[发明专利]一种基于近似负熵的微地震信号初至拾取方法

说明书

本发明提供一种基于近似负熵的微地震信号初至拾取方法，属于地球物理技术领域。根据微地震信号自身特点设计合适的近似负熵函数，结合负熵谱曲线极值差的加权函数设定阈值，进而实现信号区域与噪声区域的准确划分及微地震信号初至的准确拾取。本发明的有益效果是根据微地震信号自身的特点，引用信息论中近似负熵理论提出了一种基于近似负熵的微地震初至拾取新方法，与现有拾取方法相比，新方法能够实现较低信噪比条件下初至到时的准确拾取，信噪比可低至‑12dB，并且计算过程简单，速度较快，准确性高。

技术领域

本发明属于地球物理技术领域，尤其是指微地震信号处理方法。

背景技术

页岩气、煤层气等非常规油气勘探是未来油气产业的重点、是全球都在关注的课题。油气勘探越来越多的使用水力压裂及微地震检测技术。在微震信号识别或震源定位工作中，由于微地震信号具有数据量大、频率分布广、信噪比低等特点，微地震初至到时的检测和拾取是一个重要而困难的问题，很难找到一种精确而快速的微地震初至拾取方法。

近年来，国内外学者先后提出多种基于单分量或三分量的时域或频域初至拾取算法，其中具有代表性的方法有Akaike信息准则法、长短时能量比法等。Akaike信息准则法方法是常与自回归技术一起使用，这种方法计算比较简单。Sleeman(1999)提出了寻找两段平稳时间序列最优分割点的方法，可以直接计算数据AIC并将结果最小值作为P波初至点。2011年，St-Onge等人将该方法应用于微地震初至拾取当中，在弱噪声条件下拾取效果好，但在强噪声条件下无法准确识别微地震信号。长短时能量比法是一种时域的震相识别算法，它利用微地震信号振幅、能量、包络等特性，按照短时帧和长时帧划分特征函数进而计算新时间序列的平均值之比，比值的最大值对应地震记录初至点。后来很多学者陆续对其进行改进，2009年，Wong等人提出了修改能量比法。长短时能量比法受时窗长度影响较大，低信噪比条件下合适窗长的选择是该类方法的一个难点。近几年来，多种初至拾取算法不断被提出，如移动时窗标准差法(Akram,2011)，功率谱包络STA/LTA法(Xiantai,et al,2011)，动态阈值法(AkramandEaton,2012)，极化坐标方法(Moriya,2008,2009)、高阶统计量(HOS)和AIC(Küperkoch etal.,2010)，分形算法(Liao et al.,2010)、互相关法(Eaton，2016)、聚类法(Zhu et al.，2016)、小波变换和AIC结合方法(Zhang et al.,2003)、多尺度小波分析和STA/LTA联合法(Capilla,2006，Rodriguez，2011，Li et al，2016)等。以上算法都能够实现初至拾取，但在强噪声、弱有效信号条件下，分别存在计算量大，受窗长影响较大，准确度降低等问题。因此，寻找一种计算速度快、拾取精度高的微地震初至拾取算法是目前该研究领域专家们不断探讨和研究的问题。

发明内容

本发明提供一种基于近似负熵的微地震信号初至拾取方法，以解决针对较低信噪比条件下微地震信号初至时刻点拾取困难的问题。该方法根据微地震信号自身特点设计合适的近似负熵函数，结合负熵谱曲线极值差的加权函数设定阈值，进而实现信号区域与噪声区域的准确划分及微地震信号初至的准确拾取。

本发明采取的技术方案是，包括以下步骤：

1)根据微地震信号自身的特性，设计近似负熵函数：

具有n个采样点的随机序列y＝{y_i,i＝1,2,…,n}的负熵可以表示为：

J(y)＝H(y′)-H(y)， (1)

其中y′是与随机序列y具有相同均值和方差的高斯随机序列，H(y)是序列y的熵，同理H(y′)是序列y′的熵，J(y)就表示随机变量y的负熵；

构造基于最大熵准则(最小负熵)的近似负熵函数，其对信号相对敏感，表达式描述如下