Diseño y aplicación del filtrado inverso de mínimos cuadrados en el procesamiento sísmico para la exploración de hidratos de gas marinos
Yang Shengxiong (1964-), ingeniero senior de nivel profesor, dedicado principalmente a la geología y geofísica marinas y a la exploración e investigación de recursos minerales marinos.
Nota: Este artículo fue publicado en "Acta Oceanographica", 2004, 26:75-81, y ha sido modificado esta vez.
Servicio Geológico Marino de Guangzhou, Guangzhou 510760.
Resumen: La tecnología de identificación BSR para exploración sísmica es el método más económico, rápido, conveniente y eficaz para encontrar hidratos de gases marinos. En el procesamiento e identificación sísmicos, el procesamiento preciso de wavelets es el vínculo más crítico en el procesamiento de datos sísmicos de hidratos. Se adopta el criterio de error de mínimos cuadrados, es decir, el factor de filtrado inverso se determina utilizando la condición de que la suma de los cuadrados de los errores entre la salida real y la salida esperada sea mínima, por lo que también se denomina conformación de ondas de mínimos cuadrados. Se introducen tres resultados deseados en el programa de procesamiento sísmico, a saber, la wavelet Yu, la wavelet Lake y la wavelet Buttworth, que tienen un buen efecto en la wavelet de fase cero. Con base en los principios anteriores, se desarrolló un conjunto de software de procesamiento sísmico de filtrado inverso de mínimos cuadrados. Los resultados del cálculo de prueba de los datos de exploración sísmica de hidratos de gas natural muestran que el software mejora la resolución manteniendo una alta relación señal-ruido.
Palabras clave: deconvolución; filtrado inverso de mínimos cuadrados; wavelet residual; wavelet de Buttworth; hidrato de gas natural
El principio del filtrado inverso de mínimos cuadrados y su aplicación en gas natural Hidratos
Yang Shengxiong, Fu, Wen Pengfei
Servicio Geológico Marino de Guangzhou, Guangzhou 510760, China
Resumen: Identificación de BSR como hidrato de gas natural Uno de los mejores métodos de prospección. Para mejorar la resolución temporal de los perfiles sísmicos, la deconvolución tiene la tarea de suprimir los filtros de superficie en los estudios. Usamos el error de mínimos cuadrados (la condición de que la suma de todos los errores de salida esperados sea el mínimo) para determinar el factor inverso. En el programa, introdujimos tres salidas deseadas: wavelet Yu-Shi, wavelet Ricker y wavelet Buttworth. Estas ondas ayudan a mejorar el efecto de la fase cero. Con base en los principios anteriores, desarrollamos un procedimiento de filtrado inverso de mínimos cuadrados. Los resultados del procesamiento muestran que este método mejora la resolución y mantiene una alta relación señal-ruido en el procesamiento de hidrocarburos gaseosos.
Palabras clave: deconvolución; filtrado inverso de mínimos cuadrados; wavelet de Yu; wavelet de Rick; hidrato de gas;
0 Introducción
Hidratación del gas natural sólido, comúnmente conocido como "hielo combustible". Es un determinado gas (metano, etano, etc.) lleno de moléculas de agua (en una estructura tridimensional en forma de jaula) a bajas temperaturas (; 10 MPa). en los océanos y continentes del mundo. En suelos congelados de altas latitudes en los bordes y en ambientes de baja temperatura y alta presión. En los márgenes continentales, los gases de hidrocarburos ascienden con fluidos hacia zonas de estabilidad de hidratos y se almacenan en lagunas de sedimentos en el fondo del océano profundo. Según datos extranjeros, los hidratos de gas natural marino (el gas natural es principalmente metano, por eso también se le llama hidrato de metano, hidrato de gas metano) suelen estar enterrados de 0 a 0 a 1 100 m por debajo del fondo marino con una profundidad de agua de más de 300 m. , y el espesor de la capa mineral es de decenas de centímetros a cientos de metros, y el área de distribución es de decenas de miles a cientos de miles de km2. La cantidad de recursos de gas metano en una sola zona marítima puede alcanzar entre decenas de miles y decenas de billones de metros cúbicos, lo que equivale a las reservas totales de gas natural de China. El total de carbono y calor de los recursos de hidratos que se encuentran en los océanos del mundo es aproximadamente (1,8 ~ 2,6) × 1016 m3[1], que es aproximadamente el doble de las reservas totales conocidas de carbón, petróleo y gas natural en el mundo. Su cantidad total es lo suficientemente grande como para reemplazar la energía tradicional del petróleo y el gas, cada vez más agotada.
Los hidratos de gas natural del fondo marino se descubrieron por primera vez en la perforación de sedimentos, pero la exploración a gran escala requiere exploración geofísica acústica, y la tecnología de exploración indirecta más importante es encontrar el reflector simulado del fondo marino (BSR) mediante exploración sísmica. Según las estadísticas, se han descubierto hidratos en 84 lugares alrededor del mundo [2], de los cuales 48 fueron inferidos por BSR a partir de detección sísmica, 10 fueron inferidos por muestreo de BSR, 8 fueron detectados por BSR y registro de pozos, 9 fueron descubiertos por muestreo , y 9 Se infiere de otros métodos (anomalías de velocidad, anomalías geoquímicas, accidentes geográficos característicos, etc.). ). Se puede observar que los métodos sísmicos identifican la mayoría de las áreas de ocurrencia de hidratos, especialmente la tecnología de identificación de exploración sísmica BSR, que es el método más económico, rápido, conveniente y efectivo para encontrar hidratos [3-7].
BSR tiene las características de "casi paralelo al fondo marino, antifase al reflejo del fondo marino, alta impedancia de las olas, gran amplitud, velocidad anormal de hasta 3,3 km/s, aproximadamente 2 veces la de los sedimentos, y la velocidad de las olas disminuye debajo de él. ". Según un análisis detallado de la forma de onda, la BSR se puede subdividir en tres categorías: BSR fuerte (S-BSR), BSR débil (W-BSR) y BSR inferida (I-BSR) [5]. En el procesamiento e identificación sísmicos, el procesamiento preciso de wavelets es el vínculo más crítico en el procesamiento de datos sísmicos de hidratos [8-9]. Su función es comprimir las ondas sísmicas y mejorar la resolución longitudinal de los datos sísmicos. La calidad del procesamiento de wavelets afecta directamente la identificación efectiva de hidratos. El objetivo principal es hacer que la forma de onda tenga fase cero y forme una ondícula simétrica, para facilitar la identificación del fenómeno de inversión de polaridad de la reflexión BSR en el perfil. Debido a las particularidades de BSR, el método tradicional de deconvolución wavelet tiene una relación señal-ruido baja, baja resolución y es difícil de identificar. El método de filtrado inverso de mínimos cuadrados puede mejorar aún más estas deficiencias.
El filtrado de mínimos cuadrados inversos es la aplicación del filtrado de mínimos cuadrados (o filtrado de Wiener y filtrado óptimo) en el campo del filtrado inverso. La idea básica del filtrado de mínimos cuadrados es diseñar un operador de filtro para convertir una señal de entrada conocida en una salida que sea la más cercana a una señal de salida deseada dada en el sentido de error de mínimos cuadrados. Suponga que la señal de entrada es x (t), convolucionada con el factor de filtro h (t) para obtener la salida real y (t), es decir, Y (t) = X (t) H (t). Por varias razones, la producción real y (t) no puede ser exactamente la misma que la producción esperada dada de antemano. Solo las dos pueden ser óptimamente cercanas. Hay muchos criterios para juzgar si es la mejor aproximación, y el criterio de error de mínimos cuadrados es uno de ellos, es decir, cuando la suma de los cuadrados de sus errores es la más pequeña, significa que son la mejor aproximación. En este sentido, filtrar encontrando el factor de filtro h(t) es un filtrado de mínimos cuadrados.
Si la señal de entrada x(t) de otro filtro está diseñada como la salida de un determinado filtro, y la salida esperada es la entrada de este filtro, entonces el factor de filtro a(t) obtenido de acuerdo con Esta idea se llama factor de filtrado de mínimos cuadrados inversos, y su uso para filtrar es el filtrado de mínimos cuadrados inversos [10].
Principio matemático de 1
El filtrado inverso de la exploración sísmica es el filtrado geodésico [11]. La respuesta al impulso del filtro geodésico es una ondícula sísmica y debe ser físicamente realizable. Tomando la ondícula sísmica como entrada del filtro inverso, la salida esperada debería ser un pulso delta. Sin pérdida de generalidad, se puede suponer que la salida esperada es un pulso estrecho d(t). Además, el factor de filtro inverso es generalmente infinito, pero las operaciones en computadoras sólo pueden tomar términos finitos. Suponga que el tiempo inicial del factor de filtro inverso a (t) a resolver es -M0 y la longitud continua es m + 1. Es decir:
a(t)=(a(-m0), a(-m1), a(-m2),…, a(-mm)).
Cuando se conoce la wavelet sísmica de entrada b(t)=(b(0), b(1),..., b(n)), la salida real es
Colección especial de reglas de enriquecimiento de hidratos de gas natural y base de producción del Mar de China Meridional
La suma de los errores cuadrados entre la producción real y la producción esperada es
Colección especial de reglas de enriquecimiento de hidratos de gas natural y Base de producción en el Mar de China Meridional
Minimizar q es matemáticamente un problema de encontrar el valor extremo de q, es decir, satisfactorio.
Colección especial sobre reglas de enriquecimiento de hidratos de gas natural y bases de producción en el Mar de China Meridional
El factor de filtrado a(t).
Recaudación especial sobre las reglas de enriquecimiento y base minera de los hidratos de gas natural en el Mar de China Meridional
Porque:
Recaudación especial sobre las reglas de enriquecimiento y base minera de hidratos de gas natural en el Mar de China Meridional
es la función de autocorrelación de la ondícula sísmica, y
Colección especial sobre la Ley de Enriquecimiento y Bases de Producción de Hidratos de Gas Natural en el Mar de China Meridional Sea
es la función de correlación cruzada entre la onda sísmica y la producción esperada, por lo que la ecuación (1) se puede escribir como
Colección especial de reglas de enriquecimiento de hidratos de gas natural y bases mineras. en el Mar de China Meridional
Este es un conjunto de ecuaciones, escritas en forma matricial de la siguiente manera
Colección especial sobre las reglas de enriquecimiento y las bases de producción de hidrato de gas natural en el Mar de China Meridional
En la fórmula se utiliza la simetría de la función de correlación. En esta ecuación, la matriz de coeficientes es una matriz definida positiva especial (matriz de Tobritz), que no solo es simétrica con respecto a la diagonal principal, sino también simétrica con respecto a la subdiagonal. Los elementos de la diagonal principal son paralelos a la principal. diagonal. Los elementos en las líneas rectas de una línea diagonal son iguales.
La ecuación (2) o (3) se denomina ecuación básica, ecuación normal o ecuación normal de filtrado inverso de mínimos cuadrados, y puede resolverse mediante el método especial de recursividad de Levinson.
El factor de filtro obtenido al utilizar la ecuación básica anterior a veces se denomina factor de filtro de conformación de pulso, porque puede transformar la wavelet de entrada en una salida deseada de cualquier forma en la aplicación, lo que equivale a darle forma a la wavelet. .
2 Descripción del programa
Según los diferentes requisitos, en el programa se utilizan tres tipos de wavelets de salida deseada:
2.1 Co-wavelet
La wavelet de Yu, es decir, la wavelet del lago de banda ancha, se expresa en el dominio del tiempo como límites de frecuencia alta y baja.
2.2 Lago Wavelet
La forma de onda del lago Wavelet es
Colección especial sobre reglas de enriquecimiento de hidratos de gas natural y bases mineras en el Mar de China Meridional
Entre ellos, fm es la frecuencia máxima.
2.3 Wavelet de Butterworth
La wavelet de Butterworth es una wavelet de paso de banda y su expresión en el dominio de la frecuencia es:
Ley de enriquecimiento de hidratos de gas en el Mar de China Meridional y especial recopilación de bases mineras
Recopilación especial de reglas de enriquecimiento de hidratos de gas natural y bases mineras en el Mar de China Meridional
3 Proceso de implementación
Primero, de acuerdo con fórmulas ( 4) y (5) y (6) calculan la wavelet esperada d(t), y luego calculan la función de autocorrelación de la wavelet de entrada:
Recopilación especial de reglas de enriquecimiento de hidratos de gas y bases mineras en el Sur Mar de China
Y la wavelet de entrada y la función de correlación cruzada entre wavelets de expectativa:
Recopilación especial sobre reglas de enriquecimiento de hidratos de gas y bases mineras en el Mar de China Meridional
Finalmente, sustituya las dos fórmulas anteriores en la fórmula (3) para resolver a(t) Obtenga el factor de filtro inverso.
4 Cálculo de prueba de datos reales
Durante 1999, el Servicio Geológico Marino de Guangzhou llevó a cabo una investigación experimental preliminar del hidrato de metano en la depresión de Xisha y descubrió que existen múltiples interfaces de emisión en el fondo marino. (BSR) Hay signos de inversión de polaridad, zona en blanco de reflexión superior, fondo marino casi paralelo y aumento local de la velocidad sísmica, por un total de más de 100 km [12]. El procesamiento de wavelets utiliza el método de filtrado inverso de mínimos cuadrados, como se muestra en la Figura 1. Los parámetros específicos del procesamiento de wavelets son una longitud del operador de 400 ms y una relación de ruido blanco del 3%.
La Figura 2 es una sección procesada mediante el método tradicional de deconvolución wavelet. La Figura 3 es una sección transversal procesada mediante filtrado de mínimos cuadrados inversos. Se puede ver en la figura que el perfil procesado mediante filtrado de mínimos cuadrados inversos puede obtener una relación señal-ruido más alta y una resolución clara, por lo que es eficaz utilizar el filtrado de mínimos cuadrados inversos para procesar datos sísmicos de hidratos de gas.
5 Conclusión
La mayoría de las áreas de ocurrencia de hidratos se identifican mediante métodos sísmicos. En particular, la tecnología de identificación de exploración sísmica BSR es la forma más económica, rápida, conveniente y eficiente de encontrar hidratos. Método eficaz. El procesamiento de wavelets es el eslabón más crítico en el procesamiento de datos sísmicos de hidratos de gas. Su función es comprimir las ondas sísmicas y mejorar la resolución longitudinal de los datos sísmicos. La calidad del procesamiento de wavelets afecta directamente la identificación efectiva de hidratos.
El método tradicional de deconvolución wavelet es difícil de identificar debido a la baja relación señal-ruido y la baja resolución. El método de filtrado inverso de mínimos cuadrados puede mejorar aún más estas deficiencias. El filtrado inverso de mínimos cuadrados diseñado y aplicado puede hacer que la forma de onda tenga fase cero y forme una ondícula simétrica, lo que facilita la identificación del fenómeno de inversión de polaridad de la reflexión BSR en el perfil, mejorando así la relación señal-ruido y la resolución del resultados del procesamiento.
Figura 1 Diagrama del efecto de procesamiento de wavelets
La imagen de la izquierda es la colección de disparos después de la deconvolución del sistema original, y la imagen de la derecha es la colección de disparos después del filtrado inverso de mínimos cuadrados. La forma de onda procesada por la wavelet del nuevo módulo obviamente tiene fase cero, lo que favorece la comparación de formas de onda.
Figura 2 Sección transversal procesada mediante el método tradicional de deconvolución wavelet.
Figura 3 Sección transversal procesada por el método de filtrado inverso de mínimos cuadrados
Sobre la base del filtrado inverso de mínimos cuadrados, se discuten algunos problemas principales de la deconvolución, y Yu Wavelet, Lake wavelet y Buttworth wavelet son los resultados deseados de la deconvolución y obtienen resultados ideales.
Referencias
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Yang Shengxiong, Zhang Guang, Zhang Ming.
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