譜分解技術在地震資料解釋中的應用

孫海洋 鄧國成 劉獻科 賈運巧

（河南省煤田地質局 物探測量隊 河南 鄭州450009）

1 譜分解技術概述

譜分解技術是利用數(shù)學變換，通過分析地震資料振幅、相位在頻率域的變化特征，開展地震資料地質綜合解釋，揭示地下地質特征的地震資料解釋新技術。 根據(jù)研究目標的不同和數(shù)學變換方法的不同，將經(jīng)過數(shù)學變換形成的地震數(shù)據(jù)體分為調諧體和共頻體。由于二者對應的技術特點和工作流程存在一定的差異，本文中相應的稱之為調諧體技術和共頻體技術。

1.1 調諧體技術

調諧體技術是將目的層段對應的地震資料從時間域轉換到頻率域，再利用目的層段振幅譜特征和相位譜在頻率域的變化，解釋目的層段地質特征。 振幅調諧體主要應用于薄層砂巖平面分布特征的研究，如薄層砂巖的定性和定量預測；相位調諧體主要應用于地質體邊界的識別，以小斷層和巖性突變的識別效果最為顯著。但是，受目的層段時間厚度的限制， 應用相位調諧體分析斷層主要局限于目的層段，不能揭示斷層的空間發(fā)育特征，故需同時應用共頻體來研究斷層的空間發(fā)育特征。

1.2 共頻體技術

共頻體技術是在地震資料有效頻帶內(nèi)，應用短時窗離散傅里葉變換(DFT)、連續(xù)小波變換(CWT)、時頻連續(xù)小波變換(TFCWT)和s 變換(S-T)等數(shù)學方法，將地震資料分解成一系列時間域離散頻率振幅數(shù)據(jù)體，這些離散頻率振幅數(shù)據(jù)體只反映了特定頻率振幅的空間變化特征，故稱之為共頻體。 應用共頻體解釋技術能夠在更大的空間研究斷層的發(fā)育情況， 對地震資料進行共頻體數(shù)學變換沒有時窗的限制，時窗的大小可根據(jù)研究目的的不同進行確定， 對變換結果沒有任何影響，從而克服了調諧體數(shù)學變換中時窗的限制，因此可以在更大的范圍內(nèi)搜索解釋目標， 能夠有效地提高地震資料識別特殊地質體的能力。 該方法主要應用于斷層解釋和流體屬性分析。

由于斷層的存在往往使得地震資料的相位不穩(wěn)定，但是在地震資料有效頻帶內(nèi)，隨著頻率的增高，小斷層變得更加清楚。在共頻體振幅能量數(shù)據(jù)體上，低頻振幅數(shù)據(jù)體主要揭示斷距較大的斷層，斷距較小的斷層在高頻振幅數(shù)據(jù)體上顯示更加清楚。因此在應用譜分解技術進行小斷層識別時， 應聯(lián)合應用相位調諧體和共頻體開展斷層的解釋，應用共頻體在垂直剖面上解釋斷層，應用相位調諧體頻率切片分析斷層的切割關系和平面組合特征。

2 應用實例

2.1 采區(qū)概況

2.1.1 采區(qū)位置采區(qū)位于濟寧三號煤礦的北部，東鄰八里鋪東斷層，西鄰八里鋪支三斷層，南到六采區(qū)，北部邊界與濟二礦相鄰。

2.1.2 地質條件

據(jù)鉆孔揭露，濟寧三號井田地層由老而新有：中、下奧陶統(tǒng)，中石炭統(tǒng)本溪組，上石炭統(tǒng)太原組，下二疊統(tǒng)山西組，下石盒子組，上二疊統(tǒng)上石盒子組，上侏羅統(tǒng)蒙陰組及第四系。

本井田的含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組及下二疊統(tǒng)山西組，平均總厚250m。山西組含煤4 層，為1、2、3 上、3 下煤層，其中3 上、3 下煤層可采；太原組含煤共22 層，為4、5、6、8 上、8 下、9、11、10 上、10 下、12上、12 中、12 下、14、15 上、15 下、16 上、16 下、17、18 上、18 中、18 下及19 煤層，其中6、10 下、12 下、15 上、16 上、17 煤層六層可采。

2.2 譜分解技術的應用分析

2.2.1 振幅切片

圖1 不同頻率的譜分解切片

從不同頻率的譜分解切片圖上可以看出（圖1），在勘探區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了一些低能量突變，并且呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性。 這些突變反映了在勘探區(qū)域內(nèi)的一些構造變化，比如沖刷帶、小斷層、地下向背斜、煤層沖蝕、巖漿侵入等一些其他構造異常。

2.2.2 相位切片

由于斷層對相位的穩(wěn)定性影響較大，斷層及其附近的相位譜變得很不穩(wěn)定，而在遠離斷層的位置，相位譜比較穩(wěn)定或呈漸變特征。很容易看出（圖2），不同頻率的地震相圖中有一些明顯的相位不穩(wěn)定的部分。 因此，可以判斷，在相位圖上相位突變或者不穩(wěn)定的地方有沖刷帶、小斷層、地下向背斜、煤層沖蝕、巖漿侵入等。

3 結論

譜分解技術的核心理論是時頻分析理論。 自從1982 年Morlet 等將時頻分析技術引入石油勘探工作中后，該技術在地震勘探中取得廣泛的應用，其主要是旨在構造一種時間和頻率的聯(lián)合密度函數(shù)，用以揭示地震信號中所包含頻率分量特征、演化特性、分析統(tǒng)計量隨時間變化規(guī)律。

圖2 不同頻率的地震相圖

未來的發(fā)展中， 譜分解技術還會在薄層勘探中起到重要作用，而在地層特征識別（薄層的定量解釋、不連續(xù)性的檢測、河道的識別）、烴類檢測（地震衰減吸收、利用低頻陰影進行油氣檢測）中也要扮演足夠重要的角色。

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