[发明专利]一种基于近似负熵的微地震信号初至拾取方法

摘要

本发明提供一种基于近似负熵的微地震信号初至拾取方法，属于地球物理技术领域。根据微地震信号自身特点设计合适的近似负熵函数，结合负熵谱曲线极值差的加权函数设定阈值，进而实现信号区域与噪声区域的准确划分及微地震信号初至的准确拾取。本发明的有益效果是根据微地震信号自身的特点，引用信息论中近似负熵理论提出了一种基于近似负熵的微地震初至拾取新方法，与现有拾取方法相比，新方法能够实现较低信噪比条件下初至到时的准确拾取，信噪比可低至‑12dB，并且计算过程简单，速度较快，准确性高。

主权项

1.一种基于近似负熵的微地震信号初至拾取方法，其特征在于，包括下列步骤：1)根据微地震信号自身的特性，设计近似负熵函数：具有n个采样点的随机序列y＝{yi,i＝1,2,…,n}的负熵表示为：J(y)＝H(y′)‑H(y)，    (1)其中y′是与随机序列y具有相同均值和方差的高斯随机序列，H(y)是序列y的熵，同理H(y′)是序列y′的熵，J(y)就表示随机序列y的负熵；构造基于最小负熵准则的近似负熵函数，其对信号相对敏感，表达式描述如下：其中ki是大于零的常数，Gi(·)是对比方程，是一个正交的非二次函数，x是公式(1)中随机序列y经过归一化后得到的零均值、单位方差序列，x′是满足零均值，单位方差的标准正态分布序列；E[·]表示数学期望，i表示选取的对比方程的个数，i值越大，对负熵的近似程度越接近，n＝2，系数k1＝k2＝1；对于任意随机序列ζ＝{ζi,i＝1,2,…,n}，选取的非二次对比方程Gi(·)为公式(3)和(4)中的两种形式：两个对比方程G₁(ζ)和G₂(ζ)均为分段线性计算对比函数，G₁(ζ)具有良好的稳健性，用于检测独立分量的超高斯性，G₂(ζ)适用于估计随机变量的亚高斯性，由于序列x′是已知的标准正态序列，通过公式计算可得于是公式(2)中的近似负熵表达式就变为式中NJ(x)代表随机序列x的近似负熵值，2)对地震信号进行归一化和分帧处理，并计算各帧内的负熵值，绘制负熵谱曲线；选取帧长Fs和帧移Fl对归一化后的地震数据进行分帧处理，再根据式(5)中的近似负熵函数分别计算出各个帧内微地震数据的近似负熵值，并根据各帧的计算结果绘制负熵谱曲线；3)设置阈值函数找到噪声与信号的分界点，得到微地震数据初至时刻点的具体位置；将负熵谱曲线的最大值和最小值的差值进行加权，再通过一个加权因子来调节阈值的敏感度和准确度，具体表达式如下thr＝α(max(NJ)‑min(NJ))，    (9)其中thr为计算得到的阈值，α为加权因子，能够调节插值的高度，根据负熵谱和阈值线的交点检测到初至所在的帧，再根据公式(10)便可得到初至对应的具体数据点At；其中F是初至所在的帧数，F_s和F_l分别代表帧长和帧移，表示对向上取整的结果，从而确定初至到时的所在位置。