点谱技术汇报

点谱分析技术的应用,中国石油大学(北京)CNPC物探重点实验室曹思远,引言,点谱分析是一种连续时频分析技术，它给地震道的每一个时间样点计算一个频道。点谱得到很好的时间定位和频率定位，它利用小波变化以避免使常规傅立叶分析复杂化的取时窗问题。方法的应用包括提高分辨率、改善地层特征的可视性、估算薄层厚度、压制噪音、改善谱平衡和直接油气指示、计算拟吸收衰减系数。,引言,已经发现点谱技术有助于油气检测的五种不同方式。1.厚气藏或未固结气藏中反常的强衰减;2厚度不足以造成明显衰减的气层中的低频阴影3.含气层和含水层具有不同的调谐频率特征4.随频率变化的AVO。5.拟吸收衰减系数,点谱分析的实现,1.对地震剖面进行FFT分析，了解数据体的频带范围及控制频率2.选择合适小波，合适参数，对地震记录进行多尺度分解3.Mallat快速变换方法或者用连续小波变换方法4.分选频率集，生成共（常）频（率）数据体5.在时频域对每个记录的小波系数进行插值,合成地震道（小波分解结果）及点谱剖面,时频图中展示了每一个时间样点的振幅谱，我们称这种图为点谱集。合成地震道中的初至波来自一个孤立反射体，其频谱为小波频谱。可以发现，频谱的持续时间与时间域初至波的持续时间相同,基于傅立叶方法的频谱持续时间等于时窗长。第二个同相轴由完全同时到达的两个具有不同的中心频率的同相轴合成。频谱中可以看到一个在全部时间上展开的低频波至和一个在时间上更窄的高频率的波至。第三个同相轴由两个相同频率的波至相干涉而成。虽然两个波至在地震图上不能直接看出来，但时频分解清楚地展示出两个不同的波至。,第四个同相轴由四个分两次时间到达的波至合成，在时频分析图中可清晰见到两次的到达时间。最后一个同相轴由三个相同频率的波至合成，它们的到达时间非常接近。这三个波至在低频段不能分辨，但在时频分析的高频段却清楚地分开了。,03lji1new11,地震记录道的点谱（1712-1772ms）,从每一个时间点可以看到，它们的频谱中，高低频所占的比例是不一样的。,t=1752ms,0,10,20,30,40,50,60,70,80,0.00,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06,0.07,t=1772ms,frequency,frequency,frequency,一、谱分解方法,时频分析的方法很多，Gabor等传统的快速傅立叶变换（FFT）和离散傅立叶变换（DFT）已为人们所使用DFT比FFT有优势，速度快，FFT强制时窗等于2的N次幂。两种方法均限制了垂向分辨率,一、谱分解方法,时窗：时间域谱能量分布在整个时窗长度上，因此限制了分辨率。若时窗太短，频谱与时窗传输函数褶积，则频率定位受损（即频谱模糊了）。最好的办法是避免开时窗。短时窗的另一个弱点是波至旁瓣在时频分析中看起来像不同的同相轴,一、谱分解方法,若加长时窗度以改善频率分辨率，则时窗内的多个同相轴将产生控制频谱的缺口。长时窗使确定单个同相轴的频谱性质非常困难。利用傅立叶方法难于定量估算短时窗内的Q-衰减,最大熵方法,它可以得到很好的频率分辨率如果所分析的信号违反该方法的假设或时窗太短，频率分辨率将不可信该方法的主要弱点是不稳定，（特别是对它不太熟悉的人员）,二、方法比较,当比较不同的谱分解方法时，有“正确的答案”作为指导是非常重要的。当处理由小波叠加构成的合成数据时，真实的时频分析作为已知小波的频谱被很快地计算出来（小波有其解析表达式，对解析表达式求FFT，可以求得其准确解）由多尺度分解不能得到精确的频谱,多尺度分解的不唯一性,小波分解不是唯一的许多不同的时频分解结果自同一个地震波曲线，反之，也能够经反变换产生同一个地震波曲线。一个问题：如果没有唯一解，如何断定某一种频率分解比另一种更好？重要的问题不是哪种分解是对的或错的，而是哪种分解得到了对解释更重要的基本特征,多尺度分解的准则,时频分析沿频率方向的和应近似于地震道的瞬时振幅时频分析沿时间方向的和应近似于地震道的频谱不同的地震同相轴在时频分析图上应表现为不同的同相轴;即，时频分析垂向分辨率应该与地震波曲线上的分辨率相当。一同相轴在时频分析中的时间延续不能与地震波曲线上的时间延续不同,多尺度分解的准则,地震波曲线中的同相轴旁瓣在时频分析中不能看来像分开的同相轴孤立同相轴的振幅谱是非畸变的。其频谱不能与时窗函数的频谱褶积不能存在任何与可分辨同相轴的时间间隔有关的频谱缺口。,地震波真实谱和点谱对比,点谱与时窗为200ms的FFT时频分解比较可以看到FFT时窗造成低垂向分辨率和谱畸变FFT时频谱分析不能在时间上分辨紧密相邻的两个波至,长时窗,点谱与DFT使用短时窗获得的时频谱比较。虽然DFT使用短时间窗得到很好的垂向分辨率，但褶积时窗谱后，谱频已经被平滑，而且出现了与波至旁瓣相关的假同相轴。,短时窗,点谱与MEM使用长时窗获得的时频谱比较。虽然MEM有时得到很好的频率分辨率，但由于计算可靠频谱所需的时窗长度限制了垂向分辨率。,点谱MEN方法,频率域的分辨率高了，时间分辨率低了,三、点谱在拟吸收系数中的应用,从每一个时间点可以看到，它们的频谱中，高低频所占的比例是不一样的。,t=1752ms,0,10,20,30,40,50,60,70,80,0.00,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06,0.07,t=1772ms,frequency,frequency,frequency,点谱在拟吸收系数中的应用,基本思路是利用点谱特性，将原来成熟方法引进来根据实际资料的处理和分析再次选择时频分析的工具；对气藏目的层进行点谱的计算和分析；对点谱进行指数分析，了解它的指数变化规律,采用的方法,拟吸收系数计算：频谱比法高低尺度瞬时振幅比梯度法截频法,小波的选取,Morlet小波:其Fourier变换,频谱比法,在常Q假设下，地震信号在频率f处的振幅谱表达为：,则时间t1和t2之间的品质因子Q可用t1和t2时刻的振幅谱和之比来估计：,基于傅立叶变换的谱比法的缺点：1、窗太窄-频谱畸变2、窗太宽-复合波难以分开,梯度法,求取点谱高低频之间的变化率,实际资料处理,02w148new11,地震记录道的点谱（1740-1800ms）,0,10,20,30,40,50,60,70,80,0.000,0.004,0.008,t=1800ms,frequency,frequency,frequency,03lji1new11,地震记录道的点谱（1712-1772ms）,从每一个时间点可以看到，它们的频谱中，高低频所占的比例是不一样的。,t=1752ms,0,10,20,30,40,50,60,70,80,0.00,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06,0.07,t=1772ms,frequency,frequency,frequency,实际资料的试处理,TraceNumber100处目的层的拟吸收系数,实际资料的试处理,TraceNumber500处目的层的拟吸收系数,实际资料的试处理,TraceNubmper1000处目的层的拟吸收系数,实际资料的试处理,TraceNumber1500处目的层的拟吸收系数,02w148new11测线一截频,02w148new11测线能量吸收,03lji1new11测线一截频,03lji1new11测线二截频,03lji1new11测线能量吸收,结论与认识,结果表明，点谱技术可有效地区分气层和非气层，不存在傅氏变换计算出的拟吸收系数具有平均化性质，并可以较好的刻画出某一砂层的频率特征，进一步指示含气性的好坏，为高效开发气藏提供可靠的依据。,四、低频阴影,自20世纪60年代亮点技术开始应用以来，振幅异常下方的低频阴影已经用作实际的油气指示这些阴影往往被勘探家归为由于气层的强衰减所致。然而，这难以解释薄储层下方观测到的阴影，因为穿过吸收气层的传播路径不足以观测到频谱能量从高频向低频漂移,低频阴影机理,在1996年SEG/EAGE夏季研讨会上，DanEbrom总结了至少10种可以解释这些低频阴影的机理除了固有衰减，还有下面一种或多种引起低频阴影的机理也许在任意给定时间都起作用：叠加中混入了局部转换横波和微屈多次波;远偏移距离信息的NMO拉伸;不正确的时差校正和随后在叠加时的高频损失;在设计时窗气层亮点处的时变反褶积,按频率分选出来的许多频率集中的一个频率集（左）和一个分频剖面（右）。共频集可以被认为是给定频率的瞬时振幅,实例一、叠后（亮点）地震剖面,大海上第三纪碎屑岩宽频叠偏剖面，蓝色为波谷，红色为波峰。气层（箭头所指）呈典型的亮点（具有典型主波谷的低阻抗含气砂组）。气层下方明显地没有阴影。时间线间隔20ms。,宽频剖面的10HZ共频剖面。值得注意的低频能量出现在气层下方，而其它部分没有。时间线间隔20ms。,宽频剖面的30HZ共频剖面。前图中的低频阴影消失了。气层正下方的同相轴看来有些衰减。时间线间隔20ms。,实例二：澳大利亚西北陆架区的宽频地震剖面粉红色为含气砂组，蓝色为水层。气层二个,宽频剖面的10HZ共频剖面。较深的气砂层下方的低频阴影在10HZ剖面上是最强的同相轴。（b）宽频剖面的20HZ共频剖面。此时，较深的气砂层下方的低频阴影比上覆气砂层的弱。（C）宽频剖面的30HZ共频剖面。此时，较深的气砂层下方的低频阴影消失，而气砂层成了剖面上最强的同相轴。,实例三：墨西哥湾海上亮点的宽频地震剖面。在第190道上，气层顶部落在2500ms处的波谷上。该宽频剖面上，低频阴影不太明显。,（a）对应图12宽频剖面的8HZ共频剖面。气层正下方的低频阴影是剖面上最强的同相轴。气层范围从xline165到xline200（b）对应于图12宽频地震剖面的12HZ共频剖面。低频阴影振幅与气层的相当，但低频阴影的范围更好地确定了气层边界（从xline165到xline200）（c）对应于图12宽频剖面的20HZ共频剖面。低频阴影完全衰减。,（a）气藏（黑色点线）顶部6HZ共频沿层切片（左）和对气层底界面正下方50ms时窗做的共频切片（右）。6HZ切片中，两个强同相轴很明显一个对应气层范围（阴影），另一个长条状不确定的特征向左下角延伸。（b）气层顶部的14HZ共频沿层切片（左）和对气层底界正下方50ms时窗做的共频切片（右）。现在，气层变亮，低频阴影消失，而向左下角延伸的长条状不确定特征还在。,平面图上对气藏的观测,（c）气层顶部的21HZ共频沿层切片（左）和对气层底界面正下方50ms时窗做的共频切片（右）。气层还是亮的