譜分解在儲層預測中的應用

陳華+潘曉慧+吳昊

摘 要：地震譜分解實質上就是通過離散傅里葉變換或最大熵等方法，將地震資料從時間域轉換到頻率域，利用振幅譜及相位譜對地震資料在頻率域進行地質解釋。譜分解技術提供了比常規地震屬性更加豐富的地質信息，是進行砂體預測的有效手段。文章用譜分解技術對X9井區薄砂體進行預測，以分頻數據體為基礎，利用神經網絡技術，預測薄砂體厚度較為可靠。

關鍵詞：譜分解；離散傅里葉變換；分頻；砂體預測

引言

目前譜分解技術在地震資料處理和解釋中被廣泛應用，應用中最常見的是確定地層的厚度和進行烴類識別。從目前各種類型的文獻上看，可用于非平穩信號的地震譜分解算法有短時間傅里葉變換（STFT），最大熵譜法（MEM），連續小波變換（CWT），S變換（ST），魏格納-威利分布（MVD）和匹配追蹤（MP）等[1-2]。由于儲層厚度對應于調諧頻率，低頻對應著較厚的薄層，高頻能顯示出較薄的薄層，因此頻譜分解能有效提高地震數據的分辨率，能在一定程度上識別較薄的儲層，在實際應用中也取得了很好的效果。

1 譜分解的方法及其比較

地震譜分解便是通過時頻分析方法對地震道上的時間采樣點進行分析得到所分析地震道數據的頻率譜來進行砂體預測[3]。從理論上來說，各譜分解方法各具優點和特色，同時也存在一定的局限或缺點。為了顯示各種譜分解算法的分辨性能，提取一道實際地震信號，該實際地震信號長度為350ms，在3500-3650ms段的頻率比3650-3850ms段的頻率高（圖1（a））。

（a）地震道（b）20ms時窗 （c）30ms時窗 （d）40ms時窗

圖1 地震道與短時傅里葉變換頻譜圖

（a）連續小波變換 （b）時頻連續小波變換 （c）S變換

圖2不同時頻分析方法得到頻譜圖

圖1是用短時傅里葉變換譜分解的結果，窗函數都為高斯窗。三個圖橫向對比發現，高頻時時間分辨率隨時窗增大而降低，低頻時頻率分辨率隨時窗增大而增加。圖2（a）是基本小波為Morlet小波的連續小波變換時頻分析結果，從圖中可以看出整體的時頻分辨率水平要高于圖1中展示的短時傅里葉變換得到的時頻譜。圖2（b）是基本小波為Morlet小波的時頻連續小波變換時頻分析結果可以看出，時頻分辨率都要比連續小波變換更高一些。圖2（c）為S變換的時頻分析結果可以看出其時間分辨率與時頻連續小波變換相當，頻率分辨率略高。

2譜分解的實際應用

研究目的層是位于志留系柯坪塔格組下砂巖段，該目的層是致密砂巖油氣藏，地震資料的主頻約為25Hz，最高頻約為50Hz。當頻率取50Hz時，可以分辨出厚度大于23米的砂巖層，該工區僅X9井砂巖厚度為30米，其調諧頻率約33-38Hz，其它井砂巖厚度僅為幾米，則調諧頻率通過計算要到幾百HZ左右，實際地震資料根本就沒有這么高的頻率。故利用調諧頻率預測砂巖層厚度僅能在X9井附近砂巖較厚區域內使用。

圖3是過X9井的25-40Hz不同頻率的分頻剖面，圖中的三個層位從下往上依次是Sand-Bot、Sand-Mid、Sand-Top。從圖中可以清晰看出X9井的砂體在層Sand-Mid與Sand-Top之間，通過各頻率圖對比可以看出，在30Hz的分頻剖面上砂體對應的能量團開始出現，在35Hz的分頻剖面上較清晰的看出了砂體對應的位置，在40Hz的分頻剖面上砂體位置的能量已經明顯降低，其它分頻剖面上基本不能識別砂體對應的位置，這說明了X9井砂體對應的調諧頻率應該在30-40Hz之間，與上述分析吻合。

但譜分解所能識別的厚度極限受到地震數據頻帶寬度的影響，因此，能分辨的時間厚度是一個相對概念。由于地震數據頻率帶寬較窄，僅在X9井附近區域可以較為準確的預測砂體厚度，其它區域都是砂巖與泥巖組合地層結構的振幅響應，不能直接用于薄砂體厚度的預測。因此設計一個神經網絡來對砂體厚度進行預測（圖4）。

圖3 過X9井25-40Hz不同頻率的分頻剖面

圖4 X9井區砂體厚度等值線圖

參考文獻

[1]印興耀，張奎，張廣智.聯合時頻分布及其屬性的應用[J].石油地球物理勘探，2003，38（5）：522-526.

[2]劉喜武，張寧，勾永峰，等.地震勘探信號時頻分析方法對比和應用分析[J].地球物理學進展，23（3）：743-753.

[3]魏志平.譜分解調諧體技術在薄儲層定量預測中的應用[J].石油地球物理勘探，2009，44（3）：337-340.endprint

摘 要：地震譜分解實質上就是通過離散傅里葉變換或最大熵等方法，將地震資料從時間域轉換到頻率域，利用振幅譜及相位譜對地震資料在頻率域進行地質解釋。譜分解技術提供了比常規地震屬性更加豐富的地質信息，是進行砂體預測的有效手段。文章用譜分解技術對X9井區薄砂體進行預測，以分頻數據體為基礎，利用神經網絡技術，預測薄砂體厚度較為可靠。

關鍵詞：譜分解；離散傅里葉變換；分頻；砂體預測

引言

目前譜分解技術在地震資料處理和解釋中被廣泛應用，應用中最常見的是確定地層的厚度和進行烴類識別。從目前各種類型的文獻上看，可用于非平穩信號的地震譜分解算法有短時間傅里葉變換（STFT），最大熵譜法（MEM），連續小波變換（CWT），S變換（ST），魏格納-威利分布（MVD）和匹配追蹤（MP）等[1-2]。由于儲層厚度對應于調諧頻率，低頻對應著較厚的薄層，高頻能顯示出較薄的薄層，因此頻譜分解能有效提高地震數據的分辨率，能在一定程度上識別較薄的儲層，在實際應用中也取得了很好的效果。

1 譜分解的方法及其比較

地震譜分解便是通過時頻分析方法對地震道上的時間采樣點進行分析得到所分析地震道數據的頻率譜來進行砂體預測[3]。從理論上來說，各譜分解方法各具優點和特色，同時也存在一定的局限或缺點。為了顯示各種譜分解算法的分辨性能，提取一道實際地震信號，該實際地震信號長度為350ms，在3500-3650ms段的頻率比3650-3850ms段的頻率高（圖1（a））。

（a）地震道（b）20ms時窗 （c）30ms時窗 （d）40ms時窗

圖1 地震道與短時傅里葉變換頻譜圖

（a）連續小波變換 （b）時頻連續小波變換 （c）S變換

圖2不同時頻分析方法得到頻譜圖

圖1是用短時傅里葉變換譜分解的結果，窗函數都為高斯窗。三個圖橫向對比發現，高頻時時間分辨率隨時窗增大而降低，低頻時頻率分辨率隨時窗增大而增加。圖2（a）是基本小波為Morlet小波的連續小波變換時頻分析結果，從圖中可以看出整體的時頻分辨率水平要高于圖1中展示的短時傅里葉變換得到的時頻譜。圖2（b）是基本小波為Morlet小波的時頻連續小波變換時頻分析結果可以看出，時頻分辨率都要比連續小波變換更高一些。圖2（c）為S變換的時頻分析結果可以看出其時間分辨率與時頻連續小波變換相當，頻率分辨率略高。

2譜分解的實際應用

研究目的層是位于志留系柯坪塔格組下砂巖段，該目的層是致密砂巖油氣藏，地震資料的主頻約為25Hz，最高頻約為50Hz。當頻率取50Hz時，可以分辨出厚度大于23米的砂巖層，該工區僅X9井砂巖厚度為30米，其調諧頻率約33-38Hz，其它井砂巖厚度僅為幾米，則調諧頻率通過計算要到幾百HZ左右，實際地震資料根本就沒有這么高的頻率。故利用調諧頻率預測砂巖層厚度僅能在X9井附近砂巖較厚區域內使用。

圖3是過X9井的25-40Hz不同頻率的分頻剖面，圖中的三個層位從下往上依次是Sand-Bot、Sand-Mid、Sand-Top。從圖中可以清晰看出X9井的砂體在層Sand-Mid與Sand-Top之間，通過各頻率圖對比可以看出，在30Hz的分頻剖面上砂體對應的能量團開始出現，在35Hz的分頻剖面上較清晰的看出了砂體對應的位置，在40Hz的分頻剖面上砂體位置的能量已經明顯降低，其它分頻剖面上基本不能識別砂體對應的位置，這說明了X9井砂體對應的調諧頻率應該在30-40Hz之間，與上述分析吻合。

但譜分解所能識別的厚度極限受到地震數據頻帶寬度的影響，因此，能分辨的時間厚度是一個相對概念。由于地震數據頻率帶寬較窄，僅在X9井附近區域可以較為準確的預測砂體厚度，其它區域都是砂巖與泥巖組合地層結構的振幅響應，不能直接用于薄砂體厚度的預測。因此設計一個神經網絡來對砂體厚度進行預測（圖4）。

圖3 過X9井25-40Hz不同頻率的分頻剖面

圖4 X9井區砂體厚度等值線圖

參考文獻

[1]印興耀，張奎，張廣智.聯合時頻分布及其屬性的應用[J].石油地球物理勘探，2003，38（5）：522-526.

[2]劉喜武，張寧，勾永峰，等.地震勘探信號時頻分析方法對比和應用分析[J].地球物理學進展，23（3）：743-753.

[3]魏志平.譜分解調諧體技術在薄儲層定量預測中的應用[J].石油地球物理勘探，2009，44（3）：337-340.endprint

摘 要：地震譜分解實質上就是通過離散傅里葉變換或最大熵等方法，將地震資料從時間域轉換到頻率域，利用振幅譜及相位譜對地震資料在頻率域進行地質解釋。譜分解技術提供了比常規地震屬性更加豐富的地質信息，是進行砂體預測的有效手段。文章用譜分解技術對X9井區薄砂體進行預測，以分頻數據體為基礎，利用神經網絡技術，預測薄砂體厚度較為可靠。

關鍵詞：譜分解；離散傅里葉變換；分頻；砂體預測

引言

目前譜分解技術在地震資料處理和解釋中被廣泛應用，應用中最常見的是確定地層的厚度和進行烴類識別。從目前各種類型的文獻上看，可用于非平穩信號的地震譜分解算法有短時間傅里葉變換（STFT），最大熵譜法（MEM），連續小波變換（CWT），S變換（ST），魏格納-威利分布（MVD）和匹配追蹤（MP）等[1-2]。由于儲層厚度對應于調諧頻率，低頻對應著較厚的薄層，高頻能顯示出較薄的薄層，因此頻譜分解能有效提高地震數據的分辨率，能在一定程度上識別較薄的儲層，在實際應用中也取得了很好的效果。

1 譜分解的方法及其比較

地震譜分解便是通過時頻分析方法對地震道上的時間采樣點進行分析得到所分析地震道數據的頻率譜來進行砂體預測[3]。從理論上來說，各譜分解方法各具優點和特色，同時也存在一定的局限或缺點。為了顯示各種譜分解算法的分辨性能，提取一道實際地震信號，該實際地震信號長度為350ms，在3500-3650ms段的頻率比3650-3850ms段的頻率高（圖1（a））。

（a）地震道（b）20ms時窗 （c）30ms時窗 （d）40ms時窗

圖1 地震道與短時傅里葉變換頻譜圖

（a）連續小波變換 （b）時頻連續小波變換 （c）S變換

圖2不同時頻分析方法得到頻譜圖

圖1是用短時傅里葉變換譜分解的結果，窗函數都為高斯窗。三個圖橫向對比發現，高頻時時間分辨率隨時窗增大而降低，低頻時頻率分辨率隨時窗增大而增加。圖2（a）是基本小波為Morlet小波的連續小波變換時頻分析結果，從圖中可以看出整體的時頻分辨率水平要高于圖1中展示的短時傅里葉變換得到的時頻譜。圖2（b）是基本小波為Morlet小波的時頻連續小波變換時頻分析結果可以看出，時頻分辨率都要比連續小波變換更高一些。圖2（c）為S變換的時頻分析結果可以看出其時間分辨率與時頻連續小波變換相當，頻率分辨率略高。

2譜分解的實際應用

研究目的層是位于志留系柯坪塔格組下砂巖段，該目的層是致密砂巖油氣藏，地震資料的主頻約為25Hz，最高頻約為50Hz。當頻率取50Hz時，可以分辨出厚度大于23米的砂巖層，該工區僅X9井砂巖厚度為30米，其調諧頻率約33-38Hz，其它井砂巖厚度僅為幾米，則調諧頻率通過計算要到幾百HZ左右，實際地震資料根本就沒有這么高的頻率。故利用調諧頻率預測砂巖層厚度僅能在X9井附近砂巖較厚區域內使用。

圖3是過X9井的25-40Hz不同頻率的分頻剖面，圖中的三個層位從下往上依次是Sand-Bot、Sand-Mid、Sand-Top。從圖中可以清晰看出X9井的砂體在層Sand-Mid與Sand-Top之間，通過各頻率圖對比可以看出，在30Hz的分頻剖面上砂體對應的能量團開始出現，在35Hz的分頻剖面上較清晰的看出了砂體對應的位置，在40Hz的分頻剖面上砂體位置的能量已經明顯降低，其它分頻剖面上基本不能識別砂體對應的位置，這說明了X9井砂體對應的調諧頻率應該在30-40Hz之間，與上述分析吻合。

但譜分解所能識別的厚度極限受到地震數據頻帶寬度的影響，因此，能分辨的時間厚度是一個相對概念。由于地震數據頻率帶寬較窄，僅在X9井附近區域可以較為準確的預測砂體厚度，其它區域都是砂巖與泥巖組合地層結構的振幅響應，不能直接用于薄砂體厚度的預測。因此設計一個神經網絡來對砂體厚度進行預測（圖4）。

圖3 過X9井25-40Hz不同頻率的分頻剖面

圖4 X9井區砂體厚度等值線圖

參考文獻

[1]印興耀，張奎，張廣智.聯合時頻分布及其屬性的應用[J].石油地球物理勘探，2003，38（5）：522-526.

[2]劉喜武，張寧，勾永峰，等.地震勘探信號時頻分析方法對比和應用分析[J].地球物理學進展，23（3）：743-753.

[3]魏志平.譜分解調諧體技術在薄儲層定量預測中的應用[J].石油地球物理勘探，2009，44（3）：337-340.endprint