时变的傅里叶系数定义为WVD时频分布.理论合成数据表明,基于复正则化非稳态回归WVD谱分解方法有较高的时间频率分辨率,并且能有效地压制交叉噪声.最后,我们将本文方法应用于三维实际地震数据进行河道检测.     

谱图重排的谱分解理论及其在储层探测中的应用

谱分解理论是把单道地震记录分解为连续的时频谱平面,是地震资料处理和解释的重要技术之一.由于谱分解方法的多解性,所以同一道地震记录因为分解方法不同,得到的时频谱是不一样的.短时傅里叶变换,小波变换,S变换和匹配追踪算法都是对信号开窗分析,这些方法都受到不确定性原理的限制.Wigner-Ville变换避开了不确定性原理的限制,但是交叉项的存在限制了本方法的使用.本文利用谱图重排的时频分析方法(RSPWV)对合成的单道地震记录和实际的地震资料进行了分析.与短时傅里叶变换和匹配追踪算法的比较得出:此方法具有较高的时频分辨率,能够很好地识别气层.     

同步挤压广义S变换在南海油气识别中的应用

受窗函数的影响,短时傅里叶变换、小波变换、S变换等传统时频分析方法的分辨率不高.为了提高信号时频变换分辨率,发展了同步挤压小波变换算法;该算法将信号的时频谱值向其中心频率位置挤压,改善了信号时频分析结果,使得信号时频分辨率得到了很大的提升.但由于传统算法时窗固定,处理缺乏灵活性;因此,本文对S变换窗函数进行扩展,提出了同步挤压广义S变换.通过自适应窗函数挤压信号在S域的时频谱值,提高了算法的灵活性和时频分析聚焦能力.运用同步挤压广义S变换对南海某工区实际地震数据进行分频处理,结果显示含油气层能量随着频率的增加而逐渐衰减.因此,使用同步挤压广义S变换对地震数据进行分析处理,不仅可以对储层含油气性进行准确的检测,还可以对地层进行精确的标定.     

基于S变换的软阈值滤波在深地震反射数据处理中的应用

深地震反射原始单炮数据是非平稳的弱能量反射信号,信噪比较低.如何提高信噪比一直是深地震反射数据前处理中的一大难题.S变换是一种适用于分析非平稳信号的时频变换方法.同其他分析时变信号的方法相比,S变换的基本小波不必满足小波在时间域均值为零的容许性条件,它的时频分辨率与分析信号的频率有关,且其在时间域的积分可以得到傅里叶频谱,其反变换也简单.因此,S变换容易表示深地震反射信号复杂的时频特性.本文在S变换的基础上,利用软阈值滤波方法对深地震反射数据进行处理,实验结果表明,该方法有效地提高了信噪比,压制了有效频带范围内的混频干扰,突出了弱反射信号,使得波组信息更加丰富,有利于连续追踪有效反射波组和识别薄地层,特别是提高了深部Moho界面反射层位的分辨率,为深地震反射剖面后续处理和准确解释奠定了基础.     

利用小波重构合成地震波方法及特性研究

针对傅里叶变换合成地震波理论的不足,提出一种利用小波重构合成地震波的方法. 以控制频带能量为标准,推导了合成地震波的公式. 运用抗震设计规范中的相关设计参数合成了地震波,并分析研究了在合成地震波时小波函数基的选取方法和阻尼比对合成结果的影响. 结果表明,用小波重构合成的地震波能够反应地震波基本特性和场地特征周期,并具有很好的时频非平稳性.      

Wavelet‐based cepstrum decomposition of seismic data and its application in hydrocarbon detection

How to use cepstrum analysis for reservoir characterization and hydrocarbon detection is an initial question of great interest to exploration seismologists. In this paper, wavelet‐based cepstrum decomposition is proposed as a valid technology for enhancing geophysical responses in specific frequency bands, in the same way as traditional spectrum decomposition methods do. The calculation of wavelet‐based cepstrum decomposition, which decomposes the original seismic volume into a series of common quefrency volumes, employs a sliding window to move over each seismic trace sample by sample. The key factor in wavelet‐based cepstrum decomposition is the selection of the sliding‐window length as it limits the frequency ranges of the common quefrency section. Comparison of the wavelet‐based cepstrum decomposition with traditional spectrum decomposition methods, such as short‐time Fourier transform and wavelet transform, is conducted to demonstrate the effectiveness of the wavelet‐based cepstrum decomposition and the relation between these two technologies. In hydrocarbon detection, seismic amplitude anomalies are detected using wavelet‐based cepstrum decomposition by utilizing the first and second common quefrency sections. This reduces the burden of needing dozens of seismic volumes to represent the response to different mono‐frequency sections in the interpretation of spectrum decomposition in conventional spectrum decomposition methods. The model test and the application of real data acquired from the Sulige gas field in the Ordos Basin, China, confirm the effectiveness of the seismic amplitude anomaly section using wavelet‐based cepstrum decomposition for discerning the strong amplitude anomalies at a particular quefrency buried in the broadband seismic response. Wavelet‐based cepstrum decomposition provides a new method for measuring the instantaneous cepstrum properties of a reservoir and offers a new field of processing and interpretation of seismic reflection data.     

等厚薄互层时频特征的正演模拟

本文基于波动理论,利用深度域相移法对不同互层数、不同单层厚度的等厚薄互层进行正演模拟.采用广义S变换分析零偏移距地震道反射复合波的瞬时频谱.研究发现当单层厚度大于3/16波长时,等厚薄互层时域特征为中、高频等幅振荡,瞬时频谱为与单层厚度成反比的单一峰值梳状函数;当单层厚度小于3/16波长时,震源子波的有限带宽对瞬时频谱的高频频率峰有压制作用,导致等厚薄互层中部的时域振幅和频域最大幅度均为低值,薄互层的结构特征不易分辨,说明宽高频的震源子波是提高薄互层分辨能力的关键.此外,理论推导和实验分析均证明:当地层厚度大于1/8波长时,其峰值频率与薄互层单层厚度存在定量解析关系,这为等厚薄互层单层厚度定量预测提供了重要的技术手段.     

基于反射系数谱理论的薄层多波AVO

AVO分析是目前地震勘探潜在油气储层的一个重要方法。体散射信息包含了层结构、岩性和孔隙流体信息,对地震勘探非常有用。但是基于 Zoeppritz方程的传统AVO分析之只包含了单层信息。薄层厚度定量解释对构造解释、储层描述和储层横向预测都非常重要。本文阐述的基于频率域弹性传播矩阵反射系数谱方法既考虑了层界面引起的振幅变化(Zoeppritz方程),也考虑了层内传播引起的振幅变化。因此该反射系数谱既包括单一层界面信息,也包括层内体散射信息。该反射系数谱是层厚和频率的连续函数,便于分析频率和层厚对反射系数谱的影响。可分析的薄层厚度可以无限小,直至消失。可分析的频率是任意的和连续的。这是对时间域反射系数做傅里叶变换无法实现的。地震波的传播是复杂的,各种波型是同时存在而且相互转换的,该反射系数谱考虑了各种波型在传播过程中的相互转换以及多次波。与比射线方法比更便于正演薄层多波多分量AVO响应。     

广义S变换及其在大地电磁测深数据处理中的应用

广义S变换是一种优于短时窗傅立叶变换和小波变换的时频分析方法,利用广义S变换能够准确定位大地电磁资料中存在的噪声,通过定义时频窗对噪声进行滤除,从而明显提高阻抗视电阻率与相位的估算质量.本文基于S变换和大地电磁测深资料处理的基本原理,研究了基于广义S变换的大地电磁测深资料的处理流程和方法.对理论模拟信号及实测大地电磁场时间序列数据的处理,证实了方法的有效性.     

几种时频分析方法比较

地震信号由于各种原因,往往是一种非线性、非平稳信号,基于平稳信号理论的常规傅立叶变化方法不能刻画任一时刻的频率成分.时频分析能同时保留时间与频率信息,目前已经出现了很多时频分析方法.本文介绍了Hilbert变换、Hilbert-Huang变换、正弦曲线拟合、雷克子波匹配、短时傅立叶变换、小波变换、S变换以及Cohen类这八种方法,并从时间分辨率、频率分辨率,以及对多频率成份信号适应能力等各方面阐述了各种方法的优缺点,对其中的一些方法结合了理论记录进行了试算,进一步阐述了这些方法的长处和不足之处.     

Logarithm of short‐time Fourier transform for extending the seismic bandwidth

Improving seismic resolution is essential for obtaining more detailed structural and stratigraphic information. We present a new algorithm to increase seismic resolution with a minimum of user‐defined parameters. The algorithm inherits useful properties of both the short‐time Fourier transform and the cepstrum to smooth and broaden the frequency spectrum at each translation of the spectral decomposing window. The key idea is to replace the amplitude spectrum with its logarithm in each window of the short‐time Fourier transform. We describe the mathematical formulation of the algorithm and its testing on synthetic and real seismic data to obtain broader frequency spectra and thus enhance the seismic resolution.     

基于物理小波的频谱分解方法及应用研究

在地震资料频谱分解中,采用匹配地震子波的物理小波,依据地震信号的特征,用振幅、能量衰减率、能量延迟时间及地震子波的中心频率等四类参数构造基本小波,把地震信号分解在小波域,高频分量能够得到精细的刻画.本文以物理小波变换为工具, 给出了该变换中的核函数的选择方法,进而提出了基于物理小波变换的频谱成像方法.我们将此方法用于海上某油田河流相储层的描述,并与常规软件中的小波变换频谱成像结果进行了对比, 结果表明,本文提出的方法更能精细地刻画地质事件.