一种基于改进匹配追踪算法的时频分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及勘探地球物理领域，具体涉及石油地球物理勘探领域的一种基于改进 匹配追踪算法的时频分析方法。
【背景技术】
[0002] 地震数据匹配追踪时频分析方法在时频原子的匹配上有很多技术方案，最开始技 术方案：投影能量最大为原则的自适应搜索方法，这种方式缺点在于，对每一个采样点都要 进行多个参数进行扫描，每次迭代过程中都要进行大量的内积运算，计算量过于庞大，计算 耗时巨大。如何降解匹配追踪算法的计算复杂度，提高匹配追踪算法计算效率显得尤为关 键。其他国内、外的专家学者也在这个方面做出很多尝试，将遗传优化算法引入原子匹配中 或是把信号的瞬时特征引入到匹配追踪的算法中，缩短了耗时，但是效率提高的同时也降 低了原子匹配的正确性以及地震分频剖面同相轴的连续性。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种基于改进匹配追踪算法的时 频分析方法。
[0004] 本发明采用的技术方案是：基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于， 该基于改进匹配追踪算法的时频分析方法包括下列步骤：
[0005] 步骤1 :输入一道地震数据；
[0006] 步骤2 :构建地震信号的复分析信号，确定出地震信号的瞬时振幅和瞬时相位，根 据地震信号波峰、波谷位置确定出原子到时，并求出此到时处地震信号的瞬时相位；
[0007] 求取地震信号的瞬时频率，以原子到时处一个波长范围内的所有瞬时频率分别作 为原子主频，构建不同的匹配原子，确定出与地震信号最匹配的原子，对应的主频即为到时 处的真实原子主频；
[0008] 步骤3 :根据已确定的原子到时、主频、相位，作为雷克子波参数，确定原子波形；
[0009] 步骤4:计算子波能量归一化条件下的子波瞬时振幅；按用户给定的瞬时振幅百 分比参数，确定匹配原子振幅。
[0010] 步骤5:在原子到时、原子主频、原子相位、原子振幅这四个关键参数确定后，从地 震道中减去由这四个参数确定的匹配子波，得到残余信号；若残余信号大于给定阈值，则返 回步骤2重新迭代，否则，停止递归，即认为完成原始信号的分解；
[0011] 步骤6 :计算信号二维谱，将所有匹配子波的时频谱叠加起来得到地震信号的时 频谱，完成该道地震信号的匹配追踪时频分析；
[0012] 步骤7 :重复上述步骤，完成所有道地震数据的匹配追踪时频分析。
[0013] 进一步，在步骤2中，所述构建地震信号的复分析信号采用下式来完成
[0014] S(t)=s(t)+jHT(s(t))公式（9)。
[0015] 所述地震信号的瞬时振幅的确定采用公式（10)来完成；
[0016]
[0017] 地震信号的瞬时相位的确定采用公式（11)来完成，
[0018]
【主权项】
1. 一种基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于，该基于改进匹配追踪算 法的时频分析方法包括下列步骤： 步骤1:输入一道地震数据； 步骤2 :构建地震信号的复分析信号，确定出地震信号的瞬时振幅和瞬时相位，根据地 震信号波峰、波谷位置确定出原子到时，并求出此到时处地震信号的瞬时相位； 求取地震信号的瞬时频率，以原子到时处一个波长范围内的所有瞬时频率分别作为原 子主频，构建不同的匹配原子，确定出与地震信号最匹配的原子，对应的主频即为到时处的 真实原子主频； 步骤3 :根据已确定的原子到时、主频、相位，作为雷克子波参数，确定原子波形； 步骤4:计算子波能量归一化条件下的子波瞬时振幅；按用户给定的瞬时振幅百分比 参数，确定匹配原子振幅； 步骤5:在原子到时、原子主频、原子相位、原子振幅这四个关键参数确定后，从地震道 中减去由这四个参数确定的匹配子波，得到残余信号；若残余信号大于给定阈值，则返回步 骤2重新迭代，否则，停止递归，即认为完成原始信号的分解； 步骤6 :计算信号二维谱，将所有匹配子波的时频谱叠加起来得到地震信号的时频谱， 完成该道地震信号的匹配追踪时频分析； 步骤7 :重复上述步骤，完成所有道地震数据的匹配追踪时频分析。
2. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤2中，所述构建地震信号的复分析信号采用下式来完成 S(t)=s(t)+jHT(s(t)) 公式 9， 所述地震信号的瞬时振幅的确定采用公式10来完成；
地震信号的瞬时相位的确定采用公式11来完成，
3. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤2中，所述匹配是指： 给定原子库D={wk,k=l, 2,. . .K},且满足| |wk| |=1,这些向量可以扩展成N维Hilbert空间；对于任意信号s(t)，从D中寻找与其最佳匹配的原子;满足如下匹配条件：
其中，〈…〉表不内积。
4. 根据权利要求3所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 所述与地震信号最匹配的原子对应的主频为与信号最佳匹配的子波的主频；所述与信 号最佳匹配的子波为与信号相关值最大的子波ep; 所述与信号相关值最大的子波W(tpG0J的主频计算的具体步骤是： 计算地震记录的瞬时频率 对公式11求导数，可得公式12
根据数值解计算公式即公式13计算主频：
其中，Hs(t)=s(t)+iHT(s(t))，ft⑷为Hs⑴的共轭。
5. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤3中，所述原子波形的表达式为： wE (t,f, 0 ) = [1~2 2f2t2]exp(- 2f2t2)exp(i9 )公式 17 ; 其对应傅氏谱为：
6. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤4中，采用公式10计算子波能量归一化条件下的子波瞬时振幅
7. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤4中，所述用户给定的瞬时振幅百分比参数是指结合原始信号某个时段的信号 构成子波的数量和能量大小给定的经验参数。
8. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤5中，所述残余信号为投影值和信号的差值，用Rs(1)(t)表示，由此信号可以表 不成： s(t) =<s,wk0>wk0+Rs(1) (t) 公式 5， 初始状态下，Rsto)(t)=s(t); 显然wk(l和Rs(1)⑴是正交的，可得： |Ra(°)||2= |〈S，Wkcl>|2+||RS(1)(t)||2 公式 6， 逐次迭代逼近最优化，必然使得残余信号Rs(t)的能量最小化，使投影|〈S，wM>|极大 化。
9. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤5中，所述地震信号的分解表达式为：
其中，a=〈Rs(r) (t)，w>。
10. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤6中，时频谱表达式为
11. 根据权利要求1所述的基于改进匹配追踪算法的时频分析方法，其特征在于： 在步骤6中，时频谱表达式为
【专利摘要】本发明涉及一种基于匹配追踪算法的时频分析方法，其步骤包括：构建地震信号的复分析信号，确定出到时、延时处的瞬时相位、最佳主频；计算延时位置的主频、相位，作为雷克子波参数，确定原子形态；计算子波能量归一化条件下的子波瞬时振幅；原子振幅可以按给定一个百分比进行匹配，确定出原子到时、原子主频、原子相位、原子振幅这四个关键参数后，从地震道中减去与这个与地震信号最大相关的匹配子波，得到残余信号，对残余信号在一定阈值范围内递推迭代，完成原始信号的分解；将所有匹配子波的时频谱叠加起来得到地震信号的时频谱。本发明在缩短匹配追踪时频分析的计算效率的同时，保证了原子主频匹配的准确度，解决了地震分频体剖面同相轴不连续的问题。
【IPC分类】G01V1-30
【公开号】CN104570107
【申请号】CN201310520620
【发明人】韩文功, 冯德永, 李红梅, 王兴谋, 刘力辉, 宫红波, 陆蓉, 王红, 刘海宁, 孙兴刚
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月29日