1石油勘探中電磁層析成像原理

在石油勘探的過(guò)程中，需要對(duì)不同的巖層的電磁層析成像聲波進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，將分析結(jié)果作為石油勘探中圖像重構(gòu)的主要依據(jù)。重構(gòu)結(jié)果的好壞直接影響到后續(xù)的工作:其詳細(xì)原理如下:

1)針對(duì)所有的石油勘探中電磁層析成像信號(hào)進(jìn)行信號(hào)分解，可以獲取信號(hào)波變換值x(n，p)。

2)通過(guò)運(yùn)算獲取電磁層析成像信號(hào)分解尺度S(n，p)，根據(jù)下述公式可以計(jì)算上述成像信號(hào)分解結(jié)果的關(guān)聯(lián)性:

3)針對(duì)所有的電磁層析成像信號(hào)分解結(jié)果進(jìn)行歸一化變換，能夠得到下述結(jié)果PS(n，p)=S(n，p)•Qx(n)Qs(n槡)，q=1，2，…，q(1)在上述公式中，Qx(n)=∑px(n，p)2QS(n)=∑pS(n，p)2

4)將PS(n，p)與x(n，p)的絕對(duì)值進(jìn)行比較，假設(shè)|Ps(n，p)||x(n，p)|，則可以判斷該位置的信號(hào)變換值是由初始的電磁層析成像信號(hào)中分離出來(lái)的，此時(shí)，需要將x(n，p)賦予xg(n，p)，同時(shí)將S(n，p)置零。否則，需要保留x(n，p)的初始值。

5)根據(jù)上面的闡述能夠得知，x(n，p)都是由電磁層析成像信號(hào)中的聲波引起的，則Qx(n)/(M－1槡)是信號(hào)變換尺度上對(duì)聲波的均方差進(jìn)行估計(jì)的結(jié)果。利用下述公式可以計(jì)算聲波無(wú)偏差估計(jì)結(jié)果μ=Qx(n)/(M－1槡)ζn(2)將上述無(wú)偏差估計(jì)結(jié)果與閾值進(jìn)行對(duì)比，假設(shè)大于閾值，則返回步驟(2)繼續(xù)執(zhí)行，否則，結(jié)束迭代處理。6)根據(jù)xg(n，p)進(jìn)行電磁層析成像信號(hào)聲波的信號(hào)逆變換處理。假設(shè)μ＞1，能夠得到sin(μ－1)＞0，假設(shè)μ1，能夠得到sin(μ－1)0。根據(jù)上述特性，可以得到最理想的估計(jì)結(jié)果如下所述d→d+sin［β(μ－1)］(3)在上述公式中，β能夠用來(lái)描述石油勘探中電磁層析成像信號(hào)步長(zhǎng)調(diào)整因子。在第一次迭代處理的過(guò)程中，設(shè)置d的取值是1，假設(shè)μ1，則可以得知sin(μ－1)0，能夠利用上述公式進(jìn)行迭代處理，不斷縮小d的取值，并且用該取值乘以對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)性系數(shù)，減少抽取樣本的數(shù)目，直至μ的取值趨近于1。假設(shè)μ＞1，則可以得知sin(μ－1)＞0，根據(jù)上述公式進(jìn)行迭代處理，d的取值將不斷增大，將該取值乘以關(guān)聯(lián)性系數(shù)，可以增加樣本的數(shù)量，減少聲波過(guò)濾的誤差，直至μ的取值趨近于1。根據(jù)上面的闡述能夠得知，假設(shè)在石油勘探電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過(guò)濾過(guò)程中，信號(hào)系數(shù)方差與聲波的方差相等，則能夠得到理想的聲波過(guò)濾效果。在過(guò)濾過(guò)程中，為了保證聲波過(guò)濾過(guò)程的穩(wěn)定性和提高過(guò)濾時(shí)的收斂速度，需要將調(diào)整因子引入到過(guò)濾的過(guò)程中，假設(shè)該調(diào)整因子的取值比較大，則收斂速度得到大幅度提升，但是過(guò)濾的效果比較差，反之，收斂速度雖然會(huì)降低，但是過(guò)濾的效果更佳理想。根據(jù)上述內(nèi)容，能夠得到調(diào)整因子計(jì)算公式如下所述ζn2=ζ2×‖i0*i1*…*ik－2*hk－1‖2(4)根據(jù)上面闡述的方法，能夠得到電磁層析成像聲波過(guò)濾時(shí)的調(diào)整因子，完成聲波過(guò)濾，得到高質(zhì)量的成像信號(hào)，實(shí)現(xiàn)石油勘探中的電磁層析成像聲波過(guò)濾。但是，通過(guò)聲波對(duì)石油巖層進(jìn)行勘探形成穩(wěn)定圖像一直存在一個(gè)難題，石油區(qū)域的巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁層析成像技術(shù)在復(fù)雜的巖石結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生聲波圖像變異，形成圖像干擾。傳統(tǒng)的石油勘探電磁層析成像技術(shù)在這種干擾下，正常電磁層析成像會(huì)造成干擾損失，影響成像效果。

2成像信號(hào)中聲波過(guò)濾優(yōu)化方法理論

利用傳統(tǒng)算法進(jìn)行石油勘探中電磁層析成像中聲波過(guò)濾，假設(shè)勘探目標(biāo)的巖層過(guò)于復(fù)雜，將導(dǎo)致成像信號(hào)中摻雜大量的聲波，對(duì)成像信號(hào)造成干擾。為此，提出基于加權(quán)小波分析算法的石油勘探中電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過(guò)濾方法。

2．1計(jì)算成像信號(hào)的權(quán)重

針對(duì)石油勘探過(guò)程中采集的電磁層析成像信號(hào)，能夠得到對(duì)應(yīng)的非線性方程如下所述yl=gl(yl－1，xl－1)zl=il(yl，wl{)(5)在上述公式中，wl能夠用來(lái)描述電磁層析成像信號(hào)概率密度函數(shù)。對(duì)上述成像信號(hào)中的聲波進(jìn)行過(guò)濾的詳細(xì)流程如下所述

1)對(duì)成像信號(hào)進(jìn)行初始化處理，在l=0時(shí)，需要使樣本符合yj0～Q(y0)分布。

2)在l=1，2，…，U時(shí)，需要選擇一組成像信號(hào)作為樣本。

3)根據(jù)隨機(jī)向量計(jì)算對(duì)應(yīng)的權(quán)重，隨機(jī)向量是wj，j=1，2，…，P。4)利用下述公式，對(duì)電磁層析成像信號(hào)進(jìn)行更新處理p(yl|Zl)≈∑Pj=1wjlε(yl－yjl)j=1，2，…，P(6)在上述公式中，ε(•)是狄拉克函數(shù)。

2．2實(shí)現(xiàn)成像信號(hào)重構(gòu)

現(xiàn)階段，小波分析方法已經(jīng)應(yīng)用到各種不同的行業(yè)中，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。將加權(quán)方法與小波分析方法相結(jié)合，能夠完成成像信號(hào)聲波的過(guò)濾。利用下述公式能夠進(jìn)行小波變換處理XUg(b，c)=1槡|b|∫－g(y)ζ*(y)dy=g，ζb，{}cζb，c(y)=1槡|b|ζ(y－cb)b，c∈S，b≠{0(7)在上述公式中，ζb，c(y)能夠用來(lái)描述小波母函數(shù)，b能夠用來(lái)描述尺度變換算子，c能夠用來(lái)描述成像信號(hào)采樣時(shí)間。石油勘探中電磁層析成像信號(hào)的時(shí)間與對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系密切，ζ*(u)能夠用來(lái)描述ζ(u)的共軛函數(shù)。利用下述公式能夠?qū)κ涂碧街须姶艑游龀上裥盘?hào)進(jìn)行離散變換處理2k2ζ(2ky－l)(8)即:b=12kc=l2{k利用下述公式能夠進(jìn)行石油勘探中電磁層析成像信號(hào)分解處理dk，l=∑ni(n－2l)dk－1，nek，l=∑nh(n－2l)dk－1，{n(9)其中，n=0，1，2，…，P－1。利用下述公式，能夠?qū)λ械某上裥盘?hào)分解因子進(jìn)行重構(gòu)處理:dk，n=∑ldk+1，li(n－2l)+∑lek+1，lh(n－2l)(10)根據(jù)上面闡述的方法，能夠進(jìn)行成像信號(hào)聲波過(guò)濾，獲取清晰的石油勘探中電磁層析成像信號(hào)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證基于加權(quán)小波分析算法的石油勘探中電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過(guò)濾方法的有效性，需要進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，以巖層回波電磁信號(hào)為基礎(chǔ)，采集的電磁波成像信號(hào)。利用傳統(tǒng)算法進(jìn)行電磁層析成像信息采集，得到的信號(hào)成像采集結(jié)果能夠用圖2表示。利用改進(jìn)算法進(jìn)行成像信號(hào)聲波過(guò)濾，得到的成像信息采集結(jié)果能夠用圖3表示。根據(jù)上述兩幀圖像能夠得知，利用改進(jìn)算法進(jìn)行成像信號(hào)聲波過(guò)濾，獲取的結(jié)果與實(shí)際情況更加接近，極大的提高了成像信號(hào)過(guò)濾結(jié)果的真實(shí)度。將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，能夠得到不同算法獲取的成像信號(hào)真實(shí)度對(duì)比結(jié)果如下所述:根據(jù)上述兩個(gè)表中的數(shù)據(jù)可以得知，利用改進(jìn)算法進(jìn)行石油勘探中電磁層析成像信號(hào)聲波過(guò)濾，極大的提高了成像信號(hào)的真實(shí)度，降低了成像信號(hào)中的信噪比。

4結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)算法無(wú)法避免勘探目標(biāo)的巖層過(guò)于復(fù)雜造成的成像信號(hào)受到干擾的缺陷，提出基于加權(quán)小波分析算法的石油勘探中電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過(guò)濾方法。用非線性方程描述所有的石油勘探中電磁層析成像結(jié)構(gòu)聲波，選取一組成像信號(hào)作為樣本數(shù)據(jù)，計(jì)算成像信號(hào)的權(quán)重，獲取所有成像信號(hào)在聲波過(guò)濾過(guò)程中的重要程度。針對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行小波變換處理，完成成像信號(hào)的分解，將所有的因子進(jìn)行重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)聲波過(guò)濾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用改進(jìn)算法進(jìn)行石油勘探中電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過(guò)濾，能夠極大地提高成像信號(hào)的真實(shí)度，降低了信號(hào)的信噪比，滿足了石油勘探的實(shí)際需求。作者：張志美 王旭 宣楊 何燕 單位：東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 沈陽(yáng)師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院