一种基于分数域显著性检测的地震属性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地震信号处理领域，具体涉及一种基于分数域显著性检测的地震属性 分析方法。
【背景技术】
[0002] "地震属性"最早可追溯到20世纪60年代，当时国内有很多的译名，如地震特征、地 震参数、地震标志等等，直到90年代初才基本统一称为地震属性。从应用地球物理学的角度 看，地震属性是地震数据中反映不同地质信息的子集，是刻画、描述地层结构、岩性以及物 性等地质信息的地震特征量。目前，地震属性分析技术在构造解释、地层岩性解释、储层评 价、油藏描述以及油藏流体动态检测等领域得到了广泛应用，在模型正演、相干体技术、聚 类分析、地震相分析，多属性综合分析等方面也有了较大的发展，地震属性分析技术在油气 勘探开发中发挥着越来越重要的作用。
[0003] 分数阶傅立叶变换作为一种新兴的时频分析手段，受到越来越多的关注。分数阶 傅里叶变换起源于1929年Wiener的研究，兴起于1980年Namias的研究，当时他利用特征值 的任意次幂运算明确的提出了阶数为分数的傅里叶变换的概念。20世纪90年代以后，分数 傅里叶变换作为一种新型的信号分析工具受到越来越多的关注，并在光学领域最先得到广 泛应用。1994年Almeida揭示了分数傅里叶变换和传统时频分析工具的关系，得出了分数傅 里叶变换可以解释为信号在时频面上坐标轴绕原点逆时针旋转的重要结论。至此分数傅里 叶变换被赋予明确的物理意义，吸引着越来越多的研究者参与相关研究。1996年Ozaktas提 出一种快速离散算法后，分数阶傅里叶变换的应用才得到推广，越来越多的学者开始关注 这一领域，出现了大量相关的研究成果。
[0004] 人类视觉系统是人类认识世界的一个重要生理系统，也被认为是人类已知最强大 最复杂的生理系统之一。视觉显著性检测的概念就是在研究人类视觉系统时提出，很早就 在生物学上开始研究。基于计算机的显著性检测研究开始于20世纪90年代，处理的对象是 图像或者视频。最开始，研究主要集中在如何利用生物学上关于视觉显著性的研究成果，在 计算机上建立相似的模型并且采用近似的处理方式来模拟人类的视觉行为。这些模型比较 复杂，用计算机实现起来效率不高，检测的效果也比较一般。研究人员逐渐意识到生物学上 对视觉显著性的研究是不彻底的，很多的结论具有猜测性。在这样不可靠的理论上建立的 模拟算法很难有可靠的效果。逐渐，很多方法突破了严格的生物学模型，模型中的很多部分 被简化，采用更为简单直接的计算实现。这些算法在检测效果有了较大幅度的提高。
[0005] 2007年，Hou等人首次提出基于变换域的显著性检测，提出一种基于傅里叶剩余谱 的显著性检测模型（spectral residual，SR)。SR方法不需要提取特征，也不计算对比度，而 是直接对图像做傅里叶变换，并对傅里叶变换的幅度谱进行分析。根据高频抑制原理，人的 视觉系统能抑制那些高频出现的特征，同时能对不常出现的特征反应敏感。因此该方法通 过计算图像的傅里叶变换，并用对数表示其幅度谱，然后用对数幅度谱减去经过高斯低通 滤波器后的对数幅度谱，经过高斯低通滤波器滤波后能抑制图像的高频成分，因此能保留 不常出现的显著部分。SR算法的计算十分简单，只需要用到图像处理常用的傅里叶变换和 反变换，但是其显著性检测效果一般，只能处理简单背景图像的显著性检测。
[0006] 正是由于基于频域分析的显著性检测模型计算简单等特点，越来越多的基于变换 域的显著性检测模型被提出。Guo等人在SR的基础上，用实验证明了图像的相位谱特征是计 算显著性的关键特征，并提出了基于傅里叶变换相位谱的显著性检测模型（phase spectrum of Fourier transform，PFT)，该方法对图像的亮度特征进行傅里叶变换，并用 其相位谱的反变换结果与合适大小的二维高斯滤波器滤波后的灰度图作为其最终的显著 图。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种基于分数域显著性检测的地震属性分析方法，旨在提出一种基 于分数域显著性检测模型，并将其应用于地震领域，获得新的地震显著性属性。
[0008] 为了解决上述技术问题，达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种基于分数域显著性检测的地震属性分析方法，其特征在于包括以下步骤：
[0010] 步骤1:读入地震剖面x(t，q)，q为地震剖面的道号；
[0011] 步骤2:对每一道地震数据做a阶分数阶傅里叶变换Fa，获得地震剖面的分数域表 示Xa(u，q);
[0012] 步骤3:计算地震剖面的分数域表示Xa(u，q)的相位谱?3(1!，(1);
[0013] 步骤4:利用相位谱信息?3(1!，(1)进行a阶分数阶傅里叶反变换ra，获得地震显著性 属性剖面S(t，q)。
[0014] 上述技术方案中，其中所述步骤2涉及分数阶傅里叶变换，如下：
[0015] a阶分数阶傅里叶变换算子为Fa，对地震剖面x(t，q)的每一道数据做a阶分数阶傅 里叶变换，获得分数域表示X a (u，q)为
[0018] 式中，q表示地震剖面的道号，a表示分数阶傅里叶变换的阶次，0< |a| <2,其对应 的旋转角度为巾=33!/2，1^(11，〇称为分数阶核函数，11是分数域变量4是时间变量，」是虚 数单位，e是自然常数。
[0019] 上述技术方案中，其中所述步骤3涉及分数域相位谱，具体理论如下：
[0020] 对于分数域表示Xa(u，q)，其相位谱?3(1!，(1)为
[0022] 式中，Im{ · }表示虚部，Re{ · }表示实部，arctan表示反正切函数。
[0023] 上述技术方案中，其中所述步骤4涉及利用相位谱信息进行分数阶傅里叶反变换， 如下：
[0024]已知相位谱Pa(u，q)，显著性剖面S(t，q)表示为
[0026]式中，q表示地震剖面的道号，t是时间变量，u是分数域变量，j是虚数单位，e是自 然常数，表示a阶分数阶傅里叶反变换，即
[0029] 式中，-a表示分数阶傅里叶变换的阶次，0< |a| <2,其对应的旋转角度为Φ =_a π/2，K-a (u，t)称为分数阶核函数。
[0030] 与现有技术相比，本发明具有如下优势：
[0031] 本发明提出一种分数域显著性检测模型，并利用分数阶傅里叶变换相位谱提取地 震显著性属性，该方法对噪声具有一定的鲁棒性，有效地将显著性检测应用于地震领域，为 地震解释提供了新的地震属性分析方法，可以有效地进行储层预测和油气解释。
【附图说明】
[0032] 图1为方法流程图；
[0033]图2为地震剖面；
[0034]图3a和图3b为地震剖面的分数域表示，其中图3a为0.8阶分数域表示，图3b为1.5 阶分数域表示；
[0035]图4a和图4b为地震剖面的分数域表示的相位谱，其中图4a为0.8阶分数域表示的 相位谱，图4b为1.5阶分数域表示的相位谱；
[0036]图5a和图5b为地震显著性剖面，其中图5a为0.8阶对应的地震显著性剖面，图5b为 1.5阶对应的地震显著性剖面。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明进行具体说明：
[0038]步骤1:读入地震剖面x(t，q)(如图2所示），q为地震剖面的道号；
[0039]步骤2:对每一道地震数据做a阶分数阶傅里叶变换Fa，获得地震剖面的分数域表 示Xa(u，q)( Φ =aJi/2)(如图3所示）
[0042]步骤3:计算地震剖面的分数域表示Xa(u，q)的相位谱?3(1!，(1)(如图4所示）
[0044]步骤4:利用相位谱信息?3(1!，(1)进行a阶分数阶傅里叶反变换ra，获得地震显著性 属性剖面S(t，q)( Φ =_aV2)(如图5所示，该显著性剖面可以展示地下储层分布信息，专业 地震解释人员可以利用该剖面确定储层区域）
【主权项】
1. 一种基于分数域显著性检测的地震属性分析方法，其特征在于包括W下步骤： 步骤1:读入地震剖面x(t，q)，q为地震剖面的道号； 步骤2 :对每一道地震数据做a阶分数阶傅里叶变换F3，获得地震剖面的分数域表示Xa (u,q)； 步骤3:计算地震剖面的分数域表示Xa(u，q)的相位谱Pa(u，q); 步骤4:利用相位谱信息Pa(u，q)进行a阶分数阶傅里叶反变换F3,获得地震显著性属性 剖面 S(t，q)。2. 根据权利要求1所述的一种基于分数域显著性检测的地震属性分析方法，其特征在 于，其中所述步骤2设及分数阶傅里叶变换，如下： a阶分数阶傅里叶变换算子为F3,对地震剖面x(t，q)的每一道数据做a阶分数阶傅里叶 变换，获得分数域表示Xa (U，q)为式中，q表示地震剖面的道号，a表示分数阶傅里叶变换的阶次，0<|a| <2,其对应的旋 转角度为Φ=a3I/2，Ka(U，t)称为分数阶核函数，U是分数域变量，t是时间变量，j是虚数单 位，e是自然常数。3. 根据权利要求1所述的一种基于分数域显著性检测的地震属性分析方法，其特征在 于，其中所述步骤3设及分数域相位谱，具体理论如下： 对于分数域表示Xa(u，q)，其相位谱Pa(u，q)为式中，Im{ · }表示虚部，Re{ · }表示实部，arctan表示反正切函数。4. 根据权利要求1所述的一种基于分数域显著性检测的地震属性分析方法，其特征在 于， 其中所述步骤4设及利用相位谱信息进行分数阶傅里叶反变换，如下： 已知相位谱Pa(u，q)，显著性剖面S(t，q)表示为式中，q表示地震剖面的道号，t是时间变量，U是分数域变量，j是虚数单位，e是自然常 数，F3表示a阶分数阶傅里叶反变换，即式中，-a表示分数阶傅里叶变换的阶次，0< I a I <2，其对应的旋转角度为Φ = -aV2， K-a(U，t)称为分数阶核函数。
【专利摘要】一种基于分数域显著性检测的地震属性分析方法，旨在提出一种基于分数域显著性检测模型，并将其应用于地震领域，获得新的地震显著性属性。其方案为读入地震剖面x(t,q),q为地震剖面的道号；对每一道地震数据做a阶分数阶傅里叶变换Fa，获得地震剖面的分数域表示Xa(u,q)；计算地震剖面的分数域表示Xa(u,q)的相位谱Pa(u,q)；利用相位谱信息Pa(u,q)进行a阶分数阶傅里叶反变换F-a，获得地震显著性属性剖面S(t,q)。
【IPC分类】G01V1/30
【公开号】CN105572737
【申请号】CN201610052084
【发明人】彭真明, 王雨青, 杨维, 桑湘鑫, 韩演, 邢艳, 何艳敏
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月26日