基于动态匹配子波库的地震数据快速匹配追踪

 本文基于Liu 等的改进算法,以Morlet小波作为基本匹配子波,在控制参数的确定过程中,充分利用地震信号的瞬时特征确定动态扫描范围,并根据地震信号本身的特点创建动态子波库,通过一次迭代同时确定多个匹配子波,再利用匹配子波控制参数之间的关系,提出了双参数快速匹配追踪算法,进一步减少了扫描参数的个数,使计算效率得到了质的提高。为了使算法更快收敛,利用残差信号的能量对双参数快速匹配追踪算法的迭代次数进行有效控制,不仅避免了毫无意义的计算,而且可在一定程度上去除随机噪声。最后,本文利用各匹配子波的独立性,提出了一种变窗口短时傅里叶变换方法,得到了高精度时频分布图。     

多子波分解与重构中子波的优选

在地震信号的多子波分解与重构中,子波类型与子波分辨率的选择是十分重要的。针对这一问题,首先计算了复数Paul子波和复数Morlet子波的时频谱,并讨论了频率域内子波宽度控制参数对频率域分辨率的影响;然后应用匹配追踪算法对实际地震数据进行多子波分解与重构,从理论上确定了控制复数Paul子波和复数Morlet子波频率域分辨率的最佳子波宽度,对两种子波分解重构地震剖面的差异性进行了对比分析。理论和实际计算结果表明:复数Paul子波与复数Morlet子波的分辨率和频谱能量分布有所不同,在实际应用中需针对不同的研究目的选择不同类型的子波。基于复数Paul子波的重构剖面保留了更多的低频能量,适用于反射同相轴连续的地下构造研究;基于复数Morlet子波的重构剖面高、低频频谱差异大,更适用于地震波吸收衰减研究。     

利用双向匹配追踪提高地震分辨率

在常规时间域匹配追踪子波分解的基础上,提出了时频谱匹配追踪子波合成的思路,类似于数字信号处理的正、反过程,基于Gabor反褶积的理论框架,利用双向匹配追踪算法,在时频域实现了一种非平稳的提高地震分辨率方法,其流程为：1将地震道数据进行正向匹配追踪子波分解,将每个子波的时频谱进行叠加得到地震道的时频谱;2通过匹配追踪时频谱平滑和数学运算,得到近似反射系数时频谱;3对反射系数时频谱进行反向匹配追踪,得到一系列高分辨率的地震子波,进而合成高分辨率地震道。对实际地震资料的处理结果表明,该法有效拓宽了地震资料的相对频带,提高了地震数据的分辨率。     

高精度地震时频谱分解方法及应用

由于受测不准准则的制约,应用小波变换、广义S变换等线性算法无法同时获得高时间分辨率和高频率分辨率,而应用匹配追踪算法可克服窗函数的限制,能在时间域和频率域同时精细表征信号特征。本文在阐述地震信号匹配追踪时频谱分解的算法原理基础上,通过对标准Morlet小波进行合理改造,完备了时频原子库,有利于提高地震信号匹配分解的精度;依据Morlet小波的时宽对地震道进行开时窗,可在多个时窗内同时动态扫描匹配小波原子,可以适当提高计算效率。模型试验与实际数据分析表明,基于改进Morlet小波的地震信号匹配追踪算法更精确更高效,且具备一定的抗噪能力,适合定量分析地震资料的频谱变化特征,有助于研究储层及油气的分布范围。     

快速匹配追踪三参数时频特征滤波

传统的匹配追踪方法通常采用完备的时频原子库和贪婪算法进行子波分解,计算量巨大。为此本文引入互相关阈值约束技术,实现两次迭代和完备库之间的反馈,剔除那些互相关值很小的时频原子,动态地减小完备库的冗余度;通过多原子同步提取,实现快速匹配追踪地震道分解。分解后的地震信号是按子波的能量排序的,每个子波都由振幅、频率和中心时间三参数表示,代表原始地震信号在某-中心时间的局部主振幅特征和主频率特征,因此在信号重构时,可根据有效信号与噪声信号的主振幅、主频率和中心时间的差异,构建三参数时频特征滤波器,筛选出代表有效信号的子波对信号进行重构,达到无损去噪的目的。合成地震记录和实际资料处理结果表明了该方法的有效性。     

基于快速匹配追踪算法的地震道集剩余时差校正

为提取正确的AVO信息和获得高信噪比、高分辨率的叠加剖面,需要消除CMP道集上的剩余时差,校平同相轴。为此,给出了一种基于匹配追踪(Matching Pursuit,MP)算法的地震道集剩余时差校正方法。利用匹配追踪算法在地震信号分解与重构方面的优势,将CMP道集信号分解为不同的子波,对各个子波分别进行剩余时差校正,再用校正后的子波重构出消除剩余时差后的地震道。同时,为提高匹配追踪算法的计算效率,利用相位展开法得到稳定的瞬时频率,以瞬时频率为中心进行扫描,快速得到最优匹配频率。理论模型和实际资料的测试结果表明,这种方法不仅可以提高匹配追踪算法的计算效率,而且还能很好地校平CMP道集同相轴。     

基于OpenMP并行计算的匹配追踪时频分析方法

基于匹配追踪的平滑伪Wigner-Ville分布具有良好的时频分辨率，但由于计算量过大，影响其在实际地震数据处理中的应用。在深入研究基于OpenMP的并行算法的基础上，本文将该并行计算方式应用于匹配追踪法对Morlet子波的寻优过程以及计算多个Morlet子波平滑伪Wigner-Ville分布。实际数据计算结果表明：该并行算法加速性能良好，加速比随线程数增加呈近线性增长，即在确保计算精度的情况下，能显著提高计算效率；而且计算量越大其加速性能体现越充分。     

利用字典学习快速匹配追踪压制煤层强反射

煤层强反射信号上、下和内部通常隐藏着弱有效信号，如何有效分离煤层强反射信号周围的弱有效信号，受到了越来越多的关注。匹配追踪算法是解决该难题的有效算法之一。然而，匹配子波母函数早期用Gabor子波，现在常用Morlet小波和Ricker子波等，而这些子波都是理论子波，和实际地震资料波形特征存在较大差异，因此在匹配过程中会产生残余分量。针对该问题，通过引入了字典学习算法，从地震数据中学习获得字典的有限匹配子波而不是预先定义字典，极大提高了信号分解的匹配度。针对目标区煤层反射不稳定的问题，选择按单个同相轴开展字典学习，从而构建了振幅、相位、主频和极性变化的单峰字典库。通过叠后、叠前的衰减煤层强反射处理分析，验证了新方法在强反射压制方面比常规方法更可靠且有效。应用基于匹配子波的Wigner-Ville高分辨率时频分析方法，揭示了煤层强反射消除前、后时频属性特征，为煤层附近储层的精确描述提供了技术支撑。     

基于匹配追踪谱分解的时频域FAVO流体识别方法

基于Morlet小波的快速动态匹配追踪高分辨率谱分解算法,对比研究了短时傅立叶变换、S变换、连续小波变换及匹配追踪Wigner-Ville分布的时频分辨特征。在此基础上,为充分利用叠前地震资料中蕴含的振幅和频率信息,将快速匹配追踪谱分解方法与体现流体因子的频变AVO(FAVO)反射特征方程相结合,并依靠匹配追踪算法的高时频分辨特性,发展高分辨率时频域FAVO直接反演方法,该方法将常规谱均衡过程构建于目标泛函中,减少了频散属性提取过程的中间环节,避免了在消除"子波叠印"时引入的累计计算误差。模型测试和实际资料处理表明,该频散属性反演方法有助于精细刻画油气藏位置,是一种可靠性较高的储层流体类型检测方法。     

改进纵波与转换波时间匹配方法研究

针对多波地震资料纵、横波匹配方法产生的转换波地震子波的畸变问题,本文提出了一种改进纵波与转换波资料时间匹配的方法。该方法依据傅里叶展式的时标变换定理,对时间匹配后的转换波资料的地震子波进行振幅和相位同时匹配,解决纵波与转换波时间匹配域转换中的转换波地震子波波形畸变问题。文中对实际测井资料合成地震记录进行了研究,结果表明该方法能够对转换波资料进行振幅和相位的同时匹配。含噪声合成数据实验研究结果表明,本文方法也能够改进转换波的时间匹配结果。     

基于匹配追踪算法的碳酸盐岩储层低频伴影识别方法研究

由于储层介质具有黏滞性,地震波在穿过含油气地层时会产生强烈的吸收衰减,并在储层下方产生低频伴影异常,因此,这种异常可以作为一种直接检测烃类的方法。 深层碳酸盐岩储层内部结构复杂,地震资料分辨率低,用常规时频分析方法难以精确刻画储层内部结构。 针对这些问题提出了一种基于匹配追踪算法的碳酸盐岩储层低频伴影识别方法,该方法利用匹配追踪算法对地震资料进行谱分解。 通过与其他时频分析方法进行对比,表明该方法具有更高的时频分辨率,能够有效检测储层低频伴影异常。 实际资料试算表明,基于匹配追踪算法的低频伴影方法能够有效检测深层碳酸盐岩含气储层。     

井资料约束的地震资料高频恢复

本文提出一种利用井震频谱关系恢复地震资料的高频信息、拓展带宽、提高分辨率的方法.首先利用匹配追踪方法提取井资料中地面地震数据能恢复频段的信息;然后利用高斯振幅谱拟合算法得到与井资料和地面地震资料振幅谱对应的稳定振幅谱,并在频率域建立高斯拟合振幅谱之间的映射关系,同时加入柯西约束项以增加此算法的稳定性;最后将此映射关系应用到整个地震数据体,进行频带拓宽处理,在保存原信号的前提下,增强了高频弱信号的能量,从而提高地震资料识别薄层的能力.应用结果表明,经频带拓宽处理后的地震数据可以获得比原始地震数据更高分辨率的地层参数反演剖面,证明了该方法是识别薄层及其他复杂储层的有效手段.     

复数道动态匹配追踪算法的改进

针对复数道动态匹配追踪算法中采用瞬时频率求取的匹配原子的主频经常是没有物理意义的负数,且很不稳定的问题,在匹配原子主频的求取过程中,提出了基于连续相位的瞬时频率求取方法。该方法摒弃了主值相位,引入连续相位,解决了主值相位存在不连续突变点的问题;而且瞬时频率并不是直接由相位求导获得,而是通过阻尼最小二乘反演的方法求得。实验结果表明,利用连续相位求取的瞬时频率准确度高,且不存在无物理意义的负频率值。模型和实际资料表明改进的匹配追踪算法具有很好的稳定性,能够适应复杂地震信号的分解和重构。     

基于正交匹配追踪算法的叠前地震反演方法

为了给地质解释提供更为有利的反演数据,本文提出一种基于正交匹配追踪算法的叠前稀疏反演方法.采用正交匹配追踪算法先搜索稀疏的反射系数位置再计算大小,利用L₀范数对反射系数的稀疏性进行约束,构建基于正交匹配追踪算法的叠前地震反演目标函数,并加入模型约束以增强反演的稳定性.由于L₀范数具有较强的稀疏性,反演结果界面块化,地层界面清晰.反演得到的反射系数可通过积分的方式转化为地层弹性信息.模型测试表明该方法稳定可靠,抗噪能力强.实际地震数据反演的井旁道与测井资料匹配较好,与常规反演方法相比,提升了反演结果对地层的分辨能力.     

基于伪多道匹配的时移地震互均化方法

为了提高数据匹配的精度,更好地消除两期数据非油气藏区域的地震响应差异,文中提出采用伪多道匹配法代替最小二乘匹配法进行时移地震互均化处理。采用伪多道匹配算法同时对时间、振幅、频率和相位进行约束,将模型道表示为关于时间、振幅、频率和相位的表达式,通过公式推导化简为用四道数据精确表示的模型道表达式。该方法相比传统的最小二乘匹配算法具有更高的匹配精度,可以更好地消除非油气藏的静态差异,反映地下油气藏的动态变化。模型试算及实际资料处理验证了本文方法的有效性。     

分数阶导数在地震奇异性分析中的应用

传统的地震解释主要是观测地震资料的振幅及相位的变化,而振幅往往并不能反映真实的地质情况.地震界面可能是岩性分界面也可能是岩性过渡带,岩性过渡带的地震反射波是入射波的分数阶导数,因此将分数阶导数引入地震属性计算中,构建一种对波形敏感而对振幅变化不敏感的新属性--奇异性,用以刻画反射界面的横向变化.方法的基本原理是:首先计算地震子波的不同分数阶导数;然后利用匹配追踪算法将地震数据分解成地震子波的不同分数阶导数,进而获得反射波同相轴的分数阶.对胜利油田某区块实际二维地震资料进行了试处理,结果表明分数阶导数剖面能很好地描述不整合面,反映实际界面的横向变化.