专利名称：一种改进的地震道数据的分解和重构方法
技术领域：
本发明涉及地球物理勘探技术，更具体地讲，涉及一种能够减少地震道多子波分解计算量并获取具有高精度的地震道数据的分解和重构的方法。
背景技术：
随着油气田勘探和开发的深入，寻找低幅构造、薄层油气藏、隐蔽油气藏、碳酸盐岩油气藏等复杂地质体，已成为当前勘探和开发的主要目标。然而，针对这些复杂地质体，若想通过常规的属性方法从地震资料上直接识别和准确的圈定储层却较为困难；此外，常规的地震信号处理中所用的褶积、反褶积和地震道反演等都是基于单一地震子波的假设，与实际情况有很大的出入，使得现有的储层预测技术难以满足油气藏勘探的精度要求，且存在预测结果多解性的问题。因此，有必要研究一种先进的地震分析技术，从而实现科学、
有效地提高地震预测的可靠性，地震道多子波分解和重构技术应运而生。现有的地震道多子波分解和重构方法一般分为分解和重构两大步骤，流程如附图I所示。而在信号分解中，一般采用匹配追踪的贪婪算法，即假设f(t)表示原始地震道，《(0，&(0>^1表示地震道￡(0与原子库相关性最好的那个原子，提取出该原子后，得到剩余信号Rf (t)，再对剩余信号与原子库进行匹配，以此类推，直至满足迭代条件时循环终止，详细流程如附图2所示。在信号重构中，一般采用频率重构或能量重构的方法。从图2所示的常规匹配追踪子波分解流程图可知，现有的匹配追踪子波分解算法是一个迭代的、非线性的算法，该算法把一个信号分解成过完备库中的一系列原子的线性组合。该算法是一种贪婪算法，它的贪婪性表现为每次迭代时都要尽可能地使提取出来的原子能量最大，并且每次迭代都是独立进行的，和前面及后面的迭代都没有关系。为了保证重构的精度，该算法使用的是过完备库，也就是说它的原子库必须足够大，这反过来又增加了单次迭代的计算时间。总之，过完备库的复杂性增加了单次迭代的计算时间，而贪婪算法加大了总迭代次数，这二者的共同作用，使得该算法的计算量非常巨大。
发明内容
为了克服现有技术中的上述和其他缺点，本发明的目的在于提供一种改进的多子波分解和重构方法。为了实现上述目的，提供了一种地震道多子波分解和重构方法，包括如下步骤(a)读入地震道数据，利用读入的地震道数据初始化剩余信号；(b)建立基础原子库D，利用建立的基础原子库D，初始化动态原子库AD ; (c)计算动态原子库AD中的每个原子与剩余信号的互相关值；(d)针对动态原子库AD中的每个原子，依次与剩余信号匹配出相关值较大，且范围不重叠的多个原子，形成有效原子集，同时生成新的动态原子库AD ； (e)根据原子的互相关率大�。铀鲇行г蛹刑崛∑ヅ湓樱⒗锰崛〕龅钠ヅ湓蛹扑阈碌氖Ｓ嘈藕牛�(f)利用步骤(e)的结果判断是否达到迭代终止条件，如果没有达到，则重复步骤(C)、(d)、(e)进行迭代，直至满足终止条件，如果达到了迭代终止条件，则进行下面的步骤；(g)保存所提取的原子信息；(h)利用所述原子信息，结合井信息和已知储层信息，进行地震道数据的重构。其中，在步骤(e)中，通过从剩余信号中依次减去所提取出的匹配原子，来计算新的剩余信号。其中，在步骤(a)中，初次读入地震道数据时，通过将地震道数据值赋给剩余信号来初始化剩余信号。步骤(d)包括如下步骤将每个原子的最大互相关值除以整个原子库中所有原子的互相关值中的最大互相关值并求绝对值，得到该原子的互相关率；判断每个原 子的互相关率是否大于设定的第一阈值；利用互相关率大于设定的第一阈值的那些原子形成新的动态原子库AD。步骤(d)包括如下步骤针对动态原子库中的每个原子，将互相关值按照降序排序，从大到小选择不超过第一预定数量的时间范围不重叠的原子；将上述步骤中所获得所有原子按照互相关值降序的方式排列，从大到小选择不超过第二预定数量的时间范围不重叠的原子，构成有效原子集。其中，在步骤(e)中，从所述有效原子集中提取互相关率大于第二阈值的匹配原子，并计算新的剩余信号。其中，在步骤(f)中，通过计算剩余信号的能量与地震道数据的能量的比值来判断是否达到迭代终止条件。其中，在步骤(f)中，通过判断提取的匹配原子的个数是否达到设定个数来决定是否终止迭代。其中，在步骤(f)中利用提取出的匹配原子或新的剩余信号来判断是否达到迭代终止条件，如果没有达到迭代终止条件，则更新动态原子库和剩余信号后，返回步骤(C)。其中，在步骤(g)中，保存所提取的原子的起始时间、相关系数、频率、相位相关的信息。其中，在步骤(h)中，基于能量特征选择性重构、基于频率特征选择性重构，或者能量和频率特征综合选择性重构地震道信号。其中，据频带范围、或者原子能量大小次序、或频率和能量的综合准则来重构地震道。因此，根据实施例的多子波分解和重构方法可以更快速、准确的对地震道进行分解，且基于频率和能量特征综合筛选的重构方法，增加了能量和频率综合QC的手段，而重构剖面的实时动态QC，有利于用户做出重构参数合理选择的判断。
通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中图I是匹配追踪多子波分解和重构整体流程图；图2是常规匹配追踪子波分解流程图；图3是根据本发明实施例的多子波分解和重构方法流程图4是实施图3中的多子波分解和重构方法的示例性流程图；图5是根据本发明实施例的一个示例的效果比较表格；图6是示出更新剩余信号的示例的示意图；图7是主频分别为10HZ、20HZ、30HZ和40HZ的雷克子波序列示意图；图8示出了互相关系数为-I的两个原子的示意图；图9示出了子波叠加的示例。
具体实施例方式在描述本发明的实施例之前，解释一下本发明中提到的一些术语的概念。这些术语在现有技术中已经为本领域技术人员所公知和使用。原子自然界中“原子”的概念可大体理解为组成物质的基本单元。在本发明中，原子的概念也大体类似——即组成地震信号的基本单元，可假定地震信号为不同频率、不同振幅、不同时间、不同相位的原子构成,原子也可称为子波,包括有雷克子波、Morlet子波、Gaussian子波等不同类型。子波即为原子的意思，根据用户选择的子波类型、主频序列、相位序列，就可构建
一个原子库。假设用户选择的子波为雷克子波，它的公式为，
这样根据不同的主频f就可以得到相应的子波序列。如图7所示，示出了主频分别为10 (左上)、20 (右上)、30 (左下)、40 (右下)HZ的雷克子波序列。以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。参照图3和图4，将详细描述根据实施例的多子波分解和重构的获取方法。首先，以本领域公知的方法进行野外勘探采集，以得到原始采集的数据，然后，经过地震资料处理，得到能进行多子波分解和重构的地震数据。地震数据可以是叠加前的数据或叠加后的数据。水平叠加是针对地震勘探过程中，多个激发点和多个接收点在地下的某个位置有反射，将不同接收点收到的来自地下同一反射点的不同激发点的信号，经动校正后叠加起来。在根据本发明实施例的多子波分解和重构方法中，可以为整道的地震数据，也可以为部分采样点构成的地震数据。下面将具体地描述根据示例实施例的多子波分解和重构方法。图3示出了根据本发明示例性实施例的改进的多子波分解和重构方法。在步骤S10，读入地震道信号，用读入的地震道数据将剩余信号初始化。每一道地震道信号都是以一个离散序列的数组形式存在的，假定为s(i) (i = 1，2... 1000)，其中，i表示地震道数据的时间点或采样点。剩余信号是指每次匹配出原子后信号的剩余值，也是一个数组，假定为R(i) (i = 1,2... 1000)。将剩余信号初始化的意思就是在j = I时，即第一次迭代时，将地震道信号的值一一赋给剩余信号，即R(j) = S(i)，这个仅限于步骤SlO一开始的时候，之后剩余信号就会发生变化了，每当通过迭代提取出一个原子，就要将对应的这个原子的振幅值序列在对应的时间从剩余信号中减掉。除了第一次迭代时，剩余信号=原始信号，其他时候的剩余信号都是减去提取的原子后的信号，是一个动态的即时更新的过程。本实施例中的剩余信号可由流程图4中的S448步骤计算出。即，在步骤S448中，每次匹配出一个原子Aip，都将从当前剩余信号的对应的时间点上将Ajp的振幅值减去，从而更新剩余信号，大体示意图如图6所示。在步骤S20，建立一个初始的基础原子库D，初始化动态原子库AD。在该步骤中，基础原子库的建立，可根据自定义的起始频率、终止频率和步长、相位等参数设定。假设选择的子波类型为雷克子波，起始频率、步长和终止频率分别为10HZ、1HZ、90HZ，则原子库里
总共有81个雷克子波，频率分别为10HZ，11HZ，12HZ......90HZ。将该原子库作为初始的
基础原子库D，同时也作为初始的动态原子库AD。其中，原子库的建立过程中的起始频率和终止频率的设定主要通过用户对地震数据的频谱分析或历史经验而来，比如说通过频谱分析，该区域频带范围主要为10-80HZ，那么就可将原子库的起始和终止频率设为10-80或相当范围即可，而步长的设置则需通过分解所花时间及分解精度综合考虑而来。此外，步骤SlO和步骤S20的顺序可以互换，也可以同时执行。在步骤S30，计算动态原子库AD里每个原子与剩余信号R(j)的互相关值序列。在该步骤中，互相关值序列长度由信号长度与原子长度决定，针对每一个原子，用户可以选取
前m个互相关值A (k)m较大的原子作为最优原子，这样，整个动态原子库将有个最
k
优原子，其中，k表示原子库中的原子的序号。在步骤S40，一次性从Σ/ (Α1个最优原子中筛选出η个互相关值较大且范围不重
k
叠的原子，从而构建出有效原子集，并更新动态原子库AD。在该步骤中，η为用户设定的自然数，意为一次迭代提取的最多原子数目，可以根据用户所需分解精度来设置，同时受最终提取阈值以及是否重叠的限制。原子重叠与否的标准就是看在时间上是否重叠，假定信号为S(i)(其中，i = 1，
2.. . 1000)，相关值最大的原子起始时间为第100个点，该原子的时窗长度为220，那么该原子时间域就是从100到319，如果相关值第二大的原子起始时间为300，那么这两个原子的
范围就重叠了。在步骤S50，根据有效原子集中的原子的互相关率的大�。又刑崛∑ヅ湓樱率Ｓ嘈藕�。在步骤S60，利用剩余信号能量或已提取的匹配原子个数，判断是否达到迭代终止条件，如果没有达到，则重复步骤S30、S40、S50，直至满足终止条件。在该步骤中，终止条件有多个，地震道剩余能量小于设置的阈值的时候，或者提取的原子个数大于设定的个数时。
地震道能量=各序号点振幅值的平方之和。假设S(i) = {0.2,0.4,0.8,-0. 2......}，那么
地震道能量就等于Sum = (O. 2)2+(0. 4)2+(O. 8)2+(-0. 2)2+.......剩余能量就是剩余信号
的能量，每次分解出某个或多个原子后，从地震信号中减去该原子后，获得新的剩余信号，剩余能量等于更新后的剩余信号的振幅平方之和。在步骤S70，保存所提取的原子信息到分解信息存储文件(起始时间、相关系数、频率、相位等)。步骤S80，读取分解信息存储文件，结合井信息，有针对性的进行多子波筛选重构。在该步骤中，可根据频带范围、或者原子能量大小次序、或频率和能量的综合准则来重构地震道，且可实时动态的进行重构剖面QC(质量控制)，有利于用户做出重构参数合理选择的判断。除了根据用户地质目标、井信息来有选择性的重构外，还可根据剖面的形态、波组特征等信息来判断重构的参数是否合理。下面，结合附图4详细描述实施附图3中的方法的示例性流程图。假设所需处理的地震道总时长为5s，以2ms采样率进行采样，则共有2501个采样点，地震道数据可表述为S (i) (i = 1、2、3、......>2501) O在步骤S410中，读入地震道数据，初始化剩余信号。该步骤与步骤SlO相同。在步骤S412中，生成基础原子库，初始化动态原子库AD。该步骤与步骤S20相同。在步骤S414中，依次将动态原子库AD (j)(其中，j表示本轮迭代中第j次迭代)中的所有原子与剩余信号R(j)做互相关计算。具体地，依次选取第k个原子(在本示例中，I SkS 81)，将第k个原子与剩余信号R(j)求互相关，得到一个互相关序列。即，针对原子库中的每个原子，获得一个互相关序列，因此，在本示例中共有81个互相关序列。在步骤S416中，针对每个原子，采用快速降序排序法，选出相关值最大、且相关范围不重叠的m个原子(m为用户自定义的自然数，例如，I ( m <信号长度/子波长度)，舍
弃其他原子(S418)。这样整个动态原子库将匹配出个
权利要求
1.一种地震道数据的分解和重构方法，包括如下步骤 (a)读入地震道数据，将读入的地震道数据初始化为剩余信号； (b)建立基础原子库D，利用建立的基础原子库D，初始化动态原子库AD； (c)计算动态原子库AD中的每个原子与剩余信号的互相关值； (d)针对动态原子库AD中的每个原子，依次与剩余信号匹配出相关值较大，且范围不重叠的多个原子，形成有效原子集，同时生成新的动态原子库AD ; (e)根据原子的互相关率大小，从所述有效原子集中提取匹配原子，并利用提取出的匹配原子计算新的剩余信号； (f)利用步骤(e)的结果判断是否达到迭代终止条件，如果没有达到，则重复步骤(C)、(d)、(e)进行迭代，直至满足终止条件，如果达到了迭代终止条件，则进行下面的步骤； (g)保存所提取的原子信息； (h)利用所述原子信息，结合井信息和已知储层信息，进行地震道数据的重构。
2.如权利要求I所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，在步骤(e)中，通过从剩余信号中依次减去所提取出的匹配原子，来计算新的剩余信号。
3.如权利要求2所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，在步骤(a)中，初次读入地震道数据时，通过将地震道数据值赋给剩余信号来初始化剩余信号。
4.如权利要求3所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，步骤(d)包括如下步骤 将每个原子的最大互相关值除以整个原子库中所有原子的互相关值中的最大互相关值并求绝对值，得到该原子的互相关率； 判断每个原子的互相关率是否大于设定的第一阈值； 利用互相关率大于设定的第一阈值的那些原子形成新的动态原子库AD。
5.如权利要求3所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，步骤(d)包括如下步骤 针对动态原子库中的每个原子，将互相关值按照降序排序，从大到小选择不超过第一预定数量的时间范围不重叠的原子； 将上述步骤中所获得所有原子按照互相关值降序的方式排列，从大到小选择不超过第二预定数量的时间范围不重叠的原子，构成有效原子集。
6.如权利要求5所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，在步骤(e)中，从所述有效原子集中提取互相关率大于第二阈值的匹配原子，并计算新的剩余信号。
7.如权利要求2-6中任一项所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，在步骤(f)中，通过计算剩余信号的能量与地震道数据的能量的比值来判断是否达到迭代终止条件。
8.如权利要求2-6中任一项所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，在步骤(f)中，通过判断提取的匹配原子的个数是否达到设定个数来决定是否终止迭代。
9.如权利要求6所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，在步骤(f)中利用提取出的匹配原子或新的剩余信号来判断是否达到迭代终止条件，如果没有达到迭代终止条件，则更新动态原子库和剩余信号后，返回步骤(C)。
10.如权利要求1-6中任一项权利要求所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，在步骤(g)中，保存所提取的原子的起始时间、相关系数、频率、相位相关的信息。
11.如权利要求1-6中任一项权利要求所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，在步骤(h)中，基于能量特征选择性重构、基于频率特征选择性重构，或者能量和频率特征综合选择性重构地震道信号。
12.如权利要求1-6中任一项权利要求所述的地震道数据的分解和重构方法，其中，据频带范围、或者原子能量大小次序、或频率和能量的综合准则来重构地震道。
全文摘要
提供了一种地震道多子波分解和重构方法，包括如下步骤读入地震道数据，初始化剩余信号为读入的地震道数据；同时建立原子库D，将动态原子库AD初始化为原子库D；计算动态原子库AD中每个原子与剩余信号的互相关值；一次性匹配出相关值较大，且范围不重叠的多个最优原子，构建为有效原子集，同时更新动态原子库AD；从剩余信号里依次将有效原子集里的原子提取出来，更新剩余信号；判断是否达到迭代终止条件，如果没有达到，则重复上述步骤，直至满足终止条件，然后保存所提取的原子信息到分解信息存储文件；读取分解信息存储文件，结合井信息，有针对性的进行地震道数据的重构，进而得到新的地震数据，有效地开展储层预测等工作。
文档编号G01V1/30GK102879818SQ20121031389
公开日2013年1月16日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者张洞君, 邹文, 洪余刚, 刘璞, 周晶晶, 巫骏 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司
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