一种基于复数域匹配追踪算法的油气检测方法

文档序号:9630770阅读:383来源:国知局
一种基于复数域匹配追踪算法的油气检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地震油气检测领域,尤指一种基于复数域匹配追踪算法的油气检测方 法。
【背景技术】
[0002] 地震油气检测技术在油气勘探中发挥着越来越重要的作用,有关地震油气检测的 分析、提取、标定等技术得到了快速发展。但是,基于反射振幅随偏移距变化来预测油气的 AV0分析和叠前多参数反演技术,存在计算量大、稳定性差和噪音干扰等诸多问题,方法有 待完善。利用地震资料的频率等相关信息来判断油气由来已久,如:M.A.Biot[12](1956)基 于油气双相介质地震波传播理论初步分析了地震波的吸收衰减机理;Dilay[3] (1995)基于 储层内部及储层上下方频率谱的变化分析了含油气性对地震波频率的影响。因此,通过分 析地震资料的时频特征来预测油气的方法已经引起了广泛的关注。
[0003] 传统的时频分析主要是利用窗口傅立叶变换、小波变换、s变换等数学变换开窗来 做时频处理的,这样得到的时频分布结果都是时窗内信号的统计结果,并且这些时频分析 的方法都受到Heisenberg不确定性原理[4]的限制,时域分辨率和频域分辨率相互制约,无 法同时取得较高的时频分析精度。
[0004] 匹配追踪算法由Mallat[5]等于1993年提出,是一种高精度的地震信号分解与重 构算法,但计算效率一直制约着该算法的应用。为提高算法计算效率,国内外学者对算法进 行了多种改进。Liu等[6 7]分别于2004年和2005年先后建立了基于Ricker和Morlet子 波的原子库,大大缩减了原子库的规模;张繁昌等[8]在2010年提出动态子波库的匹配追踪 算法;Wang[9]提出多通道匹配追踪算法;为减小原子库的规模,张繁昌等[1° ]在2012年提出 基于正交时频原子的原子库;2013年张繁昌[11]将地震信号引入复数域,减少了子波的控制 参数。
[0005] 现有的复数域匹配追踪算法的基本原理,是通过创建冗余子波库并根据信号自身 特点,利用匹配追踪算法将复信号在子波库中进行超完备展开,以实现信号的自适应分解。
[0006] 具体而言,现有的复数域匹配追踪算法可以分为以下2个阶段:
[0007] 1、匹配分解阶段:
[0008] 1. 1、要建立冗余的波原子库。子波库是一系列匹配子波的集合,所谓匹配子波是 通过对基本子波g(t)做时移、调制和相位变化得到的。假设g(t)为满足条件的基本子波, γ=(If;,(i〇表示匹配子波的控制参数,则匹配子波可以定义为:
[0009]mr(t) =g(t_ur)exp[i(2Jrfr(t_ur) + <i)r)]; (1-1)
[0010] 其中,mjt)为匹配子波,表示时移;fr为频率因子;Φr为相位因子。利用时移 和频率因子可将基本子波能量集中在少数时频点附近,而相位因子则用来控制匹配子波的 形状变化。
[0011] 复数域匹配追踪算法中,要将匹配的子波的相位和振幅作为一个整体来进行求 解,所以,在建立子波库是一般选取零相位的匹配子波:
[0012] mr(t) = g(t-ur)exp[i2 π fr(t-ur)]; (1-2)
[0013] 通过实验分析表明,Morlet子波比较适合对地震记录做能量和频谱的定量分析, 因此,一般选取Morlet作为基本子波,则式(1-2)可写为:
[0014]
[0015] 其中,新引入一个参数I表示尺度因子,控制着子波的时窗宽度;
[0016]此时,γ = (kr,ur,fr)。
[0017] 1. 2、计算原始地震道s的复地震道S。,并计算S。的包络最大值的位置,以及最大 点对应的瞬时频率。一般以实际地震道作为复地震道的实部,以实际地震道的Hilbert变 换作为复地震道的虚部来构建复地震道:
[0018]Sc(t) =s(t)+iH[s(t)];(1-4)
[0019] 其中,
,表示地震道s的Hi lbert变换。
[0020] 根据式(1-4)计算得到S。包络最大值的位置为uy并且计算该位置对应的瞬时频 率fs。
[0021] 1. 3、优选尺度因子I,频率因子f;,使得波原子与地震道最匹配。这里选取的准则 为:
[0022] U-5)
[0023]其中,
⑴为复地震道,mr(t)为匹配子波,krbest为最 佳匹配的尺度因子,f;test为最佳匹配的频率因子,Dk为尺度因子的优选区间,Df为频率因 子的优选区间。
[0024] 根据式(1-5),在给定的优选范围DM,保证f\=fs不变,对k座行遍历寻优得 到Ibf;st;再在给定的优选范围Df内,保证kk^bf;st,对f;进行遍历寻优得到Lbf;st;根据 优选的参数结合式(1-3)计算匹配子波nv(t)。
[0025] 1.4、求解方程Sc(t) =Anv(t)+R(t)得到A使得| |R(t) | |最小,其中A是一个复 数,表征振幅和相位,则本次迭代匹配的结果为real[Anv(t)],计算匹配的结果与地震道s 的残差。根据残差判断误差的大小,若不满足要求,则将本次迭代的残差作为新地震道继续 进行迭代,直到精度满足要求为止。
[0026] 最终,地震道s可表示为:
[0027]
(1-6)
[0028] 其中,%(0为最佳匹配子波,An为表征振幅和相位的项,Μ为迭代次数。
[0029] 2、时频分析阶段:
[0030] 经过复数域匹配追踪分解,地震道s最终被分解为一系列的最佳匹配子波 η= 1, 2,. . . ,Μ。其时频分布也由下式求出:
[0031]
[0032] 利用复数域匹配追踪算法进行子波分解重构,虽然可以得到较高分辨率的时频 谱,但是该方法仍然存在着一定的局限性。例如,该方法在匹配分解阶段,在分别给定的区 间里优选尺度因子、频率因子的过程中,由于F(H)中包含实际的地震道数据,其解析表 达式无法求得,因此采用的是遍历的方法进行搜索,浪费了大量的时间;每次计算时需要结 合式(1-3)与式(1-5)来计算,其中包含大量的复数作乘积运算。计算复杂费时。该方法 在时频分析阶段,由于在复数域进行,出现了大量的复数相乘运算(见式(2-1)),计算效率 大大降低。

【发明内容】

[0033] 现有的复数域匹配追踪算法,虽然时频分析精度达到要求,但其计算效率却是极 大的局限。如果利用现有的方法来进行油气检测处理的话,必将无法实际生产工作需要,给 实际工作造成严重的影响。
[0034] 为克服现有的时频分析方法所存在的不足,亟需改进现有算法的速度慢的弊端, 选用一个普遍适用的快速算法进行快速匹配,同时保证时频分析的精度,保证油气预测的 准确性。本发明针对基于Morlet子波原子库的复数域匹配追踪的算法,提出了变步长跳跃 式搜索优化方法的改进,在保证精度的同时,大大提高了匹配追踪子分解的效率;在时频分 析阶段,采用Wigner分布与An的模值改进了时频谱计算,既不影响时频谱的精度,又避免 了复杂的复数相乘运算,进一步提高了计算效率;最终根据计算得到高分辨率时频谱进行 油气检测。
[0035] 为达到上述目的,本发明提出了 一种基于复数域匹配追踪算法的油气检测方法, 该方法包括:步骤1,基于复数域匹配追踪算法,利用变步长跳跃式搜索的算法,搜索获得 最佳匹配的尺度因子及频率因子,进而计算得到地震道最佳匹配分解;步骤2,根据最佳匹 配分解,结合Wigner分布与An的模值计算获得时频谱;步骤3,根据得到所述时频谱的频率 变化特征获得采样点的油气监测数据。
[0036] 本发明提出的基于复数域匹配追踪算法的油气检测方法,通过变步长跳跃式搜索 算法以及时频谱的改进计算,实现了复数域的快速匹配追踪算法,利用本发明的油气检测 方法可以在保证计算精度的同时,快速高效的进行油气检测处理,大大节省了计算时间,具 有很好的实际应用价值。
【附图说明】
[0037] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不 构成对本发明的限定。在附图中:
[0038] 图1为本发明一实施例的基于复数域匹配追踪算法的油气检测方法流程图。
[0039] 图2为本发明一实施
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