一種基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及勘探地球物理領域，具體涉及石油地球物理勘探領域的一種基于改進 匹配追蹤算法的時頻分析方法。
【背景技術】
[0002] 地震數據匹配追蹤時頻分析方法在時頻原子的匹配上有很多技術方案，最開始技 術方案：投影能量最大為原則的自適應搜索方法，這種方式缺點在于，對每一個采樣點都要 進行多個參數進行掃描，每次迭代過程中都要進行大量的內積運算，計算量過于龐大，計算 耗時巨大。如何降解匹配追蹤算法的計算復雜度，提高匹配追蹤算法計算效率顯得尤為關 鍵。其他國內、外的專家學者也在這個方面做出很多嘗試，將遺傳優化算法引入原子匹配中 或是把信號的瞬時特征引入到匹配追蹤的算法中，縮短了耗時，但是效率提高的同時也降 低了原子匹配的正確性以及地震分頻剖面同相軸的連續性。
【發明內容】
[0003] 針對現有技術的不足，本發明的目的在于：提供一種基于改進匹配追蹤算法的時 頻分析方法。
[0004] 本發明采用的技術方案是：基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于， 該基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法包括下列步驟：
[0005] 步驟1 :輸入一道地震數據；
[0006] 步驟2 :構建地震信號的復分析信號，確定出地震信號的瞬時振幅和瞬時相位，根 據地震信號波峰、波谷位置確定出原子到時，并求出此到時處地震信號的瞬時相位；
[0007] 求取地震信號的瞬時頻率，以原子到時處一個波長范圍內的所有瞬時頻率分別作 為原子主頻，構建不同的匹配原子，確定出與地震信號最匹配的原子，對應的主頻即為到時 處的真實原子主頻；
[0008] 步驟3 :根據已確定的原子到時、主頻、相位，作為雷克子波參數，確定原子波形；
[0009] 步驟4:計算子波能量歸一化條件下的子波瞬時振幅；按用戶給定的瞬時振幅百 分比參數，確定匹配原子振幅。
[0010] 步驟5:在原子到時、原子主頻、原子相位、原子振幅這四個關鍵參數確定后，從地 震道中減去由這四個參數確定的匹配子波，得到殘余信號；若殘余信號大于給定閾值，則返 回步驟2重新迭代，否則，停止遞歸，即認為完成原始信號的分解；
[0011] 步驟6 :計算信號二維譜，將所有匹配子波的時頻譜疊加起來得到地震信號的時 頻譜，完成該道地震信號的匹配追蹤時頻分析；
[0012] 步驟7 :重復上述步驟，完成所有道地震數據的匹配追蹤時頻分析。
[0013] 進一步，在步驟2中，所述構建地震信號的復分析信號采用下式來完成
[0014] S(t)=s(t)+jHT(s(t))公式（9)。
[0015] 所述地震信號的瞬時振幅的確定采用公式（10)來完成；
[0016]
[0017] 地震信號的瞬時相位的確定采用公式（11)來完成，
[0018]
【主權項】
1. 一種基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于，該基于改進匹配追蹤算 法的時頻分析方法包括下列步驟： 步驟1:輸入一道地震數據； 步驟2 :構建地震信號的復分析信號，確定出地震信號的瞬時振幅和瞬時相位，根據地 震信號波峰、波谷位置確定出原子到時，并求出此到時處地震信號的瞬時相位； 求取地震信號的瞬時頻率，以原子到時處一個波長范圍內的所有瞬時頻率分別作為原 子主頻，構建不同的匹配原子，確定出與地震信號最匹配的原子，對應的主頻即為到時處的 真實原子主頻； 步驟3 :根據已確定的原子到時、主頻、相位，作為雷克子波參數，確定原子波形； 步驟4:計算子波能量歸一化條件下的子波瞬時振幅；按用戶給定的瞬時振幅百分比 參數，確定匹配原子振幅； 步驟5:在原子到時、原子主頻、原子相位、原子振幅這四個關鍵參數確定后，從地震道 中減去由這四個參數確定的匹配子波，得到殘余信號；若殘余信號大于給定閾值，則返回步 驟2重新迭代，否則，停止遞歸，即認為完成原始信號的分解； 步驟6 :計算信號二維譜，將所有匹配子波的時頻譜疊加起來得到地震信號的時頻譜， 完成該道地震信號的匹配追蹤時頻分析； 步驟7 :重復上述步驟，完成所有道地震數據的匹配追蹤時頻分析。
2. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟2中，所述構建地震信號的復分析信號采用下式來完成 S(t)=s(t)+jHT(s(t)) 公式 9， 所述地震信號的瞬時振幅的確定采用公式10來完成；
地震信號的瞬時相位的確定采用公式11來完成，
3. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟2中，所述匹配是指： 給定原子庫D={wk,k=l, 2,. . .K},且滿足| |wk| |=1,這些向量可以擴展成N維Hilbert空間；對于任意信號s(t)，從D中尋找與其最佳匹配的原子;滿足如下匹配條件：
其中，〈…〉表不內積。
4. 根據權利要求3所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 所述與地震信號最匹配的原子對應的主頻為與信號最佳匹配的子波的主頻；所述與信 號最佳匹配的子波為與信號相關值最大的子波ep; 所述與信號相關值最大的子波W(tpG0J的主頻計算的具體步驟是： 計算地震記錄的瞬時頻率 對公式11求導數，可得公式12
根據數值解計算公式即公式13計算主頻：
其中，Hs(t)=s(t)+iHT(s(t))，ft⑷為Hs⑴的共軛。
5. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟3中，所述原子波形的表達式為： wE (t,f, 0 ) = [1~2 2f2t2]exp(- 2f2t2)exp(i9 )公式 17 ; 其對應傅氏譜為：
6. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟4中，采用公式10計算子波能量歸一化條件下的子波瞬時振幅
7. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟4中，所述用戶給定的瞬時振幅百分比參數是指結合原始信號某個時段的信號 構成子波的數量和能量大小給定的經驗參數。
8. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟5中，所述殘余信號為投影值和信號的差值，用Rs(1)(t)表示，由此信號可以表 不成： s(t) =<s,wk0>wk0+Rs(1) (t) 公式 5， 初始狀態下，Rsto)(t)=s(t); 顯然wk(l和Rs(1)⑴是正交的，可得： |Ra(°)||2= |〈S，Wkcl>|2+||RS(1)(t)||2 公式 6， 逐次迭代逼近最優化，必然使得殘余信號Rs(t)的能量最小化，使投影|〈S，wM>|極大 化。
9. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟5中，所述地震信號的分解表達式為：
其中，a=〈Rs(r) (t)，w>。
10. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟6中，時頻譜表達式為
11. 根據權利要求1所述的基于改進匹配追蹤算法的時頻分析方法，其特征在于： 在步驟6中，時頻譜表達式為
【專利摘要】本發明涉及一種基于匹配追蹤算法的時頻分析方法，其步驟包括：構建地震信號的復分析信號，確定出到時、延時處的瞬時相位、最佳主頻；計算延時位置的主頻、相位，作為雷克子波參數，確定原子形態；計算子波能量歸一化條件下的子波瞬時振幅；原子振幅可以按給定一個百分比進行匹配，確定出原子到時、原子主頻、原子相位、原子振幅這四個關鍵參數后，從地震道中減去與這個與地震信號最大相關的匹配子波，得到殘余信號，對殘余信號在一定閾值范圍內遞推迭代，完成原始信號的分解；將所有匹配子波的時頻譜疊加起來得到地震信號的時頻譜。本發明在縮短匹配追蹤時頻分析的計算效率的同時，保證了原子主頻匹配的準確度，解決了地震分頻體剖面同相軸不連續的問題。
【IPC分類】G01V1-30
【公開號】CN104570107
【申請號】CN201310520620
【發明人】韓文功, 馮德永, 李紅梅, 王興謀, 劉力輝, 宮紅波, 陸蓉, 王紅, 劉海寧, 孫興剛
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月29日