摘要：縫洞型儲(chǔ)層的小尺度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)使得精細(xì)刻畫縫洞大小及分布變得困難。針對(duì)此問題提出了一種新的紋理特征提取方法，即結(jié)合高精度的水平同步擠壓變換與灰度共生矩陣。這種方法有效提高了精度，為縫洞識(shí)別提供了更準(zhǔn)確、全面的特征信息。然后，通過合成信號(hào)和實(shí)際數(shù)據(jù)的分析，證明了該方法的有效性和適用性，即顯著提升了地震資料解釋精度，為識(shí)別復(fù)雜地質(zhì)目標(biāo)提供了新的途徑。

關(guān)鍵詞：縫洞儲(chǔ)層;水平同步擠壓變換;紋理特征;時(shí)頻分析

縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層因其復(fù)雜的形成過程和顯著的非均質(zhì)性，對(duì)其進(jìn)行表征具有極大挑戰(zhàn)。同步擠壓變換憑借其高時(shí)頻分辨率、良好能量聚集性和穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，在地震數(shù)據(jù)處理和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。紋理分析作為圖像處理的重要手段，已在斷層識(shí)別、邊緣檢測(cè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好性能。

本研究提出一種基于水平同步擠壓變換（HST）的縫洞型儲(chǔ)層紋理特征提取新方法。HST通過對(duì)群延遲的局部估計(jì)，在保持暫態(tài)信號(hào)可逆性的同時(shí)產(chǎn)生緊湊時(shí)頻表示。該方法將HST與紋理特征屬性分析相融合，可精確識(shí)別縫洞型儲(chǔ)層特征，已在合成信號(hào)和實(shí)際數(shù)據(jù)分析中證實(shí)其有效性和適用性。

1水平同步擠壓變換

1.1紋理特征屬性

灰度共生矩陣（Gray Level Cooccurrence Matrix， GLCM）是分析圖像紋理特征的關(guān)鍵方法。它基于估計(jì)圖像的二階組合條件概率密度函數(shù)，通過計(jì)算圖像中具有一定距離和特定方向的兩像素點(diǎn)間的灰度相似性，來揭示圖像在方向、相鄰間隔、變化幅度及快慢上的綜合信息。通常，定義具有明確地質(zhì)意義的參數(shù)來提取這些紋理特征。對(duì)于矩陣P（i，j），常選用能量、熵和對(duì)比度等3個(gè)紋理特征屬性：

（1） 能量：描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的均衡性特征。一般來說，粗紋理的能量值較大，而細(xì)紋理的能量值較小。

（2） 熵：用于量化圖像的無序度和復(fù)雜度。

（3） 對(duì)比度：刻畫圖像的相關(guān)性或局部變化［1］。

1.2基于HST紋理特征提取方法

基于HST紋理特征提取方法的核心思想是將地震信號(hào)通過高精度時(shí)頻分析轉(zhuǎn)換到時(shí)頻域，并提取頻率峰振幅，進(jìn)而計(jì)算紋理特征屬性。具體實(shí)現(xiàn)過程如下：

（1） 時(shí)頻分析：將地震信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，常用的方法包括STFT、小波變換等。HST時(shí)頻變換具有可逆性，并能形成緊湊且清晰的時(shí)頻表示。

（2） 頻率峰值振幅計(jì)算：在時(shí)頻圖中，選取主頻段計(jì)算每個(gè)時(shí)頻點(diǎn)的最大振幅，反映信號(hào)在特定頻率段的振幅變化特征。

（3） 紋理特征提?。豪没叶裙采仃嚪椒◤念l率峰值振幅中提取紋理特征，如能量、熵和對(duì)比度等，揭示信號(hào)內(nèi)在結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)屬性。

2應(yīng)用實(shí)例

2.1合成地震信號(hào)分析

為了更好地模擬地震信號(hào)，本研究建立了一個(gè)3層地下水平層狀介質(zhì)模型，并使用主頻為60 Hz的雷克子波進(jìn)行激發(fā)。設(shè)置地震波在每層中的傳播時(shí)間均為300 ms，每層厚度依次為100、200和300 m。應(yīng)用Kolsky衰減理論計(jì)算衰減因子，其中Q值是地層的衰減因子。這一模型模擬了一套具有理論衰減的地震信號(hào)，用以驗(yàn)證水平同步擠壓變換的時(shí)頻效果。

對(duì)模擬的地震信號(hào)分別進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換（STFT）、時(shí)間重分布多重同步擠壓變換（TSST）和水平同步擠壓變換（HST）的時(shí)頻分析。結(jié)果表明，在STFT變換的時(shí)頻譜中，時(shí)頻聚焦能力不夠，不能很好地展示地震信號(hào)的真實(shí)時(shí)頻特征。相比之下，HST經(jīng)過同步擠壓處理后，在時(shí)頻譜中呈現(xiàn)出更集中且較強(qiáng)的能量，時(shí)頻分辨率明顯提高。這表明HST變換所得的時(shí)頻譜更加準(zhǔn)確，更有利于對(duì)地震信號(hào)的時(shí)頻特征進(jìn)行分析。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證這3種時(shí)頻變換方法的抗噪性，在模擬的地震信號(hào)中加入10 dB的高斯白噪聲，并對(duì)加噪后的信號(hào)再次進(jìn)行STFT、TSST和HST變換。結(jié)果顯示，噪聲的引入影響了時(shí)頻分析的結(jié)果，尤其對(duì)高頻成分的影響更為嚴(yán)重，導(dǎo)致時(shí)頻譜整體分辨率降低。然而，相對(duì)于STFT和TSST，HST展示了最好的噪聲壓制效果，具有優(yōu)秀的抗噪性。

綜上所述，對(duì)合成地震信號(hào)的分析表明，水平同步擠壓變換在時(shí)頻分辨率和抗噪性上優(yōu)于短時(shí)傅里葉變換和時(shí)間重分布多重同步擠壓變換。因此，HST在處理復(fù)雜地震信號(hào)時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)，為地震信號(hào)的時(shí)頻分析提供更準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。

2.2實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用

2.2.1工區(qū)地質(zhì)概況

本研究區(qū)域位于塔河油田M區(qū)西部，目標(biāo)層位于奧陶系中深部。據(jù)現(xiàn)有研究及鉆井資料顯示，該區(qū)以奧陶系油藏為主，涵蓋上、中、下奧陶統(tǒng)。鷹山組位于中奧陶統(tǒng)與下奧陶統(tǒng)之間，可細(xì)分為4個(gè)段位。查閱現(xiàn)場(chǎng)采油數(shù)據(jù)和現(xiàn)有井位信息，對(duì)4口井做了連井剖面分析，揭示出該區(qū)奧陶系中深部主要發(fā)育縫洞型儲(chǔ)積體，并在地震剖面上表現(xiàn)為“串珠狀”異常響應(yīng)特征。

2.2.2連井地震剖面分析

研究人員對(duì)每組數(shù)據(jù)的時(shí)頻圖進(jìn)行了細(xì)致計(jì)算，得到頻率峰值振幅，并將其繪制成圖示。分析結(jié)果顯示，在原始振幅、瞬時(shí)振幅和經(jīng)HST變換的頻率峰值中，異常變化特征均有體現(xiàn)。但干井的縫洞特征在短時(shí)傅里葉變換和TSST變換下表現(xiàn)不太明顯，而在HST變換下則更加顯著。這進(jìn)一步證實(shí)了HST變換具有更高的時(shí)頻分辨率，能夠更準(zhǔn)確、更清晰地描繪出縫洞特征［2］。

2.2.3縫洞儲(chǔ)層紋理特征提取

為了評(píng)估所提方法在縫洞儲(chǔ)層識(shí)別中的優(yōu)勢(shì)，研究人員從實(shí)際三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算和分析。他們采用滑動(dòng)窗口和灰度共生矩陣等方法，對(duì)原始振幅和HST頻率峰值振幅進(jìn)行了紋理特征提取。結(jié)果表明，基于HST頻率峰值振幅獲得的紋理屬性能夠更清晰地刻畫縫洞儲(chǔ)層特征，尤其是對(duì)比度屬性具有更高的分辨率和抗干擾能力。

將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)采油情況進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)油井位置與縫洞體位置相吻合，而干井則位于縫洞特征不明顯的區(qū)域，這驗(yàn)證了所提出方法的可行性和優(yōu)越性。

2.2.4縫洞儲(chǔ)層三維特征提取

在完成HST變換后，研究人員獲得了完整的峰值頻率三維數(shù)據(jù)體。為了深入分析和提取有用信息，他們對(duì)三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行了共生矩陣變換，提取出三維紋理特征矩陣，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性和紋理特征。

傳統(tǒng)地震屬性分析雖能在平面和剖面上刻畫縫洞輪廓，但在表達(dá)空間關(guān)系方面存在局限。因此，研究人員采用了基于振幅范圍的量化描述方法，以立體方式揭示縫洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征和連通性［3］。

對(duì)特定層位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，最終成功獲得了三維縫洞雕刻圖像。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)油井均位于縫洞體內(nèi)，而干井位于空白區(qū)域。這不僅驗(yàn)證了所提方法在刻畫縫洞儲(chǔ)層方面的準(zhǔn)確性，而且該三維圖像直觀展示了縫洞體的空間形態(tài)，有助于進(jìn)一步理解縫洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)和連通性。

總而言之，通過對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的分析，能夠證實(shí)所提出的基于HST的方法在縫洞儲(chǔ)層識(shí)別和特征刻畫方面是具有顯著優(yōu)勢(shì)的，能為油氣勘探提供更精準(zhǔn)和全面的地質(zhì)信息支持［4］。

3結(jié)論

結(jié)合HST與紋理特征，發(fā)展了基于HST的紋理特征提取方法，并證明了在塔河油田應(yīng)用效果良好，提升了特征提取準(zhǔn)確性和效率，為油氣勘探提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但后續(xù)仍需優(yōu)化HST及時(shí)頻算法，需要提高處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的效率和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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［3］桂志先，楊曉龍，王鵬.基于地震紋理屬性的裂縫預(yù)測(cè)方法及應(yīng)用［J］.長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，20（3）：3339.

［4］賈永娜，吳杰，王國偉，等.基于Gabor紋理學(xué)習(xí)的地震數(shù)據(jù)重建算法［J］.石油地球物理勘探，2023，58（3）：617625.

作者簡(jiǎn)介：郭姝君，女，四川成都人，碩士研究生，研究方向：地球物理勘探。