[发明专利]地震谱分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及地震信号的分析方法，具体地说，是涉及一种以傅立叶变换为基础的地震谱分析方法。

背景技术

地震波在地层介质中传播，由于散射和吸收衰减等均与频率有关，严格意义上属非平稳信号。而对于象地震反射信号这样的非平稳信号，更需关注的恰恰就是信号的局部(或瞬时)时频特征。为此，在傅里叶分析的理论基础上，提出了一系列分析和处理非平稳信号的时频分析技术。时频分析很早就是地震数据分析和资料处理的重要工具(如频谱分析、频率滤波和子波特征描述等)。1982年Morlet等首次把短时傅里叶频谱用于地震解释，1999年Partyka等借助先进的计算机技术把时频分析技术转化为一种实用、便捷的解释工具，即所谓的地震“谱分解”(SpecialDecomposition)技术。

地震谱分解技术是指对地震道进行连续时频分析获得地震的频谱(振幅谱及相位谱)。谱分解技术不仅可以提高地震资料对薄储层的解释预测能力，而且能从常规宽频地震数据体中提取出更丰富的地质信息，提高地震资料对特殊地质体的解释识别能力。因此，这项新的地震属性分析技术一经推出便引起业界广泛关注，很快就成为地震勘探技术发展的热点。具体表现为算法不断推陈出新，应用领域不断拓展。

谱分解的算法要从Taner等人的复数道分析开始算起，已经经过了30年的发展。早期的研究主要是沿地震反射层位方向进行频谱分析，研究频率随时间变化关系来研究薄层结构、判断沉积环境，但这些研究方法由于受短时窗傅氏变换的影响，以及研究结果受显示方式的限制，影响了用频率信息开展对储层研究的推广应用。1997年BP-Amoco公司由Lopez等人提出的地震频谱分解技术是在短时窗内通过频谱分解研究薄层变化和地质体的不连续性的方法，是最新发展起来适用于三维地震解释和进行储层预测研究的地震属性解释新技术。地震数据体经分频处理后的解释分辨率高于常规地震主频所能达到的分辨能力，该方法一经推出便引起人们的极大兴趣。该技术可提取尼奎斯特频率范围内所有离散频率对应的调谐振幅，实现了以交互、动态方式研究薄层在横向上的连续变化在识别构造断裂系统、确定油藏边界和储层预测等方面比传统的地震属性研究方法具有优势。后来，研究人员对短时窗傅氏变换算法不断的优化和改进，分别将Gabor变换、小波变换(Wavelet Transform，WT)、S变换、非线性的Wigner-Ville分布等时频分析方法应用到谱分解技术中。如Partyka等用镶边矩形窗的短时傅里叶变换求取不同频率的振幅谱和相位谱，以此来预测河道；Marfurt等用短时傅里叶变换(STFT)把时间域地震信号转到频率域进行薄层可视化和沉积相分析；Burnett等、Castagna等和Sinha等采用小波变换谱分解方法进行烃类检测；Stark等把谱分解技术用于地质年代研究和地震层序分析；Zhao Bo等对谱分解技术用于时移(四维)地震数据的可行性进行了探究。由于Hansengberg不确定性原则的约束，频率分辨率和时间分辨率是一对矛盾体，频率域分辨率高则必定导致时间域分辨率降低，反之亦然。为了提高信号的时频分辨率和精度，Jianlei Liu(2005)将Morlet小波应用到匹配追踪中。John P.Cast-agna(2006)等对时频分析算法STFT，CWT，匹配追踪(Matching Pursuit，MP)进行了比较，提出了Exponential Pursuit(EP)方法，并利用低频信息进行含气储层的预测和评价。Yanghua Wang(2006)利用连续的Morlet小波提出了改进的MP方法，提高了MP方法的计算效率，并应用于地层岩性分析中。此外，近几年国内外许多地球物理软件公司相继研制和推出了自己的谱分解算法和商业化的应用软件，促使该技术迅速发展成为当今地震解释的主流方法技术。

在国内，谱分解的研究正处于初步阶段，利用连续频谱分析方法开展烃类检测和储层预测的研究可追溯到上世纪80年代末，当时的研究是沿地震反射层位的一定时窗范围提取地震属性，进行定性的频谱分析；用频率随时间的变化关系来判断沉积环境的时频方法始于上世纪90年代初。但这些方法由于受傅立叶变换时窗的影响，限制了它们在薄储层领域的推广应用。然而，用频率信息来研究薄储层的空间分布特征一直是石油地质学家们关注的焦点，谱分解在石油物探上的应用相当广阔，很可能为石油、天然气的勘探开发开辟出新的前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地震谱分析方法，简化地震信号分析的方法，并在降低地震信号分析难度的同时，提高地震信号分析的准确性。