地震信号复数域高效匹配追踪分解

本文提出了-种复数域快速匹配追踪算法,通过在复数域求解匹配子波的复振幅,同时获得匹配子波的振幅和相位信息,并使主频成为唯--个需要通过子波库扫描来确定的控制参数,提高了匹配追踪的分解效率。算法对比测试结果表明,本文快速匹配追踪算法的计算效率比原算法提高了上千倍,在很大程度上克服了匹配追踪的计算瓶颈问题,同时能够保持匹配追踪瞬时谱精度和地震信号重构精度。     

对依据频率的匹配追踪快速算法的改进

匹配追踪(MP)算法是信号自适应分解的一种具体实现方法.依据频率的匹配追踪快速算法利用地震信号有限频带的先验知识,建立以频率为主要搜索目标的字典索引,减少了字典索引和迭代循环的计算量,提高了信号匹配追踪分解的效率和计算速度.改进算法以复地震信号能量极值处的瞬时频率为初始频率,建立频率与尺度参数的关联关系,使循环迭代过程紧密围绕残值信号能量的有效衰减,提高了确定初始频率的针对性.     

地震匹配追踪技术与应用研究进展

匹配追踪作为一种自适应信号分析方法,由于其具有良好的地震数据稀疏表示特性,在地震资料处理及解释领域得到了越来越多的关注。匹配追踪技术有三大要素:匹配子波母函数、匹配子波库和匹配追踪分解算法。匹配追踪首先要构建匹配子波库或子波字典,其类型有超完备子波库、正交子波库和动态子波库。匹配子波母函数在早期用Gabor子波,现在常用Morlet子波和Ricker子波。匹配追踪分解算法是匹配追踪技术的核心,分为贪婪算法、正交匹配追踪算法、快速匹配追踪算法。在深入调研的基础上,梳理了地震匹配追踪分解与重构技术的发展历程及研究进展,系统阐述了匹配追踪技术的基本原理,剖析了匹配追踪技术的加速策略,并总结了匹配追踪技术在地震资料处理、解释领域的应用现状。理论及应用实例研究表明,地震匹配追踪技术算法灵活、应用效果良好,具有广阔的发展前景。     

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。     

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。     

匹配追踪强反射层分离方法及应用

针对油页岩强反射屏蔽储层有效信号的问题,开展了基于匹配追踪的强反射层分离方法研究,目的是较好地弱化强阻抗界面的影响,增强储层有效信号。结合匹配追踪算法和强反射形成机理,首先建立强反射层分离流程,然后基于二维模型,对强反射层分离过程中子波控制参数的选取进行了详细讨论,并提出利用能量增长率作为参数优选的依据。研究认为,当给定1~2 Hz的频率扰动范围、且将匹配子波全部(1倍)从原始记录中减去时,强反射层分离效果最佳。以华北彬县—长武区块油页岩强反射为例,通过对目的层段测井响应特征和地震响应特征的分析,结合模型试验结果确定了子波控制参数,并对油页岩强反射层进行了有效分离。分析表明,强反射层分离后储层弱反射信号得到了有效增强,平面属性能更加客观地反映河道边界和砂体展布特征,井点吻合率达到75%,取得良好的应用效果。     

多道联合约束的匹配追踪强反射轴压制方法

针对强反射轴中及其附近有效信号难以识别和区分的问题,利用匹配追踪算法的稀疏分解表示能力,提出一种多道联合约束的匹配追踪（TC-MMP）强反射轴压制方法。对于多道匹配追踪算法分解信号过程中迭代终止条件难以确定的问题,引入残差比阈值,与固定迭代次数或固定残差门限相比,在一定程度上提高了信号分解的效率,由此形成了迭代条件约束下的匹配追踪算法。利用TC-MMP算法分解含有强反射轴的信号,搜索能量最强的匹配子波并将其作为提取的最佳强反射,通过多道提取的强反射信号求取能量加权系数,增大强反射轴中有效信号的能量占比,再利用试算方法得到最优强反射轴压制参数,使处理结果既保留了强反射轴中的有效信号,也凸显了强反射轴附近被掩盖的有效信号。含有高阻层的理论模型和带有井分层数据的实际地震资料的处理结果表明,所提强反射轴压制方法比常规方法更可靠且有效,可为储层的精确描述提供技术支撑。     

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。     

基于Ricker类地震子波的匹配追踪

Ricker类地震子波是由Ricker子波演变得到的零相位三参量理论子波,通过适当的简化,得到了二参量C子波,参量独立地控制波形特征。以两个波形参数(主、旁瓣极值比和主、旁瓣宽度比)来定量表征C子波,发现C子波(Ricker类子波)比常规的Ricker子波、宽带Ricker子波波形更为丰富。基于C子波的匹配追踪算法,以该类子波构建原子库,建立包络瞬时频率与子波参量的定量关系,通过"三步法"实现地震信号的分解。模型试算结果表明了该算法的有效性,时频谱具有较高的时频聚焦性,C子波比Ricker子波更适用于时变记录的匹配。基于C子波库对实际地震资料进行匹配追踪,分频结果取得了较好的解释效果。     

基于局部频率约束的动态匹配追踪强反射识别与分离方法

当目标储层上、下存在高阻层时,在地震剖面上形成的强反射会屏蔽目标储层有效反射信息。为此,提出了基于局部频率约束的动态匹配追踪强反射识别与分离方法。考虑到瞬时频率计算结果存在"负频率"现象,故引进局部频率计算模式用于约束动态匹配追踪算法最优原子的搜索范围,该算法计算结果合理,可以确定最佳匹配强反射的地震子波。利用强反射位置处的局部频率和瞬时相位作为先验信息,构建动态反射特征波形库,以此搜索最佳匹配强反射子波;通过单道测试确定强反射压制系数,以保证剥离强反射后的均衡能量与背景能量一致,有助于拾取目标储层的反射信息,最终实现储层的精细描述。通过构建含高阻层的模型数据验证了基于局部频率约束的动态匹配追踪强反射识别和分离方法的可行性,并将该方法应用于实际地震数据,削弱了强反射干扰影响,突显了弱反射信息。     

基于三参数匹配追踪的油气检测技术与应用

匹配追踪时频谱分解技术具有较高的时频分辨率。近年来，基于匹配追踪方法的储层含油气性检测技术得到广泛应用，但传统的匹配追踪技术因计算效率低和时频原子分解精度不够等因素影响了流体识别的效果。为此，研究了一种三参数动态扫描的快速匹配追踪方法。该方法以Morlet小波为时频原子，引入三瞬属性作为初始值，从而缩小参数扫描范围，只对尺度、相位和频率进行局部扫描，在瞬时相位的局部单调区间内直接获得最佳时移参数，减少搜索参数的同时提高了分解的稳定性。单道地震信号试验表明，该方法能够有效提高匹配追踪的计算效率和分解精度。该方法应用于CD油田沙一段储层油气检测的结果表明，利用该方法提取的吸收衰减属性可以有效地区分油气层与水层和干层，预测的油气区展布符合沙一段储集体发育规律和油气成藏规律。     

基于稀疏反演的多道匹配追踪地震信号去噪方法及其应用

基于超完备子波库的单道匹配追踪方法在自适应分解地震道时未能分离有效信号和噪声,故难以直接、准确地去除噪声。为此提出了基于稀疏反演的多道匹配追踪去噪方法,以多个连续地震道为研究对象,首先采用多方向矢量中值滤波法计算同相轴倾角,以中间道为标准将同相轴校正后再水平叠加;然后采用基于基追踪降噪的稀疏反演方法分解叠加道,选择与叠加道中有效信号匹配的子波作为中间道匹配追踪分解的子波库;最后根据其它道相对中间道的校正量,对中间道匹配追踪分解的子波库进行反校正,分别构建各道匹配追踪分解的子波库。将基于有效信号匹配子波构建的子波库代替超完备子波库,在搜寻最佳匹配子波时选择性地提取地震道中有效信号,可直接分离有效信号和噪声。单道信号测试结果验证了该方法去除噪声的可行性;合成和实际地震数据应用结果表明,该方法相较于单道匹配追踪方法具有更好的去噪效果,且去噪后剖面的横向连续性更好。     

基于宽带B样条子波的匹配追踪时频分解

本文利用四参数宽带B样条子波的高分辨性和子波参数调节的灵活性,结合常规匹配追踪算法,实现了高精度的地震道自适应时频分解。应用理论模型,讨论了该方法的正确性和有效性,并与真实谱和Morlet小波匹配追踪做了对比,结果表明该算法计算的时频谱分辨率较高、时频定位性好。实际地震资料的应用效果表明,该方法计算的低频瞬时能量谱剖面可以较好地反映储层的非均质性,能够显现储层内部的细节信息,取得了良好的时频分解效果。     

一种基于地震约束的井控匹配追踪煤层强反射消除技术

鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府区块太2段致密砂岩气层是该区主力气层,其上下均有煤层发育,煤层屏蔽了含气砂体的反射特征,利用常规地震储层预测方法不易识别。通过对鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府区块太2段附近强反射振幅特征的分析,明确其产生机理,提出了一种基于地震约束的井控匹配追踪煤层强反射消除技术,即利用井旁地震道提取合理的煤层反射匹配波形,通过改进的匹配追踪算法动态调整匹配子波控制参数,获取煤层反射特征之后再从原始地震中将煤层强反射去除,突出砂岩反射特征。通过理论模型、合成记录及实际地震剖面进行了效果验证,消除煤层屏蔽的地震剖面目标砂体得以突出,反演预测结果与已钻井砂岩厚度吻合度较高。     

基于改进匹配追踪傅里叶插值的地震数据规则化重构

由于地表条件的限制，野外采集的地震数据难以做到规则采样，不规则采样地震数据影响了地震数据处理与解释。针对这一问题，采用匹配追踪傅里叶插值算法对不规则地震数据进行重构，并在该插值算法中的迭代部分作出改进，使其只在频率-波数域中计算傅里叶系数谱，减少了迭代中大量的正反傅里叶变换，以降低匹配追踪傅里叶插值算法的计算时间，并将改进后的方法应用到随机欠采样凹陷正演地震记录、Marmousi正演地震记录以及实际CMP地震资料中进行规则化重构。结果表明：改进后的匹配追踪傅里叶插值算法可以将随机欠采样地震数据规则化，重构后其同相轴变得连续，频波谱能量收敛，有效信号得以恢复，且改进后该算法的重构时间明显降低，其加速比在30倍以上，表明了该方法的正确性与可行性。改进后的匹配追踪算法为不规则地震数据的重构提供了新的理论依据。     

步进迭代法测井与井旁地震资料匹配处理

针对测井资料在地震频带范围内与井旁道难以匹配的问题,提出了步进迭代法对测井资料进行降频处理:①根据测井资料计算初始反射系数,利用自相关法从井旁道提取初始地震子波;②用初始子波作为约束,从井旁道提取新的地震子波;③用初始反射系数作为约束,从井旁道提取新的反射系数;④判断新的地震子波与反射系数的褶积是否与井旁道匹配,如果不匹配则用新的地震子波和反射系数替换初始地震子波和反射系数,并回到步骤②。如此迭代,直到地震子波与反射系数的褶积与井旁道吻合。该方法降低了测井资料的频率,使两种资料在中、低频范围内相互匹配。匹配后的反射系数与高频地震子波褶积,形成拟井间地震记录,用于联合拓频,有效地提高了地震资料分辨率。     

基于局部相关谱约束的多道匹配追踪算法识别微地震信号

多道匹配追踪算法是将地震记录中的每一道信号分解成一系列相同位移参数、频率参数及相位参数但振幅不同的匹配原子的线性组合。在地震剖面中,有效信号往往具有一定的方向性。为了利用信号的方向性等特征,提出了基于局部相关谱约束的多道匹配跟踪算法。利用局部窗口内的相关谱作为权重,对每次匹配跟踪的方向进行约束,对模拟以及实际的三分量微地震信号分别采用传统的多道匹配跟踪算法和本文提出的方法进行处理。为了验证该算法的准确性及可行性,采用STA/LTA算法对其结果进行事件拾取对比分析,结果表明基于相关谱约束的多道匹配跟踪算法能显著提高微震信号的信噪比,在一定程度上降低了微震事件误判的机率,且使STA/LTA算法的峰值提高1.2倍左右,提高了微震事件检测的可能性,可较为准确地识别出微震信号。     

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。     

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。     

全域正则化快速匹配追踪稀疏地震反演方法

匹配追踪算法(MP)自提出以来便被广泛应用于信号处理领域。文中首先利用时频域褶积算子与初始模型约束构建匹配追踪的冗余字典,在全时频域内筛选出所有可能的匹配原子构成备选原子库;然后利用正则化方法从备选原子库中筛选出能量最大的子集构成最终的匹配原子库,即一次迭代即可筛选出多个匹配原子。据此形成的上述全域正则化快速匹配追踪算法具有计算效率高、鲁棒性强等优点。此外,将初始模型约束与时频域联合反演方法引入反演框架,可有效提高反演结果的精度。对所提方法进行的一维、二维模型及三维实际资料的测试结果表明,全域正则化快速匹配追踪地震反演方法相较于常规匹配追踪的计算效率得到明显提高,反演结果既具有良好的鲁棒性,同时拥有较好的层位边界保真度。