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97.新地震属性 - 通用谱分解(Generalized Spectrum Decomposition)

一,原理

谱分解技术通过揭示地震信号的频率组成成分使解释人员对地质体的某个频段的地震振幅和相位响应进行有效的提取,以便更加精细的展现地质目标。下图是一简单地震信号脉冲的不同频率组成示意图。亦即将右面各成分叠加后既可得到左面的脉冲信号。

在许多的谱分解方法中,短时窗傅立叶变换法(STFT)和连续子波变换(CWT)是目前各软件中常用的技术方法。前者使用一固定长度的子波导致对高频讯号的垂向分辨不够,而后者使用相对较短的子波,但子波周期是固定的所以对低周期的讯号频率分解不理想。

考虑以上两种问题,GSD 谱分解方法将上面两种合并,使解释员即可调整垂向时间分辨率也可调整频率分辨。通过对一系列参数的选择,子波的形状可在两方法之间灵活制定。

子波的设计– 由三个参数控制, 频率,周期数,以及相位。该子波将被刻度(峰值振幅为1)并用于后面的相关和滤波。

相关(Correlation)- 相关技算过程中首先将去掉子波和地震道的负相关,只保留正相关。这将改善某一频率的垂向分辨率。 然后对正相关的信号进行滤波。

褶积(Convolution)- 前面设计的子波与地震道做褶积,子波可认作是带通滤波器,与子波频率相关好的将通过滤波器,其余的频率将被压制。

下面是PETREL 中GSD体的生成界面。

如果其结果是用于河道等地质目标的显现刻画,注意算法要采用相关;如果GSD是用于辅助构造解释那么算法要设为褶积,相位为零。请看下面的两种应用实例。

二, 应用

1. 地质体的显像与刻画

河道体系沉积,如河道砂,决堤扇由于砂层的厚度及旋回组合不同导致地震讯号的频率成分不同,其调谐振幅也就不同,这是应用的基础。在GSD的处理中给定不同的主频率数值可输出相对应的调谐振幅,比如生成20,30,及40HZ的不同的振幅体,每个振幅体反映或突出不同的河道体系中的沉积相。将多个输出的振幅体在PETREL三维视窗中进行混合可以更直观的显像地质目标。下面是概念化的流程图。

地震体的混合(MIXER)可以进行显示分析,Geobody模块可以对地质目标进行定量提取。下图左面为三个不同频率GSD振幅体混色显示,右面为提取的主河道相(可以用于三维地质建模中)。

其实就某一单个的GSD体和其他普通地震属性体(比如RMS振幅体,反射强度体等)在反映地质目标上也有优势,看下面几张图的对比GSD 25HZ表现河道较其他有明显的显示。

2. GSD 体协助构造层位的自动追踪

地震层位的自动追踪发展了几十年我相信每个应用软件都能做到很好,但在这里我主要介绍一下Petrel的特色自动追踪 – 辅助体(Secondary Volume Constrain)协同追踪。凡是使用过自动追踪功能的解释员都知道如果地震同相轴光滑,反射振幅相差不大,波形相似,以及噪音低,追踪器都能很轻易的完成任务。反之,振幅起伏大,噪音高如断层发育较高,岩性变化频繁的陆相沉积地带对自动追踪都是一种挑战。引用辅助体可在相当程度上改善并扩大追踪面积,提供解释效率。下面实例左图上原始迭后数据体,右面是生成的主频30HZ的GSD数据体,不难看出GSD体同相轴较原始体有着较强的连续性,因为该数据体目的层段突出了主频范围的振幅强度同时压制了非主频振幅。

下图是单点全三维自动追踪结果,右面使用了GSD体为SECONDARY VOLUME 进行辅助追踪结果。

下面是去掉了地震剖面的显示。

下面为PETREL层位自动追踪参数设置,追踪器首选考虑原始体,如果按照设定的参数种子点不能向四周扩展,立即切换到辅助体进行追踪,其结果明显好于单体追踪。其实,解释员也完全可以选择GSD为主体进行层位自动追踪解释,而用原始体进行质控的工作方式,因为这是进行构造解释。解释完成后如需提取振幅信息则采用原始数据体。

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