一種對(duì)地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)波形極值特征點(diǎn)分離與波形重構(gòu)方法

一種對(duì)地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)波形極值特征點(diǎn)分離與波形重構(gòu)方法
【專利摘要】本發(fā)明是對(duì)地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)波形極值特征點(diǎn)分離與波形重構(gòu)方法，確定地震、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)一維信號(hào)的中央基準(zhǔn)線，分別求取初始級(jí)波形上左、右極大值點(diǎn)集，連續(xù)對(duì)縱向上相鄰左、右極大值點(diǎn)線性插值并獲得與中央基準(zhǔn)線的交點(diǎn)集或同區(qū)極大值點(diǎn)的內(nèi)插極小值點(diǎn)集，并重構(gòu)出一級(jí)波形，把一級(jí)波形曲線當(dāng)作初始級(jí)波形再進(jìn)行極值點(diǎn)集篩選、插值與二級(jí)新波形的重構(gòu)，以此重復(fù)類推可獲得2D或3D分頻波形數(shù)據(jù)體。本發(fā)明可以交互地、聯(lián)合地開(kāi)展常規(guī)地震地質(zhì)解釋、地震屬性分析及反演，可實(shí)現(xiàn)多頻帶地震剖面和體的地質(zhì)解釋結(jié)果的交互應(yīng)驗(yàn)、對(duì)比約束和質(zhì)量監(jiān)控，綜合提高地質(zhì)解釋結(jié)果的合理性與可靠性。
【專利說(shuō)明】一種對(duì)地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)波形極值特征點(diǎn)分離與波形重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地球物理勘探技術(shù)，具體是對(duì)地震和測(cè)井處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行波形信號(hào)變換的一種對(duì)地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)波形極值特征點(diǎn)分離與波形重構(gòu)方法。
技術(shù)背景
[0002]在物探技術(shù)中，要較準(zhǔn)確地分解出蘊(yùn)含在復(fù)雜地震或測(cè)井混頻波形信號(hào)里的多尺度地質(zhì)信息，選擇合理的、有效的、符合沉積演化規(guī)律(按照地質(zhì)體發(fā)育規(guī)模、旋回、周期大小)的分頻變換是一種強(qiáng)有力的手段。以地震波為例，地震波形記錄反映了地震波動(dòng)力學(xué)特征，也是所有地震屬性的源屬性，一直是重點(diǎn)研究與描述的對(duì)象，目前地學(xué)界對(duì)原始波形信號(hào)采取的分頻方法和主要目的有:①改善資料品質(zhì)、提高地震處理資料信噪比、分辨率和保真度。通過(guò)時(shí)間域頻譜能量掃描技術(shù)，按照能量分布情況，確定頻帶范圍，再經(jīng)過(guò)分頻疊加，壓制干擾波，較好地突出了地震剖面上各種強(qiáng)、弱有效波，保證地震同相軸的連續(xù)性，為后續(xù)地震地質(zhì)解釋提供便利。②對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋性變換(分頻處理)，排除不同頻段地震反射響應(yīng)的相互干擾，達(dá)到在不同頻帶上識(shí)別、劃分不同級(jí)次的地質(zhì)目標(biāo)，較高精度地分辨出各種地質(zhì)單元邊界和內(nèi)幕、預(yù)測(cè)薄儲(chǔ)層和沉積微相等。如頻率時(shí)間譜掃描、地震疊后數(shù)據(jù)重建+小時(shí)窗頻譜分析、基于薄層調(diào)諧原理的譜分解等技術(shù)，基于時(shí)頻分析的希爾伯特變換、斯托克威爾變換、拉普拉斯變換、傅里葉變換、小波變換、廣義S變換、科恩類變換等分頻解釋技術(shù)(廣義的褶積原理)等等。③基于波形結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述與分類方法。代表性的一種是通過(guò)利用(骨架、相關(guān))關(guān)系樹(shù)法來(lái)表達(dá)、理解和描述波形特征層次性(父一子一孫節(jié)點(diǎn)系)、波峰和波谷特征點(diǎn)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，用以有效地識(shí)別、劃分各種波形類型，并利用相鄰道波形結(jié)構(gòu)相似性進(jìn)行波形剖面上地震層位(同相軸)解釋、對(duì)比與追蹤。④基于時(shí)域波形特征點(diǎn)的時(shí)頻域分析方法。最著名的是Hilbert-Huang-Transform (HHT) (Huang et al.,
1998)-經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒?Empirical Mode Decomposition, EMD),它由 Huang+HiIbert
兩部分變換構(gòu)成。Huang變換是通過(guò)時(shí)域波形信號(hào)的多級(jí)序左、右極值點(diǎn)包絡(luò)線獲得多級(jí)次均值包絡(luò)線，將多級(jí)次非平穩(wěn)原始信號(hào)與其多輪次相減，反復(fù)迭代循環(huán)，達(dá)到把復(fù)雜的時(shí)間疊加信號(hào)從高頻一低頻的逐級(jí)分解、游離出有限數(shù)量的、具有一定物理意義的內(nèi)蘊(yùn)模式多階函數(shù)分量(固有模態(tài)函數(shù))，然后，再將其進(jìn)行Hilbert變換，可獲得有意義的瞬時(shí)頻率和具有更高時(shí)頻分辨率的Hilbert譜。
[0003]目前波形信號(hào)變換方法中普遍存在問(wèn)題和不足是:①由于地震或測(cè)井信號(hào)本身的復(fù)雜性，至今還沒(méi)有尋找到一種相對(duì)較合理、更具廣泛實(shí)用性的變換方法，并實(shí)現(xiàn)沿著從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)定義(公式)一明確的物理意義一清晰的地質(zhì)含義這條理想而完整的技術(shù)路徑，特別是許多較先進(jìn)、復(fù)雜和高級(jí)的數(shù)據(jù)變換大多僅停留在數(shù)學(xué)或物理或數(shù)學(xué)+物理層面上。②每種數(shù)據(jù)變換方法和原理上都存在著不確定性因素、不足之處和局限性，實(shí)用上受其嚴(yán)格的理論假設(shè)條件和地質(zhì)背景、原始數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量制約，且許多方法本身忽略了地質(zhì)-地球物理基礎(chǔ)內(nèi)涵，算法選擇又缺乏目標(biāo)性、有效性和針對(duì)性。③對(duì)波形信號(hào)分頻處理的合理性欠缺、目的性也不明確，隨意性、模糊性和人為干預(yù)、多解性比較強(qiáng)，實(shí)際運(yùn)用效果差別很大、總體效果不理想，尤其是沒(méi)有真正地把波形信號(hào)的多尺度性(分頻性)與沉積單元的分級(jí)性(沉積演化的幕次)有機(jī)又緊密地聯(lián)系起來(lái)，實(shí)屬領(lǐng)域空白。④對(duì)構(gòu)成波形信號(hào)中重要特征要素點(diǎn)及所包含的特殊地質(zhì)含義關(guān)注不夠，利用率很低，未能發(fā)揮它們所特有的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種簡(jiǎn)捷、符合沉積演化規(guī)律的對(duì)地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)波形極值特征點(diǎn)分離與波形重構(gòu)方法。
[0005]本發(fā)明通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0006]1)野外地震、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，得到經(jīng)過(guò)疊后或疊前處理地震波形和預(yù)處理后的測(cè)井曲線，截取目標(biāo)時(shí)窗和深窗分析范圍，并對(duì)地震或測(cè)井采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行多點(diǎn)平滑、整形處理；
[0007]步驟1)所述的平滑、整形處理包括波形上的棘刺、高頻跳躍點(diǎn)、拐點(diǎn)和拐折點(diǎn)形成待分析的初始級(jí)波形信號(hào)。
[0008]2)確定一維信號(hào)的中央基準(zhǔn)線；
[0009]步驟2)所述的中央基準(zhǔn)線對(duì)地震道記錄數(shù)據(jù)，直接以零基線作為中央基準(zhǔn)線或鉛垂線，零基線兩側(cè)區(qū)域?yàn)榈卣鸬婪瓷洳ǖ恼?、?fù)極性，分別對(duì)應(yīng)波峰與波谷反射能量的左、右兩個(gè)區(qū)帶。
[0010]步驟2)所述的中央基準(zhǔn)線對(duì)測(cè)井曲線數(shù)據(jù)，沿初始波形曲線深度方向、逐點(diǎn)自上向下先區(qū)分出左、右極值點(diǎn)集并采用多項(xiàng)式平滑擬合出左、右初始極值包絡(luò)線；
[0011]然后按照測(cè)井原始采樣間隔連續(xù)計(jì)算每個(gè)采樣位置上穿越左、右包絡(luò)線兩極值點(diǎn)的中點(diǎn)值，連接所有垂向中點(diǎn)值、采取多項(xiàng)式平滑擬合獲得中央基準(zhǔn)線；
[0012]中央基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)劃分出測(cè)井兩個(gè)物理值左、右分布區(qū)域，完成對(duì)測(cè)井信號(hào)物理屬性左、右采樣極值點(diǎn)分區(qū)。
[0013]所述的區(qū)分是:設(shè)函數(shù)y=f(x)在X(1的一個(gè)鄰域內(nèi)有定義，若對(duì)于該鄰域內(nèi)異于X。的X恒有:⑴f (χ0) >f (χ)，則f (χ0)為函數(shù)f (x)的極大值，X()為f (χ)的極大值點(diǎn)；(2)f(x0)<f(x),PJ f(x0)為函數(shù)f(X)的極小值，f(x)的極小值點(diǎn)；極大值點(diǎn)、極小值點(diǎn)為極值點(diǎn)。
[0014]3)分別求取初始級(jí)波形上位于中央基準(zhǔn)線左側(cè)的極大值點(diǎn)集(絕對(duì)值)和其右側(cè)的極大值點(diǎn)集(絕對(duì)值)，通過(guò)相鄰左側(cè)極大值點(diǎn)和右側(cè)極大值點(diǎn)的線性插值連續(xù)求取出與中央基準(zhǔn)線相交的地震波形回零點(diǎn)集、測(cè)井曲線物理平衡點(diǎn)集，再對(duì)垂向上相鄰左、右極值點(diǎn)集和回零點(diǎn)集或物理平衡點(diǎn)集進(jìn)行波形重構(gòu)獲得一級(jí)波形；
[0015]將波形重構(gòu)后的一級(jí)波形進(jìn)行三次樣條函數(shù)或多項(xiàng)式插值方法擬合，并使得一級(jí)波形曲線采樣點(diǎn)數(shù)與初始波形曲線采樣點(diǎn)數(shù)相等，獲得光滑的、合理的1D —級(jí)波形序列及對(duì)應(yīng)的波形剖面；
[0016]步驟3)所述的波形重構(gòu)按照采樣點(diǎn)的深度值或反射時(shí)間由大到小、從下往上逐個(gè)將垂向相鄰的特征點(diǎn)連接；
[0017]所述的連接按照地震或測(cè)井信號(hào)特點(diǎn)分以下兩種情形:
[0018]①當(dāng)相鄰兩極值特征點(diǎn)為異號(hào)交替出現(xiàn)時(shí)，兩點(diǎn)直接連線并與中央基準(zhǔn)線相交，線性插值后可獲得多個(gè)新的回零點(diǎn)或物理屬性變化平衡點(diǎn)，重構(gòu)波形是單波；
[0019]②當(dāng)局部相鄰兩極值特征點(diǎn)為同號(hào)時(shí)，兩點(diǎn)連線時(shí)，需要在它們之間構(gòu)建一個(gè)左或右極小值點(diǎn)，并用兩同號(hào)極值特征點(diǎn)值的算術(shù)和的三分之一進(jìn)行賦值，重構(gòu)的波形是復(fù)合波。
[0020]4)重復(fù)步驟3)，把一級(jí)波形曲線當(dāng)作初始級(jí)波形再進(jìn)行極值點(diǎn)集篩選、插值與二級(jí)新波形的重構(gòu)；多次重復(fù)，獲得多級(jí)一維新波形；
[0021]步驟4)所述的重復(fù)次數(shù)依據(jù)原始信號(hào)的頻率、采樣率和被分析目標(biāo)的大小而定，通常情況下進(jìn)行3次以上。
[0022]對(duì)地震單道逐道地進(jìn)行上述相同的變換方式，多道間采用橫向多點(diǎn)平滑技術(shù)，就可獲得2D分頻波形剖面及3D分頻波形數(shù)據(jù)體。
[0023]本發(fā)明是一種自適應(yīng)、自約束、從高頻一中頻一低頻的自然降頻的客觀過(guò)程(相當(dāng)于濾波)，符合沉積發(fā)展規(guī)律，自然分頻能消除來(lái)自不同頻段、不同尺度地質(zhì)體之間的相互干擾、疊加，突出了重構(gòu)波形上幾個(gè)特征點(diǎn)的主導(dǎo)作用。通過(guò)篩選被保留下的更高級(jí)別的左、右極值點(diǎn)的采樣位置(深度、時(shí)間)和極值點(diǎn)物理幅值(極性)都與它們重構(gòu)前的原始波形記錄上極值點(diǎn)所處的采樣性質(zhì)完全相同，具有嚴(yán)格的繼承性與保真性特點(diǎn)。隨著極值點(diǎn)個(gè)數(shù)逐步被抽稀減少，頻率逐漸降低，被探測(cè)的地質(zhì)單元尺度越來(lái)越大，直到極值P、T點(diǎn)和B點(diǎn)數(shù)目(少于5個(gè))已不能滿足對(duì)地質(zhì)單元的分析為止。
[0024]通過(guò)本發(fā)明對(duì)二維地震測(cè)線及三維地震數(shù)據(jù)體的批量處理，能獲得多個(gè)新的、自然分頻地震波形數(shù)據(jù)體，利用這些在地質(zhì)成因上有密切聯(lián)系的分頻地震剖面或體，可以交互地、聯(lián)合地開(kāi)展常規(guī)地震地質(zhì)解釋(地層、構(gòu)造)、地震屬性分析(沉積相、儲(chǔ)層)及地震反演等，并實(shí)現(xiàn)多頻帶地震剖面和體的地質(zhì)解釋結(jié)果的交互應(yīng)驗(yàn)、對(duì)比約束和質(zhì)量監(jiān)控，綜合提高地質(zhì)解釋結(jié)果的合理性與可靠性。對(duì)一維測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)某個(gè)物理信號(hào)的分頻處理，實(shí)現(xiàn)利用單井單物理屬性對(duì)地質(zhì)單元的連續(xù)剖分和地質(zhì)解釋(儲(chǔ)層物理屬性、多期旋回、多級(jí)層序、沉積相序識(shí)別與劃分)，同時(shí)也可以利用單測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中多種類型的一維物理信號(hào)的分頻處理結(jié)果進(jìn)行單井多物理屬性的聯(lián)合、對(duì)比約束、交互性地質(zhì)解釋，獲得更合理的、更準(zhǔn)確的綜合測(cè)井分析結(jié)果。因此，在地學(xué)研究的應(yīng)用前景上，本發(fā)明將會(huì)發(fā)揮很大的作用。
[0025]本發(fā)明突出了波形奇異點(diǎn)的作用，信號(hào)變換完全遵循一種自適應(yīng)、自約束的過(guò)程，多次重構(gòu)的分頻波形上極值點(diǎn)數(shù)據(jù)值具有繼承性和保真性特點(diǎn)，同時(shí)能在一定程度上提高信噪比和較強(qiáng)的抗干擾能力，即分頻可消除不同頻帶信號(hào)之間的疊加與相互干擾。通過(guò)對(duì)混頻波形頻帶的自然劃分，可重構(gòu)出不同頻率成分的新波形，有效降低了目前地學(xué)界大多數(shù)信號(hào)(數(shù)據(jù))復(fù)雜解析變換所帶來(lái)的人為性和分析結(jié)果的不確定因素，也增加了其地質(zhì)含義。在地震數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解釋中，利用所獲得的自然分頻波形剖面可以開(kāi)展相應(yīng)級(jí)次的地質(zhì)單元和邊界的識(shí)別與劃分、斷裂系統(tǒng)的精細(xì)解釋、下切河道(沉積微相)的識(shí)別，利用對(duì)井反射系數(shù)序列的分解、制作出多頻合成地震記錄，井震聯(lián)合完成對(duì)地質(zhì)層位的精細(xì)標(biāo)定，包括對(duì)分頻地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行常規(guī)的地震屬性切片分析等，以及單測(cè)井高分辨率層序地層學(xué)的多期沉積旋回(儲(chǔ)層單元、層序)識(shí)別、劃分等研究工作。本發(fā)明不但增加了一種新的地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)解釋性變換方法，而且在地學(xué)應(yīng)用中較明顯地提高了地質(zhì)體解釋和分析的合理性、可靠性與準(zhǔn)確性?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1地震波形上(處理后)重要特征點(diǎn)、中央基準(zhǔn)線與波峰(正振幅極值點(diǎn)序列)-波谷(負(fù)振幅極值點(diǎn)序列)反射分區(qū)示意圖；
[0027]圖2測(cè)井曲線(預(yù)處理后)上重要特征點(diǎn)、中央基準(zhǔn)線求解與左、右極值點(diǎn)序列分區(qū)示意圖；
[0028]圖3地震數(shù)據(jù)波形極值特征點(diǎn)分離與一維波形重構(gòu)方法實(shí)施步驟示意圖；
[0029](a):初始波形(2ms采樣)與初始級(jí)左、右極值點(diǎn)或負(fù)振幅極值點(diǎn)、正振幅極值點(diǎn)分布序列；
[0030](b):初始級(jí)右極值點(diǎn)包絡(luò)線及一級(jí)右極值點(diǎn)的篩選(①)、初始級(jí)左極值點(diǎn)包絡(luò)線及一級(jí)左極值點(diǎn)的篩選(②)；
[0031](c):一級(jí)重構(gòu)新波形與一級(jí)左、右極值點(diǎn)分布序列；
[0032](d):一級(jí)右極值點(diǎn)包絡(luò)線及二級(jí)右極值點(diǎn)的篩選(③)、一級(jí)左極值點(diǎn)包絡(luò)線及二級(jí)左極值點(diǎn)的篩選(④)；
[0033](e):二級(jí)重構(gòu)新波形與二級(jí)左、右極值點(diǎn)分布序列；
[0034](f):二級(jí)右極值點(diǎn)包絡(luò)線及三級(jí)右極值點(diǎn)的篩選(⑤)、二級(jí)左極值點(diǎn)包絡(luò)線及三級(jí)左極值點(diǎn)的篩選(⑥)、三級(jí)重構(gòu)新波形與三級(jí)左、右極值點(diǎn)分布序列(⑦)；10、11、12，R0、Rl、R2分別是初始級(jí)、一級(jí)、二級(jí)左極值點(diǎn)和右極值點(diǎn)包絡(luò)線上采樣點(diǎn)物理屬性值的總平均統(tǒng)計(jì)線，同級(jí)次中，左、右兩線是以中央基準(zhǔn)線呈鏡向?qū)ΨQ分布；Pi(°)、Pi(1)、Pi(2)、Pi(3)分別為初始級(jí)波形、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)重構(gòu)波形上波峰區(qū)極大值點(diǎn)集，Tpr(0\ Tpr(1)、Tpr(2)、Tpr(3)分別為初始級(jí)波形、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)重構(gòu)波形上波峰區(qū)極小值點(diǎn)集；Tj(Q)、Tj(1)、Tj(2)、Tj(3)分別為初始級(jí)波形、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)重構(gòu)波形上波谷區(qū)極大值點(diǎn)集(絕對(duì)值)，？切(°)、？切(1)、？切(2)、？切(3)分別為初始級(jí)波形、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)重構(gòu)波形上波谷區(qū)極小值點(diǎn)集(絕對(duì)值)；Bm(0\Bm(1\Bm(2)、Bm(3)分別為初始級(jí)波形、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)重構(gòu)波形上多級(jí)回零點(diǎn)集。
[0035]圖4地震測(cè)線(2D)多道多次重構(gòu)的波形剖面；
[0036]圖5 3D多次重構(gòu)的地震分頻波形數(shù)據(jù)體；
[0037]圖6常規(guī)全頻段處理剖面與重構(gòu)分頻波形剖面聯(lián)合進(jìn)行地層單元的識(shí)別與劃分；
[0038]圖7利用多頻段分頻剖面進(jìn)行斷裂系統(tǒng)的精細(xì)構(gòu)造解釋；
[0039]圖8利用多頻段分頻剖面進(jìn)行曲流河下切河道(河道微相)的識(shí)別；
[0040]圖9利用井反射系數(shù)序列制作的分頻合成地震記錄綜合進(jìn)行井震地質(zhì)層位的精細(xì)標(biāo)定；
[0041]圖10利用單井多條(敏感)曲線自動(dòng)重構(gòu)的多級(jí)次分頻測(cè)井曲線聯(lián)合開(kāi)展高分辨率層序地層學(xué)分析；
[0042]圖11利用重構(gòu)分頻體的地震屬性水平切片進(jìn)行沉積體系分析。
【具體實(shí)施方式】
[0043]本方法的具體實(shí)施步驟、應(yīng)用實(shí)例及效果分析如下:
[0044]1)野外地震、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，得到經(jīng)過(guò)疊后或疊前處理地震波形和預(yù)處理后的測(cè)井曲線，截取目標(biāo)時(shí)窗和深窗分析范圍，并對(duì)地震或測(cè)井采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行多點(diǎn)平滑、整形處理；[0045]步驟I)所述的平滑、整形處理包括波形上的棘刺、高頻跳躍點(diǎn)、拐點(diǎn)和拐折點(diǎn)形成待分析的初始級(jí)波形信號(hào)。見(jiàn)圖3 (a)。
[0046]2)確定一維信號(hào)的中央基準(zhǔn)線；
[0047]步驟2)所述的中央基準(zhǔn)線對(duì)地震道記錄數(shù)據(jù)，直接以零基線作為中央基準(zhǔn)線或鉛垂線，零基線兩側(cè)區(qū)域?yàn)榈卣鸬婪瓷洳ǖ恼?、?fù)極性，分別對(duì)應(yīng)波峰與波谷反射能量的左、右兩個(gè)區(qū)帶。見(jiàn)圖1、圖3 (a)。
[0048]步驟2)所述的中央基準(zhǔn)線對(duì)測(cè)井曲線數(shù)據(jù)，沿初始波形曲線深度方向、逐點(diǎn)自上向下先區(qū)分出左、右極值點(diǎn)集并采用多項(xiàng)式平滑擬合出左、右初始極值包絡(luò)線；
[0049]然后按照測(cè)井原始采樣間隔連續(xù)計(jì)算每個(gè)采樣位置上穿越左、右包絡(luò)線兩極值點(diǎn)的中點(diǎn)值，連接所有垂向中點(diǎn)值、采取多項(xiàng)式平滑擬合獲得中央基準(zhǔn)線；
[0050]中央基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)劃分出測(cè)井兩個(gè)物理值左、右分布區(qū)域，完成對(duì)測(cè)井信號(hào)物理屬性左、右采樣極值點(diǎn)分區(qū)。見(jiàn)圖2。
[0051]所述的區(qū)分是:設(shè)函數(shù)y=f(x)在X。的一個(gè)鄰域內(nèi)有定義，若對(duì)于該鄰域內(nèi)異于X0的X恒有:⑴f (X(I) >f (X)，則f (X(I)為函數(shù)f (X)的極大值，Xo為f (X)的極大值點(diǎn)；⑵f(x0)<f(x),PJ f(x0)為函數(shù)f(x)的極小值，f (X)的極小值點(diǎn)；極大值點(diǎn)、極小值點(diǎn)為極值點(diǎn)。
[0052]3)分別求取初始級(jí)波形上位于中央基準(zhǔn)線左側(cè)的極大值點(diǎn)集(絕對(duì)值)和其右側(cè)的極大值點(diǎn)集(絕對(duì)值)，通過(guò)相鄰左側(cè)極大值點(diǎn)和右側(cè)極大值點(diǎn)的線性插值連續(xù)求取出與中央基準(zhǔn)線相交的地震波形回零點(diǎn)集、測(cè)井曲線物理平衡點(diǎn)集，再對(duì)垂向上相鄰左、右極值點(diǎn)集和回零點(diǎn)集或物理平衡點(diǎn)集進(jìn)行波形重構(gòu)獲得一級(jí)波形；見(jiàn)圖3 (b)—圖3 (C)。
[0053]將波形重構(gòu)后的一級(jí)波形進(jìn)行三次樣條函數(shù)或多項(xiàng)式插值方法擬合，并使得一級(jí)波形曲線采樣點(diǎn)數(shù)與初始波形曲線采樣點(diǎn)數(shù)相等，獲得光滑的、合理的ID —級(jí)波形序列及對(duì)應(yīng)的波形剖面。見(jiàn)圖3 (c);
[0054]步驟3)所述的波形重構(gòu)按照采樣點(diǎn)的深度值或反射時(shí)間由大到小、從下往上逐個(gè)將垂向相鄰的特征點(diǎn)連接；
[0055]所述的連接按照地震或測(cè)井信號(hào)特點(diǎn)分以下兩種情形:
[0056]①當(dāng)相鄰兩極值特征點(diǎn)為異號(hào)交替出現(xiàn)時(shí)，兩點(diǎn)直接連線并與中央基準(zhǔn)線相交，線性插值后可獲得多個(gè)新的回零點(diǎn)或物理屬性變化平衡點(diǎn)，重構(gòu)波形是單波。見(jiàn)圖1、圖3(C)、圖 3 (e)。
[0057]②當(dāng)局部相鄰兩極值特征點(diǎn)為同號(hào)時(shí)，兩點(diǎn)連線時(shí)，需要在它們之間構(gòu)建一個(gè)左或右極小值點(diǎn)，并用兩同號(hào)極值特征點(diǎn)值的算術(shù)和的三分之一進(jìn)行賦值，重構(gòu)的波形是復(fù)合波。見(jiàn)圖1、圖3 (C)、圖3 (e)。
[0058]4)重復(fù)步驟3)，把一級(jí)波形曲線當(dāng)作初始級(jí)波形再進(jìn)行極值點(diǎn)集篩選、插值與二級(jí)新波形的重構(gòu)；多次重復(fù)，獲得多級(jí)一維新波形；見(jiàn)圖3 (e)、圖3 (f)_⑦。
[0059]步驟4)所述的重復(fù)次數(shù)依據(jù)原始信號(hào)的頻率、采樣率和被分析目標(biāo)的大小而定，通常情況下進(jìn)行3次以上。
[0060]對(duì)地震單道逐道地進(jìn)行上述相同的變換方式，多道間采用橫向多點(diǎn)平滑技術(shù)，就可獲得2D分頻波形剖面及3D分頻波形數(shù)據(jù)體。分別見(jiàn)圖4、圖5。
[0061]利用本發(fā)明通過(guò)實(shí)際資料(地震與測(cè)井)進(jìn)行了初步測(cè)試與效果分析，已達(dá)到了良好的應(yīng)用效果。
[0062]圖6是利用該方法獲得的多頻段分頻波形剖面進(jìn)行地層單元精細(xì)識(shí)別、劃分的實(shí)例。圖6- Ca)是松遼盆地某探區(qū)一條高分辨率疊后處理剖面，nl、y2+3、yl、ql等反射層位在剖面上能較好地進(jìn)行連續(xù)追蹤與對(duì)比，但q2、q3局部地段橫向連續(xù)性變差，內(nèi)幕特征不太明顯。一次重構(gòu)的波形剖面上[圖6- (b)]除了 yl之外，所有目的層位邊界極為清晰、相鄰地層單元間的波形差異明顯，橫向追蹤、對(duì)比更為方便和直觀，可直接利用剖面上層次感強(qiáng)、迥異的波形組合特征就能非常便利、快捷又準(zhǔn)確地劃分出段一級(jí)的地層單元。因此，將常規(guī)全頻段疊后剖面與重構(gòu)分頻波形剖面聯(lián)合起來(lái)，剖面上地層分析精度、解釋效率和可靠性將顯著提升。
[0063]圖7是中部盆地某工區(qū)綜合利用重構(gòu)的多頻段分頻波形剖面進(jìn)行斷裂系統(tǒng)解釋。疊后剖面上[7-(a)]Fl、F2兩條主斷層特征比較明顯，但構(gòu)造細(xì)節(jié)與結(jié)構(gòu)內(nèi)幕并不太清晰、解釋精度有限。通過(guò)對(duì)圖7-(a)—(d)的解析，我們能較完整、準(zhǔn)確地再現(xiàn)該斷裂系統(tǒng)(F1、F2、F3、F4)的發(fā)育過(guò)程與分布特征，準(zhǔn)確地解剖斷層性質(zhì)(拉張型正斷層)、斷點(diǎn)位置、組合關(guān)系及內(nèi)部細(xì)節(jié)，并為后期鉆探所應(yīng)驗(yàn)。與常規(guī)剖面解釋手段相比，分頻剖面顯示出更大的分辨優(yōu)勢(shì)。
[0064]圖8是某工區(qū)利用重構(gòu)的多頻段分頻剖面的波形變化特征進(jìn)行曲流河下切河道(沉積微相)的識(shí)別例子。常規(guī)剖面(圖8-(b)，1.5S附近、345-365道之間)上同相軸很光滑、穩(wěn)定可連續(xù)追蹤，顯示出上下地層接觸界面很平整、連續(xù)。但從一次和二次重構(gòu)剖面上看(圖8-(c)、(d))，該位置見(jiàn)有非常明顯的同相軸下拉現(xiàn)象，這通常是河道下切或斷層面的響應(yīng)，圖8-(a)為1.5S附近的地震振幅屬性切片證實(shí)此處為一大型曲流河的下切河道。因此，分頻剖面能夠有效地克服其它頻段信號(hào)的干擾和疊加，更好地再現(xiàn)與分辨出真實(shí)、客觀的地質(zhì)現(xiàn)象。
[0065]圖9是利用單井反射系數(shù)序列的分頻結(jié)果對(duì)某探區(qū)中生代目標(biāo)地層的井震地質(zhì)層位精細(xì)標(biāo)定的全過(guò)程。主要地質(zhì)-地震層位有:Tk-白堊系底反射層(K)，TJ3q_上侏羅統(tǒng)齊古組(J3q)，TJ2t-中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)，TJ2x —中侏羅統(tǒng)西山窯組底反射層(J2x)，TJls—下侏羅統(tǒng)三工河組(Jls)，TJlb—下侏羅統(tǒng)八道灣組底反射層(Jlb)，TT2s—中三疊統(tǒng)克拉瑪依組上段底反射層(T2s)，TT2x —中三疊統(tǒng)克拉瑪依組下段底反射層(T2x)。
[0066]先利用井反射系數(shù)序列(圖9- Ca),目標(biāo)分析長(zhǎng)度518ms，2ms采樣)進(jìn)行正、負(fù)反射系數(shù)極值特征點(diǎn)多次分解與重構(gòu)，從反射系數(shù)重構(gòu)波形中分別準(zhǔn)確地計(jì)算出三個(gè)視主頻(16Hz—低頻、45Hz—中頻、160Hz—極高頻)，分別選擇與視頻率大小相同的理論零相位Ricker子波(圖9- (b)，采樣總長(zhǎng)度200ms，采樣率為2ms)與井反射系數(shù)序列進(jìn)行褶積，獲得三組分頻合成地震記錄(圖9- (6)-綠色、(0-粉紅、(8)-黃色)。圖9- (C)為常規(guī)地震層位標(biāo)定的合成波形記錄(紅色，35頻率是利用對(duì)地震資料頻譜主頻能量的分析，并結(jié)合井旁道提取的實(shí)際子波最終確定的。白虛線為該井的地震-地質(zhì)層位標(biāo)定結(jié)果，藍(lán)實(shí)線為井中實(shí)際地層分層邊界位置，兩者存在一定偏離，其中有些為了易于在剖面上進(jìn)行波形追蹤而人為做了上下漂移，但有些屬標(biāo)定精度較粗)，圖9- (d)井旁五道實(shí)際地震記錄(白色，采樣率2ms)，圖9- (h)是將多頻合成波形記錄進(jìn)行疊合顯示(用不同顏色區(qū)分)，易于垂向綜合觀察不同尺度合成波形上波峰、波谷點(diǎn)極值能量大小、重疊程度及變化。從圖9上看，利用低頻合成記錄(e)能大體控制主要目標(biāo)地震-地質(zhì)層位的分布，尤其是工區(qū)內(nèi)三個(gè)最重要的地質(zhì)層位K、J2x、T2s在(e)上波形能量反映極為明顯，但仍不能很準(zhǔn)確地確定所有地震層位的位置和反射極性。中頻合成記錄(f)可對(duì)上述層位(包括T2x)做進(jìn)一步相對(duì)準(zhǔn)確和清晰的定位，與(C)相比(白虛線為層位追蹤位置)，(f)與實(shí)際地震道記錄(d)在波形相似性和層位匹配性上顯得更好、更合理些，尤其是下部(白線虛框范圍)。而極高頻合成記錄面貌(g)由于更接近于(a)，顯然對(duì)目標(biāo)地震-地質(zhì)層位(紅虛線框)歸位精度、符合率更高，能更合理、更精細(xì)地標(biāo)定出地震記錄上地震層位所追蹤的究竟是波峰點(diǎn)或波谷點(diǎn)(極性)，還是波峰、波谷靠上或靠下部位。圖9- (d)上用紅虛線在實(shí)際地震道上重新標(biāo)定與調(diào)整后的地震-地質(zhì)層位位置。如(d)上K一波峰靠下位置(原為正對(duì)波峰)、J3q—波谷靠上部(原為上方波峰，但距離實(shí)際地質(zhì)層位太遠(yuǎn))、J2t—波谷(原為上方波峰)、J2x—波谷稍靠下位置(原為J2x上部強(qiáng)波峰)、Jls—波峰稍靠下(原為波峰，調(diào)整前后基本相當(dāng))、Jlb—波谷(原為波峰，調(diào)整前后基本相當(dāng))、T2s—波峰上部(原為波谷)、T2x—波峰。實(shí)際應(yīng)用證明，利用分頻波形制作的多頻合成記錄比常規(guī)單一頻段(地震資料主頻)制作出的合成記錄所標(biāo)定出的地震-地質(zhì)層位和井實(shí)際層位更為接近，且更容易確定反射極性，此外，多頻合成地震記錄與實(shí)際地震道記錄的聯(lián)合對(duì)比運(yùn)用，會(huì)使層位標(biāo)定精度和合理性明顯提高，為后續(xù)剖面上層位準(zhǔn)確追蹤、對(duì)比打下良好基礎(chǔ)。
[0067]圖10是利用本發(fā)明對(duì)某油田中三疊統(tǒng)上克拉瑪依組(砂泥碎屑巖儲(chǔ)層)的單井四條敏感曲線(SP、GR、AC、Rt)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)井曲線上多級(jí)極值特征點(diǎn)的分離與分頻測(cè)井曲線的重構(gòu)，并聯(lián)合開(kāi)展高分辨率層序地層學(xué)中多期旋回層序的識(shí)別與劃分的實(shí)例分析。其中，正三角形代表從下向上的正韻律性、反映地層基準(zhǔn)面由下降一上升的變化(上升半旋回)、沉積粒度從粗到細(xì)；倒三角形代表從下向上的反韻律性、反映地層基準(zhǔn)面由上升一下降(下降半旋回)、沉積粒度從細(xì)到粗的變化特點(diǎn)。綜合上述多條曲線上具有旋回層序邊界識(shí)別意義的多級(jí)次左、右極值特征點(diǎn)(沉積作用轉(zhuǎn)換點(diǎn)倒三角形過(guò)渡到正三角形的轉(zhuǎn)換位置，相序轉(zhuǎn)換點(diǎn)-正三角形轉(zhuǎn)變到倒三角形的轉(zhuǎn)換點(diǎn))及垂向上物理量的韻律性變化進(jìn)行多期旋回層序的劃分。圖10中一級(jí)重構(gòu)測(cè)井曲線為中頻曲線，沉積周期相對(duì)較短，由16個(gè)中-短期地層基準(zhǔn)面半旋回組成，并構(gòu)成7個(gè)完整的中-短期旋回層序(一個(gè)連續(xù)的下正、上倒的兩個(gè)三角形可組成一個(gè)完整的旋回層序單元)和2個(gè)半旋回結(jié)構(gòu)的中-短期旋回層序單元；二級(jí)重構(gòu)測(cè)井曲線為低頻曲線，沉積周期較長(zhǎng)，可劃分出7個(gè)中期半旋回結(jié)構(gòu)，并將上克拉瑪依組剖分為3個(gè)完整的中期旋回層序單元和I個(gè)半旋回結(jié)構(gòu)的中期旋回層序。兩期旋回層序的劃分結(jié)果與該井縱向巖性剖面、取心分析和區(qū)域沉積特征之間具有良好的一致性，實(shí)際效果十分明顯。該方法為今后從測(cè)井曲線上自動(dòng)、快速地開(kāi)展高分辨率層序地層學(xué)研究提供了一種簡(jiǎn)易、方便、有效的地質(zhì)分析工具。
[0068]圖11是本發(fā)明對(duì)海上某油田常規(guī)疊后地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行的地震分頻數(shù)據(jù)體的處理和切片分析。
[0069]探區(qū)晚第三紀(jì)珠江組沉積早期以發(fā)育海陸過(guò)渡相的潮控三角洲沉積體系(三角洲前緣亞相、水下分流河道微相為主)間夾濱-淺海相砂-泥巖為沉積特征，西北方向的古珠江三角洲體系為該區(qū)提供了較豐富的物質(zhì)來(lái)源。從圖ιι-d低頻二級(jí)分頻體振幅切片上可清晰地分辨出來(lái)自西北方向的幾條大型水下分流河道微相，但小型分流河道與支流間灣亞相不易識(shí)別。圖1l-C中-低頻一級(jí)分頻體振幅切片上又能識(shí)別出水下分流河道之間的支流間灣微相，幾條大河道平面的連續(xù)性相對(duì)變好。圖ΙΙ-b中頻初始級(jí)分頻體振幅切片上又能繼續(xù)分辨出小型分流河道，分流河道的延伸變得更加連續(xù)。圖ΙΙ-a是全頻段振幅切片，盡管主要沉積地貌單元也能依稀識(shí)別，但很難做到通過(guò)分頻地震數(shù)據(jù)體切片實(shí)現(xiàn)從大尺度到中等尺度再到小尺度的分級(jí)解剖、更深入地了解三角洲前緣上沉積微相的空間展布、相序接觸關(guān)系及時(shí)間演化規(guī)律。
[0070]本發(fā)明從繼承性、連續(xù)性和保真性角度，達(dá)到對(duì)地震、測(cè)井信號(hào)逐級(jí)降頻的自然、自動(dòng)的分頻效果，同時(shí)具有簡(jiǎn)捷、快速、自適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)；利用信號(hào)中不同級(jí)次(極值)包絡(luò)線上極值特征點(diǎn)的垂向韻律性變化，并建立這些分級(jí)特征點(diǎn)所重構(gòu)的分頻波形與地下地質(zhì)體(分界面)的沉積旋回性、周期性、尺度性之間的響應(yīng)關(guān)系。通過(guò)上述國(guó)內(nèi)多個(gè)盆地的地震、測(cè)井實(shí)際資料的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，已彰顯出較強(qiáng)的實(shí)用性、可操作性與有效性；也拓寬和提高了現(xiàn)有地震和測(cè)井資源的應(yīng)用領(lǐng)域和利用率，并成為用于地質(zhì)綜合解釋的一種新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換手段與分析工具。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)波形極值特征點(diǎn)分離與波形重構(gòu)方法，特點(diǎn)是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn): 1)野外地震、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，得到經(jīng)過(guò)疊后或疊前處理地震波形和預(yù)處理后的測(cè)井曲線，截取目標(biāo)時(shí)窗和深窗分析范圍，并對(duì)地震或測(cè)井采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行多點(diǎn)平滑、整形處理； 2)確定一維信號(hào)的中央基準(zhǔn)線； 3)分別求取初始級(jí)波形上位于中央基準(zhǔn)線左側(cè)的極大值點(diǎn)集(絕對(duì)值)和其右側(cè)的極大值點(diǎn)集(絕對(duì)值)，通過(guò)相鄰左側(cè)極大值點(diǎn)和右側(cè)極大值點(diǎn)的線性插值連續(xù)求取出與中央基準(zhǔn)線相交的地震波形回零點(diǎn)集、測(cè)井曲線物理平衡點(diǎn)集，再對(duì)垂向上相鄰左、右極值點(diǎn)集和回零點(diǎn)集或物理平衡點(diǎn)集進(jìn)行波形重構(gòu)獲得一級(jí)波形； 將波形重構(gòu)后的一級(jí)波形進(jìn)行三次樣條函數(shù)或多項(xiàng)式插值方法擬合，并使得一級(jí)波形曲線采樣點(diǎn)數(shù)與初始波形曲線采樣點(diǎn)數(shù)相等，獲得光滑的、合理的ID —級(jí)波形序列及對(duì)應(yīng)的波形剖面； 4)重復(fù)步驟3)，把一級(jí)波形曲線當(dāng)作初始級(jí)波形再進(jìn)行極值點(diǎn)集篩選、插值與二級(jí)新波形的重構(gòu)；多次重復(fù)，獲得多級(jí)一維新波形； 對(duì)地震單道逐道地進(jìn)行上述相同的變換方式，多道間采用橫向多點(diǎn)平滑技術(shù)，就可獲得2D分頻波形剖面及3D分頻波形數(shù)據(jù)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟I)所述的平滑、整形處理包括波形上的棘刺、高頻跳躍點(diǎn)、拐點(diǎn)和拐折點(diǎn)形成待分析的初始級(jí)波形信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟2)所述的確定中央基準(zhǔn)線，對(duì)地震道記錄數(shù)據(jù)，直接以零基線作為中央基準(zhǔn)線或鉛垂線，零基線兩側(cè)區(qū)域?yàn)榈卣鸬婪瓷洳ǖ恼?、?fù)極性，分別對(duì)應(yīng)波峰與波谷反射能量的左、右兩個(gè)區(qū)帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟2)所述的確定中央基準(zhǔn)線，對(duì)測(cè)井曲線數(shù)據(jù)，沿初始波形曲線深度方向、逐點(diǎn)自上向下先區(qū)分出左、右極值點(diǎn)集并采用多項(xiàng)式平滑擬合出左、右初始極值包絡(luò)線； 然后按照測(cè)井原始采樣間隔連續(xù)計(jì)算每個(gè)采樣位置上穿越左、右包絡(luò)線兩極值點(diǎn)的中點(diǎn)值，連接所有垂向中點(diǎn)值、采取多項(xiàng)式平滑擬合獲得中央基準(zhǔn)線; 中央基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)劃分出測(cè)井兩個(gè)物理值左、右分布區(qū)域，完成對(duì)測(cè)井信號(hào)物理屬性左、右采樣極值點(diǎn)分區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，特點(diǎn)是所述的極值點(diǎn)分區(qū):設(shè)函數(shù)y=f(x)在Xtl的一個(gè)鄰域內(nèi)有定義，若對(duì)于該鄰域內(nèi)異于&的1恒有:(1)€(^)片(3，則€(^)為函數(shù)f(x)的極大值，X(I為f (X)的極大值點(diǎn)；⑵f (Xo) <f (X)，則f (Xo)為函數(shù)f (X)的極小值，X0為f (X)的極小值點(diǎn)；極大值點(diǎn)、極小值點(diǎn)為極值點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟3)所述的波形重構(gòu)按照采樣點(diǎn)的深度值或反射時(shí)間由大到小、從下往上逐個(gè)將垂向相鄰的特征點(diǎn)連接； 所述的連接按照以下地震或測(cè)井信號(hào)特點(diǎn)確定: ①當(dāng)相鄰兩極值特征點(diǎn)為異號(hào)交替出現(xiàn)時(shí)，兩點(diǎn)直接連線并與中央基準(zhǔn)線相交，線性插值后可獲得多個(gè)新的回零點(diǎn)或物理屬性變化平衡點(diǎn)，重構(gòu)波形是單波； ②當(dāng)局部相鄰兩極值特征點(diǎn)為同號(hào)時(shí)，兩點(diǎn)連線時(shí)，需要在它們之間構(gòu)建一個(gè)左或右極小值點(diǎn)，并用兩同號(hào)極值特征點(diǎn)值的算術(shù)和的三分之一進(jìn)行賦值，重構(gòu)的波形是復(fù)合波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點(diǎn)是步驟4)所述的多次重復(fù)，重復(fù)次數(shù)依據(jù)原始信號(hào)的頻率、采樣率和被分析目標(biāo)的大小而定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，特 點(diǎn)是所述的重復(fù)次數(shù)是3次以上。
【文檔編號(hào)】G01V1/28GK103698808SQ201210366105
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】夏竹, 韓瑞冬, 張勝, 郭建明 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司