一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法技术

本发明专利技术属于微地震数据的处理领域，具体涉及一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法，基于微地震信号特征和小波系数，计算不同母小波函数和分解层次下小波系数包络与原始信号的Hausdorff距离，从而确定离散小波分解的主要参数，从微地震产生的机理出发，提出与地质（页岩脆性指数）和压裂工程（压裂施工压力、施工排量）参数变化相关的约束因子，约束因子随岩石脆性、压裂施工压力和排量的增大而减小，在数据去噪过程中避免有效信号的丢失；约束因子随噪声标准差的增大而非线性增大，适用于不同噪声水平的数据去噪。与传统的方法比，本方案避免了靠经验选择离散小波分解参数，去噪算法具有多分辨率、多尺度、自适应的特点，可提高数据信噪比2~3倍。

A denoising method of microseismic data constrained by geological and engineering parameters

【技术实现步骤摘要】
一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法
本方案属于微地震数据的处理领域，具体涉及一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法。
技术介绍
微地震是通过监测岩石变形破坏产生的声发射现象为基础的地球物理技术，在矿山、油田、水坝变形监测，尤其在非常规油气田开发中发挥着重要作用。微地震事件因信号能量微弱，信噪比很低(通常为里氏-3级～1级)。如何从复杂的背景噪声下识别有效的微地震弱信号，是目前地球物理领域的重点和难点。中国专利CN108107475A公开了《一种基于经验小波变换和多阈值函数的井中微地震去噪方法》，将经验小波变换结合硬、软阈值函数用于微地震去噪。EWT通过频谱分割建立自适应小波滤波器组提取被测信号的不同频率带，将硬阈值函数应用于包含较多的有效信号的成分，将改进的阈值函数应用于包含较少的有效信号。中国专利CN107479093A公开了《一种基于势函数的微地震事件去噪和聚类方法》，将待聚类微地震事件数据集导入Matlab软件，利用势函数计算任意事件的势值和设定阀值去除微地震事件的噪声。根据提出的势值和-距离法得到聚类中心，作为K-means的初始聚类中心，进而对去噪后微地震事件聚类。该方法没有明确如何是哪一类势函数和势函数的关键参数。中国专利CN105093317A公开了《地面阵列式微地震数据独立分量分离去噪方法》，根据微地震数据相似性原则对相距较近的检波器道进行分组处理、去直流分量处理和白化处理，采用负熵作为微地震有效信号分量与微地震噪音分量的独立性判断条件，并利用牛顿迭代法进行最优化求解，实现分量的不确定性分离。通过不确定分量与原始微地震数据互相关实现微地震有效信号与噪音的确定性分离。该方法没有明确负熵、牛顿迭代法和不确定分量的具体实施方式。中国专利CN105738948B公开了《一种基于小波变换的微地震数据降噪方法》，将微地震数据进行离散小波分解，根据约束因子计算每一尺度的阈值，实现数据的去噪。但该专利技术的约束因子仅与数据的噪声水平相关，与微地震事件的本质或岩石破裂机制关联性不强。虽然上述方案均在一定程度可以实现去噪，但是其并未结合页岩脆性指数、施工压力、施工排量、压裂液量等微地震主要影响因素的约束因子，导致仍然会过多的损失有效信号。因此，急需一种从微地震现象本质出发、与地质与压裂工程特征相关联的离散小波变换参数选择方法和去噪算法，以提高信号的去噪效果。本专利技术提出了一种与信号特征相关的离散小波变换参数选择方法，基于Hausdorff距离确定离散小波变换的主要参数(母小波函数和分解层次)；此外，从微地震产生的机理出发，提出与地质(页岩脆性指数)和压裂工程(压裂施工压力、施工排量)参数变化相关的约束因子，避免微地震数据去噪过程中过多的损失有效信号，可提高低信噪比数据的信噪比2～3倍，有助于提高岩石破裂定位精度，对于优化页岩气井压裂方案、井网布设，降低页岩气开发成本提供技术支撑。
技术实现思路
本方案提供一种与信号特征相关的离散小波变换参数选择方法，从微地震现象产生的机理出发，结合地质和压裂工程参数的变化，可有效提高信号的去噪效果。为了达到上述目的，本方案提供一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法，包括以下步骤：步骤S1：采集微地震数据，从数据库中加载微震原始数据；步骤S2：选择连续突变的小波系数集，计算不同母小波函数和分解层次与带噪信号x(t)的Hausdroff双向距离；步骤S3：从最小Hausdroff双向距离确定母小波函数和分解层次，所述分解层次为j层；步骤S4：通过R-SURE算法将分解后的信号进行滤波；步骤S5：按小波系数索引重新排列第j层分解层次的新系数，保存滤波后的小波系数；步骤S6：进入下一分解层次j-1，循环R-SURE算法到第1层；步骤S7：保存滤波后的小波系数，用小波逆变换重构去噪后的信号。进一步，所述R-SURE算法包括以下步骤：步骤S4.1：将原始数据经离散小波变换转化为近似系数和细节系数；步骤S4.2：测算出第j层分解层次的噪声方差；步骤S4.3：对不同分解层次的小波系数索引编码，按从大到小排序；步骤S4.4：寻找满足公式XB[l]≤T≤XB[l+1]的第l个系数；步骤S4.5：将第l个系数导入地质参数和工程参数，计算出平滑因子和约束因子；步骤S4.6：然后计算阈值函数；步骤S4.7：利用阈值函数对小波系数进行滤波。进一步，在步骤S2中，从第10层到第1层的小波系数中选择连续突变的小波系数集从第10层到第1层的小波系数中选择连续突变的小波系数集。进一步，在步骤S4.2中，通过公式σ＝Mx/0.6745计算出第j层分解层次的噪声方差。进一步，在步骤S4.5中，通过公式测得平滑因子。进一步，在步骤S4.5中，通过公式η＝[(logeσj)]β测得约束因子。进一步，在步骤S4.6中，通过阈值函数对小波系数进行滤波。上述公式中，β为平滑因子，bs，fv和fp分别代表岩石脆性、压裂施工压力和排量的归一化值。参数σ是分解层j小波系数中噪声的估计，σj代表小波系数的噪声统计水平。本方案的原理在于：基于微地震信号特征和不同分解层次的小波系数，计算不同母小波函数和分解层次下小波系数包络和原始信号的Hausdorff距离，从而确定离散小波分解的主要参数。此外，从微地震产生的机理出发，从地质和工程出发，提出结合页岩脆性指数、施工压力、施工排量等微地震主要影响因素的约束因子，约束因子随岩石脆性、压裂施工压力和排量的增大而减小，在原始数据的去噪过程中避免有效信号的丢失。此外，约束因子随噪声标准差的增大而非线性增大，适用于不同噪声水平的数据去噪。本方案的有益效果在于：与现有技术相比，本方案通过Hausdorff距离来确定离散小波分解的主要参数，有效地避免了经验选择母小波函数和分解层次的缺点。同时，根据结合页岩脆性指数、施工压力、施工排量等微地震参数，利用约束因子的特性，在原始数据的去噪过程中可有效地避免有效信号的丢失，进而大幅度地提高了去噪的效果，具有多分辨率、多尺度、自适应的特点，可提高数据的信噪比2～3倍。附图说明图1为本专利技术实施例中地质与工程参数约束的微地震数据小波变换去噪处理流程图。图2为本专利技术实施例中地质与工程参数R-SURE算法流程图。图3为本专利技术实施例中离散小波变换主要参数的Hausdroff距离示意图。图4为本专利技术实施例中约束因子与不同影响因素的关系图。图5为本专利技术实施例中地质与工程参数约束的微地震数据小波变换去噪算法效果。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细的说明：如附图1所示：本实施例提供一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法，包括以下步骤：步骤S1：采集微地震数据，从数据库中加载微震原始数据。微地震原始数据为x(t)＝f(t)+w(t)，其中f本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：采集微地震数据，从数据库中加载微震原始数据；/n步骤S2：选择连续突变的小波系数集，计算不同母小波函数和分解层次与带噪信号x(t)的Hausdroff双向距离；/n步骤S3：从最小Hausdroff双向距离确定母小波函数和分解层次，所述分解层次为j层；/n步骤S4：通过R-SURE算法将分解后的信号进行滤波；/n步骤S5：按小波系数索引重新排列第j层分解层次的新系数，保存滤波后的小波系数；/n步骤S6：进入下一分解层次j-1，循环R-SURE算法到第1层；/n步骤S7：保存滤波后的小波系数，用小波逆变换重构去噪后的信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：采集微地震数据，从数据库中加载微震原始数据；
步骤S2：选择连续突变的小波系数集，计算不同母小波函数和分解层次与带噪信号x(t)的Hausdroff双向距离；
步骤S3：从最小Hausdroff双向距离确定母小波函数和分解层次，所述分解层次为j层；
步骤S4：通过R-SURE算法将分解后的信号进行滤波；
步骤S5：按小波系数索引重新排列第j层分解层次的新系数，保存滤波后的小波系数；
步骤S6：进入下一分解层次j-1，循环R-SURE算法到第1层；
步骤S7：保存滤波后的小波系数，用小波逆变换重构去噪后的信号。


2.根据权利要求1所述的一种地质与工程参数约束的微地震数据去噪方法，其特征在于：所述R-SURE算法包括以下步骤：
步骤S4.1：将原始数据经离散小波变换转化为近似系数和细节系数；
步骤S4.2：根据第j层小波系数估计噪声方差；
步骤S4.3：对不同分解层次的小波系数索引编码，按从大到小排序；
步骤S4.4：寻找满足公式XB[l]≤T≤XB[...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立川，谢庆明，徐洪，刘洪，何飞，曾亮，梁丹，陈柏林，
申请(专利权)人：重庆地质矿产研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;50