CN104166162B - 基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法，包括：采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，对2维地震切片的横向和纵向同时进行边缘检测处理，采用横向和纵向的边缘检测的结果的均方根作为最终的边缘检测结果，再进行2次小波变换，并对小波变换的结果数组进行保边去噪处理，得到最终的用于边缘检测的结果数组，将结果数组用于描述缝洞体发育带。本发明采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，克服现有技术对于地震资料匹配性较差的缺陷，提高边缘检测的精度。

Description

基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法

技术领域

本发明涉及一种油气地球物理勘探检测方法，尤其涉及一种基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法。

背景技术

在油气地球物理勘探领域，边缘检测方法主要用于寻找缝洞发育带，其往往是有利的油气储存空间或运移通道。

自然界的岩石或岩层中普遍存在着孔隙、裂缝(隙)和溶蚀孔洞，其形态各异，尺度大小也相差悬殊。对于地震勘探而言，由于受分辨率的限制，无法识别出单个的孔、洞、缝，只能识别规模达到一定程度的裂缝发育带。事实上，单个的孔、洞、缝对油气的聚集所起的作用是微乎其微的，真正具有勘探、开发价值的是具有一定规模的缝洞发育带。

裂缝发育带是指相对围体岩层而言，其缝洞密度明显增大，并有一定延伸范围的岩体。因此，其在地震水平切片(或沿层切片)上，具有一定的分布范围和延伸方向。因此，可以采用各种边缘检测方法识别裂缝发育带。

在油气地球物理勘探领域，现有的基于小波变换的边缘检测方法主要有3类：(1)基于常规小波变换的方法，如黄捍东、胡光岷(2000)提出的多尺度边缘检测方法；(2)基于多尺度小波变换边缘检测，如贺振华、黄德济、文晓涛等(2007)提出的小波多尺度边缘检测；(3)基于噪音抑制的多尺度小波变换的方法，如文晓涛(2008)提出的小波域尺度积在裂缝检测中的应用。

上述3类方法的共同点：(1)都是基于常规的小波变换方法进行计算，其小波函数都是固定的小波函数，如Morlet小波等，即各个不同地区的地震资料都采用相同的小波函数；(2)都只针对2维切片的1个方向进行了处理(横向或纵向)。

上述3类方法的不同点：(1)第1类方法只采用单个尺度的小波变换结果进行边缘检测；(2)第2类方法在第1类方法的基础上进行了改进，采用两个相邻尺度的小波变换结果的乘积进行边缘检测；(3)第3类方法在第2类方法基础上进行了改进，引入了保边去噪方法进行预处理，即在边缘检测之前，先采用保边去噪方法对2维切片进行去噪处理，然后再采用第2类方法进行边缘检测。

但在实际应用中，现有技术还存在如下问题：

(1)现有技术都采用常规的小波变换方法(采用固定的母小波，如Morlet小波)进行计算，而不同地区的地震资料的地震子波往往具有一定的差异，其与地震资料的匹配性较差。

(2)现有技术都只针对2维切片的1个方向进行了处理(横向或纵向)，边缘检测的精度较低；

(3)上述第1类方法只采用单个尺度的小波变换的结果进行边缘检测，其边缘检测的精度最低；

(4)上述第1类方法和第2类方法都没有考虑对噪声进行预处理，其抑制噪声的能力较差；

(5)上述第3类方法虽然在边缘检测之前先进行了保边去噪的预处理，但是其抑制噪声的能力仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法。本发明采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，克服现有技术对于地震资料匹配性较差的缺陷，提高边缘检测的精度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法，其特征在于：采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，对2维地震切片的横向和纵向同时进行边缘检测处理，采用横向和纵向的边缘检测的结果的均方根作为最终的边缘检测结果，再进行2次小波变换，并对小波变换的结果数组进行保边去噪处理，得到最终的用于边缘检测的结果数组，将结果数组用于描述缝洞体发育带。

所述方法具体包括如下步骤：

(1)综合研究区地震资料的子波分析、时频分析资料，确定三参数小波的三个参数σ、τ和β，并得到用于计算的三参数小波函数三参数小波的计算公式为：

公式一：

公式二：

公式三：

公式四：

式中，f(t)是能量有限或平方可积信号，a是尺度因子，b是位移因子，是以σ，τ，β为参数的小波函数(即三参数小波)，σ是调制频率，τ是能量衰减因子，β是能量延迟因子；

(2)将二维地震切片记为数组Slice(nx,ny)，其中nx为incline方向，nx的取值从1至Nx，Nx为切片的InLine总数；ny为Crossline方向，ny的取值从1至Ny，Ny为切片的CrossLine总数；针对目的层切片，分两个尺度对该切片进行边缘检测处理；

(3)设定离散小波变换的尺度j＝1，分两个方向(Incline方向和Crossline方向)对目的层切片进行处理；

(3‐1)提取Inline号＝1的1维数组，即Slice(1,ny),ny＝1,...,Ny；令该1维数组为Slice1_X(ny),ny＝1,...,Ny；

(3‐2)采用公式一至公式四中的三参数小波，计算步骤(3‐1)中的1维数组Slice1_X(ny)的二进小波变换，得到当前尺度下的细节分量数组Slice1_X_I1(ny)(ny＝1,...,Ny)；并将1维数组Slice_X_I1(ny)写入2维数组Slice1_X_E(1,ny)ny＝1,...,Ny；

(3‐3)更换Inline号，重复步骤(3‐1)至步骤(3‐2)，直到所有的Inline号计算完成，得到当前等时切片的边缘检测的结果数组Slice1_X_E(nx,ny)nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny；

(3‐4)提取Crossline号＝1的1维数组，即Slice(nx,1),nx＝1,...,Nx；令该1维数组为Slice1_Y(nx),nx＝1,...,Nx；

(3‐5)采用公式一致公式四中的三参数小波，计算步骤(3)和(4)中的1维数组Slice1_Y(ny)的二进小波变换，得到当前尺度下的细节分量数组Slice1_Y_I1(ny)(ny＝1,...,Ny)；并将1维数组Slice_Y_I1(ny)写入2维数组Slice1_Y_E(1,ny)ny＝1,...,Ny；

(3‐6)更换Crossline号，重复步骤(3‐4)～步骤(3‐5)，直到所有的Crossline号计算完成，从而得到当前等时切片的边缘检测的结果数组Slice1_Y_E(nx,ny)nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny；

(3‐7)计算当前尺度下的小波变换的结果，即上述2个方向(Inline方向和Crossline方向)的计算结果的均方根，即下式公式五

公式五：

$Slice\_E1(nx,ny)=\sqrt{Slice1\_X\_E^2(nx,ny)+Slice1\_Y\_E^2(nx,ny)}nx=1,...,Nx;ny=1,\mathrm{...},Ny$

(4)设定离散小波变换的尺度j＝2；重复步骤(3‐1)至(3‐7)，得到尺度j＝2时的小波变换的结果Slice_E2(nx,ny)；

(5)计算相邻尺度j和j+1的小波变换的结果的乘积，

公式六：

Slice_1(nx,ny)＝Slice_E1(nx,ny)×Slice_E2(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny

(6)针对步骤(5)中的2维数组Slice_1(nx,ny)，重复步骤(3)至步骤(5)；得到去噪处理后的2维数组，记为Slice_2(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny；

(7)对步骤(6)中的2维数组Slice_2(nx,ny)，根据噪音情况进行多次迭代的2维保边去噪处理，得到最终的用于边缘检测的结果数组，记为Slice(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny。

采用本发明的优点在于：

一、本发明是一种基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法，与现有技术相比，本发明采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，克服现有技术对于地震资料匹配性较差的缺陷；对2维地震切片的横向和纵向同时进行边缘检测处理，采用横向和纵向的边缘检测的结果的均方根作为最终的边缘检测结果，提高现有技术的边缘检测的精度；进一步提高现有技术的边缘检测的精度，采用迭代处理，即进行2次小波变换计算；提高抑制噪声的能力，采用后去噪的计算流程，即对小波变换的结果数组进行保边去噪处理；其得到的结果精度更高，且抑制噪声的能力更强，具有推广使用的价值。

二、本发明能够预测地震资料边缘变化的精度，并且抑制噪声能力较强，与通常的小波变换边缘检测流程及效果不同。

三、通过本方法计算的边缘检测结果可以用于描述地质体的缝洞体发育参数，且本发明限制在地震勘探中应用，地震勘探资料分为叠前、叠后两种，本发明只限制在叠后资料中。

四、本发明采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，克服现有技术对于地震资料匹配性较差的缺陷，提高边缘检测的精度。

五、本发明对目的层切片的两个方向(Inline方向及Crossline方向)同时进行处理，进一步提高边缘检测的精度。

六、本发明对缝洞发育带的边缘检测而言，采用单一的小尺度(j＝1)的离散小波变换的结果能较准确地指示边缘，但是其受噪声影响较大；采用单一的较大尺度(j＝2)的离散小波变换的结果能较好地抑制噪声，但是指示边缘的能力较差。为此，本专利采用公式六所示的两种尺度小波变换的乘积进行缝洞发育带的边缘检测，既可以消除噪声的影响，又可以准确地指示边缘。

七、本发明结合多次迭代的保边去噪对边缘检测后的结果进行处理，进一步压制噪音的影响。

具体实施方式

本发明是要提供一种基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法，它针对二维地震切片进行处理，用于缝洞发育带的识别，有效地指导油气地球物理勘探的储层预测。

本发明可以达到如下目的：

(1)采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，克服现有技术对于地震资料匹配性较差的缺陷；

(2)对2维地震切片的横向和纵向同时进行边缘检测处理，采用横向和纵向的边缘检测的结果的均方根作为最终的边缘检测结果，提高现有技术的边缘检测的精度；

(3)进一步提高现有技术的边缘检测的精度，采用迭代处理，即进行2次小波变换计算(即第1次的结果作为第2次的输入)；

(4)提高现有技术的第3类方法的抑制噪声的能力，采用后去噪的计算流程，即对小波变换的结果数组进行保边去噪处理。

与现有技术相比，本发明的创新点如下：

(1)采用三参数小波进行小波变换计算，可以有效地适应各个地区的地震资料，即小波函数可以灵活的修改或改变以匹配研究区的地震资料；

(2)对小波变换后的结果数组进行保边去噪处理，而不是在小波变换之前进行去噪处理，可以更有效地去除噪声，并提高边缘检测的精度；

(3)采用迭代的思想，进行2次计算，即将第一次小波变换的结果数组作为第二次小波变换的输入数组，可以进一步有效地提高了边缘检测的精度及抑制噪声。

概括说明本发明：

一种基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法，采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，对2维地震切片的横向和纵向同时进行边缘检测处理，采用横向和纵向的边缘检测的结果的均方根作为最终的边缘检测结果，再进行2次小波变换，并对小波变换的结果数组进行保边去噪处理，得到最终的用于边缘检测的结果数组，将结果数组用于描述缝洞体发育带。将结果数组用于描述缝洞体发育带可采用现有技术。

下面对本发明作进一步说明：

本发明包括以下步骤：

(1)综合研究区地震资料的子波分析、时频分析资料，确定三参数小波的三个参数σ、τ和β，并得到用于计算的三参数小波函数三参数小波的计算公式为：

公式一：

公式二：

公式三：

公式四：

式中，f(t)是能量有限或平方可积信号，a是尺度因子，b是位移因子，是以σ，τ，β为参数的小波函数(即三参数小波)，σ是调制频率，τ是能量衰减因子，β是能量延迟因子。

公式一所示的三参数小波通过三个参数可以灵活的构建各种类型的小波基函数(即任意频率或任意相位或复杂波形)，可以灵活的匹配各个地区的地震资料(注：不同的地区，由于地表激发条件或地下地质构造的区别，其地震子波往往存在一定的差异)。此外，当σ＝5.0，τ＝0.5和β＝0.0时，三参数小波与常规的Morlet小波一致。

(2)将二维地震切片记为数组Slice(nx,ny)，其中nx为incline方向，nx的取值从1至Nx，Nx为切片的InLine总数；ny为Crossline方向，ny的取值从1至Ny，Ny为切片的CrossLine总数。针对目的层切片，分两个尺度对该切片进行边缘检测处理。

(3)设定离散小波变换的尺度j＝1，分两个方向(Incline方向和Crossline方向)对目的层切片进行处理；

(3‐1)提取Inline号＝1的1维数组，即Slice(1,ny),ny＝1,...,Ny；令该1维数组为Slice1_X(ny),ny＝1,...,Ny；

(3‐2)采用公式一至公式四中的三参数小波，计算步骤(3‐1)中的1维数组Slice1_X(ny)的二进小波变换，得到当前尺度下的细节分量数组Slice1_X_I1(ny)(ny＝1,...,Ny)；并将1维数组Slice_X_I1(ny)写入2维数组Slice1_X_E(1,ny)ny＝1,...,Ny；

(3‐3)更换Inline号，重复步骤(3‐1)至步骤(3‐2)，直到所有的Inline号计算完成，得到当前等时切片的边缘检测的结果数组Slice1_X_E(nx,ny)nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny；

(3‐4)提取Crossline号＝1的1维数组，即Slice(nx,1),nx＝1,...,Nx；令该1维数组为Slice1_Y(nx),nx＝1,...,Nx；

(3‐5)采用公式一致公式四中的三参数小波，计算步骤(3)和(4)中的1维数组Slice1_Y(ny)的二进小波变换，得到当前尺度下的细节分量数组Slice1_Y_I1(ny)(ny＝1,...,Ny)；并将1维数组Slice_Y_I1(ny)写入2维数组Slice1_Y_E(1,ny)ny＝1,...,Ny；

(3‐6)更换Crossline号，重复步骤(3‐4)～步骤(3‐5)，直到所有的Crossline号计算完成，从而得到当前等时切片的边缘检测的结果数组Slice1_Y_E(nx,ny)nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny；

(3‐7)计算当前尺度下的小波变换的结果，即上述2个方向(Inline方向和Crossline方向)的计算结果的均方根，即下式公式五

公式五：

$Slice\_E1(nx,ny)=\sqrt{Slice1\_X\_E^2(nx,ny)+Slice1\_Y\_E^2(nx,ny)}nx=1,\mathrm{...},Nx;ny=1,\mathrm{...},Ny$

(4)设定离散小波变换的尺度j＝2；重复步骤(3‐1)至(3‐7)，得到尺度j＝2时的小波变换的结果Slice_E2(nx,ny)；

(5)计算相邻尺度j和j+1的小波变换的结果的乘积，

公式六：

Slice_1(nx,ny)＝Slice_E1(nx,ny)×Slice_E2(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny

(6)针对步骤(5)中的2维数组Slice_1(nx,ny)，重复步骤(3)至步骤(5)；得到去噪处理后的2维数组，记为Slice_2(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny

(7)对步骤(6)中的2维数组Slice_2(nx,ny)，根据噪音情况进行多次迭代的2维保边去噪处理，得到最终的用于边缘检测的结果数组，记为Slice(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny。

对缝洞发育带的边缘检测而言，采用单一的小尺度(j＝1)的离散小波变换的结果能较准确地指示边缘，但是其受噪声影响较大；采用单一的较大尺度(j＝2)的离散小波变换的结果能较好地抑制噪声，但是指示边缘的能力较差。为此，本专利采用公式六所示的两种尺度小波变换的乘积进行缝洞发育带的边缘检测，既可以消除噪声的影响，又可以准确地指示边缘。

本专利在塔钟某地区裂缝检测中的应用，与实钻资料对比，吻合率达94％。

对缝洞发育带的边缘检测而言，采用单一的小尺度(j＝1)的离散小波变换的结果能较准确地指示边缘，但是其受噪声影响较大；采用单一的较大尺度(j＝2)的离散小波变换的结果能较好地抑制噪声，但是指示边缘的能力较差。为此，本专利采用公式六所示的两种尺度小波变换的乘积进行缝洞发育带的边缘检测，既可以消除噪声的影响，又可以准确地指示边缘。

应用实践表明，本发明采用三参数小波进行小波变换计算，能有效地适应各地区的地震资料；对小波变换的结果进行保边去噪处理，可更有效地去除噪音；对2维地震切片的横向和纵向的两个方向同时进行边缘检测处理，采用横向和纵向的边缘检测的结果的均方根作为最终的边缘检测结果，且采用迭代的思想，进行2次计算，即将第一次小波变换的结果数组作为第二次小波变换的输入数组，可以进一步有效地提高了边缘检测的精度及抑制噪声。

Claims (1)

1.一种基于迭代三参数小波变换的缝洞发育带检测方法，其特征在于：采用三参数小波变换代替常规的小波变换进行计算，对2维地震切片的横向和纵向同时进行边缘检测处理，采用横向和纵向的边缘检测的结果的均方根作为最终的边缘检测结果，再进行2次小波变换，并对小波变换的结果数组进行保边去噪处理，得到最终的用于边缘检测的结果数组，将结果数组用于描述缝洞体发育带；

所述方法具体包括如下步骤：

(1)综合研究区地震资料的子波分析、时频分析资料，确定三参数小波的三个参数σ、τ和β，并得到用于计算的三参数小波三参数小波的计算公式为：

公式一：

公式二：

公式三：

公式四：

式中，f(t)是能量有限或平方可积信号，a是尺度因子，b是位移因子，是以σ，τ，β为参数的小波函数，即三参数小波，σ是调制频率，τ是能量衰减因子，β是能量延迟因子；

(2)将二维地震切片记为数组Slice(nx,ny)，其中nx为incline方向，nx的取值从1至Nx，Nx为切片的InLine总数；ny为Crossline方向，ny的取值从1至Ny，Ny为切片的CrossLine总数；针对目的层切片，分两个尺度对该切片进行边缘检测处理；

(3)设定离散小波变换的尺度j＝1，分两个方向Incline方向和Crossline 方向，对目的层切片进行处理；

(3‐1)提取Inline号＝1的1维数组，即Slice(1,ny),ny＝1,...,Ny；令该1维数组为Slice1_X(ny),ny＝1,...,Ny；

(3‐2)采用公式一至公式四中的三参数小波，计算步骤(3‐1)中的1维数组Slice1_X(ny)的二进小波变换，得到当前尺度下的细节分量数组Slice1_X_I1(ny),ny＝1,...,Ny；并将1维数组Slice_X_I1(ny)写入2维数组Slice1_X_E(1,ny),ny＝1,...,Ny；

(3‐3)更换Inline号，重复步骤(3‐1)至步骤(3‐2)，直到所有的Inline号计算完成，得到当前等时切片的边缘检测的结果数组Slice1_X_E(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny；

(3‐4)提取Crossline号＝1的1维数组，即Slice(nx,1),nx＝1,...,Nx；令该1维数组为Slice1_Y(nx),nx＝1,...,Nx；

(3‐5)采用公式一—公式四中的三参数小波，计算步骤(3)和(4)中的1维数组Slice1_Y(ny)的二进小波变换，得到当前尺度下的细节分量数组Slice1_Y_I1(ny),ny＝1,...,Ny；并将1维数组Slice_Y_I1(ny)写入2维数组Slice1_Y_E(1,ny),ny＝1,...,Ny；

(3‐6)更换Crossline号，重复步骤(3‐4)～步骤(3‐5)，直到所有的Crossline号计算完成，从而得到当前等时切片的边缘检测的结果数组Slice1_Y_E(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny；

(3‐7)计算当前尺度下的小波变换的结果，即上述2个方向Inline方向和Crossline方向的计算结果的均方根，即下式公式五

公式五：

(4)设定离散小波变换的尺度j＝2；重复步骤(3‐1)至(3‐7)，得到尺度j＝2时的小波变换的结果Slice_E2(nx,ny)；

(5)计算相邻尺度j和j+1的小波变换的结果的乘积，

公式六：

Slice_1(nx,ny)＝Slice_E1(nx,ny)×Slice_E2(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny

(6)针对步骤(5)中的2维数组Slice_1(nx,ny)，重复步骤(3)至步骤(5)；得到去噪处理后的2维数组，记为Slice_2(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny；

(7)对步骤(6)中的2维数组Slice_2(nx,ny)，根据噪音情况进行多次迭代的2维保边去噪处理，得到最终的用于边缘检测的结果数组，记为Slice(nx,ny),nx＝1,...,Nx；ny＝1,...,Ny。