專利名稱：用于地震分析的頻譜解譯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種對(duì)細(xì)微地震引起的薄層調(diào)諧效應(yīng)量化和顯化的方法。在此公開的方法是通過將地震反射信號(hào)以不連續(xù)的傅里葉(或其他規(guī)范)方法，將取決于待測(cè)的薄層厚度的長(zhǎng)度進(jìn)行變換，分解為頻率分量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過所述不連續(xù)的轉(zhuǎn)換進(jìn)行分解之后，所包含的因素被條理化并以展現(xiàn)及增強(qiáng)表現(xiàn)薄層反射情況的特征頻率范圍的形式顯示，使得其他方法無(wú)法觀測(cè)到的地下層位厚度的變化顯示出來(lái)。本發(fā)明使地震解譯者分析和繪制作為空間位置，傳播時(shí)間和頻率的函數(shù)的地下地質(zhì)及地層特征達(dá)到一種前所未有的程度。
由于大多數(shù)規(guī)范的地球物理探測(cè)是一門相對(duì)年輕的科學(xué)，該領(lǐng)域一些最早的工作可追溯到1920年，以及有名的CMP大致日期僅在1950年。然而，從其創(chuàng)始年起，它已成為石油工業(yè)尋找地下石油沉積卓著的方式。盡管地球物理勘探通常被重力、磁力和地震三大領(lǐng)域所圍繞，現(xiàn)今，卻是地震法排除其他方式占據(jù)絕對(duì)支配地位。事實(shí)上，簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)區(qū)域中地震隊(duì)的數(shù)量已成為可接受的估量整個(gè)石油工業(yè)狀況的方式。
一種地震測(cè)量，體現(xiàn)為試圖將地球表面下的地層通過將聲能送入地下，并接收由地下巖層返回的回聲進(jìn)行描繪。下送聲能的聲源，可以是爆炸，或是地上的地震震動(dòng)器，以及水下環(huán)境的氣錘。地震測(cè)量中，能量移動(dòng)穿過待研究的層地質(zhì)結(jié)構(gòu)上面的地層。每當(dāng)能源引爆，由廣泛分布于地面上的許多位置進(jìn)行記錄。眾多的引爆/記錄組合便結(jié)合產(chǎn)生出連續(xù)的可延伸數(shù)英里的地下剖面。在二維(2-D)地震測(cè)量中，記錄位置通常沿直線設(shè)置，有別于此，三維(3-D)測(cè)量中，記錄位置呈柵格狀分布于整個(gè)面上。簡(jiǎn)單概念上，二維地震線可以想象為給出直接位于記錄位置之下的地層橫截面圖像。三維測(cè)量產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)立方體或容量，即至少在概念上，產(chǎn)生一個(gè)位于地層測(cè)繪面積之下的三維圖像。顯然可以很容易從三維數(shù)值中提取二維測(cè)線。
地震測(cè)量包括極大量單獨(dú)的地震記錄或地震道。在典型的二維測(cè)量中，通常有數(shù)萬(wàn)個(gè)道，而在三維測(cè)量中，單獨(dú)的道數(shù)量將達(dá)到數(shù)百萬(wàn)個(gè)。地震道是聲能從地下不均勻反射的數(shù)字記錄。部分反射不時(shí)發(fā)生由于地下物質(zhì)的聲學(xué)阻抗產(chǎn)生的變化。數(shù)字取樣通常達(dá)到0.004秒(4毫秒)的間隔，盡管亦通用2毫秒和1毫秒的間隔。因此，地震道上的各取樣點(diǎn)與傳播時(shí)間相結(jié)合，能量反射情形下具有兩路傳播時(shí)間。再有，地震測(cè)量中各道的表面位置被仔細(xì)地記錄，以及其本身通常作為道的一部分(作為部分的道引導(dǎo)信息)。這使得地震信息包含于與最后相關(guān)于特定地下層位的道之中，由此提供了一種地震數(shù)據(jù)在圖上定位和顯示輪廓的方式，并從其中提取特征亦即測(cè)繪。送入地下的信號(hào)稱為地震波形或地震子波。不同地震波形的產(chǎn)生取決于震源是氣錘、炸藥還是振動(dòng)器?！疤卣鞑ㄔ础被颉懊}沖源”的概念通常用于描述已記錄的特殊地震波形的地震特征。
地面產(chǎn)生的震源從出原點(diǎn)立即向外向下傳播，之后遇到并穿過下面的巖體部分。兩類不同的巖體之間的界面上具有位勢(shì)，可發(fā)生震波的反射，在界面上反射回的地震能量大小取決于兩部分巖體之間聲阻抗的對(duì)比，確定這個(gè)對(duì)比值的常用測(cè)量方法是反射系數(shù)。反射系數(shù)可看成反射波與入射波的振幅之比。按巖體的性質(zhì)，
其中，巖體的聲阻定義為巖石密度(p1和p2分別為上、下巖體的密度)乘以波在巖體中的速度，V1和V2為上、下巖體中對(duì)應(yīng)的速度(嚴(yán)格說，上式只在波從巖石界面垂直入射巖石界面時(shí)才精確。但在工程上，如果入射波到達(dá)界面時(shí)，距離垂直方向偏轉(zhuǎn)不超過20°，通常也算滿足垂直的條件。)在地表記錄到的反射能量可用下層反射函數(shù)表達(dá)為震波的褶積，該函數(shù)即所謂“褶積模型”。簡(jiǎn)而言之，褶積模型試圖將地表記錄到的震動(dòng)信號(hào)描述為下行的原波的褶積，這里要用到反射函數(shù)，該函數(shù)代表了地下不同巖層之間界面處的反射系數(shù)。用公式表示為x(t)=w(t)*e(t)+n(t)其中，x(t)是記錄到的地震波曲線，w(t)是震源波，e(t)是地層的反射函數(shù)，n(t)是隨機(jī)環(huán)境噪聲，“*”表示褶積運(yùn)算。此外，褶積模型還要求如下條件(1)震源波在地下運(yùn)行時(shí)保持不變(即保持恒定)(2)地表記錄到的地震道可以表示為各個(gè)界面均在地下的源波的若干單個(gè)褶積的算術(shù)和(疊加法則。即波的反射和傳播是線性系統(tǒng)。)盡管人們普遍認(rèn)為褶積模型不能完整地描述波動(dòng)的機(jī)械特性，但這個(gè)模型在多數(shù)場(chǎng)合下是足夠精確的，這樣該模型就非常實(shí)用。在地球物探學(xué)會(huì)OzdoganYilmaz的《地震數(shù)據(jù)處理》第2.2章中，討論到褶積模型的一些性質(zhì)，現(xiàn)將這部分內(nèi)容引入本文，此供參考。
對(duì)于石油公司尋找鉆井位置來(lái)說，經(jīng)過正確采集、處理的地震數(shù)據(jù)，能夠?yàn)榭碧饺藛T提供大量的信息。例如，一份震動(dòng)剖面圖為勘探人員提供了地下巖層結(jié)構(gòu)的總體情況，顯示出地下巖層與碳?xì)浠衔锏奶N(yùn)藏情況相關(guān)的重要特征，如斷層，褶皺，背斜，不整合，地下鹽丘及礦脈等許多特征。在對(duì)震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理過程中，可由程序自動(dòng)對(duì)波速進(jìn)行估算，臨近地表的非均勻速度也能檢測(cè)顯示出。有時(shí)，可直接應(yīng)用震動(dòng)數(shù)據(jù)直接估算巖石的孔隙率，水飽和性和碳?xì)浠衔锝M分。一些不太直觀的震波特征如相位、波峰振幅、波峰至波谷的比值等多種參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，都能與已知的碳?xì)浠衔锾N(yùn)藏量有關(guān)，而且這種關(guān)系也適用于為了新的勘測(cè)目的而采集到的震動(dòng)數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單地說，無(wú)需鉆一眼井，震動(dòng)數(shù)據(jù)即可提供地下結(jié)構(gòu)和地層方面一些最翔實(shí)的信息。
然而，在以下這個(gè)重要場(chǎng)合下，震動(dòng)數(shù)據(jù)也有其局限性一些非?！氨 钡膸r石部分常常很難探測(cè)清楚。特別是，盡管在巖石層相當(dāng)“厚”時(shí)，震動(dòng)反射數(shù)據(jù)能夠提供描繪地下結(jié)構(gòu)的近似“地質(zhì)斷面圖”，但當(dāng)巖層較“薄”時(shí)，由該結(jié)果得出的震動(dòng)圖象非常不清晰。這種現(xiàn)象被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為震動(dòng)清晰度問題。
震動(dòng)清晰度在本文中用來(lái)指一條震動(dòng)道中的垂直清晰度，并且放寬設(shè)定為是對(duì)于兩個(gè)地下振動(dòng)反射體之間的最小差別而言的，這兩個(gè)反射體應(yīng)能從震動(dòng)記錄上分辨出是兩個(gè)不同的界面，而不是單個(gè)合成的反射面?？梢越忉尀樵谡饎?dòng)視圖上，地下的物體可以很方便地看作是兩部分的合成。一束可辨的反射，來(lái)自物體的頂面；第二束可辨的反射，很可能來(lái)自該物體的另一端，即底部。在理想情況下，在記錄到的震波曲線上，物體的上、下兩面都顯示出為可區(qū)分的獨(dú)立反射體，各自可分別進(jìn)行“時(shí)間選取”(time picked)，(即進(jìn)行標(biāo)記)。在兩個(gè)標(biāo)記時(shí)刻期間所采集到的數(shù)據(jù)中，包含著介于其中的巖石部分的信息。另一方面，如果震動(dòng)物體不是足夠厚，則從物體上下兩面的反射就會(huì)重疊，這樣就導(dǎo)致兩個(gè)反射波之間的干涉，使下面的圖形產(chǎn)生混亂。這種圖形混亂就是本領(lǐng)域技術(shù)人員所稱的“薄層”問題的現(xiàn)象之一。
圖1用通常方法介紹了在褶積模型原理下，薄層問題是如何產(chǎn)生的。首先考慮圖1a中描述的“厚”層反射。圖的左側(cè)部分代表從地表產(chǎn)生的源波，源波沿路徑P1向下傳播，穿過地層徑直到達(dá)以“A”標(biāo)出的巖石部界面(注意，圖上的波動(dòng)路徑實(shí)際上是垂直的，為敘述方便起見描繪成有一傾斜角度。這與工程上通常的實(shí)際情況一致。)在圖1a中，下行的震波到達(dá)界面“A”后，一部分能量沿路徑P2向回反射，在地表被記錄為反射項(xiàng)R1。注意，R1波與源波比較，相位相反，因此在界面“A”即指負(fù)的反射系數(shù)。此處的相位反轉(zhuǎn)僅作為舉例說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員反射系數(shù)的正負(fù)都是可能的。
下行能量的其余部分(在一部分能量從界面“A”反射之后)繼續(xù)穿過厚層，到達(dá)位于厚石層底部的界面“B”。到達(dá)“B”界面后，部分波動(dòng)能量繼續(xù)沿路徑P5向地層深處傳播，而其余能量沿路徑P4反射回到地面，記錄為反射項(xiàng)R2。注意，從界面“B”處的反射在時(shí)間上晚于從界面“A”處的反射。兩次反射之間的精確的時(shí)間間隔與兩個(gè)界面之間介質(zhì)層的厚度和波在其中的穿行速度有關(guān)，越是厚層和/或慢速，上下兩個(gè)反射的時(shí)間間隔就越長(zhǎng)。巖層的時(shí)標(biāo)厚度即為震波橫穿其間所需的時(shí)間。
地面上合成的厚層反射，即實(shí)際記錄到的內(nèi)容，是在考慮到兩次反射間的時(shí)間間隔的條件下，兩個(gè)反射的算術(shù)和(疊加)。因兩個(gè)返回的波在時(shí)間上不重迭，故所記錄到的震動(dòng)記錄上清楚地將兩次反射顯示為兩個(gè)獨(dú)立地層的圖形。(注意，圖中并未準(zhǔn)確描述出兩次反射之間的時(shí)間間隔。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，準(zhǔn)確的時(shí)間間隔應(yīng)是巖層的時(shí)標(biāo)厚度的二倍。)再看圖1b，描述的是薄層反射。同樣，地表發(fā)出的源波沿路徑P6，到達(dá)標(biāo)記為“C”的巖石部界面(同上，圖中的波動(dòng)路徑實(shí)際上是垂直的)。如圖1b所示，當(dāng)下行震波到達(dá)界面“C”后，一部分能量沿路徑P7向回反射至地表，記錄作反射R3，其余部分的下行能量繼續(xù)穿過薄層達(dá)到界面“D”。到達(dá)D界面后，部分波動(dòng)能量沿路徑P10繼續(xù)向地層深處傳播，而其余能量沿路徑P9反射回到地面，記錄為反射項(xiàng)R4。
同樣要注意到，從界面“D”的反射在時(shí)間上晚于從界面C處的反射，但在薄層的情況下，兩次反射之間的時(shí)間間隔較小，因?yàn)椴▌?dòng)從界面“D”反射前所經(jīng)過的距離較短。實(shí)際上，兩交反射的時(shí)間間隔短到使兩個(gè)返回(上行)波重疊。由于薄層反射的合成同樣是兩個(gè)反射波的算術(shù)和，使得實(shí)際記錄到的信號(hào)無(wú)法清楚地表達(dá)上面反射或下面反射中的任何一個(gè)，信號(hào)的解釋也相應(yīng)地很難。這個(gè)不確定的合成反射是薄層問題的典型例子。
顯然，對(duì)于石油公司的勘探人員而言，地下勘測(cè)目標(biāo)的厚度是個(gè)具有重要經(jīng)濟(jì)意義的因素，因?yàn)榧僭O(shè)其它條件相同，則巖石部分越厚，其蘊(yùn)藏的碳?xì)浠衔锏捏w積也就越大。由于精確地確定巖層厚度有如此的重要性，人們竭力用種種方法來(lái)完善薄層問題也就不足為奇了。
應(yīng)用最廣泛的第一種方法是縮短震波的波長(zhǎng)，長(zhǎng)波得到的結(jié)果往往差于短波。在數(shù)據(jù)處理階段，運(yùn)用熟知的信號(hào)處理技術(shù)會(huì)使記錄到的地震波形顯著縮短。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過實(shí)例明白，傳統(tǒng)預(yù)測(cè)性的重疊合法可用以白化波譜，減小有效波長(zhǎng)。同樣，常規(guī)的波處理技術(shù)，包括源信號(hào)的重疊合法及其它多種方式，均可替代使用以期得到一個(gè)相同的最終結(jié)果較緊密的波形。盡管以上任一種處理都可使震動(dòng)斷面圖的特征產(chǎn)生顯著變化，且能明顯縮短其波長(zhǎng)，但通常還必須采取進(jìn)一步的措施。
但無(wú)論震波有多密集，總會(huì)有一些具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的巖層，因?yàn)樘《鵁o(wú)法圓滿解決上述問題。即使是最好的信號(hào)處理專家最后也只能是推遲這種不可避免的問題發(fā)生。于是，便用到了其它更寬領(lǐng)域的方法，這些方法目標(biāo)更集中在對(duì)合成反射特征的分析上。這些方法通常是基于觀察的結(jié)果即使只有一個(gè)合成反射，且?guī)r層厚度不能直接觀察到，仍可從記錄到的震動(dòng)數(shù)據(jù)中找到信息，這些震動(dòng)數(shù)據(jù)可以間接用來(lái)估計(jì)板質(zhì)部分的實(shí)際厚度。
圖4a舉例介紹了一種常見的“狹縮”震動(dòng)模型，其中所研究的地層(此處其厚度用穿行時(shí)間測(cè)定，而不是用長(zhǎng)度)厚度逐漸減小(即“狹縮”)直至在最左端消失。圖4b是用這種模型計(jì)算合成的地震道族，描述了無(wú)噪聲條件下震波的褶積及巖層表面的界面。注意到圖4b最右側(cè)邊緣，第一條震道上記錄的合成信號(hào)使反射體可以明顯地分為兩部分，上部發(fā)出負(fù)反射，底部發(fā)出正反射。在圖4b中左移，上下部分各自的反射開始合成并成一個(gè)單獨(dú)的合成反射，最后當(dāng)中間的厚度減小到零時(shí)反射消失。但需注意，即使在退化為單個(gè)反射之后，此合成反射的性質(zhì)仍在繼續(xù)變化。因此，即使幾乎沒有直觀特征表明該反射來(lái)自兩個(gè)界面，但在巖層厚度減少時(shí)，合成反射所呈現(xiàn)出的變化仍說明，在適當(dāng)條件下，這些反射中所包含的信息可提供與薄層厚度有關(guān)的一些內(nèi)容。
Widess在1973年進(jìn)行的先驅(qū)工作(見Widess的《薄層厚度》地球物理，卷38，第1176-1180頁(yè))已經(jīng)創(chuàng)立出一種薄層分析的簡(jiǎn)易方法，其中依賴于薄層合成反射波的波峰-波谷振幅的校準(zhǔn)曲線得到完善，連同波峰-波谷間的時(shí)間間隔，就可以估算薄層的近似厚度。(參見Neidell和Poggiagliomi的《地層模型及說明一地球物理學(xué)原理與技術(shù)》，“震動(dòng)地層學(xué)在碳?xì)浠衔锟碧街械膽?yīng)用”，AAPG Memoir 26.1977)。在薄層問題的情況下，建立起“調(diào)諧”振幅是進(jìn)行校準(zhǔn)曲線處理的必要步驟，即在巖層厚度達(dá)到使上下兩部分的反射發(fā)生最大正干涉時(shí)，便出現(xiàn)了調(diào)諧振幅。至少在理論上，諧振厚度僅依賴于主波的波長(zhǎng)λ，當(dāng)上下兩面的反射系數(shù)同號(hào)時(shí)為λ/2，異號(hào)時(shí)為λ/4。
由于校準(zhǔn)曲線型方法的適用性，現(xiàn)已被成功用于多種勘測(cè)設(shè)備。然而這些由振幅和時(shí)間決定的校準(zhǔn)曲線方法，要在很大程度上依賴于準(zhǔn)確的震動(dòng)處理建立正確的波動(dòng)相位，并要控制相應(yīng)的逐線震波幅度。震動(dòng)處理方面的技術(shù)人員知道，要得到一個(gè)能真正保持各處都有相應(yīng)振幅的震動(dòng)斷面圖，其難度很大。進(jìn)一步說，上述揭示的由校準(zhǔn)曲線確定的方法，在檢測(cè)大范圍三維勘查中薄層反射信號(hào)時(shí)，并不能很好地適用該法最適合用于單個(gè)震波線上獨(dú)立的反射體的場(chǎng)合。很難由一條震波線得出校準(zhǔn)曲線，而要找到一條在整個(gè)三維結(jié)構(gòu)震動(dòng)數(shù)據(jù)中都有效的校準(zhǔn)曲線要更難了。
迄今為止，在震動(dòng)數(shù)據(jù)處理和說明領(lǐng)域，需要一種方法從以傳統(tǒng)方法得到的震動(dòng)數(shù)據(jù)中提取有用的薄層信息已是眾所周知的了，但這些震動(dòng)數(shù)據(jù)正面臨著上述問題。進(jìn)而，這種方法最好還能為后續(xù)的震動(dòng)地層分析、結(jié)構(gòu)分析提供有用的內(nèi)容。因此，如本發(fā)明人所見，現(xiàn)在人們也需認(rèn)識(shí)到，要找到一種能提出并解決上述難題的震動(dòng)數(shù)據(jù)處理方法，目前存在著對(duì)這種方法的迫切需求，并且已經(jīng)存在一段時(shí)間了。
但在開始敘述本發(fā)明之前，需注意和記住，下面的敘述連同附圖，不應(yīng)被視為只將該發(fā)明局限于所展示、描述的例子(或優(yōu)選實(shí)例)。這是因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員也有能力在本文所附權(quán)利要求范圍內(nèi)，提出同樣形式的發(fā)明。最后，盡管可以根據(jù)褶積模型的不同方面對(duì)本發(fā)明作出解釋，但下述方法并不依賴于記錄到的地震道的某個(gè)特殊模型，而且在偏差較大情況下與標(biāo)準(zhǔn)的褶積模型同樣有效。
本發(fā)明人找到一種新方法，利用離散的傅里葉變換，通過傳統(tǒng)的二維和三維地震數(shù)據(jù)，模擬描繪薄層范圍和其它巖層的橫向間斷范圍。特別是，本發(fā)明的動(dòng)機(jī)來(lái)源于觀察到，在指示地層厚度的領(lǐng)域內(nèi)，來(lái)自薄層的反射具有一種特征圖象勻質(zhì)的薄層會(huì)使合成反射的振幅譜線中產(chǎn)生一列周期性的凹槽，相鄰凹槽之間的距離反比于薄層的時(shí)標(biāo)厚度。進(jìn)而，如果能正確列出傅里葉變換系數(shù)，解讀器就可以利用這個(gè)特征圖象，在三維空間內(nèi)追蹤薄層反射，估測(cè)薄層的厚度，并能達(dá)到迄今還不可能的精度。更一般地，這里所介紹的方法還可用于檢查、確定所測(cè)位置巖石群的垂直及水平間斷性。同時(shí)，為強(qiáng)調(diào)譜線中所提供的地質(zhì)信息而出現(xiàn)的一種新的頻域白化方法，也進(jìn)一步提高了本發(fā)明的實(shí)用性。最后，本發(fā)明亦可直接用于揭示與所關(guān)心的地下結(jié)構(gòu)、地層方面特征相關(guān)的一些震動(dòng)特性，即向勘測(cè)人員提供數(shù)值，使他們可以制圖并用以判斷地下碳?xì)浠衔锛捌渌V物的儲(chǔ)量。
基于大致背景技術(shù)，本發(fā)明選擇采用較簡(jiǎn)短的離散傅里葉變換，來(lái)確定地震道的頻率組成。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，對(duì)時(shí)間級(jí)數(shù)的傅里葉變換計(jì)算中，即使全部為實(shí)數(shù)值，結(jié)果也將出現(xiàn)復(fù)數(shù)傅里葉變換系數(shù)組，這些復(fù)數(shù)形如“A+Bi”，其中“i”為“虛”數(shù)或負(fù)一的平方根。進(jìn)而，已知表達(dá)式“A+Bi”可等價(jià)寫為A+Bi=reiθ其中，r=|A+Bi|=A2+B2,]]>及θ=tan-1(AB)]]>量θ稱為復(fù)數(shù)A+Bi的相角(或僅稱為“相”)，量“r”為模，表達(dá)式|A+Bi|為復(fù)數(shù)模的計(jì)算式；也稱為絕對(duì)值。對(duì)每個(gè)變換系數(shù)計(jì)算其模，即可得到頻譜。頻譜中每個(gè)系數(shù)的數(shù)值大小正比于該頻率在原始數(shù)據(jù)中的強(qiáng)度。最后，在對(duì)一些特殊的時(shí)間級(jí)數(shù)進(jìn)行完傅里葉變換，最終的復(fù)系數(shù)級(jí)數(shù)就可以落入頻率域，而未經(jīng)變換的數(shù)據(jù)則被認(rèn)為落入時(shí)間域。
再回到本發(fā)明的討論，本發(fā)明依賴于大致觀察得到的結(jié)果，即整條震道所作的傅里葉變換得到的頻譜，跟源波的頻譜很相似，越短的頻譜窗就能反映出更多下面的地質(zhì)信息。這是由于長(zhǎng)分析窗中包含了大量地質(zhì)方面的變量，這些變量在長(zhǎng)期內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)出一種“白”(或者說隨機(jī)的，無(wú)關(guān)的)反射函數(shù)，具有“平坦的”振幅波譜。這樣，從整條地震道上計(jì)算得到的頻譜，就要在很大程度上依賴源波的頻率內(nèi)容(實(shí)例參見地球物理勘探學(xué)會(huì)OzdoganYilmaz的《震動(dòng)數(shù)據(jù)處理》(1987)第2.2.1節(jié)，其闡述的內(nèi)容引入本文，此供參考)。另一方面，在分析窗足夠短使地層反射函數(shù)非白時(shí)，所得傅里葉頻譜既受波動(dòng)的影響，又受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的影響。在這樣小的窗口下，地質(zhì)因素就充當(dāng)了濾波器，衰減源波的譜線，增加非穩(wěn)定的短窗譜線。
圖2大致描述了上述構(gòu)思。其中繪出了一個(gè)典型的地震道和由其運(yùn)算得出的幾個(gè)頻譜，圖的上部是整條地震道的傅里葉變換頻譜。譜線的形狀基本上就是典型的激波譜線。而下部繪制的由計(jì)算得出的短窗譜線，則是非穩(wěn)定的，能反映出可在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生顯著變化的地下地質(zhì)特征。
圖3介紹了本發(fā)明這種觀察方法的重要性，圖中大致繪出了兩種有代表性的譜線。上部的頻譜圖代表典型的寬頻帶源波，而下部的頻譜圖則以更常見的方式表達(dá)了合成薄層反射的頻域圖象。在后一種情況下，薄層的地質(zhì)狀況被用來(lái)作為頻域?yàn)V波器，并在反射波的頻率內(nèi)容上作出了標(biāo)記。如圖中所大致介紹的，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，勻質(zhì)薄層在加入凹槽或窄消頻帶后，對(duì)反射波的振幅波譜產(chǎn)生了影響，由此顯出特殊的形狀。在勻質(zhì)層中，速度和密度處處保持恒定。這里所述凹槽之間的距離等于薄層時(shí)標(biāo)厚度的倒數(shù)。時(shí)標(biāo)厚度是指波沿一個(gè)方向穿過巖層所需的時(shí)間長(zhǎng)短(巖層的厚度除以速度)。這樣，就可以利用振幅波譜中被衰減的頻率來(lái)確定某個(gè)薄層的反射，并測(cè)量其厚度。
在圖4中，將前一段中得到的結(jié)果推廣，用于分析簡(jiǎn)化的二維地質(zhì)模型，該模型中薄層的頻域表達(dá)已經(jīng)得出。圖4a表達(dá)了典型的“狹縮”反射函數(shù)(地質(zhì)模型)，圖4c用灰度標(biāo)記表達(dá)了由這種模型計(jì)算出的傅里葉變換頻譜振幅。這個(gè)標(biāo)記由對(duì)模型進(jìn)行五十等分得到時(shí)間級(jí)數(shù)而產(chǎn)生。每部分中只有兩個(gè)非零值一個(gè)對(duì)應(yīng)于上層的反射系數(shù)，另一個(gè)對(duì)應(yīng)于下層的反射系數(shù)。非零值位于其它各處均為零的震道上，每個(gè)非零值所在位置分別用時(shí)間值反映了上下兩部分反射體的位置。然后即可對(duì)時(shí)間級(jí)數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的離散型傅里葉變換，再對(duì)每個(gè)系數(shù)求出復(fù)數(shù)振幅。
圖4c上較淺的部分對(duì)應(yīng)于振幅譜線的較大值，較深的部分對(duì)應(yīng)于較小值。因此，振幅譜線中的“凹槽”在圖上就表示為較深色的數(shù)值。從最嚴(yán)格的意義上講，此圖表示了地質(zhì)上的傅里葉變換；特別，在本例中還表示了在波上所帶的特征信號(hào)。此圖中涉及到本發(fā)明的最重要之處在于，當(dāng)模型厚度減小時(shí)，凹槽之間的距離增加。進(jìn)而，對(duì)于厚度一定的模型，凹槽為周期性的，其周期等于該處時(shí)標(biāo)厚度的倒數(shù)。故，如果能在震動(dòng)勘測(cè)圖上確定這個(gè)信號(hào)，即周期性頻域凹槽的位置，這就是薄層存在的有力證據(jù)。
按照本發(fā)明的一個(gè)目的，已經(jīng)提出了一種解譯包括薄層情況在內(nèi)的震動(dòng)數(shù)據(jù)的方法，其中數(shù)據(jù)被分解為傅里葉變換的二維或三維數(shù)列，以此提供了一種改進(jìn)的描繪所述薄層范圍的圖形的方法。本實(shí)例利用一個(gè)單獨(dú)的傅里葉變換窗口，并對(duì)每個(gè)地震道橫斷所測(cè)區(qū)域的部分使用該窗口。圖5中利用三維地震數(shù)據(jù)對(duì)本實(shí)例作了大致介紹，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)想到，如果將此方法應(yīng)用于二維地震道上，會(huì)有利于提高其中所含薄層反射的可視性。
第一步先將空間上相關(guān)的地震道集中在一起，僅為介紹起見，這些震道也許只是一條或幾條發(fā)射記錄，一個(gè)恒定的偏移選排，一個(gè)CMP選排，一幅VSP勘測(cè)圖，一條二維地震線，一條從三維地震勘測(cè)圖中提取出的二維疊加地震線，或更合理地，是一個(gè)三維勘測(cè)圖中的三維塊。此外，本發(fā)明還可用于數(shù)據(jù)變換后的二維線或三維體地震勘測(cè)圖，即圖中的“偏移量”或空間軸(三維坐標(biāo)中的“X”軸或“Y”軸)，已定向，代替縱軸或“時(shí)間”軸。更一般地，任何三維數(shù)字量均可由這里揭示的方法進(jìn)行處理。為了明了，下文將所述的縱軸稱為“時(shí)間”軸，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)懂得，數(shù)字樣本不應(yīng)以時(shí)間單位來(lái)劃分。無(wú)論怎樣選取，對(duì)于在地下地質(zhì)特征方面隱含著下層空間相關(guān)性的地震道組，應(yīng)用這里提出的發(fā)明都是最有效的。同樣只為說明起見，雖然可想而知可以利用任何同類的空間相關(guān)地震道組，但下面的討論將只依據(jù)疊加三維勘測(cè)圖中包含的震道進(jìn)行表述。
如圖5所示，下一步從特定的三維體范圍內(nèi)選取一個(gè)抽樣層，作為實(shí)例的該抽樣層可以象圖5中那樣，是由兩個(gè)選定反射體作為界面的波狀區(qū)域。這樣，反射體在分析之前即可按需要壓平或數(shù)據(jù)化(即按時(shí)間將單震道上下移動(dòng)達(dá)到平整)，并有可能復(fù)原重組。習(xí)慣上，可以確定一個(gè)特定的時(shí)間間隔(比如從2200毫秒至2400毫秒)，這樣形成一個(gè)“立方體”，或更準(zhǔn)確地說，在三維體內(nèi)的一個(gè)地震數(shù)據(jù)“箱”；一個(gè)子體。此外，可以靠確定亦線“線上”或“相交線”的界限來(lái)限定抽樣層的水平延伸范圍。其他確定抽樣層的方法當(dāng)然也是可以的，這些方法本發(fā)明人均已考慮過。
這步挑選，提取與抽樣層有關(guān)的數(shù)據(jù)稱為對(duì)數(shù)據(jù)“建立子集”(見圖5)。挑選抽樣層的一個(gè)指導(dǎo)原則是希望是保持該層(在時(shí)間上)盡量短。由于考慮到將要用長(zhǎng)窗傅里葉變換譜來(lái)集中子波，用短窗傅里葉變換譜來(lái)容納地質(zhì)方面的信息，這樣的選層方法與前面所采取的總的基本原則是相符的。還有一個(gè)“隱藏的”擴(kuò)展窗口。通?？梢宰詣?dòng)、隨意地用于傅里葉變換窗口使窗口長(zhǎng)度延長(zhǎng)到2的冪。這樣對(duì)窗口的延長(zhǎng)是為了計(jì)算方便，窗口的長(zhǎng)度為2的冪，便于進(jìn)行簡(jiǎn)稱FFT的快速傅里葉變換算法。但是，本發(fā)明人明確建議不要使用這種在工程上普遍使用的方法，而傾向于使用更常規(guī)的離散型傅里葉變換算法，雖然在計(jì)算上效率不高，但可以使分析窗的長(zhǎng)度保持盡可能最小的數(shù)值。對(duì)于當(dāng)今計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，沒有理由不在抽樣層內(nèi)只進(jìn)行數(shù)據(jù)的變換。
圖5中，用于本實(shí)例“運(yùn)算”步驟包括至少一步運(yùn)算過程對(duì)抽樣層進(jìn)行離散型傅里葉變換的計(jì)算。所得系數(shù)，抽樣層的譜分解，都被作為輸出的譜分解塊(“調(diào)諧立方體”)的一部分存儲(chǔ)起來(lái)，準(zhǔn)備后面的觀測(cè)。注意到每條地震道的輸出調(diào)諧立方體中，將有一震道(即傅里葉變換系數(shù)集)經(jīng)處理后作為輸入量的一部分。還要注意到，這里優(yōu)先采用的輸出排列中，在數(shù)據(jù)體的水平面薄片內(nèi)部包括有與單個(gè)普通傅里葉頻率相應(yīng)的系數(shù)。
還可以按需要，使“運(yùn)算”步驟中包括其它運(yùn)算過程，以便改進(jìn)輸出量及后繼分析的質(zhì)量。首先，在作變換計(jì)算之前，可以將權(quán)函數(shù)加于抽樣層內(nèi)地震數(shù)據(jù)上。權(quán)函數(shù)的作用是在傅里葉分析的窗口內(nèi)修剪數(shù)據(jù)，減小由“棚車”狀分析窗所導(dǎo)致的頻域畸變。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉在變換前使用加權(quán)函數(shù)。這里揭示的發(fā)明所優(yōu)選的加權(quán)函數(shù)取高斯函數(shù)的形式，該函數(shù)應(yīng)用于此種場(chǎng)合從許多方面說都是最好的。也就是說，其它多種加權(quán)函數(shù)也都是可行的。
另外，由于勘探人員往往最關(guān)心振幅譜線，在將轉(zhuǎn)換系數(shù)存入備用存儲(chǔ)區(qū)后，振幅譜線可由轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算得出。相譜或其它一些導(dǎo)出性質(zhì)也都同樣可由轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算得出，然后保存。實(shí)際上本發(fā)明人也已用到了這些計(jì)算。
最后，作為運(yùn)算步驟的一部分，對(duì)輸出值體的每個(gè)平面(即頻率)都可單獨(dú)進(jìn)行頻率定標(biāo)。如圖10所示，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)輸出值體中每個(gè)頻率薄片都分別定標(biāo)，使其具有相同的均值，然后進(jìn)行檢測(cè)，這樣做會(huì)有許多好處。這種定標(biāo)法僅是許多種可用方法之一，但發(fā)明人傾向于此法，因其雖損失了一般的子波信息，卻改進(jìn)了所存頻譜中的地質(zhì)內(nèi)容。
譜線經(jīng)計(jì)算、保存后，即可備用于薄層的地球物理勘探。注意，當(dāng)數(shù)據(jù)隨后羅列出后，各條譜線應(yīng)按與其它譜線有相同的空間相關(guān)性進(jìn)行組織和檢測(cè)，正如由之計(jì)算導(dǎo)出它們的震道那樣，這一點(diǎn)非常重要。即，變換前數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)的空間相關(guān)性，在處理轉(zhuǎn)換系數(shù)時(shí)必須保持。這里傾向使用的檢測(cè)轉(zhuǎn)換系數(shù)的方法是，首先，當(dāng)然在假設(shè)輸入數(shù)據(jù)是從原始的三維體中得來(lái)的條件下，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形成三維“體”(調(diào)諧立方體)。但要注意，豎軸(“Z”)不再象變換前那樣表示“時(shí)間”，而是按規(guī)定，表示頻率單位，如存于其中的傅里葉變換系數(shù)那樣。
圖5中上一步所介紹的調(diào)諧立方體，現(xiàn)在可用檢測(cè)傳統(tǒng)的三維震動(dòng)數(shù)據(jù)體的任何方式來(lái)檢測(cè)。前面談到，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在系數(shù)體檢測(cè)連續(xù)的水平薄片，是確定和顯化薄層效應(yīng)的一種較好方法。注意，在調(diào)諧立方體處理中，水平薄片代表著與單個(gè)傅里葉頻率對(duì)應(yīng)的全部系數(shù)，因此在整個(gè)面內(nèi)頻率保持恒定。進(jìn)而，發(fā)明人傾向于沿?cái)?shù)據(jù)體作一系列動(dòng)態(tài)的水平檢測(cè)，協(xié)助對(duì)體內(nèi)所含數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在抽樣層是單條地震測(cè)線的局部而不是測(cè)體的局部的情況下，最終的顯示內(nèi)容即使并不是數(shù)據(jù)“立方體”，這里也仍被稱為調(diào)諧立方體，呈現(xiàn)為傅里葉變換譜按其初始空間相關(guān)性所顯示的一族空間相關(guān)的地震道。
使連續(xù)的水平薄片在譜線體中移動(dòng)，是檢測(cè)、分析變換系數(shù)的一個(gè)較好方法，這種動(dòng)態(tài)化最好能在高速工作站的計(jì)算機(jī)顯示器上實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，這種以在數(shù)據(jù)體中交互式追蹤形式的動(dòng)態(tài)化，是檢測(cè)大量數(shù)據(jù)時(shí)既快又省力的方法。數(shù)據(jù)體的檢測(cè)可在水平方向、垂直方向或傾斜方向的薄片上進(jìn)行，每種都能得到相同的檢測(cè)。而更重要的是，在本發(fā)明所述范圍內(nèi)，對(duì)連續(xù)的水平薄片依次進(jìn)行快速檢測(cè)，提供了一種分析大量數(shù)據(jù)并從中確定薄層反射的有特征的方法，其細(xì)節(jié)容后討論。注意，對(duì)于這里揭示的方法，在對(duì)薄片進(jìn)行動(dòng)態(tài)化和檢測(cè)時(shí)，最好將這些薄片按頻率順序(嚴(yán)格地升序或降序)進(jìn)行排列。
按照本發(fā)明的第二個(gè)目的，提供了一種地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以改善薄層情況下震動(dòng)記錄的顯示狀況，其中用一系列重疊的短窗口傅里葉變換，將數(shù)據(jù)分解成為一系列傅里葉變換二維線或三維體，由此提供薄層部分的改進(jìn)描圖法。圖6介紹了本實(shí)例應(yīng)用于三維地震數(shù)據(jù)的大致情況。但本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，同樣的方法也可以用于二維地震線，改進(jìn)該處所含薄層反射的可視性。如圖6和上文揭示的，本實(shí)例的第一步包括解譯器描繪抽樣震層的即時(shí)邊界。如前所述，這樣的描圖會(huì)得到單條地震線的震動(dòng)數(shù)據(jù)立方體或矩形片。
本實(shí)例中，對(duì)每條震道并不是應(yīng)用一個(gè)單窗口傅里葉變換，而是用到了一系列重疊的短窗口傅里葉變換。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，窗口長(zhǎng)度和重疊的個(gè)數(shù)也各不相同，但同樣，窗口長(zhǎng)度不必等于2的冪，而應(yīng)進(jìn)行選擇，以便能對(duì)下面的地質(zhì)狀況作最佳描繪。注意，在進(jìn)行變換之前，權(quán)重應(yīng)可選擇性地加到每個(gè)短窗內(nèi)的數(shù)據(jù)上，并且同樣，高斯權(quán)重是較佳的選擇。
如圖6指出的，經(jīng)過每個(gè)短窗傅里葉變換計(jì)算，由此得到的系數(shù)分別存放于單個(gè)的調(diào)諧立方體中，這些調(diào)諧立方體應(yīng)分別保持相伴于產(chǎn)生它們的短窗。注意，在本例中，有多少重疊的分析窗口，就會(huì)有多少調(diào)諧立方體產(chǎn)生。如果需要，則應(yīng)對(duì)每個(gè)調(diào)諧立方體中的每個(gè)頻率面分別進(jìn)行定標(biāo)。
每個(gè)由活動(dòng)窗口產(chǎn)生的短窗調(diào)諧立方體，應(yīng)象對(duì)前面第一個(gè)實(shí)例所建議的，可以被單獨(dú)精確檢驗(yàn)。同樣，應(yīng)通過水平薄片或恒頻圖，能對(duì)每個(gè)立方體進(jìn)行檢測(cè)，這樣提供了一種利用頻率使地質(zhì)變化顯化的方法。進(jìn)而，由于有了在震道上不同時(shí)間點(diǎn)處算出的一個(gè)調(diào)諧立方體族，實(shí)際上也就產(chǎn)生了一個(gè)增大地下深度的調(diào)諧立方體族。
最后，按照本發(fā)明的第三個(gè)目的，提供了一種地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以改善薄層情況下震動(dòng)記錄的顯示狀況，其中用一個(gè)短窗傅里葉變換，將數(shù)據(jù)分解成為一系列傅里葉變換二維線或三維體，然后重組為單頻率調(diào)諧立方體，由此提供了對(duì)薄層部分的改進(jìn)描述。
如圖7所大致介紹的，本實(shí)例中的第一步恰與前兩個(gè)實(shí)例中的相同首先解譯數(shù)據(jù)，然后建立子集。之后，從抽樣層中的地震數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算一系列重疊的短窗傅里葉變換；在計(jì)算變換之前，還可任選地對(duì)每個(gè)窗口內(nèi)應(yīng)用加權(quán)或減弱。在前面實(shí)例中，每個(gè)短窗變換得到的系數(shù)都進(jìn)行累加。然而在本例中，不是將所得的傅里葉變換系數(shù)當(dāng)作調(diào)諧立方體，而是數(shù)據(jù)重組為單頻能量立方體，這樣可以在水平面或垂直面內(nèi)查找薄層影響的證據(jù)。
更特殊地，本發(fā)明人所考慮的重組，從概念上包含著從所有調(diào)諧立方體中提取各個(gè)對(duì)應(yīng)于特定頻率的水平薄片。其后，將這些單個(gè)的同頻薄片“疊放”在一起，最上邊的一片含有從最上邊活動(dòng)窗口計(jì)算出的系數(shù)，第二片含有從頂部下方第一個(gè)活動(dòng)窗口計(jì)算得出的系數(shù)，等等。注意，重組之后，系數(shù)體組織成為“X-Y”和時(shí)間的單元。這是由于縱軸表示產(chǎn)生特定系數(shù)的活動(dòng)窗口的“時(shí)間”順序。
為了利用按上述步驟所構(gòu)成單頻調(diào)諧立方體所帶的信息，地震解譯員會(huì)選擇一種頻率及與其相應(yīng)的震動(dòng)體(如可能選擇對(duì)應(yīng)于10Hz和/或11Hz的系數(shù)值，等等)。每個(gè)“恒頻立方體可從平面視圖或水平視圖，或其它任意方式進(jìn)行檢測(cè)，這樣就提供了一種方法，可對(duì)特定頻率顯化水平延伸的地質(zhì)變化。
在所有上述實(shí)例中，由于變換前的初始震道是空間上相關(guān)的，這個(gè)事實(shí)便為本發(fā)明提供了新的用途，認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)很重要。特別是，眾所周知，短窗傅里葉變換系數(shù)本身帶有大量雜波，與長(zhǎng)窗變換相比頻率清晰度很差。為提高變換后數(shù)值的可靠性，本發(fā)明人所采用的一種方法是對(duì)轉(zhuǎn)換前的數(shù)據(jù)值加上高斯權(quán)重。不過，本發(fā)明人所采取的另一同樣重要的步驟是，在數(shù)據(jù)體內(nèi)顯示出象輸入數(shù)據(jù)那樣具有同樣空間相關(guān)性的系數(shù)。由于這樣顯示的震道包含空間相關(guān)的信息，將它們鄰接顯示可以使在觀察時(shí)消除雜波，得到潛在的清晰信號(hào)信息。
最后，盡管本發(fā)明中是根據(jù)離散的傅里葉變換形式進(jìn)行討論的，在實(shí)際中，有多種恰好也可以這樣用的離散時(shí)間數(shù)據(jù)變換，傅里葉變換只是其中之一。一般的步驟為(1)計(jì)算短窗變換(2)將所得變換系數(shù)統(tǒng)一為數(shù)據(jù)體(3)從該體中查找薄層影響的跡象；這些步驟均用除傅<p>表Ⅲ在D&H F-300W燈(N/25 mm)下經(jīng)過1次后的環(huán)粘法(Loop Tack)
*最大負(fù)載(Zippery Tack)表Ⅳ在F-300W D+H球燈的聯(lián)合下經(jīng)過1次輻照后的SAFT結(jié)果(不銹鋼/500g/℃)(在空氣存在下輻照)
nm=未測(cè)定借助另一個(gè)具體例子，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，離散傅里葉變換也可代之以離散的沃爾什變換，沃爾什系數(shù)也類似進(jìn)行分組、顯示、分析。按上面揭示的方式，可以在一系列重疊的活動(dòng)窗口內(nèi)進(jìn)行沃爾什變換，由此而得的系數(shù)經(jīng)過組織，存儲(chǔ)至調(diào)諧立方體。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員用這些系數(shù)代表類似的量“序列”，而不是用這些所得變換系數(shù)代表頻率。這樣，“單序列”調(diào)諧立方體可由沃爾什變換系數(shù)形成，其方式與構(gòu)成傅里葉調(diào)諧立方體的方式完全類似。下文中將這些“同頻(或更一般地說，同原函數(shù))調(diào)諧立方體”稱為單正交原函數(shù)調(diào)諧立方體。
最后，盡管離散的傅里葉變換具有正交原函數(shù)集的特征，但在變換前對(duì)原函數(shù)所施加的非無(wú)效權(quán)函數(shù)則破壞了其正交性。按傳統(tǒng)理論，對(duì)窗口所加權(quán)函數(shù)被視為加于原函數(shù)，而不是加于數(shù)據(jù)，以保護(hù)下面數(shù)據(jù)的整體性。但是，正交的原函數(shù)在加權(quán)后通常不能再正交。亦即，實(shí)際上無(wú)論是對(duì)數(shù)據(jù)還是對(duì)原函數(shù)加權(quán)函數(shù)，變換所得最終結(jié)果恰好相同。
為避免對(duì)離散的正交交換加權(quán)時(shí)產(chǎn)生的較小的理論困難，要選擇一個(gè)不受此影響的正交變換/加權(quán)的二者結(jié)合。按照例子，對(duì)局部進(jìn)行的余弦(或局部的正弦)變換是一種離散的正交變換，其中選用的權(quán)函數(shù)呈平滑、精細(xì)遞減形式，這樣就在頻率清晰度有所下降的情況下，保持了原函數(shù)的正交性，進(jìn)而，本身余弦/正弦變換蘊(yùn)含的基本原理也為通向普遍的子波變換領(lǐng)域架起了理論之橋。
圖1為概述薄層問題原理的示意圖；圖2示出了典型的地震道，并對(duì)比了由其計(jì)算得出的長(zhǎng)、短窗譜線；圖3概述了如何在頻域上表達(dá)對(duì)薄層發(fā)射地震子波的反應(yīng)情況；
圖4包括簡(jiǎn)化的震動(dòng)狹縮模型，其產(chǎn)生的褶積反應(yīng)，及這種褶積反應(yīng)的頻域表示；圖5為介紹本實(shí)例大致方法的示意圖；圖6為介紹本發(fā)明所選實(shí)例如何用于勘探的示意圖；圖7為介紹另一實(shí)例的示意圖；圖8為介紹本實(shí)例的流程圖；圖9為介紹移動(dòng)恒頻薄片過程中，薄層形狀的示意圖；圖10介紹為恒頻薄片定標(biāo)以改進(jìn)變換后數(shù)據(jù)的地質(zhì)內(nèi)容的一般方法；圖11為介紹另一實(shí)例的示意圖。
本發(fā)明提供了一種利用離散傅里葉變換處理地震數(shù)據(jù)的方法，由此改進(jìn)了其作為薄層探測(cè)器的用途。
按照本發(fā)明的第一種方案，提供了一種利用離散的傅里葉變換改進(jìn)和檢測(cè)地層效應(yīng)的方法。其中對(duì)抽樣層確定的窗口進(jìn)行了一次傅里葉變換，由此得到的系數(shù)用新的方式顯示出。如圖5中大致介紹的，令x(k,j,nt)代表一個(gè)三維地震數(shù)據(jù)體，其中k=1,K，而j=1,J代表在給定三維體內(nèi)確定特定震道的指針。僅舉例，這些指針也許是沿著線上和與線相交的位置數(shù)字，盡管其它定位法也是可能的。變量“nt”用來(lái)表示每條地震道內(nèi)的時(shí)間(或深度)位置，nt=0,NTOT-1，在單條震道上所有樣本點(diǎn)的數(shù)字。連續(xù)值x(k,j,nt)(即抽樣率)之間的時(shí)間間隔用△t表示，其中△t按習(xí)慣以毫秒為單位。這樣，三維體內(nèi)每條震道均包括(NTOT)*△t毫秒個(gè)數(shù)據(jù)記錄，第一個(gè)樣本按習(xí)慣取自“零”時(shí)刻。需要聲明，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，根據(jù)這里揭示的發(fā)明，一些尤其適于分析的地震數(shù)據(jù)并不是按“時(shí)間”排序的。僅舉例說明，利用深度遷移程序處理過的震動(dòng)數(shù)據(jù)樣本是按照深度增量△z的順序存儲(chǔ)到地震道中的。然而，本發(fā)明能夠而且已經(jīng)被完全按此種方式應(yīng)用于這類數(shù)據(jù)中。這樣，在下文中，使用△t(及“時(shí)間”)具有更廣泛的意義，表示連續(xù)的數(shù)字樣本的間隔，而不必關(guān)心這種間隔采用的是什么計(jì)量方式。
開始時(shí)，勘探人員和震動(dòng)解譯員要從三維體中選出抽樣層。僅舉例說明，這一步可通過數(shù)字化時(shí)間選取(“拾取”)震動(dòng)現(xiàn)象來(lái)完成，選取范圍可以是數(shù)字化圖表，或更普遍地，從震動(dòng)工作站中選取。在選取到一例后，勘探人員就試圖精確定出從每條地震道上所呈現(xiàn)出的同一反射體的特征(如波峰，波谷，零交叉等)其最終目標(biāo)是產(chǎn)生包含時(shí)間和表面位置信息的計(jì)算機(jī)文件，這些信息在二維面和三維體內(nèi)追蹤著地震活動(dòng)。如圖11所示，對(duì)于給定的這類信息，計(jì)算機(jī)程序可設(shè)計(jì)為，在數(shù)據(jù)體內(nèi)為任意一條震道讀出選取到的數(shù)據(jù)并找出抽樣層；和/或演示本發(fā)明的方法。上述程序可由磁盤、磁帶、光盤或CD-ROM裝入計(jì)算機(jī)中。
作為替換手段，解譯人員還可以在整個(gè)體內(nèi)設(shè)定所研究震動(dòng)的起止時(shí)間范圍，形成一個(gè)抽樣“立方體”，該“立方體”在通常意義上代表初始三維勘測(cè)體的三維子體。為介紹起見，盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，后面討論的同樣技術(shù)可簡(jiǎn)單地應(yīng)用于非恒時(shí)窗口，在下面的討論中還是要假設(shè)已提取出了三維子立方體。同樣為了介紹所公開的技術(shù)，需假設(shè)提取后的時(shí)標(biāo)抽樣層范圍，要從三維子體的第一個(gè)樣本到最后一個(gè)，即下文所述的樣本號(hào)“N”。同樣，盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到在通常情況下，抽樣層的延伸范圍只是三維體的一部；但在后文中還是要假設(shè)抽樣層出現(xiàn)于子體中的每條震道上。
抽樣層確定后，第二步是選擇傅里葉變換窗口的長(zhǎng)度，下文均以“L”表示。一般而言，變換窗口的長(zhǎng)度應(yīng)僅為能夠反映抽樣層全部所絕對(duì)必要的。習(xí)慣上按計(jì)算方便來(lái)選擇傅里葉變換的長(zhǎng)度，通常限定為2的整數(shù)冪(如32,64,128等)，這樣便于使用快速簡(jiǎn)便的FFT算法，而不選用稍繁一些的混合基(mixed radix)傅里葉變換或更繁的常規(guī)離散傅里葉變換。但是在本發(fā)明中，發(fā)明人特意指出，不要將所選窗口的長(zhǎng)度按慣例擴(kuò)展為2的整數(shù)冪，而是采用更一般的離散傅里葉變換。需聲明，在下面的討論中，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知道，當(dāng)需要用到離散的傅里葉變換時(shí)，如條件許可便用FFT算法。否則如果所選窗口長(zhǎng)度不是2的整數(shù)冪，就使用一般的離散傅里葉變換或混合基變量(mixed radix variant)。
在開始傅里葉變換前，應(yīng)建立一個(gè)備用存儲(chǔ)空間，用以存放算得的傅里葉系數(shù)。為了將所得變換系數(shù)存放在震道中，必須要為每條震道提供的最小輔助存儲(chǔ)空間，其大小應(yīng)能顯示L個(gè)計(jì)算機(jī)字。如果震動(dòng)數(shù)據(jù)值或變換結(jié)果必須按雙倍(或更高)精度保存，則還需要更大的存放區(qū)。需要解釋的是，對(duì)于長(zhǎng)度L的實(shí)數(shù)時(shí)間級(jí)數(shù)進(jìn)行傅里葉變換，需要L/2個(gè)復(fù)數(shù)值的存儲(chǔ)空間，其中每一個(gè)通常應(yīng)有兩個(gè)計(jì)算機(jī)字的空間。實(shí)際上只有[(L/2)-1]個(gè)單值復(fù)數(shù)值，而不是L個(gè)，因?yàn)閷?duì)于實(shí)數(shù)時(shí)間級(jí)數(shù)與正負(fù)頻率對(duì)應(yīng)的傅里葉變換系數(shù)是直接相關(guān)的它們是一對(duì)共軛復(fù)數(shù)。此外，有兩個(gè)實(shí)數(shù)值可一起存放于一個(gè)復(fù)數(shù)值長(zhǎng)度內(nèi)，它們是零(“dc”)赫茲系數(shù)和尼奎斯特(Nyquist)頻率處的系數(shù)。最后，如果L是奇數(shù)，則單數(shù)據(jù)值的數(shù)目為[(L+1)/2]個(gè)。如果在抽樣層(子立方體)中總計(jì)有J×K條地震道，則需要的備用存儲(chǔ)區(qū)的總數(shù)，至少應(yīng)該是按計(jì)算機(jī)字得出的L,J，與K的乘積。本實(shí)例中令級(jí)數(shù)A(k,j,nt)表示備用存儲(chǔ)區(qū)容量。
如圖8所示，運(yùn)算的第一步是從以下子體中取得的輸入震道x(j,k,nt)上提取抽樣層數(shù)據(jù)值；該子體為y(nl)=x(j,k,nl),nl=0,L-1備選權(quán)函數(shù)為y(nl)=y(nl)w(nl),nl=0,L-1其中，數(shù)值y(nl)為暫存區(qū)。(注意，本實(shí)例中分析窗長(zhǎng)度等于抽樣層長(zhǎng)度。)權(quán)函數(shù)w(t)-或也被稱為數(shù)據(jù)窗-可以取許多種形式。一些較常見的數(shù)據(jù)窗口類型有Hamming,Hanning,Parzen,Bartlett和Blackman型。每種窗函數(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。但本發(fā)明人出現(xiàn)，在本項(xiàng)應(yīng)用中高斯窗口從許多角度看都是最好的。高斯權(quán)函數(shù)由下式定義w(nl)=σ3e-(nl-1/2)2/σ2,nl=0,L-1]]>其中，σ1=L6,σ2=2σ12,σ3=12πσ1]]>但通常權(quán)函數(shù)應(yīng)該為實(shí)函數(shù)，且在零點(diǎn)無(wú)定義。
應(yīng)用權(quán)函數(shù)值后，離散傅里葉變換即可按下列標(biāo)準(zhǔn)式進(jìn)行計(jì)算X(n)=Σk=0L-1y(k)e-2πikn/L,n=-L2,···,0,···,L2-1]]>其中X(n)表示傅里葉變換在頻率fn時(shí)的復(fù)系數(shù)，即該頻率依賴于窗口長(zhǎng)度L。通常眾所周知，傅里葉變換產(chǎn)生的復(fù)系數(shù)，在以下傅里葉頻率時(shí)提供了對(duì)譜線振幅的估值。f(n)=nL(Δt/1000),n=-L2,···,0,···L2-1]]>在此應(yīng)注意到，地震道上的額定取樣間隔△t不應(yīng)等于在勘測(cè)范圍內(nèi)獲取數(shù)據(jù)的取樣間隔。例如，實(shí)際中通常在對(duì)地震道重新取樣時(shí)，選擇較大的取樣間隔，這樣當(dāng)在最高的記錄頻率上幾乎沒有有用的信息時(shí)，可以保護(hù)存儲(chǔ)內(nèi)容。另一方面，有些情況下，例如當(dāng)?shù)卣鸬佬枧c其它(更高的取樣率)直線結(jié)合時(shí)，則可按較低的取樣率重新取樣。在兩種情況下，數(shù)據(jù)的額定取樣率可能都不能準(zhǔn)確反映實(shí)際譜線帶寬。對(duì)前式的一個(gè)簡(jiǎn)單調(diào)整就容納了這種偶然性fn=nLFmax,n=-L2,···,0,···L2-1]]>其中Fmax是數(shù)據(jù)中所含的最高頻率。
由于地震道是個(gè)“實(shí)的”函數(shù)(即，不是虛的)，其傅里葉變換是對(duì)稱的，與正負(fù)頻率對(duì)應(yīng)的傅里葉系數(shù)有如下關(guān)系RE[X(fn)]=RE[X(f-n)]及IM[X(fn)]=-IM[X(f-n)]其中RE[z]是提取復(fù)數(shù)z實(shí)部的函數(shù)，IM[z]是提取虛部的函數(shù)。由這個(gè)關(guān)系可知，在每個(gè)傅里葉變換窗內(nèi)只得到了L/2-1個(gè)單值。因此，為了便于研究特性，下面討論中將只考慮正頻率，盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，只利用負(fù)頻也可得到同樣的結(jié)果。
下一步處理過程包括將算得的復(fù)數(shù)頻率值置入備用存儲(chǔ)級(jí)數(shù)。這些震道上充滿了如下形式算出的傅里葉變換復(fù)系數(shù)A(j,k,L)=X(i),i=0,L/2其中，“j”和“k”相當(dāng)于與原始數(shù)據(jù)震道對(duì)應(yīng)的指針。實(shí)際中，級(jí)數(shù)A(j,k,i)可能從未完全在RAM(隨機(jī)存儲(chǔ)器)中保存過，但可能全部或部分地位于磁帶、磁盤、光盤或其它存儲(chǔ)設(shè)備上。另外，由于這里選用的薄層顯示需要用到頻率譜線，而不是復(fù)數(shù)值，故在將每個(gè)系數(shù)置入備用存儲(chǔ)級(jí)數(shù)A(j,k,i)=|X(i)|,i=0,L/2的同時(shí)計(jì)算復(fù)數(shù)模會(huì)較為簡(jiǎn)便。然而，在許多場(chǎng)合下復(fù)系數(shù)是必要且有用的。于是如圖8所示，復(fù)系數(shù)被優(yōu)先存入了備用存儲(chǔ)區(qū)。
上述方案要對(duì)設(shè)定的子體內(nèi)的每條震道重復(fù)使用，這樣備用存儲(chǔ)級(jí)數(shù)中就裝滿了變換系數(shù)，供勘探人員檢測(cè)。然而，在觀察結(jié)果之前，要用新的方式對(duì)數(shù)據(jù)優(yōu)先定標(biāo)，這樣，變換系數(shù)中的地質(zhì)信息就變得與子波的作用相關(guān)了。圖10介紹了這種包含于頻域定標(biāo)中的通用方法。這里揭示的定標(biāo)法，能夠使每個(gè)頻率薄片中譜線振幅的平均值相等，由此便得到白化的子波譜線。如圖8所詳細(xì)介紹的，設(shè)T(j,k,i)表示將把整個(gè)調(diào)諧立方體存入其中的暫時(shí)存儲(chǔ)級(jí)數(shù)。對(duì)于已知的頻率薄片i，計(jì)算其中譜線振幅的平均值YAVG=1JKΣJ=1JΣK=1K|T(j,k,i)|]]>因T(j,k,i)可能取到復(fù)數(shù)值，所以譜線振幅已算出。第二步，在這個(gè)特定的頻率薄片中對(duì)數(shù)字進(jìn)行調(diào)整，使它們的平均值等于用戶預(yù)先設(shè)定的常數(shù)，表示為變量AVGT(j,k,i)=AVGTAVGT(j,k,i),j=1,J,k=1,K,]]>其中所設(shè)定符號(hào)用來(lái)指出，級(jí)數(shù)T(j,k,i)已經(jīng)過調(diào)整。在實(shí)際中，AVG被設(shè)為特定的數(shù)值，例如100。在調(diào)諧立方體中，要對(duì)每個(gè)頻率薄片(i=0,L/2)分別重復(fù)使用這種標(biāo)定法。這一過程的結(jié)果是，每個(gè)薄片具有相同的平均振幅，并完成了一種對(duì)譜線的配平。注意，這種同頻率定標(biāo)法只是可應(yīng)用調(diào)諧立方體數(shù)據(jù)的一種定標(biāo)算法，本發(fā)明人己考慮到，用其它方法也許會(huì)更好一些。舉例說，不計(jì)算薄片中某項(xiàng)的算術(shù)平均值，而用另外的中央趨向特性或其它任意統(tǒng)計(jì)量(如中值，最頻值，幾何均值，偏離值，等等)也都是等效的。再舉一例，不是將各個(gè)頻率薄片中的平均值設(shè)為等于同一常數(shù)，而是設(shè)每個(gè)薄片可以等于不同的平均常數(shù)，這樣就在譜線中突出了一些頻率，消除了另外一些。
如果用標(biāo)準(zhǔn)的傅里葉逆變換將定標(biāo)后的調(diào)諧立方體數(shù)據(jù)返回到時(shí)間域上，就得到原始輸入地震道的譜平衡型式。令X(n)代表由前述處理方法得到的變換系數(shù)定標(biāo)組，該組系由定標(biāo)調(diào)諧立方體內(nèi)位置(j,k)處取得。則輸入數(shù)據(jù)的譜白化型式可由下式表示，x′(j,k,nl)=1L*1w(nl)·Σk=0l-1X(k)e+2πik(nl)/L,nl=0,L-1]]>其中x′(j,k,nl)代表輸入數(shù)據(jù)x(j,k,nl)調(diào)整后(譜平衡)的型式。除數(shù)w(nl)在這里消除了變換前所加權(quán)函數(shù)的影響。如果正變換前未進(jìn)行加權(quán)，則該項(xiàng)可省略。
然而，這里選取的用法，其好處并不在于對(duì)定標(biāo)調(diào)諧立方體的逆變換，而在于作為勘測(cè)薄層的工具。在所有震道經(jīng)過處理并放入備用存儲(chǔ)區(qū)后，水平的(恒頻)對(duì)應(yīng)第i個(gè)頻率的振幅片Si(j,k)即可從A(j,k,I)中提出，用以檢測(cè)和/或動(dòng)態(tài)化Si(j,k)=|A(j,k,i)|通過將這些薄片動(dòng)態(tài)化(即連續(xù)快速地檢測(cè))薄層即可象那些在高低振幅值間連續(xù)變動(dòng)的參數(shù)一樣，進(jìn)行重新組建。進(jìn)而，對(duì)于許多類薄層，有一種特別的移動(dòng)凹槽的模式，可以清晰地預(yù)示由薄層產(chǎn)生了參數(shù)。注意，在此處揭示的方法中，當(dāng)將薄片進(jìn)行動(dòng)態(tài)化檢測(cè)時(shí)，最好按頻率對(duì)薄片排序(嚴(yán)格升或嚴(yán)格降)。
圖9介紹了這種縝密移動(dòng)型式的基本狀態(tài)，圖9a包括了透鏡型地質(zhì)薄層模型，圖9b對(duì)所述模型進(jìn)行程式化的傅里葉變換，其中只畫出了凹槽。如前所述，凹槽為周期性的，其周期等于所在處模型暫時(shí)厚度的倒數(shù)?，F(xiàn)在考慮圖9a中的模型，代表了三維(圓盤狀)徑向?qū)ΨQ模型的二維斷面，圖9b是同樣徑向?qū)ΨQ的所述三維模型傅里葉變換的一維曲線組。如果按圖示，將標(biāo)號(hào)平面1的恒頻在數(shù)據(jù)體內(nèi)移動(dòng)，則平面視圖上將顯示出與第一個(gè)凹槽對(duì)應(yīng)的低振幅圓區(qū)。平面2穿過兩個(gè)凹槽，呈現(xiàn)出兩個(gè)低振幅圓區(qū)。最后，平面3包括三個(gè)低振幅圓區(qū)，對(duì)應(yīng)于它所截的三個(gè)凹槽。現(xiàn)在如果按頻率遞增順序快速連續(xù)觀察這些薄片，就會(huì)有一種生出“牛眼”狀圖案的視覺印象，其中環(huán)從中心向外運(yùn)動(dòng)。這種凹槽運(yùn)動(dòng)圖案對(duì)于薄層是細(xì)密的。
如果薄層不是圓型，可以考察一種相關(guān)圖案。這樣呈現(xiàn)出的將不是同心圓，而是一系列從厚區(qū)向薄區(qū)連續(xù)移動(dòng)的凹槽。例如，將圖9當(dāng)作透鏡型氣道的截面圖。從連續(xù)的頻率薄片視圖上看，沿其長(zhǎng)度方向會(huì)看到一種向外運(yùn)動(dòng)的凹槽-即從管道中心朝向邊緣的圖案。
要注意到，如果薄層是非勻質(zhì)的，例如，如含有速度的遞增或遞減，就將不再出現(xiàn)勻質(zhì)薄層那種特征鮮明的“凹槽”圖案，而顯示出有一些不同的頻率域。在這些情況下，確定反應(yīng)特征的較好方式是建立該活動(dòng)的模型，進(jìn)行傅里葉變換，如前面圖4所示的。利用這些信息，勘探人員可對(duì)預(yù)定的反應(yīng)考察動(dòng)態(tài)化的調(diào)諧立方體。
凹槽圖案不僅可以高質(zhì)量地指出均質(zhì)薄層，而且它還可以對(duì)薄層范圍進(jìn)行量化測(cè)算?；氐綀D9中，注意到凹槽由模型的最外層邊緣在水平方向上限定。這樣，追蹤觀察疊放在一起的頻率薄片，并注意到凹槽運(yùn)動(dòng)的最外界限，就可以得到地層范圍的量化估計(jì)。
以上就是在實(shí)際地震數(shù)據(jù)體內(nèi)可觀察到的顯著視覺效果。由于典型的非薄層情況內(nèi)有一些始終存在的緩慢變化的振幅譜線，薄層反映很明顯，可容易地確定。注意到在本實(shí)例中，在一個(gè)窗口對(duì)整個(gè)抽樣層作了計(jì)算，在抽樣層內(nèi)薄層的實(shí)際時(shí)標(biāo)位置(即深度)并不十分重要。如果薄層位于該抽樣層內(nèi)，則該窗口的譜線上將顯示出移動(dòng)凹槽的特征圖案。本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，移動(dòng)某參數(shù)的時(shí)間位置不會(huì)改變其振幅譜線。進(jìn)而，它只引起相位變化，如果振幅譜線已被計(jì)算、檢測(cè)過，則這種相位變化就不明顯。
用動(dòng)態(tài)平面視圖顯示振幅譜線的作法，也可以代之以實(shí)例與其它任何數(shù)量的參量一使用，這些參量通過存儲(chǔ)于調(diào)諧立方體內(nèi)的復(fù)數(shù)值算出。舉例說明，復(fù)變換系數(shù)的相位提供了確定薄層參數(shù)的另一種方法，更一般地，也適用于巖塊的水平間斷性。相位調(diào)諧立方體如下計(jì)算P(j,k,i)=tan-1[IM(A(j,k,i))RE(A((j,k,i))]]]>其中P(j,k,i)包含初始調(diào)諧立方體中截各點(diǎn)上傅里葉變換的復(fù)系數(shù)的相位部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員很久以來(lái)都利用相位視圖幫助找出特殊反射體，相位視圖體現(xiàn)了震動(dòng)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。但在本實(shí)例中，能指出所在處巖塊水平變動(dòng)的是譜線相位反應(yīng)水平方向上的非連續(xù)性，這類巖層中，薄層截尾是個(gè)典型例子。從動(dòng)態(tài)平面視圖上看到，臨近水平層邊緣處的相位值顯得相當(dāng)“不穩(wěn)定”表現(xiàn)出具有異常的一階導(dǎo)數(shù)。這樣，薄層邊緣和更通常的巖塊水平間斷性(如斷層、裂縫、不一致性、不整合性，等等)，表現(xiàn)出與周圍相位值形成對(duì)比的相位，因此較容易確定。這個(gè)特性既可以用于自身，確定水平邊界，也可與振幅譜調(diào)諧立方體銜接銜使用，確定所在點(diǎn)巖塊變化的存在。
最后，本發(fā)明人預(yù)見，此處揭示的調(diào)諧立方體技術(shù)可以導(dǎo)致對(duì)震動(dòng)反射數(shù)據(jù)的新認(rèn)識(shí)。這個(gè)調(diào)諧立方體(無(wú)論包含相位還是振幅數(shù)據(jù)的)可經(jīng)顯示和檢驗(yàn)，與地下的巖石成分，巖石性質(zhì)，地層結(jié)構(gòu)及巖層地質(zhì)狀況建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。同樣地，存儲(chǔ)于調(diào)諧立方體中的傅里葉變換值可以被進(jìn)一步利用，產(chǎn)生在勘探工作中有用的新震動(dòng)參量。僅舉例說明，可從調(diào)諧立方體數(shù)據(jù)算出的參量包括譜線振幅或相位的平均值，及其它任意數(shù)量的參量。本發(fā)明中這一點(diǎn)的重要性，在下文中還有詳盡論述。在地震解譯工作中眾所周知，地震反射體性質(zhì)的空間變化，通常在經(jīng)驗(yàn)上與蓄積巖性及溶質(zhì)成分有關(guān)。由于反射特征產(chǎn)生這些變化的精確物理原理不易理解，實(shí)用中解譯員通常計(jì)算各種震動(dòng)參量，然后描點(diǎn)繪圖，尋找有預(yù)言性價(jià)值的參量。從調(diào)諧立方體計(jì)算得來(lái)的參量，表示了對(duì)反射體特性的局部分析(實(shí)際上由短窗計(jì)算得出)，因此，對(duì)解譯工作的進(jìn)步可能極為重要。
按照本發(fā)明中的第二個(gè)方案，提供了一種突出薄層作用的方法，這時(shí)用到的離散傅里葉變換中，從涵蓋了抽樣層的窗口計(jì)算得到一系列的活動(dòng)短窗傅里葉變換，并用新方式顯示。圖6中大致介紹了這種方法，其詳細(xì)過程示于圖8。從概念上講，本實(shí)例可被看作產(chǎn)生了一系列前面揭示的這種類型的調(diào)諧立方體，對(duì)每個(gè)用戶設(shè)定的傅里葉變換的窗口位置有一個(gè)調(diào)諧立方體。
同樣，X(k,j,n)表示三維地震數(shù)據(jù)體，“L”表示給定活動(dòng)窗口傅里葉變換的長(zhǎng)度。在本實(shí)例中，“L”通常要明顯短于抽樣層長(zhǎng)度N。同前一樣，傅里葉變換窗口長(zhǎng)度，不是按計(jì)算簡(jiǎn)便，而是為了描繪地下特定種類薄層參數(shù)的目的來(lái)選擇的。舉例說，一個(gè)合理的變換長(zhǎng)度起始點(diǎn)，應(yīng)該是剛剛能夠跨越抽樣層內(nèi)最“厚”的薄層的長(zhǎng)度。注意到在例如波形不是很緊密的情況下，有必要增加其最小長(zhǎng)度。在后一種情況下，窗口的最小長(zhǎng)度可增加至樣本中所測(cè)子波的長(zhǎng)度。
整數(shù)變量NS表示用于連續(xù)窗口的樣本增量，例如，如果NS等于1，就對(duì)抽樣層內(nèi)各個(gè)可能的起始點(diǎn)進(jìn)行短窗口傅里葉變換，相繼的窗口只存在一個(gè)樣本之差。如果NS等于2，則相繼的兩個(gè)窗口共用除兩個(gè)數(shù)據(jù)值外的全部相同數(shù)據(jù)值，在抽樣層內(nèi)每相隔一個(gè)起始點(diǎn)處進(jìn)行變換。
本實(shí)例中傅里葉變換系數(shù)如下求得。從一條特定地震道的抽樣層頂部開始，對(duì)抽樣層內(nèi)每個(gè)可能位置，進(jìn)行一系列長(zhǎng)度為L(zhǎng)的活動(dòng)窗傅里葉變換。如圖8所示，設(shè)整數(shù)變量“M”為副變量，表示瞬時(shí)活動(dòng)窗口數(shù)量。開始時(shí)設(shè)M等于1，來(lái)標(biāo)明第一個(gè)活動(dòng)窗口的位置。
現(xiàn)在，對(duì)于震動(dòng)數(shù)據(jù)子體x(j,k,i)內(nèi)位置(j,k)處的震道，可提取第M個(gè)活動(dòng)窗口的數(shù)據(jù)，移至臨時(shí)存放區(qū)，該活動(dòng)窗口開始于樣本數(shù)字(M-1)*NSy(nl)=x(j,k(M-1)*NS+nl),nl=0,L-1繼而進(jìn)行傅里葉變換。如前面所揭示的，在進(jìn)行變換之前，權(quán)函數(shù)可選擇加到數(shù)據(jù)上。對(duì)于固定的M值，將前述計(jì)算加于子體內(nèi)的每條震道，將在這個(gè)特定窗口位置產(chǎn)生調(diào)諧立方體。同樣，增大M，使整個(gè)數(shù)據(jù)體再次進(jìn)行此種計(jì)算，得到另一個(gè)完整的調(diào)諧立方體。這一次是對(duì)前面窗口下面開始NS樣本的窗口位置計(jì)算的。
現(xiàn)在可將傅里葉系數(shù)放入備用存儲(chǔ)區(qū)，等待檢測(cè)。上面引入的符號(hào)要做小的調(diào)整，以保證若干個(gè)窗口可能被加到各條單獨(dú)震道上。令A(yù)M(j,k,i)代表傅里葉變換系數(shù)集的值，這些變換系數(shù)是從第“M”個(gè)算得窗口位置的抽樣層內(nèi)全部震道上取得的。注意到為此級(jí)數(shù)劃分到的存儲(chǔ)空間已經(jīng)大大增加了。這樣，存儲(chǔ)總量依賴于為每條震道算得的活動(dòng)窗口數(shù)目，即NW；并且所能存儲(chǔ)的字總量必須至少是NWL,J和K的乘積存儲(chǔ)量=(NW)(L)(J)(K)如前注明的，AM(j,k,i)完全有可能從未完整保存于RAM中，而是一部分在RAM中，其余部分則存于盤中。
用上面引入的級(jí)數(shù)符號(hào)，并再假設(shè)加權(quán)數(shù)據(jù)的傅里葉變換存于X(i)，震道(i,j)第M個(gè)窗口的變換系數(shù)存放于級(jí)數(shù)位置AM(j,k,i)=X(i),i=0,L/2再次，存于AM(j,k,i)眾多調(diào)諧立方體中的單個(gè)頻率薄片，在用以檢驗(yàn)?zāi)M薄層前，用圖8揭示的方法較好地進(jìn)行了定標(biāo)。在各種情況下，水平的頻率薄片被單個(gè)定標(biāo)，以使其平均值等于特定常量，因此白化了譜線。
在對(duì)抽樣層內(nèi)地震道進(jìn)行處理后，可對(duì)每個(gè)調(diào)諧立方體單獨(dú)檢查，尋找薄層效應(yīng)的證據(jù)。如同以前一樣，通過檢驗(yàn)與不同頻率對(duì)應(yīng)的一系列水平薄片，在振幅譜線中即可確定薄層效應(yīng)。進(jìn)而，對(duì)于與每個(gè)窗口位置對(duì)應(yīng)的調(diào)諧立方體。這步可以單獨(dú)進(jìn)行，因此就得到一種常規(guī)指示法，顯出特定薄層參量的時(shí)間和空間延伸范圍。
按照本發(fā)明第三方案，提供了一種用離散傅里葉變換顯化薄層效應(yīng)的方法，所采用的方式在上面第二個(gè)實(shí)例中描述過；但還包括有另外的步驟，即在顯示和分析前將傅里葉變換系數(shù)組成一個(gè)單頻率體。圖7中大致介紹了這種方法。按在上述第二個(gè)實(shí)例中所揭示的，備用存儲(chǔ)級(jí)數(shù)AM(j,k,i)將裝滿傅里葉變換系數(shù)，并較好地進(jìn)行了定標(biāo)。
令F(j,k,m)表示從AM(j,k,i)中抽取的單頻體，其中有L/2+1個(gè)不同值(如果L為奇數(shù)則有(L+1)/2個(gè))，每個(gè)值代表一個(gè)長(zhǎng)度“L”的變換產(chǎn)生的傅里葉頻率。與第“i”個(gè)傅里葉頻率對(duì)應(yīng)的值從AM(j,k,i)取得如下F(j,k,m)=Am(j,k,I),m=1,NW,j=1,J,k=1,K實(shí)際上，級(jí)數(shù)F(j,k,m)可從概念上看作是從每個(gè)活動(dòng)窗口值中取得并按短窗副變量M的遞增順序?qū)⑺鼈儻B放在一起構(gòu)成的。
為了識(shí)別薄層而將數(shù)據(jù)這樣組織的好處是，它提供了一種確定薄層時(shí)間和空間位置的方法。解釋為，如前所述，抽樣層內(nèi)薄層的時(shí)標(biāo)位置并不影響其反應(yīng)在抽樣層頂部附近和底部附近的薄層都產(chǎn)生相同特征的振幅譜線。從確定薄層的角度看，這一點(diǎn)是有好處的，但從確定碳?xì)浠衔飪?chǔ)量的能力方面看，這樣做卻并不好，通?？偸堑貙訕?biāo)高較高的情況比較好。
然而，在本實(shí)例中，相同頻率薄片組成的體，是以“時(shí)間”作為其縱軸的變量M是與沿地震道下行的距離大致對(duì)應(yīng)的副變量。這種組織方法也提供了另一種用途，建立薄層參數(shù)所需的大約時(shí)間。
為了介紹，假設(shè)給定的薄層活動(dòng)在其頻率域內(nèi)有10赫茲的凹槽。則包含該地層的每個(gè)傅里葉變換短窗都顯示出同樣的凹槽。檢查由薄片組成的10赫茲體，會(huì)有包含這個(gè)凹槽的薄片域。這樣，在常數(shù)頻率體內(nèi)檢測(cè)連續(xù)的薄片，就有可能對(duì)所研究的反射體在時(shí)間上進(jìn)行局部化。更重要的是，如果已知特定凹槽發(fā)生于10赫茲頻率處，則可將10赫茲調(diào)諧立方體動(dòng)態(tài)化，并作為輔助手段檢測(cè)確定薄層的水平延伸范圍本頻率調(diào)諧立方體中所觀察到的凹槽的極限，確定了薄層的極限位置。
在前面討論中，都是按照對(duì)傳統(tǒng)的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程來(lái)表述的。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，這里描述的發(fā)明可以為其它應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)好處，用以確定除碳?xì)浠衔锿獾钠渌叵碌V藏的位置。僅舉例說明，這里描述的同樣手段，可用于處理和/或分析多成分地震數(shù)據(jù)、切變波數(shù)據(jù)、大地電磁數(shù)據(jù)、串井測(cè)量數(shù)據(jù)、滿波形聲波測(cè)井或前述各種的數(shù)字仿真模型。簡(jiǎn)而言之，這里揭示的處理方法可應(yīng)用于地球物理方面的單時(shí)間級(jí)數(shù)，帶來(lái)許多好處；但是最好將其應(yīng)用于空間相關(guān)的時(shí)間級(jí)數(shù)族，包括薄層問題。因此在以下說明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白，這里用到的“地震道”一詞具有廣泛的含義，可一般地應(yīng)用于地球物理方面的時(shí)間級(jí)數(shù)。
借助于幾個(gè)優(yōu)選的實(shí)例及附帶的圖，這項(xiàng)創(chuàng)造性的工具已作了論述，但是，除本文提及的外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不違背本發(fā)明的主旨情況下，還可能對(duì)此進(jìn)行各種變化和進(jìn)一步的完善。本發(fā)明主旨的范圍由下面的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1．一種勘探碳?xì)浠衔锏姆椒òㄒ韵虏襟E(a)從分布在預(yù)定的地層體內(nèi)的地震道集中選取一個(gè)代表，所述地震道包括至少由時(shí)間，位置，及振幅表征的數(shù)字樣本；(b)選擇一部分所述其中包含地震道的地層體，以此在所述地層體內(nèi)確定一個(gè)抽樣層；(c)在所述抽樣層內(nèi)利用離散的正交變換對(duì)所述地震道的至少一部分進(jìn)行變換，所述離散的正交變換得到多個(gè)變換系數(shù)；以及(d)將所述多個(gè)變換系數(shù)組織成為調(diào)諧立方體，用于地震勘探，其中所述調(diào)諧立方體可與計(jì)算機(jī)一起使用確定碳?xì)浠衔锏奶N(yùn)藏位置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)而還包括步驟；(e)顯示所述調(diào)諧立方體的至少一部分。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括步驟(e)以適于顯示的形式存儲(chǔ)所述變換系數(shù)，構(gòu)成調(diào)諧立方體。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(c)所述離散的正交變換(ⅰ)具有多個(gè)正交原函數(shù)，和(ⅱ)應(yīng)用于含有所述數(shù)字樣本窗口，得到與所述正交原函數(shù)相關(guān)的多個(gè)變換系數(shù)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述離散的正交變換為傅里葉變換。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中在利用所述離散的正交變換進(jìn)行變換之前，要對(duì)所述含有數(shù)字樣本的窗口進(jìn)行加權(quán)。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述權(quán)函數(shù)為高斯權(quán)函數(shù)。
8．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中步驟(d)包括在所述調(diào)諧立方體內(nèi)對(duì)所述變換系數(shù)進(jìn)行定標(biāo)的步驟。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在所述調(diào)諧立方體內(nèi)對(duì)所述變換系數(shù)進(jìn)行定標(biāo)的步驟包括如下步驟(ⅰ)從步驟(c)的原函數(shù)中選擇一個(gè)；(ⅱ)選擇至少兩個(gè)與步驟(ⅰ)中所述原函數(shù)對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)；(ⅲ)計(jì)算從步驟(ⅱ)中選得的全部變換系數(shù)的復(fù)數(shù)模；(ⅳ)由步驟(ⅲ)中算得的全部變換系數(shù)的模計(jì)算統(tǒng)計(jì)值；(ⅴ)由所述統(tǒng)計(jì)值計(jì)算標(biāo)定值；(ⅵ)將步驟(ⅱ)中所述變換系數(shù)乘以所述標(biāo)定值。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述統(tǒng)計(jì)值為全部變換系數(shù)所得模的算術(shù)平均值。
11．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中步驟(e)包括在通用平面媒體上記錄代表所述調(diào)諧立方體的可視圖形的步驟。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，進(jìn)而包括利用所述可視圖形確定地下結(jié)構(gòu)方面和沉積方面的特征，這些特征通常與碳?xì)浠衔锏膴A帶，蘊(yùn)藏相關(guān)。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述通常與碳?xì)浠衔锏膴A帶，蘊(yùn)藏相關(guān)的地下結(jié)構(gòu)方面和沉積方面的特征，至少包括了一個(gè)薄層。
14．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述通用平面媒體包括計(jì)算機(jī)顯示器。
15．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中步驟(e)含有將所述調(diào)諧立方體的至少一部分存入計(jì)算機(jī)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的步驟。
16．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中步驟(e)含有以下步驟(ⅰ)選擇一個(gè)正交原函數(shù)；(ⅱ)選擇至少兩個(gè)與所述正交原函數(shù)對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)；(ⅲ)將這樣得到的各變換系數(shù)定位；(ⅳ)在代表所述位置處顯示所述變換系數(shù)。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中對(duì)于多個(gè)選定的正交原函數(shù)重復(fù)進(jìn)行步驟(ⅰ)至(ⅳ)。
18．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述各步驟是在數(shù)字計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的；其中至少步驟(c)和(d)由指令執(zhí)行，這些指令可記錄于選自磁帶，磁盤，光盤及CD-ROM及數(shù)字計(jì)算機(jī)所配備的設(shè)備中的一種裝置內(nèi)。
19．在獲得數(shù)字形式的空間相關(guān)地震道的地球物理勘探中，其中震道至少具有時(shí)間，位置及振幅特性，其中數(shù)字計(jì)算機(jī)可被編程執(zhí)行從所述空間相關(guān)地震道集中選擇一部分，確定抽樣層，數(shù)字計(jì)算機(jī)的特征為(a)在所述抽樣層內(nèi)利用由多個(gè)正交原函數(shù)表征的傅里葉變換對(duì)所述地震道的至少一部分進(jìn)行變換，應(yīng)用于含有所述數(shù)字樣本的窗口后，可得到多個(gè)與所述正交原函數(shù)對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)；(b)將所述變換系數(shù)組成波譜分解體；(c)對(duì)所述變換系數(shù)加入定標(biāo)值，形成定標(biāo)分解體，所述定標(biāo)值代表從下面得到的平均值(ⅰ)從步驟(a)的原函數(shù)中選擇一個(gè)；(ⅱ)選擇至少兩個(gè)與步驟(c)(ⅰ)中所述原函數(shù)對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)；(ⅲ)計(jì)算從步驟(c)(ⅱ)中選得的全部變換系數(shù)的復(fù)數(shù)模；(ⅳ)由步驟(ⅲ)中算得的全部變換系數(shù)的模計(jì)算平均值；(d)顯示所述定標(biāo)分解體。
20．勘探碳?xì)浠衔锏囊环N方法包括以下步驟(a)得到表達(dá)式，代表一個(gè)分布于已定地層體中空間相關(guān)的地震道集，所述地震道含至少由時(shí)間，位置，及振幅表征的數(shù)字樣本；(b)選擇所述體及其中包含所述空間相關(guān)的地震道的一部分，在體內(nèi)限定一抽樣層；(c)在所述抽樣層內(nèi)設(shè)定窗口，所述窗口有起始樣本數(shù)字并含有多個(gè)數(shù)字樣本；(d)在所述抽樣層內(nèi)利用離散的正交變換對(duì)所述空間相關(guān)的地震道的至少一部分進(jìn)行變換，所述離散的正交變換由多個(gè)正交原函數(shù)表征，用于步驟(c)中所述數(shù)字樣本的窗口，得到多個(gè)與所述正交原函數(shù)對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)；(e)將所述多個(gè)變換系數(shù)組成調(diào)諧立方體，這里所述調(diào)諧立方體及變換系數(shù)與所述步驟(c)中的窗口所述的起始樣本數(shù)字對(duì)應(yīng)；(f)顯示所述調(diào)諧立方體。
21．權(quán)利要求20的方法，進(jìn)而還包括對(duì)于要得到多個(gè)調(diào)諧立方體的至少一個(gè)或多個(gè)窗口，重復(fù)進(jìn)行步驟(c),(d)和(e)。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中步驟(f)含有以下步驟(ⅰ)選擇一個(gè)正交原函數(shù)；(ⅱ)從所述多個(gè)調(diào)諧立方體中選擇一個(gè)；(ⅲ)從所述選定的調(diào)諧立方體中提取多個(gè)與所述選定的正交原函數(shù)對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)；(ⅳ)對(duì)至少再一個(gè)選定的調(diào)諧立方體重復(fù)進(jìn)行步驟(ⅱ),(ⅲ)。(ⅴ)將所述提得的變換系數(shù)組成一個(gè)單個(gè)的正交原函數(shù)調(diào)諧立方體；(ⅵ)顯示所述單個(gè)的正交原函數(shù)調(diào)諧立方體。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中步驟(ⅴ)由對(duì)所述提得的系數(shù)排序執(zhí)行，而排序則由所述對(duì)應(yīng)于所述設(shè)定窗口的起始樣本數(shù)進(jìn)行。
24．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述離散的正交變換為傅里葉變換；步驟(ⅴ)由將所述提取到的變換系數(shù)組成單頻率調(diào)諧立方體來(lái)完成。
25．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中在利用所述離散的正交變換進(jìn)行變換之前，要對(duì)所述含有數(shù)字樣本的窗口進(jìn)行加權(quán)。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中所述權(quán)函數(shù)為高斯權(quán)函數(shù)。
27．根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中步驟(f)包括進(jìn)一步將代表一個(gè)或多個(gè)所述調(diào)諧立方體的可視圖形記錄于一般的平面媒體上。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的方法，進(jìn)而包括用所述可視圖形確定通常與碳?xì)浠衔锏膴A帶，儲(chǔ)藏有關(guān)的地下結(jié)構(gòu)方面和沉積方面的特征的步驟。
29．在勘探碳?xì)浠衔锕ぷ髦?，處理過程含有以下步驟(a)利用計(jì)算機(jī)訪問分布于事先確定地層體內(nèi)的地震道的數(shù)據(jù)集，所述地震道包含由時(shí)間，位置，及振幅表征的數(shù)字樣本；(b)選擇多個(gè)空間相關(guān)的地震道；(c)在所選多個(gè)空間相關(guān)的地震道內(nèi)選擇抽樣層；(d)在所述抽樣層內(nèi)利用離散的正交變換對(duì)所述空間相關(guān)的地震道的至少一部分進(jìn)行變換，得到多個(gè)變換系數(shù)；(e)將所述多個(gè)變換系數(shù)組成調(diào)諧立方體；(f)由所述調(diào)諧立方體的所述變換系數(shù)計(jì)算多個(gè)地震特征值；(g)在代表所述調(diào)諧立方體中位置處顯示所述地震特征值。
30．在勘探碳?xì)浠衔锕ぷ髦校渲泻蟹瓷湔饎?dòng)能量的震動(dòng)數(shù)據(jù)記錄為事先確定地層體內(nèi)的時(shí)間函數(shù)，以得到多個(gè)空間相關(guān)的地震道，其中所述空間相關(guān)的地震道包含由時(shí)間，位置，及振幅表征的數(shù)字樣本；一張按權(quán)利要求29的過程得到的油，氣勘探圖包含有(a)用于記錄可視圖形的一般的平面媒體；(b)在所述一般的平面媒體上的至少一個(gè)可視圖形；所述可視圖形代表所算得的地震特征值。
31．一種用于勘探碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生地震特征的方法，含有以下步驟(a)獲得分布于事先確定地層體內(nèi)的地震道集的一個(gè)代表，所述地震道包含至少由時(shí)間，位置，及振幅表征的數(shù)字樣本；(b)選擇其中包含地震道的所述地層體的一部分，以此在所述地層體內(nèi)確定一個(gè)抽樣層。(c)利用短時(shí)的離散正交變換函數(shù)在所述抽樣層內(nèi)對(duì)所述地震道的至少一部分進(jìn)行變換，得到多個(gè)變換系數(shù)；(d)將所述多個(gè)變換系數(shù)組成調(diào)諧立方體；(e)由所述調(diào)諧立方體中所述變換系數(shù)計(jì)算多個(gè)地震特征。
32．根據(jù)權(quán)利要求31的方法，進(jìn)而包括以下步驟(f)在所述調(diào)諧立方體中對(duì)所述變換系數(shù)定標(biāo)；以及(g)用離散的正交逆變換函數(shù)對(duì)所述調(diào)諧立方體進(jìn)行逆變換，得到所述空間相關(guān)的地震道上所述變換部分的凈化形式。
33．根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中步驟(c)的所述變換函數(shù)包括多個(gè)正交原函數(shù)，其中步驟(f)包括以下步驟(ⅰ)選擇原函數(shù)中的一個(gè)及至少兩個(gè)對(duì)應(yīng)的變換系數(shù)；(ⅱ)計(jì)算所述選得的變換系數(shù)的復(fù)數(shù)模；(ⅲ)計(jì)算所述復(fù)數(shù)模的統(tǒng)計(jì)值；(ⅳ)從所述統(tǒng)計(jì)值計(jì)算定標(biāo)值；(ⅴ)將所述定標(biāo)值用于所述選得的變換系數(shù)。
34．根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中所述統(tǒng)計(jì)值為所述變換系數(shù)模算術(shù)平均值。
35．根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中至少步驟(c)和(d)是由數(shù)字計(jì)算機(jī)完成的。
36．根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中完成步驟(c)和(d)的指令記錄于下列設(shè)備之一磁帶，磁盤，光盤和CD-ROM及其它由所述數(shù)字計(jì)算機(jī)配置的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明地涉及地震數(shù)據(jù)的處理方法,它提供對(duì)細(xì)微的薄層調(diào)諧效應(yīng)震波和其他種類水平巖層間斷情況的改進(jìn)的量化和顯化指示。來(lái)自薄層的反射具有指示層位厚度的頻率范圍上的特征顯示:反射在其頻譜的振幅上具有周期性的曲線下凹排列,并被與薄層厚度成反比例的空間距離相間隔。該特征顯示通過三維量值用于薄層反射道及對(duì)厚度和水平延伸進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明通過一種從頻譜范圍白噪化在頻譜中來(lái)展示突出地質(zhì)信息的新穎方法被增強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01V1/30GK1210591SQ97192095
公開日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1997年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月6日
發(fā)明者格雷戈里A·帕蒂卡, 詹姆斯M·格里德利 申請(qǐng)人:阿莫科公司