基于高阶统计量理论的地震层位自动拾取与油气检测技术研究

论文摘要

随着油气勘探开发程度的深入,油气勘探难度也在不断加大。由于勘探条件的复杂,获得的地震资料的信噪比和分辨率往往都很低,从而严重影响了其处理与解释的效果。因此在弱信号条件下,提出检测信号的新方法,解决勘探目标显得尤为重要。高阶统计量理论作为一种描述随机信号特征的数学工具,目前在地震勘探领域已经有了初步的应用；本文在此理论的基础上论述的两类方法以抑制高斯噪声对地震层位拾取的影响和应用地震分频技术进行油气检测为目的。作为油气检测的基础,地震层位自动拾取的工作显得越来越重要。为了提高层位拾取的工作效率,人们提出了许多地震层位自动拾取方法,如人工神经网络方法、模式识别方法、互相关方法等。上述方法中互相关方法稳定性最好,应用也最广泛。但是当地震资料中的噪声具有强相关性时,互相关方法会拾取噪声间的时间延迟值,致使层位拾取结果出现误差。本文充分利用地震层位横向波形相似性原理以及四阶累积量一维切片对高斯噪声免疫的特点,提出了基于四阶累积量一维切片的地震层位自动拾取方法,具体有如下创新点：1、1993年Tugnait给出了基于四阶累积量一维切片的信号时间延迟估计公式,公式中采用的是可变长度的分析时窗。在地震勘探数据处理中,采用可变长度分析时窗计算时,存在受坏道影响大、计算结果失稳、时移量拾取不足等问题；因此为了避免上述问题,本论文采用稳健性更好的固定长度的分析时窗,并且根据实际需要对延迟时参数的位置作了相应的改变。2、当地下介质是分层比较均匀的情况下,地震信号是一种近似于广义高斯分布的、偏度为零的具有对称分布的随机信号。对于对称分布的随机信号,其三阶累积量为零,因此三阶累积量已经不适合进行这种信号的处理。而本文采用的四阶累积量一维切片时延迟估计函数不存在三阶累积量的局限性。3、在地震层位拾取过程中需要合理设定相关参数,这些参数关系到层位拾取的准确性,其中参考道的选择尤为重要。在分析研究两种传统的参考道选择方式的基础上,设计了一种新的参考道选择方式；这种方式在地震数据局部波形相似性较强的情况下,既克服了固定参考道方式由于横向波形变化大产生计算误差的问题；也改正了非固定参考道方式容易产生大量累计误差的缺点。源于B P Amoco(英国石油阿莫科)公司的分频技术是通过数学变换将地震数据变换到频率域或时频域,然后沿其频率轴作频率切片,最后利用单频切片进行储层预测的一种解释技术。目前从各类文献资料来看,已有的分频技术算法主要有：傅氏变换方法、线性时频分析方法、时频分布方法等。本论文首次提出了基于Wigner双谱对角切片的分频技术,并将其应用在油气检测中,取得如下成果：1、为了解决Wigner双谱对角切片存在的交叉干扰项问题,采用模糊域核函数滤波抑制交叉项,并推导了Wigner双谱对角切片的模糊函数计算公式。2、在充分研究锥形核函数与指数核函数的基础上,利用锥形核函数表达式中的指数函数与指数核函数结合,给出了一个新的核函数。数值模拟结果表明新核函数兼具上述两种核函数的优点,对时延轴上及坐标轴外的交叉项都有很强的抑制作用。3、通过坐标移动的方法,使Wigner双谱对角切片的模糊函数信号项的中心点与新核函数中心点重合。从而解决了直接进行模糊域滤波致使新核函数对交叉项抑制能力下降的问题。4、为了解决Wigner双谱对角切片三维数据体数据量太大,致使matlab程序报错：“内存溢出”的问题。对分频技术的流程进行了改进,避免了分频过程中生成Wigner双谱对角切片三维数据体。结合国内外的研究基础以及本人对这一领域的认识,本文论述的两类方法还需要在以下三个方面进行深入研究：1、本文所给出的四阶累积量一维切片是基于非参数化估计方法得到的。该方法具有简单易实现的优点,但是在有限数据长度的情况下,存在估计方差较大的缺点。估计方差直接影响到计算结果的准确性,因此可以采用估计方差较小的参数化方法给出相应的地震信号时延估计算子。2、由Wigner双谱对角切片模糊函数图可以看出,有效信号与交叉项的间距比较近,两信号分量的延迟时越小,间距越近,这不利于薄层的分辨。因此可以对Wigner双谱对角切片模糊函数的计算公式进行改造,加大信号项与交叉项的间距,提高对薄层的分辨能力。3、模糊域核函数滤波法在有效抑制交叉项的同时降低了时频分辨率。因此可以利用重排理论或自适应最优核设计等时频分布理论抑制交叉项,在兼顾交叉项抑制能力的同时进一步提高时频聚集性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 地震层位自动拾取
• 1.2.2 地震分频技术
• 1.3 主要研究内容及创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 主要创新点
• 第二章 高阶统计量理论基础
• 2.1 高阶矩与高阶累积量
• 2.1.1 高阶矩与高阶累积量的定义
• 2.1.2 高阶累积量与高阶矩的转换关系
• 2.1.3 高斯随机过程的高阶矩和高阶累积量
• 2.1.4 高阶累积量的性质
• 2.2 Wigner高阶矩谱
• 第三章 基于四阶累积量一维切片的层位自动拾取方法
• 3.1 地震层位拾取遵循的准则
• 3.2 地震波的相似性与相关系数
• 3.3 四阶累积量一维切片方法原理
• 3.3.1 四阶累积量一维切片
• 3.3.2 四阶累积量一维切片时延估计函数
• 3.3.3 地震层位拾取过程的相关参数设定
• 3.3.4 四阶累积量一维切片方法实现过程
• 3.4 理论模型试算与实际资料处理
• 3.4.1 统计独立高斯色噪声对拾取结果的影响
• 3.4.2 统计相关高斯色噪声对拾取结果的影响
• 3.4.3 实际数据地震层位拾取
• 第四章 基于Wigner双谱对角切片的分频技术在油气检测中的应用
• 4.1 二次型时频分布理论
• 4.1.1 时频分布的定义
• 4.1.2 时频分布的交叉干扰项
• 4.2 时频分布的聚集性与模糊函数
• 4.2.1 时频聚集性
• 4.2.2 模糊函数
• 4.3 基于Wigner双谱对角切片的分频技术
• 4.3.1 Wigner双谱对角切片公式推导
• 4.3.2 模糊域核函数滤波法抑制交叉项
• 4.3.3 新核函数对交叉项的抑制
• 4.3.4 基于Wigner双谱对角切片的分频技术流程
• 4.3.5 模型试算
• 4.3.6 实际资料处理
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢