CN109388776A - 基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法 - Google Patents

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熊健
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Abstract

本发明公开了基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法，包括以下步骤：根据碳酸盐岩的孔隙压力变化前后声学信息规律分析相邻孔隙压力下的声学信息存在的异常信息量；利用小波变换对异常信息量进行处理以得到突变点发生的时刻以及所包含的异常信息；对突变点发生的时刻以及所包含的异常信息进行量化表征。其确定了处理异常信息的方法，并利用小波变换的方法找到了突变点发生的时刻及包含的信息量，并将其提取量化。

Description

基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法
技术领域
本发明涉及环境数据采集装置领域，具体涉及一种基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法。
背景技术
碳酸盐岩声学异常信息的获取对预测孔隙压力有重要意义。由于碳酸盐岩内部结构复杂以及非均质性的原因，目前没有具体的方法用于获取碳酸盐岩声学异常信息。因此，提出了一种具体明确的获取碳酸盐岩声学异常信息的方法并将其量化就十分重要了。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法。
本发明通过下述技术方案实现：
基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法，包括以下步骤：
A、根据碳酸盐岩的孔隙压力变化前后声学信息规律分析相邻孔隙压力下的声学信息存在的异常信息量；
B、利用小波变换对异常信息量进行处理以得到突变点发生的时刻以及所包含的异常信息；
C、对突变点发生的时刻以及所包含的异常信息进行量化表征。
小波变换又称“子波变换”，是一门新兴学科，原理是窗口的总面积大小不变，但是窗函数的时间窗和频率窗的尺度形态都能够改变的时频局部化分析方法。本方案通过提取异常信息量，采用小波变换对异常信息进行处理得到突变点发生的时刻以及所包含的异常信息以实现量化表征。本方案基于小波变换提出了一种获取声学异常信息的方法，具体明确的将声学异常信息提取出来，并将其量化，并找到了不同类型碳酸盐岩声学异常信息的变化规律，为预测孔隙压力奠定基础。
本发明与现有技术相比，至少具有如下的优点和有益效果：
1、本发明基于小波变换提出了一种获取声学异常信息的方法，具体明确的将声学异常信息提取出来，并将其量化，为预测孔隙压力奠定基础。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为孔洞型碳酸盐岩A1的声学信息纵波变化趋势图。
图2为孔洞型碳酸盐岩A1的声学信息横波变化趋势图。
图3为缝洞型碳酸盐岩B1的声学信息纵波变化趋势图。
图4为缝洞型碳酸盐岩B1的声学信息横波变化趋势图。
图5为致密型碳酸盐岩C1的声学信息纵波变化趋势图。
图6为致密型碳酸盐岩C1的声学信息横波变化趋势图。
图7为孔洞型碳酸盐岩岩心A1 0～5MPa的纵波异常信息量。
图8为孔洞型碳酸盐岩岩心A1 0～5MPa的横波异常信息量。
图9为孔洞型碳酸盐岩岩心A1 35～40MPa的纵波异常信息量。
图10为孔洞型碳酸盐岩岩心A1 35～40MPa的横波异常信息量。
图11为缝洞型碳酸盐岩岩心B1 0～5MPa的纵波异常信息量。
图12为缝洞型碳酸盐岩岩心B1 0～5MPa的横波异常信息量。
图13为缝洞型碳酸盐岩岩心B1 35～40MPa的纵波异常信息量。
图14为缝洞型碳酸盐岩岩心B1 35～40MPa的横波异常信息量。
图15为致密型碳酸盐岩岩心C1 0～5MPa的纵波异常信息量。
图16为致密型碳酸盐岩岩心C1 0～5MPa的横波异常信息量。
图17为致密型碳酸盐岩岩心C1 35～40MPa的纵波异常信息量。
图18为致密型碳酸盐岩岩心C1 35～40MPa的横波异常信息量。
图19为孔洞型碳酸盐岩岩心A1 0～5MPa的纵波小波变换系数图。
图20为孔洞型碳酸盐岩岩心A1 0～5MPa的横波小波变换系数图。
图21为孔洞型碳酸盐岩岩心A1 35～40MPa的纵波小波变换系数图。
图22为孔洞型碳酸盐岩岩心A1 35～40MPa的横波小波变换系数图。
图23为缝洞型碳酸盐岩岩心B1 0～5MPa的纵波小波变换系数图。
图24为缝洞型碳酸盐岩岩心B1 0～5MPa的横波小波变换系数图。
图25为缝洞型碳酸盐岩岩心B1 35～40MPa的纵波小波变换系数图。
图26为缝洞型碳酸盐岩岩心B1 35～40MPa的横波小波变换系数图。
图27为致密型碳酸盐岩岩心C1 0～5MPa的纵波小波变换系数图。
图28为致密型碳酸盐岩岩心C1 0～5MPa的横波小波变换系数图。
图29为致密型碳酸盐岩岩心C1 35～40MPa的纵波小波变换系数图。
图30为致密型碳酸盐岩岩心C1 35～40MPa的横波小波变换系数图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法，包括以下步骤：
A、根据碳酸盐岩的孔隙压力变化前后声学信息规律分析相邻孔隙压力下的声学信息存在的异常信息量；
B、利用小波变换对异常信息量进行处理以得到突变点发生的时刻以及所包含的异常信息；
C、对突变点发生的时刻以及所包含的异常信息进行量化表征。
实施例2
基于上述实施例的原理，本实施例例举一详细实施例进行说明。
相邻孔隙压力下的声学信息存在异常的可行性分析：
随着孔隙压力的变化，声学信息量会得到相应的改变，将不同孔隙压力下一维波形的声学信息考虑为矩阵的形式，那么不同孔隙压力下的波形的位移量即矩阵的行矢量。通过Matlab编程，将声学信息量随着孔隙压力变化的趋势找到，为声学异常信息的提取打下基础。其中，孔洞型碳酸盐岩A1声学信息变化趋势图如图1、图2所示，缝洞型碳酸盐岩B1声学信息变化趋势图如图3、图4所示，致密型碳酸盐岩C1声学信息变化趋势图如图5、图6所示。
通过对比不同类型碳酸盐岩的孔隙压力变化前后的声学信息发现，随着孔隙压力的增大，声学信息整体上呈下降的趋势，且与岩心缝洞的致密程度无关。在此基础上，可以分析相邻孔隙压力下的声学信息存在的异常。当然，实验室用于上述实验中的孔洞型碳酸盐岩、缝洞型碳酸盐岩、致密型碳酸盐岩的数量远不止上述例举的一个，但是，其规律与上述均相同。
A：根据碳酸盐岩的孔隙压力变化前后声学信息规律分析相邻孔隙压力下的声学信息存在的异常信息量。
随着孔隙压力的变化，得到了不同孔隙压力下的纵、横波的时域信息。孔隙压力变化前后，声波信号中存在着异常信息，为了找到不同声波信号中存在的异常并将异常信息提取出来，将声波信号用数学方法进行表征。孔隙压力相邻压差X可选用大于0的任何数，本实施例以孔隙压力相邻压差为5MPa为例进行说明。设孔隙压力为0MPa下的声波信号为y1，孔隙压力为5MPa下的声波信号为y2，那么，声波序列y1与声波序列y2之间存在的异常信息为Δy。其中：Δy＝y2-y1。当Δy＝0时，表明声波随着孔隙压力的变化没有发生改变，没有异常信息的出现；当Δy≠0时，表明声波随着孔隙压力的改变发生改变，存在异常信息。以此类推，孔隙压力5MPa与孔隙压力10MPa之间的异常信息为Δy1，孔隙压力为10MPa与孔隙压力为15MPa之间的异常信息为Δy2，相应地，每相邻5MPa的声波序列的异常信息表示为Δy3，Δy4，Δy5……
其中，Δy的结果利用Matlab软件进行求解，将不同孔隙压力的声波序列y1，y2，y3……表示为矩阵的形式，那么Δy就是相邻列相减。将上述数字化的声波信号输入Matlab软件运行后得到了不同类型碳酸盐岩岩心，每块岩心共有八组纵横波的声波异常信息图，共得到声学异常信息图96张，由于数量过多，仅列举0～5MPa、35～40MPa下的声学异常信息图。每相邻5MPa孔隙压力下的纵、横波的声学异常信息波形图如图7至图18所示。
由以上不同类型的碳酸盐岩的异常信息量可知：
Δy≠0，即表示异常信息量的存在，随着孔隙压力增大，异常信息表现出了一定的规律性，并且可以看到同一岩心在孔隙压力增大的各个阶段的异常信息量各不相同，且异常信息量存在一个最大值，这个值表示岩心内部在孔隙压力变化的过程中存在一个突变点，这个突变点的存在表示在孔隙压力增大的过程中，孔隙结构变化最大的时刻及程度，研究突变点发生的时刻及其所携带的异常信息量对预测孔隙压力是有意义的。
对比不同孔隙压力差下的纵、横波的异常信息，也各不相同。其中，横波异常信息量的峰值幅度较为集中，而纵波异常信息量的极大值点多集中在某个区域。如何处理异常信息量中存在的突变点以及将异常信息量进行整合是研究孔隙压力变化导致声学信息改变的关键。
B、利用小波变换对异常信息量进行处理以得到突变点发生的时刻以及所包含的异常信息。本方案通过分析小波基函数的数学特征，来选取适合分析声波信号的小波基函数。
考虑到采用离散小波变换的过程中，在逐层分解的过程中，会有声波信息量的丢失，为防止声波异常信息量的丢失，采用连续小波变换的方法。对每相邻5MPa的孔隙压力下的异常信息量Δy进行连续的小波变换，观察其中的突变点，及其携带的异常信息量。
将实验得到的声波数据进行一维连续小波变换，其中小波变换公
式如下：
其中，a为非零实数，R为实数，(a，b)为任意实数对，f为任意函数，φa，b为基本小波，小波变换Wf(a，b)表征原来的函数f(t)在t＝b点附近随着分析和观察的范围逐渐变化时表现出来的变化情况。
对孔隙压力相邻5MPa下的异常信息量进行一维连续小波变换，步长为2，变换尺度为30，得到相应的小波变换系数的绝对值，计算并绘制小波变换系数图，每块岩心共有八组纵横波的小波变换系数图，共得到小波系数图96张，由于数量过多，仅列举对应于尺度a＝0.1:2:30小波变换系数的绝对值、0～5MPa、35～40MPa下的小波系数图如图19至图30所示。
由不同类型碳酸盐岩异常信息量的小波变换系数图可知：
不同孔隙压力差下的纵横波的小波变换系数有着明显的区别，其中，变换尺度与频率成反比，变换尺度较大的部分较亮，即低频部分发生了突变，从小波变换系数图我们可以得到各个孔隙压力差下的突变点时刻以及对应的信息量。
C、对突变点发生的时刻以及所包含的异常信息进行量化表征。
由不同类型碳酸盐岩的小波变换图，我们可以找到相邻孔隙压力差下突变点的时刻以及突变点所包含的信息量，即异常信息波形的最大位移量。不同类型碳酸盐岩突变点的时刻及信息量如表4-1～4-6所示：
表4-1孔洞型碳酸盐岩纵波异常信息量化表征
表4-2孔洞型碳酸盐岩横波异常信息量化表征
表4-3缝洞型碳酸盐岩纵波异常信息量化表征
表4-4缝洞型碳酸盐岩横波异常信息量化表征
表4-5致密型碳酸盐岩纵波异常信息量化表征
表4-6致密型碳酸盐岩横波异常信息量化表征
由以上不同类型碳酸盐岩的声学异常信息量，我们可以看到随着孔隙压力的增大，相邻孔隙压力差所表示的突变点的量，突变量也即表征孔隙压力改变下孔隙结构在每个阶段的改变，相邻孔隙压力差下的突变点的位移量也各不相同，由于不同类型岩心的孔洞发育程度不同，导致孔隙压力增大的过程中，孔隙结构变化也各不相同，因此不同类型的碳酸盐岩表现出不同的变化规律。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、根据碳酸盐岩的孔隙压力变化前后声学信息规律分析相邻孔隙压力下的声学信息存在的异常信息量；
B、利用小波变换对异常信息量进行处理以得到突变点发生的时刻以及所包含的异常信息；
C、对突变点发生的时刻以及所包含的异常信息进行量化表征。
2.根据权利要求1所述的基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法，其特征在于，步骤B中采用连续小波变换的方法。
3.根据权利要求1所述的基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法，其特征在于，步骤B具体为：
对孔隙压力相邻压差X下的异常信息量进行一维连续小波变换，步长为2，变换尺度为30，得到相应的小波变换系数的绝对值，所述压差X大于0；
计算并绘制小波变换系数图得到各个孔隙压力差下的突变点时刻以及对应的信息量。
4.根据权利要求1所述的基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法，其特征在于，所述碳酸盐岩的孔隙压力变化前后声学信息规律采用以下方法得到：
得到孔隙压力变化前后的纵横波的波形图；
对上述波形图中的信息进行提取并数字化；
利用Matlab软件编程得到不同类型碳酸盐岩声学异常信息的变化规律。
5.根据权利要求1所述的基于小波变换的碳酸盐岩声学异常信息获取方法，其特征在于，需要量化的异常信息包括孔隙压力差、时刻、位移量。
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