基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法技术

一种基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法，包括以下步骤：步骤1：输入地震数据；步骤2：对所述地震数据进行广义S变换，得到变换后的地震数据；步骤3：获得变换后的地震数据的估计振幅谱和实际振幅谱；步骤4：基于所述估计振幅谱和实际振幅谱，构建谱相关系数；步骤5：求解所述谱相关系数最小时的Q值。本发明专利技术的方法能够避免频带范围选择的问题，而且具有一定的抗噪性，此外还能减小时频分析方法的影响。

Estimation of Q value of spectral correlation coefficient based on generalized S transform

A value estimation method of spectral correlation coefficient of generalized S transform based on Q, which comprises the following steps: Step 1: input seismic data; step 2: the generalized S transform to the seismic data, the seismic data obtained after transformation; step 3: seismic data obtained after transformation to estimate the amplitude spectrum and the actual amplitude step 4: spectrum; amplitude spectrum and amplitude spectrum estimation based on the actual construction, the spectral correlation coefficient; step 5: solving the spectral correlation coefficient minimum Q value. The method of the invention can avoid the problem of selecting the frequency band range, and has certain noise immunity, in addition, it can also reduce the influence of the time-frequency analysis method.

【技术实现步骤摘要】
基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法
本专利技术涉及地震信号处理领域，特别涉及一种基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法。
技术介绍
目前，在地震信号处理领域，国内外已有多种Q(地震波衰减品质因子)值估计方法，主要包括时间域估计方法、频率域估计方法和反演类Q值估计方法。其中，频率域Q值估计方法是应用比较多的一种方法，其在Q值估计的过程中需要提取振幅谱，而振幅谱的提取可以采用不同的时频分析方法。在近几年，发展出多种时频分析方法，可用于提取振幅谱，主要包括Gabor变换、小波变换，S变换和广义S变换等。现有技术把各种时频分析方法与谱比法等频率域Q值估计方法相结合来进行Q值估计，并且不断地进行了改进和创新。目前常用的Q值估算方法如对数谱比法、峰值频率法等在进行Q值估计时都受到加时窗问题的影响，峰值频率法和解析信号法对噪声很敏感。多数改进都是在峰值频率法、谱比法和质心频移法的基础上，结合多种时频分析方法，但仍然不能突破每种方法的局限性，并且会受到所选择的时频分析方法的影响。在应用时频分析方法时，选用可变时窗的时频变换能够得到更为精确的结果。S变换的窗函数以固定趋势随频率变化，不能根据实际需要进行调整，因此其应用受到了一定限制。因此研究一种能避免频带范围选择的问题而且具有一定的抗噪性，同时能减小时频分析方法的影响的Q值估计方法，具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法，其能够避免频带范围选择的问题而且具有一定的抗噪性，同时能减小时频分析方法的影响的Q值估计方法。本专利技术采用以下解决方案：一种基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法，包括以下步骤：步骤1：输入地震数据；步骤2：对所述地震数据进行广义S变换，得到变换后的地震数据；步骤3：获得变换后的地震数据的估计振幅谱和实际振幅谱；步骤4：基于所述估计振幅谱和实际振幅谱，构建谱相关系数；步骤5：求解所述谱相关系数最小时的Q值。优选地，所述地震数据为U(ω,z)，其中ω是地震波的角频率，z是地震波的传播距离。优选地，根据以下公式(8)得到变换后的地震数据SN(τ,f)：其中，f表示频率，t表示地震波从地面开始传播到待分析地层的旅行时间，τ表示所述窗函数w(t-τ,f)的时间位置，λ表示用于调节所述窗函数的时间延续长度的参数，p表示用于调节所述窗函数的衰减趋势的参数，其中所述窗函数w(t-τ,f)表示为以下公式(1)：优选地，根据以下公式(11)计算所述估计振幅谱其中，H(f,Q,τ)表示衰减传播算子，由以下公式(10)表示：其中t0和t1分别表示地震波传播到待分析地层的上界面和下界面所用的双程旅行时，As(t0,f)和As(t1,f)分别表示t0和t1时的振幅谱。优选地，根据以下公式(12)构建所述谱相关系数：其中，F(Q)表示所述谱相关系数，〈·，·〉表示内积算子，║·║表示L2范数。优选地，针对所述谱相关系数F(Q)，在给定范围内改变Q值，获得所述谱相关系数F(Q)最小时的Q值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)在应用谱比法估计Q值时，需要选择一个频带范围，这个频带范围会影响Q值估计的精度。应用本专利技术的方法估计Q值时，可以选择全频带进行Q值估计，因此不受频带范围选择的影响；(2)在实际应用中，谱相关系数法本身具有抗噪性，其抗噪性好于谱比法和峰值频率法，精度也较高。附图说明通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。图1示出了根据示例性实施例的基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法的流程图；图2a和图2b分别示出了根据示例性实施例的合成地震记录及其广义S变换；图3a和图3b分别示出了示例性实施例中第二层上下界面的广义S变换振幅谱及其拟合后的广义S变换振幅谱；图4示出了示例性实施例中目标函数F随Q值变化的关系曲线；图5示出了示例性实施例中的实际叠后地震数据；图6示出了示例性实施例中的实际叠后地震数据的广义S变换结果；以及图7示出了示例性实施例中估计的实际数据的单道Q值。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。近几年，随着时频分析方法的发展，将时频分析方法与谱比法等频率域Q值估计方法相结合，可以估计地层Q值。应用谱相关系数法求振幅谱时可以借助于Gabor变换、小波变换、S变换和广义S变换等时频分析方法。Reine等人在2009年比较了STFT和可变时窗的时频变换，如S变换、连续小波变换等，指出选用可变时窗的时频变换能够得到更为精确的结果。S变换的窗函数以固定趋势随频率变化，不能根据实际需要进行调整，因此其应用受到了一定限制，对S变换进行了改进提出几种不同窗函数的广义S变换。本专利技术的示例性实施例将广义S变换运用到地震数据中估计Q值，先利用广义S变换求得振幅谱，再求得振幅谱相关系数，最后运用迭代法估算Q值。图1示出了根据示例性实施例的基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法的流程图，以下参考图1描述根据示例性实施例的基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法，其包括以下步骤：步骤1：输入地震数据地震数据表示为U(ω,z)，其中ω是地震波的角频率，z是地震波的传播距离。步骤2：对地震数据进行广义S变换，得到变换后的地震数据SN(τ,f)Pinnegar等人提出了既可以调节窗函数标准差、窗口又不对称的广义S变换。广义S变换的窗函数为双曲窗函数，由以下公式(1)表述：其中，f表示频率，t表示地震波从地面开始传播到待分析地层的旅行时间，τ表示所述窗函数w(t-τ,f)的时间位置，λ表示用于调节所述窗函数的时间延续长度的参数，p表示用于调节所述窗函数的衰减趋势的参数。基于以上窗函数，信号h(t)的广义S变换表达式如以下公式(2)所示：其中，窗函数w(t-τ,f)随参数λ和p的改变而变化，因此可以根据实际应用需要合理选择参数λ和p，调节广义S变换的时频分辨率。在常Q介质模型中，认为地震波为平面波，地震波U(ω,z)在一维粘弹性介质中沿z轴的增加方向以角频率ω传播时，传播方程可表示为以下公式(3)：其中，ω是地震波的角频率，z是地震波的传播距离，c(ω)是地震波的相速度。假定震源为理想脉冲源，即|U(ω,0)|＝1，并且忽略由于散射引起的地震波衰减，对公式(3)进行简化，可以得到以下公式(4)公式(4)中的相速度c(ω)可以表示为公式(5)：其中，c0为角频率ω0处的相速度，地震波传播时间t＝z/c(ω)，则公式(4)可改写为以下公式(6)：对公式(6)进行广义S变换，可以得到以下公式(7)：已知则公式(7)可改写成以下公式(8)，通过以下公式(8)即可得到变换后的地震数据SN(τ,f)：步骤3：获得变换后的地震数据SN(τ,f)的估计振幅谱和实际振幅谱As(t1,f)根据步骤2得到的变换后的地震数据SN(τ,f)，可以获得其估计振幅谱详细过程如下所述，而实际振幅谱As(t1,f)是通过实际测量获得的。对于步骤2得到的变换后的地震数据SN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法，包括以下步骤：步骤1：输入地震数据；步骤2：对所述地震数据进行广义S变换，得到变换后的地震数据；步骤3：获得变换后的地震数据的估计振幅谱和实际振幅谱；步骤4：基于所述估计振幅谱和实际振幅谱，构建谱相关系数；步骤5：求解所述谱相关系数最小时的Q值。

【技术特征摘要】
1.一种基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法，包括以下步骤：步骤1：输入地震数据；步骤2：对所述地震数据进行广义S变换，得到变换后的地震数据；步骤3：获得变换后的地震数据的估计振幅谱和实际振幅谱；步骤4：基于所述估计振幅谱和实际振幅谱，构建谱相关系数；步骤5：求解所述谱相关系数最小时的Q值。2.根据权利要求1所述的基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法，其中所述地震数据为U(ω,z)，其中ω是地震波的角频率，z是地震波的传播距离。3.根据权利要求1所述的基于广义S变换的谱相关系数的Q值估计方法，其中根据以下公式(8)得到变换后的地震数据SN(τ,f)：其中，f表示频率，t表示地震波从地面开始传播到待分析地层的旅行时间，τ表示所述窗函数w(t-τ,f)的时间位置，λ表示用于调节所述窗函数的时间延续长度的参数，p表示用于调节所述窗函数的衰减趋势的参数，其中所述窗函数w(t-τ,f)表示为以下公式(1)：

【专利技术属性】
技术研发人员：余青露，居兴国，李进，邹少峰，肖盈，刘思思，高艳霞，祝媛媛，
申请(专利权)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石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11