一種地震數(shù)字信號(hào)的提頻方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種數(shù)字信號(hào)提頻處理方法，其包括以下步驟：S101、輸入一定時(shí)間里采集到的實(shí)信號(hào)道；S102、對(duì)所述實(shí)信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道；S103、基于所述瞬時(shí)振幅道對(duì)實(shí)信號(hào)道進(jìn)行提頻和極性變換處理，以獲取提頻信號(hào)道。由于消除了事件信號(hào)的極性，并且提高了頻率，有效的弱事件信號(hào)與無(wú)效的干擾信號(hào)更容易區(qū)分，因此不需要大量強(qiáng)事件便能識(shí)別出微弱信號(hào)源，這在頁(yè)巖氣壓裂微地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中彰顯了環(huán)境保護(hù)和降低成本的優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明的零極性變換和提頻處理的步驟簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)，一旦常數(shù)k1和k2給定，可以實(shí)現(xiàn)任何信號(hào)的倍頻和零極性處理。
【專利說(shuō)明】一種地震數(shù)字信號(hào)的提頻方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，具體而言，涉及一種地震數(shù)字信號(hào)的提頻方法及 裝置，更進(jìn)一步地說(shuō)，尤其涉及針對(duì)頁(yè)巖氣壓裂開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的微地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析 處理。

【背景技術(shù)】
[0002] 頁(yè)巖氣是一種重要的非常規(guī)天然氣資源，其開(kāi)采主要使用水力壓裂法，即將化學(xué) 物質(zhì)和大量水、泥沙的混合物，用高壓注入地下井，壓裂附近的巖石構(gòu)造，進(jìn)而收集天然氣。 而巖石破裂會(huì)伴隨產(chǎn)生強(qiáng)度較弱的地震波，稱為"微地震"。
[0003] 微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)就是通過(guò)觀測(cè)、分析生產(chǎn)活動(dòng)中所產(chǎn)生的微小地震事件來(lái)監(jiān)測(cè)生 產(chǎn)活動(dòng)的影響、效果及地下?tīng)顟B(tài)的地球物理技術(shù)。其基本做法是：通過(guò)在井中或地面布置檢 波器排列接收生產(chǎn)活動(dòng)所產(chǎn)生或誘導(dǎo)的微小地震事件，并通過(guò)對(duì)這些事件的反演求取微地 震震源位置等參數(shù)。在頁(yè)巖氣壓裂微地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，微地震資料的信噪比較低，導(dǎo)致弱事件 的識(shí)別極其困難，目前無(wú)法進(jìn)行微地震弱事件的震源成像定位。對(duì)此，現(xiàn)有技術(shù)還沒(méi)有切實(shí) 可行的方法。
[0004] 為了微地震的震源成像定位，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，可通過(guò)延長(zhǎng)壓裂施工時(shí)間，增加 壓裂液等方式試圖獲得更多的容易識(shí)別的強(qiáng)事件。但這樣又將突出經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境保護(hù)問(wèn) 題。
[0005] 因此，目前在微地震監(jiān)測(cè)中，針對(duì)采集的數(shù)據(jù)資料具有較低的信噪比的情況，迫切 需要一種能夠準(zhǔn)確提取有用弱事件的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有在頁(yè)巖氣壓裂微地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中不能準(zhǔn)確識(shí)別弱事件的不足，提 出了一種新的數(shù)字信號(hào)提頻處理方法，該方法中的提頻和極性變換處理方法本發(fā)明稱為零 極性變換。
[0007] 本發(fā)明方法包括以下步驟：
[0008] SlOl、輸入一定時(shí)間里采集到的實(shí)信號(hào)道；
[0009] S102、對(duì)所述實(shí)信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道；
[0010] S103、基于所述瞬時(shí)振幅道對(duì)實(shí)信號(hào)道進(jìn)行提頻和極性變換處理，以獲取提頻信 號(hào)道。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述步驟S103之后，繼續(xù)按照以下步驟對(duì)所述提頻 信號(hào)道進(jìn)一步優(yōu)化處理：
[0012] S104、對(duì)所述提頻信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取對(duì)應(yīng)于所述提頻信號(hào)道的瞬時(shí) 余弦相位函數(shù)道；
[0013] S105、將所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道和所述提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余弦相位函數(shù)道進(jìn) 行重構(gòu)以優(yōu)化所述提頻信號(hào)道。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在步驟S105中，按照以下公式來(lái)進(jìn)行重構(gòu)：
[0015] z (t) = cos ξ (t) · a (t)
[0016] 其中，z (t)表示優(yōu)化的零極性的提頻信號(hào)道，cos ξ (t)表示提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余 弦相位函數(shù)道，a (t)表示所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，按照以下公式進(jìn)行提頻和極性變換處理：
[0018] y(t) = kl · |x(t) |-k2 · a(t)
[0019] 其中，y(t)表示提頻信號(hào)道，x(t)表示實(shí)信號(hào)道，a(t)表示所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí) 振幅道，Ic 1和k2分別為常數(shù)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，常數(shù)Ii1與k2的比值在1. 2至2. 0范圍內(nèi)，處理后的提 頻信號(hào)道的頻率與原實(shí)信號(hào)道頻率是倍頻關(guān)系。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，常數(shù)匕和1^2的取值優(yōu)選分別為4和π。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，還提供了一種數(shù)字信號(hào)提頻處理裝置，該裝置包括以下 模塊：
[0023] 輸入模塊，其用于輸入一定時(shí)間里采集到的實(shí)信號(hào)道；
[0024] 第一變換模塊，其用于對(duì)所述實(shí)信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取所述實(shí)信號(hào)道的 瞬時(shí)振幅道；
[0025] 提頻和極性變換處理模塊，其用于基于所述瞬時(shí)振幅道對(duì)實(shí)信號(hào)道進(jìn)行提頻和極 性變換處理，以獲取提頻信號(hào)道。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該裝置還包括以下模塊以對(duì)所述提頻信號(hào)道進(jìn)一步優(yōu) 化處理：
[0027] 第二變換模塊，其用于對(duì)所述提頻信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取對(duì)應(yīng)于所述提 頻信號(hào)道的瞬時(shí)余弦相位函數(shù)道；
[0028] 重構(gòu)模塊，其用于將所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道和所述提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余弦相 位函數(shù)道進(jìn)行重構(gòu)以優(yōu)化所述提頻信號(hào)道。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述重構(gòu)模塊中，按照以下公式來(lái)進(jìn)行重構(gòu)：
[0030] ζ (t) = cos ξ (t) · a (t)
[0031] 其中，z (t)表示優(yōu)化的零極性的提頻信號(hào)道，cos ξ (t)表示提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余 弦相位函數(shù)道，a (t)表示所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述提頻和極性變換處理模塊中，按照以下公式進(jìn) 行提頻和極性變換處理：
[0033] y (t) = kl · I X (t) I _k2 · a ⑴
[0034] 其中，y(t)表示零極性的提頻信號(hào)道，X (t)表示實(shí)信號(hào)道，a(t)表示所述實(shí)信號(hào) 道的瞬時(shí)振幅道，Ic1和k2分別為常數(shù)。
[0035] 本發(fā)明帶來(lái)了以下有益效果：
[0036] (1)由于消除了事件信號(hào)的極性，并且提高了頻率，有效的弱事件信號(hào)與無(wú)效的干 擾信號(hào)更容易區(qū)分，因此不需要大量強(qiáng)事件便能識(shí)別出微弱信號(hào)源，這在頁(yè)巖氣壓裂微地 震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中彰顯了環(huán)境保護(hù)和降低成本的優(yōu)點(diǎn)；
[0037] (2)本發(fā)明的零極性變換和提頻處理的步驟簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)，一旦常數(shù)kl和k2給 定，可以實(shí)現(xiàn)任何信號(hào)的倍頻和零極性處理；
[0038] (3)由于本發(fā)明的公式簡(jiǎn)單，因此采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化程度高。
[0039] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且部分地從說(shuō)明書(shū)中變得 顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要 求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1是模擬微地震資料的理論模型道集及其疊加道；
[0041] 圖2是在圖1所示的模型上增加了隨機(jī)噪聲后的理論模型道集及其疊加道；
[0042] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行零極性變換提頻處理的方法步驟流程圖；
[0043] 圖4a - 4f分別對(duì)應(yīng)于按圖3所示的步驟執(zhí)行信號(hào)變換后的結(jié)果；
[0044] 圖5a顯示了含有一個(gè)正極性子波和一個(gè)負(fù)極性子波的信號(hào)道；
[0045] 圖5b顯示了對(duì)圖5a所示的信號(hào)道作零極性變換后的無(wú)極性子波信號(hào)道；
[0046] 圖6a顯示了含有一個(gè)主頻為30Hz子波的信號(hào)道；
[0047] 圖6b顯示了對(duì)應(yīng)于圖6a的子波的頻譜圖；
[0048] 圖7a顯示了對(duì)圖6a的信號(hào)道進(jìn)行零極性變換后的信號(hào)道；
[0049] 圖7b顯示了對(duì)應(yīng)于圖7a的信號(hào)道的頻譜圖；
[0050] 圖8a顯不了含有不同頻率子波的信號(hào)道；
[0051] 圖8b顯示了對(duì)圖8a的各子波進(jìn)行零極性變換后的信號(hào)道；
[0052] 圖9為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)圖1所示的模型進(jìn)行零極性變換的結(jié)果及其疊加 道；
[0053] 圖10為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)圖2所示的模型進(jìn)行零極性變換的結(jié)果及其疊加 道；
[0054] 圖Ila - Ilc顯示了現(xiàn)有技術(shù)中頁(yè)巖氣壓裂施工某工區(qū)實(shí)際的微地震強(qiáng)事件識(shí)別 圖；
[0055] 圖12a - 12c顯示了根據(jù)本發(fā)明對(duì)圖11進(jìn)行零極性變換后的微地震強(qiáng)事件識(shí)別 圖；
[0056] 圖13a - 13c顯示了現(xiàn)有技術(shù)中頁(yè)巖氣壓裂施工某工區(qū)實(shí)際的微地震弱事件識(shí)別 圖；
[0057] 圖14a - 14c顯示了根據(jù)本發(fā)明對(duì)圖13進(jìn)行零極性變換后的微地震弱事件識(shí)別 圖；
[0058] 圖15是壓裂事件的發(fā)震時(shí)間與震源垂直深度關(guān)系對(duì)應(yīng)圖；
[0059] 圖16是強(qiáng)壓裂事件的震源定位3D圖；
[0060] 圖17是頁(yè)巖氣壓裂施工井的測(cè)井圖。

【具體實(shí)施方式】
[0061] 以下將結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段 來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要 不構(gòu)成沖突，本發(fā)明各實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方 案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0062] 另外，附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的 順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。
[0063] 以下就頁(yè)巖氣壓裂微地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的微地震事件來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理，但是， 本發(fā)明并不限于此。因?yàn)椋瑢?duì)于數(shù)字信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員而言，看到本發(fā)明之 后可以想到其可應(yīng)用于任何數(shù)字信號(hào)處理中對(duì)于有用信號(hào)的處理上。
[0064] 實(shí)施例一
[0065] 圖1是模擬微地震資料的理論模型道集及其疊加道。在該圖中，0. 2秒處有一組扭 曲的40Hz規(guī)則干擾同相軸；在0. 6秒處有另一組具有相同扭曲度的20Hz規(guī)則干擾同相軸； 在0. 4秒處則有一組水平的極性不統(tǒng)一的30Hz事件同相軸。通過(guò)圖中的疊加道顯示可以 看出，在沒(méi)有隨機(jī)噪聲的背景下，兩組規(guī)則干擾同相軸均能疊加成像，而事件同相軸卻不能 疊加成像。事件同相軸不能疊加成像的原因主要是極性不統(tǒng)一，在疊加的過(guò)程中出現(xiàn)了抵 消的現(xiàn)象。
[0066] 圖2是在圖1基礎(chǔ)上增加隨機(jī)噪聲后的理論模型道集及其疊加道。通過(guò)該圖中的 疊加道顯示可看出，僅在0. 6秒處的20Hz低頻規(guī)則干擾同相軸能夠疊加成像。很顯然，這 將造成事件識(shí)別的誤判。但是，注意到在〇. 2秒處的40Hz高頻規(guī)則干擾同相軸并沒(méi)有疊加 成像，這是本發(fā)明人所希望的。該現(xiàn)象可根據(jù)菲涅耳帶原理加以解釋，具有相同扭曲度的兩 組規(guī)則干擾同相軸，低頻同相軸更容易疊加成像。
[0067] 根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，可以得到以下啟示：如果將事件同相軸的極性統(tǒng)一，并且提高含噪 信號(hào)道的頻率，就能夠獲得事件同相軸的疊加成像，減少干擾同相軸的疊加成像，從而降低 事件識(shí)別的誤判率。
[0068] 如圖3所示，其中顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖。在該圖中，如步 驟SlOl所示，輸入一定時(shí)間里采集到的實(shí)信號(hào)道。
[0069] 然后，在步驟S102中，對(duì)實(shí)信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換，以獲取實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振 幅道。
[0070] 希爾伯特變換（HT)是信號(hào)分析中的重要工具。假定一個(gè)連續(xù)的時(shí)間信號(hào)為x(t)， 其希爾伯特變換為h (t)，則希爾伯特變換表達(dá)式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種數(shù)字信號(hào)提頻處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 5101、 輸入一定時(shí)間里采集到的實(shí)信號(hào)道； 5102、 對(duì)所述實(shí)信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道； 5103、 基于所述瞬時(shí)振幅道對(duì)實(shí)信號(hào)道進(jìn)行提頻和極性變換處理，以獲取提頻信號(hào)道。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S103之后，繼續(xù)按照以下步驟對(duì) 所述提頻信號(hào)道進(jìn)一步優(yōu)化處理： 5104、 對(duì)所述提頻信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取對(duì)應(yīng)于所述提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余弦 相位函數(shù)道； 5105、 將所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道和所述提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余弦相位函數(shù)道進(jìn)行重 構(gòu)以優(yōu)化所述提頻信號(hào)道。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟S105中，按照以下公式來(lái)進(jìn)行重構(gòu)： z (t) = cos ^ (t) ? a (t) 其中，z (t)表示優(yōu)化的提頻信號(hào)道，cos Ut)表示提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余弦相位函數(shù) 道，a (t)表示所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道。
4. 如權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于，在所述步驟S103中，按照以下公式進(jìn)行提 頻和極性變換處理： y(t) = kl ? |x(t) |-k2 ? a(t) 其中，y(t)表示提頻信號(hào)道，x(t)表示實(shí)信號(hào)道，a(t)表示所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅 道，和k2分別為常數(shù)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，常數(shù)與匕的比值在1.2至2.0范圍內(nèi)， 處理后的提頻信號(hào)道的頻率與原實(shí)信號(hào)道頻率是倍頻關(guān)系。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，常數(shù)&和k2的取值分別為4和。
7. -種數(shù)字信號(hào)提頻處理裝置，其特征在于，所述裝置包括以下模塊： 輸入模塊，其用于輸入一定時(shí)間里采集到的實(shí)信號(hào)道； 第一變換模塊，其用于對(duì)所述實(shí)信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí) 振幅道； 提頻和極性變換處理模塊，其用于基于所述瞬時(shí)振幅道對(duì)實(shí)信號(hào)道進(jìn)行提頻和極性變 換處理，以獲取提頻信號(hào)道。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括以下模塊以對(duì)所述提頻信號(hào)道進(jìn)一 步優(yōu)化處理： 第二變換模塊，其用于對(duì)所述提頻信號(hào)道進(jìn)行希爾伯特變換以獲取對(duì)應(yīng)于所述提頻信 號(hào)道的瞬時(shí)余弦相位函數(shù)道； 重構(gòu)模塊，其用于將所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道和所述提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余弦相位函 數(shù)道進(jìn)行重構(gòu)以優(yōu)化所述提頻信號(hào)道。
9. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在所述重構(gòu)模塊中，按照以下公式來(lái)進(jìn)行重 構(gòu)： z (t) = cos ^ (t) ? a (t) 其中，z (t)表示優(yōu)化的提頻信號(hào)道，cos Ut)表示提頻信號(hào)道的瞬時(shí)余弦相位函數(shù) 道，a (t)表示所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅道。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在所述提頻和極性變換處理模塊中，按照 以下公式進(jìn)行提頻和極性變換處理： y(t) = kl ? |x(t) |-k2 ? a(t) 其中，y(t)表示提頻信號(hào)道，x (t)表示實(shí)信號(hào)道，a(t)表示所述實(shí)信號(hào)道的瞬時(shí)振幅 道，和k2分別為常數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01V1/28GK104459772SQ201310447538
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】劉志成, 謝金娥, 賈春梅, 宋林, 許璐 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院