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波阻抗反演技术在煤层顶板岩性预测中的应用汤红伟【摘要】利用波阻抗反演技术,对袁大滩井田煤层顶板岩性进行岩石物理分析.分析结果显示,纵波阻抗对于煤层、中粗粒砂岩和细粉砂岩具有较强的分异能力,因此,可以利用约束稀疏脉冲反演技术获得纵波阻抗数据体对煤层顶板的岩性进行预测.应用效果表明,波阻抗反演技术能较好地识别中粒砂岩和细粉砂岩.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2018(044)007【总页数】5页(P49-53)【关键词】波阻抗反演;煤层顶板;岩性【作者】汤红伟【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西省西安市,710077【正文语种】中文【中图分类】P631.4煤层顶板岩性是影响煤矿安全生产的重要因素，预测煤层顶板的岩性变化趋势对煤矿的安全生产有重大意义。
波阻抗反演技术已被广泛应用于煤田地震勘探中，它将纵向分辨率较高的测井资料同横向分辨率较高的地震资料结合，反演出富含地质信息的波阻抗数据体，根据实际需要再对数据体进行地质成果解释。
这种方法不但能有效提高小构造的地震勘探精度，而且对目的层的岩性解释也具有重要作用。
1 研究区概况袁大滩井田位于陕北侏罗纪煤田榆横矿区东北部，井田内地表全部被第四系松散沉积物覆盖，为全新统风积沙、上更新统萨拉乌苏组。
根据地质填图及钻孔揭露，地层由老至新依次为：三叠系上统永坪组(T3y)，侏罗系下统富县组(J1f)、中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、安定组(J2a)，白垩系下统洛河组(K1l)，第四系中更新统离石组(Q2l)、上更新统萨拉乌苏组(Q3s)及全新统风积沙(Q4eol)。
本区煤层发育，尤其以2号煤层厚度最大，2号煤层赋存于延安组第四段顶部，为井田内最厚的主采煤层，埋深179.71～388.72 m，目的层埋深较浅。
2号煤层顶部岩性的非均质性非常强，北部的Y1-4井煤层顶板为中粒砂岩，厚度40 m左右，中部的Y2-4井和Y3-4井煤层顶板砂体泥质成分较重，南部的Y4-4井煤层顶板为砂泥岩互层。
摘要在地震勘探领域，“三高”处理一直是人们谈论的中心话题，也是解决地震勘探难点的根本途径。
在“三高’中的高分辨率有助于增加地震资料的丰富性，展示更为精细的地质信息。
然而受介质特性和数据采集条件的影响，原始地震数据总是达不到研究的需要。
在影响地震资料分辨率的因素中，大地吸收和子波带限特征是两个关键因素。
品质因子Q是量化吸收的常用参数，然而如何获取稳定准确的Q值一直是人们研究的热点。
由于大地吸收效应不仅与传播介质有关，还与地震子波的频率有关，因而人们提出在时频域进行Q值估计。
然而传统时频分析方法分辨率较低，不能提供足够精度的时频分布，因此本文提出使用反演时频谱来估计Q值。
相比传统时频谱，反演时频谱聚焦性跟高，稳定性更强，并且受随机噪声影响较小，为计算Q值提高了良好的基础数据。
反Q滤波是使用Q值对地震数据进行吸收补偿的常用方法，然而传统的滤波方法可能会带来不稳定问题，通过增加稳定因子，本文实现了稳定反Q滤波方法。
通过理论和实际数据验证了方法的正确性和有效性。
子波带限会使地震高频被衰减甚至消失，该问题最直接的表现就是子波延续时间增加，多个地层反射叠加在一起，造成地质构造的模糊，通常使用反褶积方法来处理。
稳态反褶积方法基于褶积理论，在最小相位的假设条件下，通过估计子波频谱来消除子波影响。
频谱一般是通过傅里叶变换得到的，傅里叶频谱具有平均效应，然而地震数据在不同时刻的频率组成是不同的，因此傅里叶分析的精度是不够的。
为了弥补传统方法的不足，本文实现了基于Gabor时频谱的非稳态反褶积方法。
该方法分两步进行处理，第一步是在时频谱上通过估计衰减函数来解决地震道能量均衡问题，第二步是通过计算每个时刻的频谱包络来估计子波谱，然后在最小相位的假设条件下进行非稳态反褶积。
将该方法应用于某工区实际数据，取得了良好的效果，处理后的地震资料分辨率得到了明显的提高，地质构造更清晰，边界也更明显。
关键词：吸收补偿，反演谱分解，非稳态反褶积，分辨率The Method Study to Increase Seismic ResolutionBased on the Time-Frequency SpectrumTian Yongxiao (Geological Resources and Geological Engineering)Directed by Prof. Zhang FanchangAbstractIn the field of seismic exploration, "three-high" processing has always been the central topic of people's discussion, and the fundamental method to solve the difficulties in seismic exploration. High resolution in "three high" can help increase the richness of seismic data and show more detailed geological information. However, due to the influence of media characteristics and seismic data acquisition conditions, the original seismic data cannot meet the research requirements. In the factors that affect the resolution of seismic data, the characteristics of earth absorption and wavelet band are two key factors.Quality factor Q is a general parameter of quantization absorption, but how to obtain stable and accurate Q value is always a hot topic. Because the absorption effect of the earth is not only related to the propagation medium, but also to the frequency of the seismic wavelet, it is proposed to carry out the Q value estimation in time-frequency domain. However, the traditional time-frequency analysis method has a low resolution and cannot provide a time-frequency distribution with sufficient precision. Therefore, this paper proposes to estimate the Q value by using the inverse time-frequency spectrum. Compared with the traditional method, inverse time-frequency spectrum is more focused, more stable, and less affected by random noise, which improves the good basic data for calculating the Q value. Inverse Q filtering is general method to compensate absorbed energy of seismic data use the Q value. However, the traditional filtering method may lead to instability problems. By introducing the stability factor, this paper realizes the stable inverse Q filtering method. The correctness and validity of the method are verified by theoretical and practical data.Band-limited Wavelet will make high frequency attenuation even disappear. The mostdirect performance is wavelet duration extended, multiple stratigraphic reflection wavelet superimposed. The result is a vague geological structure, deconvolution is usually used. The traditional deconvolution method is based on the convolution theory. Under the assumption of the minimum phase, the wavelet influence is eliminated by estimating the wavelet spectrum. Spectrum is generally obtained by Fourier transform, with an average effect. However, frequency of seismic data in different time is different, so the precision of Fourier analysis is not enough. In order to make up the deficiency of traditional methods, the nonstationary deconvolution method based on Gabor Transformation is implemented. The method is processed in two steps. The first step is to solve the problem of seismic energy balance by estimating the attenuation function on the time-frequency spectrum. The second step is to estimate the wavelet spectrum by calculating the spectrum envelope of each moment. Then, the nonstationary deconvolution is performed under the assumption of the minimum phase. The method is applied to the actual data of a working area and has obtained good results. The resolution of seismic data after processed is obviously improved, the geological structure is clearer and the boundary is more obvious.Key words: absorption compensation, inverse spectral decomposition, nonstationary deconvolution, resolution.目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 选题背景 (2)1.2.1 时频分析方法 (2)1.2.2 大地吸收补偿 (4)1.2.3 反褶积 (5)1.3 论文研究内容 (7)第二章反演谱分解方法研究 (8)2.1 信号的投影分解 (8)2.2 傅里叶变换 (9)2.3 Gabor变换和短时傅里叶变换 (12)2.4 小波变换 (17)2.5 反演谱分解 (19)2.5.1 实数域反演谱分解 (20)2.5.2 复数域反演谱分解 (24)2.5.3 L1稀疏约束反演 (26)2.6 匹配追踪分解 (28)2.6.1 匹配追踪基本原理 (28)2.6.2 Morlet小波构建超完备匹配子波库 (31)2.6.3 瞬时属性约束参数扫描范围 (33)2.6.4 最小二乘方法优化相位参数 (34)2.6.5 多子波匹配追踪 (36)2.7 小结 (39)第三章基于时频特征的高分辨率处理 (40)3.1 地震资料分辨率 (40)3.1.1 水平分辨率 (40)3.1.2 垂直分辨率 (41)3.1.3 影响地震资料分辨率的因素 (42)3.2 吸收补偿 (43)3.2.1 反Q滤波方程 (44)3.2.2 反Q滤波方程的稳定性 (47)3.2.3 稳定反Q滤波 (48)3.2.4 基于反演谱分解估计Q值 (50)3.2.5 吸收补偿处理实例 (52)3.3 非稳态反褶积 (53)3.3.1 Gabor反褶积原理 (53)3.3.2 衰减函数估计 (55)3.3.3 子波谱估计 (59)3.3.4 实际数据处理 (62)结论与认识 (64)参考文献 (66)致谢 (72)中国石油大学(华东)硕士学位论文第一章绪论1.1 引言“高分辨率”，“高信噪比”，“高保真度”是地球物理勘探始终的追求。
一种类RNN的改进ISTA稀疏脉冲反褶积潘树林;闫柯;杨海飞;蒋从元;秦子雨【摘要】稀疏脉冲反褶积方法对提高地震资料分辨率有着重要作用,迭代阈值收缩算法(ISTA)是其核心算法,首先利用地震数据提取子波,再利用ISTA求解反射系数.当地震子波提取不准确时,反褶积效果不理想.为此,在ISTA基础上,结合循环神经网络(RNN)中反向传播(BPTT)的思想,研究形成了一种类RNN的改进ISTA稀疏脉冲反褶积方法.该算法首先使用常规手段从实际地震数据中提取地震子波,构建反褶积的子波字典;然后将构建的地震子波字典作为已知的初始条件,结合ISTA求取的反射系数;再根据BPTT算法思想,将求取的反射系数与子波褶积并与实际数据进行比较,反向修改地震子波;最终,经过多次迭代修改获得合理的地震子波字典,并利用该地震子波字典求解实际地震数据的反射系数序列.为验证算法的有效性,采用不同信噪比的理论地震记录,给定存在较大误差的初始子波,进行了反褶积计算.采用传统的ISTA和类RNN的改进ISTA进行对比处理,结果表明,改进ISTA具有较好的抗噪能力和子波自适应能力,可使实测地震资料的有效频带拓展约1.5倍,能够较好地适应实际地震资料的反褶积处理.【期刊名称】《石油物探》【年(卷),期】2019(058)004【总页数】8页(P533-540)【关键词】稀疏脉冲反褶积;分辨率;ISTA;地震子波;信噪比;循环神经网络;反向传播【作者】潘树林;闫柯;杨海飞;蒋从元;秦子雨【作者单位】西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都 610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都 610500;长庆油田长北作业分公司,陕西榆林719000;四川职业技术学院电子电气工程系,四川遂宁 629000;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都 610500【正文语种】中文【中图分类】P631稀疏脉冲反褶积可利用有限带宽地震记录反演得到地下反射系数序列,是一种常用的地震资料高分辨率处理方法[1]。
地震波阻抗反演方法综述、地震反演技术研究现状地震反演方法是一门综合运用数学、物理、计算机科学等学科发展起来的新技术新方法，每当数学方法、物理理论有了新的认识和发展时，就会有新的地震反演技术、方法的提出。
随着计算机技术的不断发展、硬件设施的不断升级，这些方法技术得到了实践验证和提升，反过来地震反演技术运用中出现的新问题、新思路又不断促使数学方法、地球物理学理论的再次发展。
时至今日，地震反演技术仍然是一个不断发展、不断成熟、不断丰富着的领域。
反演是正演的逆过程，在地震勘探中正演是已知地下的地质构造情况、岩性物性分布情况，根据地震波传播规律和适当的数学计算方法模拟地震波在地下传播以及接收地震波传输到地表信息的过程。
地球物理反演就是使用已知的地震波传播规律和计算方法，将地表接收到的地震数据通过逆向运算，预测地下构造情况、岩性物性分布情况的过程。
地震波阻抗正演是对反演的理论基础和实现手段。
1959 年美国人Edwin Laurentine Drake 在宾夕法尼亚州开凿的第一口钻井揭开了世界石油工业的序幕。
从刚开始的查看地质露头、寻找构造高点寻找石油，到通过地震剖面的亮点技术寻找石油，再到现在运用多种科学技术手段进行油气资源的预测，石油勘探经历了一个飞速的发展历程。
声波阻抗（AI ）是介质密度和波在介质中传播速度的乘积，它能够反映地下地质的岩性信息。
声波阻抗反演技术是20 世纪70 年代加拿大Roy Lindseth 博士提出的，通过反演能够将反映地层界面信息的地震数据变为反映岩性变化的波阻抗（或速度）信息。
由于波阻抗与地下岩石的密度、速度等信息紧密联系，又可以直接与已知地质、钻井测井信息对比，因此广泛应用于储层的预测和油藏描述中，深受石油工作者的喜爱。
70 年代后期，从地震道提取声波资料的合成声波技术得到了快速发展，以此为基础发展的基于模型的一维有井波阻抗反演技术，提高了反演结果的可靠性。
进入80 年代，Cooke 等人将数学中的广义线性方法运用于地震资料反演，提出了广义线性地震反演。
几种常用的反演方法综述一、稀疏脉冲反演(C onstrained Sparse Spike Inversion)1、原理：①首先假设地下地层的波阻抗模型所对应的反射系数序列模型是稀疏的，即由起主导作用的强反射系数序列和具有高斯背景的弱反射系数序列叠加而成。
②将地震记录与子波进行稀疏脉冲反褶积得到地层反射系数，一般是使用最大似然反褶积求得一具有稀疏特性的反射系数序列Ri。
根据①的假设可以导出最小目标函数：R（K）为第一个采样点的反射系数，M 为反射层数, N为噪音变量的平方根，L 为采样总数，ƛ根据目标函数，对每一道，从上到下推测反射系数的位置点，判断反射系数的幅值大小。
如此反复迭代修改每个反射系数的位置和幅度，使最后的修改误差最小符合似然比值的判别标准即可，这样就完成了一道的反褶积，得到该道的反射系数的分布。
③通过最大似然反演导出波阻抗Zi 反演公式为Zi=Zi-1*[(Ri+1)/Ri].具体的计算方法是稀疏脉冲序列每次建立的反射系数为一个脉冲，然后在地震资料中提取子波与初始反射系数进行褶积，得到一个初始合成地震记录，并用此合成地震记录与实际地震纪录作对比得到他们之间的残差，利用这个残差的大小来修改反射序列中脉冲的个数再次进行褶积运算，得到新的合成地震记录，再与实际地震资料对比，就这样循环迭代，直到残差达到最小，最后得到一个与实际地震资料达到最佳逼近的合成地震记录，获得宽频带的反射系数。
图1 稀疏脉冲反演每次建立反射序列为一个脉冲，增加脉冲进行循环迭代约束稀疏脉冲反演采用的是一个快速约束趋势的反演算法，约束条件主要是波阻抗趋势和地质控制，而波阻抗趋势又是由解释层位和断层来控制的，从而可以把地质模式融入进去得到一个宽带的结果，恢复地质信息中缺少的低频和高频成分。
约束稀疏脉冲反演的最小误差函数是：第二项为原始地震道与合成地震道的均方差的总和；第三项为趋势协调的补偿i 是地震道样点号；di是原始地震道；Si是合成地震记录；ri 为地震道采样点的反射系数；ti是波阻抗趋势；Zi是地震道采样点的波阻抗值，介于井约束的最大和最小波阻抗之间；ɑ是趋势最小匹配加权因子，一般情况下ɑ=1；p、q是L 模因子，一般情况下p =1，q=2是调节或平衡因子，与信噪比大小有关。
