基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法，包括步骤1：计算三参数小波变换系数；步骤2：计算重排准则；步骤3：计算重排后的时间‑频率域系数；步骤4：阈值操作，得到有效信号对应系数(有效信号分布空间)；步骤5：选取合适的频率，提取单频地震数据体；步骤6：计算步骤5中单频数据体的一致性度量相干体，进行地震数据的非均质性刻画。本发明专利技术可以为地震资料处理和解释提供有用的信息，在复杂隐蔽油气藏勘探中，精确的时频表示对于指示细小的地层结构和检测含油气储层至关重要。本发明专利技术结合一种高分辨率的时频分析技术(TPW同步挤压变换)和基于一致性度量的相干体技术，进行地震数据非均质性刻画。

【技术实现步骤摘要】
基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法
本专利技术属于地球物理勘探中的信号处理领域，涉及一种基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法。
技术介绍
时频分析可以为地震资料处理和解释提供有用的信息，准确的时频表示对于刻画细小的地层结构，探测和油气储层相关的异常区域至关重要，尤其是在复杂隐蔽油气藏勘探中，对时频分析的准确性提出了更高的要求。传统的时频分析工具，如加窗傅里叶变换(STFT)、小波变换(CWT)、S变换(ST)等，由于受到窗函数或者小波函数的影响，在非平稳信号的时频表示方面具有一定的局限性，而地震信号恰恰就是典型的非平稳信号。地震数据的相干体分析技术是地震资料解释的强有力工具，它能清晰地刻画地下断层及岩性变化(即非均质性)等，可提高地震解释的效率。该技术在石油勘探与开发中已得到广泛应用。相干体技术方法主要是利用地震波形的相似性度量。前人已提出了多种相干体技术分析方法。如：第一代相干体(C1)、第二代相干体(C2)、第三代相干体算法(C3)等，这些算法各有其优缺点，但从研究波形的相似性方面看，利用了地震道之间的线性相关性。目前的技术方法针对的对象都是非常规隐蔽性的油气藏，因此对于新的相干体算法，需要更精细刻画地震波形的变化，在有些情况下，常用方法的精度还不能满足要求。事实上，若把地震信号看作随机变量的观察值，两个随机变量之间的关系有多种，线性相关只是其中一种。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法，通过计算地震数据的高分辨率的时频分析(TPW同步挤压变换)后，提取单频分量，进行一致性度量的相干体分析，从而进行地震数据的分均质性刻画。将该方法应用于实际地震资料，能够更加清晰地刻画地震数据的非均质性。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法，包括以下步骤：步骤1：根据公式(1)计算三参数小波变换系数；其中，s为原始输入信号，a为尺度因子，b为时移因子，s(t)为实地震道，为ψ(t)的复共轭，为伸缩和平移之后的子波，π为圆周率，S(ω)为原始输入信号的傅里叶变换，ω为角频率，为带有尺度因子的子波的傅里叶变换，eiωb为平移因子的傅里叶域，i为虚数因子，是基本小波ψ(t)的Fourier变换；步骤2：根据下式计算重排准则；步骤3：由下式计算重排后的时间-频率域系数；步骤4：确定有效信号分布空间，提取单频地震数据体；步骤5：根据下式计算单频数据体的一致性度量相干体，进行地震数据的非均质性刻画；一致性度量值：其中，sign表示符号函数，k表示Inline方向道号，l表示Croosline道号，n表示采样点数，m表示采样点数，N表示总采样点数；CM为分析窗内目标单频地震道分析点的一致性度量，J为一致性度量矩阵的维数，trace(·)表示矩阵的迹，对单频数据体中所有的分析点上述2式计算其一致性度量相干结果，即得到单频数据体的相干估计结果。本专利技术进一步的改进在于：步骤1中，计算三参数小波变换系数的具体方法如下：式(1)为实地震道s(t)的小波变换定义，根据式(1)可知基本小波平方可积，无直流分量，满足以下容许性条件：针对薄互层地震信号含有快速变化的振幅和频率分量的特点，选取三参数小波作为小波变换的母小波，三参数小波的定义为：其中，τ为能量衰减因子，β为能量延迟时间，σ为分析小波调制频率，σ,τ,β∈R且σ,τ＞0；用向量Λ＝(σ,τ,β)记参数集合，则ψ(t；σ,τ,β)记为ψ(t；Λ)，其他量类似；以向量的形式，上式简写为：其中，对(4)式作Fourier变换，得到其频域形式为：步骤2中，计算重排准则的具体方法如下：假设一个单频余弦信号，即s(t)＝Acos(ω0t)，s(t)的Fourier变换为根据(1)式，信号s(t)关于三参数小波ψ(t；Λ)的小波变换结果为由于三参数小波没有负频率分量，即ω＜0，且只考虑正尺度，则(7)式简化为从(8)式看到，假如三参数小波ψ(t；Λ)的峰值频率为ξM，则小波变换的结果将在尺度a＝ξM/ω0处取到最大值，并以这个能量最大的尺度为中心形成一个尺度带，造成能量的扩散，为了得到更集中的时频分布，计算重排准则，即瞬时频率：其中，Ws(a,b)≠0；当Ws(a,b)＝0时，信号在此处无能量，(9)式将无穷大，所以计算时要求当噪声小于-10dB时，选择阈值为10-8；如果噪声大于-10dB，选取自适应阈值作为阈值median是matlab中的库函数，代表取中值，0.6745是针对高斯噪声的正则化因子；假设有N个时刻，所以对N个时刻求得的ση取均值，能得到最优的阈值；当参考信号是单频余弦信号时，其小波变换会形成一个尺度带，但是由(9)计算其瞬时频率为：ωs(a,b)＝ω0(10)。步骤3中，时间-频率域系数的具体计算方法如下：根据(9)式计算得到瞬时频率后，将小波变换系数累加到这个频率成分上，即(a,b)→(ωs(a,b),b)，进行能量重排；对于给定的信号s(t)∈L2(R)的三参数小波变换为Ws(a,b)，有如下表达式：记而是s(t)的解析信号，从而(11)式写为：因为sa(b)是s(b)的解析信号，故有将Ws(a,b)a-1都分配给瞬时频率成分上，则就得到挤压后的时频分布，由此得出时间-尺度域到时间-频率域的映射如下：通过(14)式，在某个固定的时刻b，计算其瞬时频率ωs(a,b)，将所有瞬时频率都为某一频率ω的小波系数通过(14)式累加到一起，这样就完成了能量的重分配，得到了挤压后的时频分布，(14)式的等价形式为：步骤4中，确定有效信号能量分布空间的具体方法如下：对重排后的时间频率域系数运用百分比阈值策略进行噪声压制，即软阈值操作，定义为：其中阈值参数δ由下式计算：δ＝p·max{|Ts|}(17)其中p为百分比，Ts为本专利技术变换后的时间频率域系数；通过滤波策略，得到有效信号对应的时频域系数，这些时频域系数构成噪声被压制以后的信号对应的时间-频率域谱图，根据上述时间-频率域谱图提取单频时频分量，即单频地震数据体，进行地震数据的分均质性刻画。步骤5的具体方法如下：基于步骤(4)中提取的单频地震数据体，选取在空间上的Inline方向Corssline方向分析窗分别记为wI和wC，在时间方向上分析窗记为wT，得到一个子数据体；令NI×NC＝J，设wI和wC中分别有NI和NC道数据，wT中包含NT个采样点；取NI＝3，NC＝3，NT＝N；根据单频地震数据的位置标号，按顺序依次将地震到排列为数据矩阵D，数据矩阵D包含N行与J列；数据矩阵D的第i行、第j行元素记为dij，dij是第j个地震道的第i个采样点，表达式如(18)所示数据矩阵D中的每一列是为分析窗内的一个单频地震道数据，将k列和l列作为两个随机变量，通过式(19)计算得到一致性度量值：式中，sign表示符号函数；根据式(19)，对于所有单频数据体中的地震道两两组合，计算其一致性度量的值，也就是说对所有的{(k,l)|k,l＝1,2,…,J}求一致性度量得到一致性度量矩阵C，C为一个正定矩阵，表达式如下：采用Renyi散度度量准则进行计算，其定义为：式中，J为一致性度量矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据公式(1)计算三参数小波变换系数；

【技术特征摘要】
1.基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据公式(1)计算三参数小波变换系数；其中，s为原始输入信号，a为尺度因子，b为时移因子，s(t)为实地震道，为ψ(t)的复共轭，为伸缩和平移之后的子波，π为圆周率，S(ω)为原始输入信号的傅里叶变换，ω为角频率，为带有尺度因子的子波的傅里叶变换，eiωb为平移因子的傅里叶域，i为虚数因子，是基本小波ψ(t)的Fourier变换；步骤2：根据下式计算重排准则；步骤3：由下式计算重排后的时间-频率域系数；步骤4：确定有效信号分布空间，提取单频地震数据体；步骤5：根据下式计算单频数据体的一致性度量相干体，进行地震数据的非均质性刻画；一致性度量值：其中，sign表示符号函数，k表示Inline方向道号，l表示Croosline道号，n表示采样点数，m表示采样点数，N表示总采样点数；CM为分析窗内目标单频地震道分析点的一致性度量，J为一致性度量矩阵的维数，trace(·)表示矩阵的迹，对单频数据体中所有的分析点上述2式计算其一致性度量相干结果，即得到单频数据体的相干估计结果。2.根据权利要求1所述的基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法，其特征在于，步骤1中，计算三参数小波变换系数的具体方法如下：式(1)为实地震道s(t)的小波变换定义，根据式(1)可知基本小波平方可积，无直流分量，满足以下容许性条件：1针对薄互层地震信号含有快速变化的振幅和频率分量的特点，选取三参数小波作为小波变换的母小波，三参数小波的定义为：其中，τ为能量衰减因子，β为能量延迟时间，σ为分析小波调制频率，σ,τ,β∈R且σ,τ＞0；用向量Λ＝(σ,τ,β)记参数集合，则ψ(t；σ,τ,β)记为ψ(t；Λ)，其他量类似；以向量的形式，上式简写为：其中，对(4)式作Fourier变换，得到其频域形式为：3.根据权利要求1所述的基于高分辨率时频分析和一致性度量的非均质性刻画方法，其特征在于，步骤2中，计算重排准则的具体方法如下：假设一个单频余弦信号，即s(t)＝Acos(ω0t)，s(t)的Fourier变换为根据(1)式，信号s(t)关于三参数小波ψ(t；Λ)的小波变换结果为

【专利技术属性】
技术研发人员：高静怀，刘乃豪，姜秀娣，张茁生，杨涛，王前，王平，吕奇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61