谱分解技术在地震资料解释中的应用

孙海洋 邓国成 刘献科 贾运巧

（河南省煤田地质局 物探测量队 河南 郑州450009）

1 谱分解技术概述

谱分解技术是利用数学变换，通过分析地震资料振幅、相位在频率域的变化特征，开展地震资料地质综合解释，揭示地下地质特征的地震资料解释新技术。 根据研究目标的不同和数学变换方法的不同，将经过数学变换形成的地震数据体分为调谐体和共频体。由于二者对应的技术特点和工作流程存在一定的差异，本文中相应的称之为调谐体技术和共频体技术。

1.1 调谐体技术

调谐体技术是将目的层段对应的地震资料从时间域转换到频率域，再利用目的层段振幅谱特征和相位谱在频率域的变化，解释目的层段地质特征。 振幅调谐体主要应用于薄层砂岩平面分布特征的研究，如薄层砂岩的定性和定量预测；相位调谐体主要应用于地质体边界的识别，以小断层和岩性突变的识别效果最为显著。但是，受目的层段时间厚度的限制， 应用相位调谐体分析断层主要局限于目的层段，不能揭示断层的空间发育特征，故需同时应用共频体来研究断层的空间发育特征。

1.2 共频体技术

共频体技术是在地震资料有效频带内，应用短时窗离散傅里叶变换(DFT)、连续小波变换(CWT)、时频连续小波变换(TFCWT)和s 变换(S-T)等数学方法，将地震资料分解成一系列时间域离散频率振幅数据体，这些离散频率振幅数据体只反映了特定频率振幅的空间变化特征，故称之为共频体。 应用共频体解释技术能够在更大的空间研究断层的发育情况， 对地震资料进行共频体数学变换没有时窗的限制，时窗的大小可根据研究目的的不同进行确定， 对变换结果没有任何影响，从而克服了调谐体数学变换中时窗的限制，因此可以在更大的范围内搜索解释目标， 能够有效地提高地震资料识别特殊地质体的能力。 该方法主要应用于断层解释和流体属性分析。

由于断层的存在往往使得地震资料的相位不稳定，但是在地震资料有效频带内，随着频率的增高，小断层变得更加清楚。在共频体振幅能量数据体上，低频振幅数据体主要揭示断距较大的断层，断距较小的断层在高频振幅数据体上显示更加清楚。因此在应用谱分解技术进行小断层识别时， 应联合应用相位调谐体和共频体开展断层的解释，应用共频体在垂直剖面上解释断层，应用相位调谐体频率切片分析断层的切割关系和平面组合特征。

2 应用实例

2.1 采区概况

2.1.1 采区位置采区位于济宁三号煤矿的北部，东邻八里铺东断层，西邻八里铺支三断层，南到六采区，北部边界与济二矿相邻。

2.1.2 地质条件

据钻孔揭露，济宁三号井田地层由老而新有：中、下奥陶统，中石炭统本溪组，上石炭统太原组，下二叠统山西组，下石盒子组，上二叠统上石盒子组，上侏罗统蒙阴组及第四系。

本井田的含煤地层为上石炭统太原组及下二叠统山西组，平均总厚250m。山西组含煤4 层，为1、2、3 上、3 下煤层，其中3 上、3 下煤层可采；太原组含煤共22 层，为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 煤层，其中6、10 下、12 下、15 上、16 上、17 煤层六层可采。

2.2 谱分解技术的应用分析

2.2.1 振幅切片

图1 不同频率的谱分解切片

从不同频率的谱分解切片图上可以看出（图1），在勘探区域内出现了一些低能量突变，并且呈现出不稳定性。 这些突变反映了在勘探区域内的一些构造变化，比如冲刷带、小断层、地下向背斜、煤层冲蚀、岩浆侵入等一些其他构造异常。

2.2.2 相位切片

由于断层对相位的稳定性影响较大，断层及其附近的相位谱变得很不稳定，而在远离断层的位置，相位谱比较稳定或呈渐变特征。很容易看出（图2），不同频率的地震相图中有一些明显的相位不稳定的部分。 因此，可以判断，在相位图上相位突变或者不稳定的地方有冲刷带、小断层、地下向背斜、煤层冲蚀、岩浆侵入等。

3 结论

谱分解技术的核心理论是时频分析理论。 自从1982 年Morlet 等将时频分析技术引入石油勘探工作中后，该技术在地震勘探中取得广泛的应用，其主要是旨在构造一种时间和频率的联合密度函数，用以揭示地震信号中所包含频率分量特征、演化特性、分析统计量随时间变化规律。

图2 不同频率的地震相图

未来的发展中， 谱分解技术还会在薄层勘探中起到重要作用，而在地层特征识别（薄层的定量解释、不连续性的检测、河道的识别）、烃类检测（地震衰减吸收、利用低频阴影进行油气检测）中也要扮演足够重要的角色。

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