专利名称：一种地震波初至拾取方法
技术领域：
本发明涉及石油地球物理勘探中地震波初至自动拾取技术，尤其涉及一种地震波初至拾取方法。
背景技术：
地震勘探中，将从炮点激发并最先到达检波点的地震波称为初至波，并将这个到达时间称为地震波初至时间，简称地震波初至。准确拾取地震波初至是做好静校正和近地表速度层析成像反演的基础，这一工作对于沙漠、山地等复杂地表情况显得更为重要，是做好后续地震资料处理工作的关键之一。由于手工拾取地震波初至费时费工，目前一般采用自动拾取方法。常用的地震波初至自动拾取方法可概括为两类一类是基于单一地震道初至波特征的方法，如最大能量法、能量比值法、分形维法、神经网络法；另一类是基于多道地震道初至波特征的方法，如相关法、图像法。最大能量法选取地震道上能量最大的点作为地震波初至，受噪声影响大，且容易产生错误。能量比值法首先选取某一特定的地震属性道，如振幅绝对值、波形长度、振幅包络等，然后根据相邻前、后窗口的属性值比值特征确定地震波初至的位置，选取合适的地震属性道是该方法成功的关键。分形维法通过统计地震道曲线的分形维数特征来识别地震波初至的位置，该方法对时窗和步长的选取十分敏感，稍有不慎就会严重的影响拾取结果。神经网络法是利用多种地震道初至波属性特征来识别初至的智能学习方法，该方法虽然精度较高，但实现起来比较困难，且效率较低。相关法是利用相邻地震道的初至波的相似性特征来拾取初至的，该方法对噪声有较好的压制作用，但对于波形特征复杂的地震记录(如初至的“续至”波形)，拾取精度不能得到保证；图像法首先将地震资料进行灰度化处理，然后利用图像处理技术(如边缘检测技术)识别地震波初至，当地震资料上存在强干扰时，该方法的精度难以保证。综上所述，现有的地震波初至自动拾取方法存在抗噪能力差、拾取精度低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种地震波初至拾取方法，以显著提高了地震波初至自动拾取的抗噪能力和准确性。本发明实施例提供了一种地震波初至拾取方法，所述方法包括(1)、对采集的地震数据进行去噪，去除环境噪音和系统噪音；(2)、以炮集为单位对地震数据进行分选，每个炮集数据看成一个二维数据，记为 A(n，l)，其中，1代表道号，η代表采样时间点；对于每个炮集数据重复步骤(3)到步骤(12)的操作；(3)、对炮集数据A (n，1)进行线性动校正，记为Auw (n，1)，使得地震波初至近似的在一条水平的直线上；0)、选定一时窗，使得它能够包含每个炮集内的所有地震波初至，利用该时窗对 Alnmo (n，1) 数据进行截取，记为As+。ted(n，1)；(5)、以地震道为单位对ASele。ted (n，1)进行地震波初至拾取，每个地震道数据看成一个1维数据，记为= Sselected(nJ)，忽略道号，将地震道数据记为对《)；对于每个地震道数据重复步骤(6)到步骤(12)的操作；(6)、对地震道的各个采样点的振幅值求绝对值，在|对《)|中选取3或5个最大的极值点，求取他们的中值，记为a，利用a对原始地震道数据对《)进行归一化，记为χ (η)；归一化的数学表达式为x( ) = x(n)/a ；(7)、求取地震道χ(η)的复地震道，记为cQ (η) = χ (η)+i · y (η)，其中，i为虚数单位，y(n)为χ(η)的希尔伯特变换；一个一维离散信号X(n)的希尔伯特变换y (η)通过下列步骤求取计算X(k)= DFT[χ (η) ], k = 0，1，...，Ν_1，令 Z(k)=
X(k)k = 0
2X(k) Λ = 1,2,…,γ -1，则 y (n) = IDFT [_i · (Ζ (k) -Χ (k))]，其中 DFT 口
0 k = —,---,N-\ 2
代表正离散傅里叶变换算子，IDFT[]代表反离散傅里叶变换算子；(8)、计算复地震道C。(η)的幅角，记为rQ(n)；对于任意复数c = x+i · y，其幅角定义为r = arctan (y/x)；(9)、产生两个由服从N(0，0. 125)正态分布的随机数构成的噪音道，分别记为 Xniose(η)和yni。se(η)，将这两个噪音道分别加到复地震道Ctl(η)的实部和虚部上，记为C1OO ={x (n)+Xnoise (n) }+i - {7(10+7— }，求取加入噪音后的复地震道(31(11)的幅角，记为
Γ!(η)；(10)、将步骤(8)和步骤(9)计算的幅角Γι(η)和r0(n)求差并取绝对值，记为 Cl1 (n)=巧⑷-！^⑷丨，并对屯⑴进行5点中值滤波，记为dml (η)；(11)、重复步骤(9)和步骤(10)两次，将计算结果记为dm2 (η)和dm3 (η)，并记d (η) =dml (η) +dm2 (η) +dm3 (η)；(12)、以d(n)为地震属性道，采用能量比值法拾取地震波初至。可选的，在本发明的实施例中，所述能量比值法具体可以包括对于一个地震属性道，选定一个样点数为m的时窗；在地震属性道上，从小采样方向开始，计算它前m个样点的绝对值之和，记为V1,计算它后m个样点的绝对值之和，记为v2，并记比值R = (Vl+Veps) / (v2+veps)，其中Veps代表计算机所能够表示的最小浮点数，重复此过程，计算其它采样点的上述比值，直到整个地震道的尾部；至此，最大比值处所对应的样点即为地震波初至点。本发明实施例基于复地震道加噪法形成了一种新的地震属性道，并利用能量比值法拾取地震波初至，与常规的地震属性道(如振幅绝对值、振幅包络)能量比值法相比，具有抗噪能力强，拾取精度高的特点。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供一种地震波初至拾取方法流程图。图2是本发明实施例去噪处理的一个炮集数据。图3是本发明实施例对炮集数据进行了线性动校正，并选择合适的窗口对校正后的数据进行了截取。图4是本发明实施例对截取的数据求取复地震道，并计算得到的幅角。图5是本发明实施例向复地震道数据加入合适能量的噪音，并计算得到的幅角。图6是本发明实施例最终的地震属性道灰度图。图7是本发明实施例基于复地震道加噪的地震波初至自动拾取结果。图8是现有技术以振幅绝对值为地震属性道的能量比值法地震波初至自动拾取结果。图9是现有技术以振幅包络为地震属性道的能量比值法地震波初至自动拾取结果。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，为本发明实施例提供一种地震波初至拾取方法流程图，该方法包括1.对采集的地震数据进行去噪，去除环境噪音和系统噪音，图2是经过去噪处理的一个实际炮集数据；可以在勘探区人工激发地震波，并接收地下反射信息；或者在地震发生后，采集地震记录数据。2.以炮集为单位对地震数据进行分选，每个炮集数据可以看成一个二维数据，如图2所示，记为A(n，1)，其中，横坐标1代表道号，纵坐标η代表采样时间点。对于每个炮集数据重复步骤3到12的操作。3.对炮集数据A (η, 1)进行线性动校正，记为Amb (η, 1)，使得地震波初至近似的在一条水平的直线上(见图3)。4.选定一个合适的时窗，使得它能够包含每个炮集内的所有地震波初至(如图 3)，利用该时窗对AuwOi, 1)数据进行截取，记为As&。tral(n，1)。5、以地震道为单位对ASele。ted(n，1)进行地震波初至拾取，每个地震道数据看成一个1维数据，记为= Ssdected(TiJ)，忽略道号，将地震道数据记为对《)；对于每个地震道数据重复步骤6到步骤12的操作；6、对地震道的各个采样点的振幅值求绝对值，在|对《)|中选取3或5个最大的极值点，求取他们的中值，记为a，利用a对原始地震道数据对《)进行归一化，记为χ (η)；归一化的数学表达式为x( ) = x(n)la ；7、求取地震道χ (η)的复地震道，记为C。(η) = χ (η)+i (η)，其中，i为虚数单位， y(n)为χ(η)的希尔伯特变换；一个一维离散信号X(n)的希尔伯特变换y (η)通过下列步骤求取计算X(k)= DFT[χ (η) ], k = 0，1，...，Ν_1，令 Z(k)=
X(k)k = 0
2X(k) Λ = 1,2,…,γ -1，则 y (n) = IDFT [_i · (Ζ (k) -Χ (k))]，其中 DFT 口
0 k = —,..,N-\ 2
代表正离散傅里叶变换算子，IDFT[]代表反离散傅里叶变换算子；8.计算复地震道Ctl(Ii)的幅角，记为A(Ii)，图4是一个炮集的所有地震道都经过该步骤处理后的结果；对于任意复数c = x+i · y，其幅角定义为r = arctan (y/x)。9.产生两个由服从N(0，0. 125)正态分布的随机数构成的噪音道，分别记为 Xniose(η)和yni。se(η)，将这两个噪音道分别加到复地震道Ctl(η)的实部和虚部上，记为C1OO ={x (n)+Xnoise (n) }+i - {7(10+7— }，求取加入噪音后的复地震道(31(11)的幅角，记为 Γι(η)，图5是一个炮集的所有地震道都经过该步骤处理后的结果。10.将前两个步骤计算的幅角求差，记Sd1(Ii) =!· -!·。(η)，并对Cl1 (η)进行5 点中值滤波，记为dml (η)。11.重复步骤9和10两次，将计算结果记为dm2(n)和dm3(n)，并记d(n)= dffll(n)+dffl2(n)+dffl3(n)，图6是一个炮集的所有地震道都经过该步骤处理后的结果。12.以d(n)为地震属性道(见图6)，采用能量比值法拾取地震波初至。能量比值法的具体步骤是对于一个地震属性道，选定一个样点数为m的时窗。在地震属性道上，从小采样方向开始，计算它前m个样点的绝对值之和，记为V1，计算它后m个样点的绝对值之和，记为V2，并记比值R = (Vl+Veps)/(V2+Veps)，其中Veps代表计算机所能够表示的最小浮点数。重复此过程，计算其它采样点的上述比值，直到整个地震道的尾部。至此，最大比值处所对应的样点即为地震波的初至点。图7是基于复地震道加噪的地震波初至自动拾取结果。图8是现有技术以振幅绝对值为地震属性道的能量比值法地震波初至自动拾取结果。图9是现有技术以振幅包络为地震属性道的能量比值法地震波初至自动拾取结果。可见，本发明与常规的地震属性道 (如振幅绝对值、振幅包络)能量比值法相比具有抗噪能力强，拾取精度高的特点。本发明实施例基于复地震道加噪法形成了一种新的地震属性道，并利用能量比值法拾取地震波初至，与常规的地震属性道(如振幅绝对值、振幅包络)能量比值法相比，具有抗噪能力强，拾取精度高的特点。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述全部或部分步骤，所述的存储介质，如R0M/RAM、磁盘、光盘等。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种地震波初至拾取方法，其特征在于，所述方法包括(1)、对采集的地震数据进行去噪，去除环境噪音和系统噪音；(2)、以炮集为单位对地震数据进行分选，每个炮集数据看成一个二维数据，记为A(η, 1)，其中，1代表道号，η代表采样时间点；对于每个炮集数据重复步骤(3)到步骤(12)的操作；(3)、对炮集数据A(η, 1)进行线性动校正，记为Amb (η, 1)，使得地震波初至近似的在一条水平的直线上；G)、选定一时窗，使得它能够包含每个炮集内的所有地震波初至，利用该时窗对 Alnmo (η，1) 数据进行截取，记为As+。ted(n，1)；巧入以地震道为单位对^&⑽^!!，1)进行地震波初至拾取，每个地震道数据看成一个 1维数据，记为马(《) = &—( ，/)，忽略道号，将地震道数据记为 ㈨；对于每个地震道数据重复步骤(6)到步骤(12)的操作；(6)、对地震道的各个采样点的振幅值求绝对值I对，在I对中选取3或5个最大的极值点，求取他们的中值，记为a，利用a对原始地震道数据对《)进行归一化，记为χ (η)；归一化的数学表达式为x( ) =对《)/ ；(7)、求取地震道χ(η)的复地震道，记为Co(n)=X(n)+i*y(n)，其中，i为虚数单位， y(n)为x(n)的希尔伯特变换；一个一维离散信号x(n)的希尔伯特变换y(n)通过下列步骤求取计算X(k)= DFT[χ (η) ], k = 0，1，…，N_l，令X(k)k = 0Z(k) = \2X(k) k = l,2,-- -1，则 y(n) = IDFT[_i · (Z (k)-X (k))]，其中 DFT 口代0 k = —,..,N-\ 2表正离散傅里叶变换算子，IDFT[]代表反离散傅里叶变换算子；(8)、计算复地震道C。(η)的幅角，记为rQ(η)；对于任意复数c = x+i · y，其幅角定义为r = arctan(y/x)；(9)、产生两个由服从N(0，0.125)正态分布的随机数构成的噪音道，分别记(η) 和yni。se(n)，将这两个噪音道分别加到复地震道(^(η)的实部和虚部上，记为C1 (η) = {χ (η )+Xnoise (η) }+i - {7(11)+7_ }，求取加入噪音后的复地震道(31(11)的幅角，记为r ；(10)、将步骤(8)和步骤(9)计算的幅角(η)和r0(n)求差并取绝对值，记为(I1(η)= k (η)-r。(η) I，并对Cl1 (η)进行5点中值滤波，记为dml (η)；(11)、重复步骤(9)和步骤(10)两次，将计算结果记为dm2(η)和dm3(n)，并记d(n)= dmi (η) +dm2 (η) +dm3 (η)；(12)、以d(n)为地震属性道，采用能量比值法拾取地震波初至。
2.如权利要求1所述地震波初至拾取方法，其特征在于，所述能量比值法具体包括对于一个地震属性道，选定一个样点数为m的时窗；在地震属性道上，从小采样方向开始，计算它前m个样点的绝对值之和，记为V1，计算它后m个样点的绝对值之和，记为v2，并记比值R = (VjVepsV(VjVeps),其中Veps代表计算机所能够表示的最小浮点数，重复此过程，计算其它采样点的上述比值，直到整个地震道的尾部；至此，最大比值处所对应的样点即为地震波初至点。
全文摘要
本发明实施例提供一种地震波初至拾取方法，其基于复地震道加噪法形成了一种新的地震属性道，并利用能量比值法拾取地震波初至，与常规的地震属性道(如振幅绝对值、振幅包络)能量比值法相比，具有抗噪能力强，拾取精度高的特点。
文档编号G01V1/28GK102243320SQ20111009059
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者杨昊 申请人:中国石油天然气股份有限公司