集成反射振幅补偿的人机交互式深海水体三维速度分析法的制作方法

本发明属于海洋地震勘探技术领域，具体涉及一种针对具有光滑梯度变化的深海水体速度分析方法，特别涉及一种集成反射振幅补偿的人机交互式深海水体三维速度分析方法。

背景技术：

近些年来，地震海洋学作为地球物理学与物理海洋学的新兴交叉学科，将常规地震反射方法应用到海洋数据处理中，并显著体现出高分辨率、短时间对大范围水体反射成像等优点。在海洋地震学方法里，对反射地震剖面的处理尤为重要，这是利用avo技术研究海水物性差异的基础。但常规海洋地震方法是对海底地层反射进行处理，对海水弱反射的研究与处理鲜少。

由于海水速度光滑梯度变化和海水多效应的影响，使地震波在水体形成弱反射，影响了波场传播规律的观测及分析数据所携带的速度信息，这是水体数据处理的难点。这种影响主要表现在两方面：1、相较于海底地层强反射，水体反射与地层反射振幅特征差异可达60db，应用常规技术处理水体难以达到较好效果；2、由于气泡效应等造成的背景噪声与弱反射差异较小，产生混叠效应使海水地震记录反射同相轴难以辨认。在处理海水数据时，由于上述影响会不可避免地在速度参数反演上产生误差。这种误差将对地震数据的处理和解释带来致命影响。

关于海水地震反射剖面，国内外学者做了大量的研究。ocean75conference中brandt发表了“acousticreturnfromdensityfluctuationsinturbulentjets”，该文首次明确提出声波成像研究海洋水体运动和精细结构的可能性。《oceanvariability&acousticpropagation》公开了phillips.j.d和dean.d.f的“multichannelacousticreflectionprofilingofoceanwatermasstemperature/salinityinterfaces”，该文表明浅滩地震资料反射波可以反映海水温盐结构，即反映海水速度结构的可能性。《geophysicalresearchletters》2005年第15期公开了holbrook.w.s的“oceaninternalwavespectrainferredfromseismicreflectiontransects”，该文表明在对芬兰某地地震剖面资料重处理时发现了海水层细结构，可以利用反射地震研究海洋水体运动。《地球物理学进展》2018年第33卷第3期发表了鲁统祥等人的“针对海洋水层反射的处理方法研究”，该文提出了水层弱信号保护技术，通过有效分离水层反射信号达到保真效果。

但到目前为止，还未见针对海水弱反射，采用海水人机交互式补偿振幅，对海水进行精确速度分析的方法的报道。

技术实现要素：

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种集成反射振幅补偿的人机交互式深海水体三维速度分析方法，能够对深水反射进行有效振幅补偿，并对处理数据进行有效速度分析。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种集成反射振幅补偿的人机交互式深海水体三维速度分析法，包括以下步骤：

a、读入切除了直达波等浅层干扰信息和剔除了地层反射后的深水多震源共中心点反射地震数据与观测系统的参数；

b、在读入数据及参数后，对每道深水地震记录绝对值进行加权平均计算，并以此为基准向上延伸窗口，提取该窗口范围内的信号；

c、对整型滤波后的深水地震记录进行人机交互同相轴拾取，消除由海水速度光滑梯度变化带来的同相轴弱化影响，并根据拾取坐标选取合适振幅数值以及建立傅里叶级数拟合公式，对深水反射地震记录进行弱振幅补偿，傅里叶级数拟合形式为：

f(x)＝a0+a1·cos(x·w)+b1·sin(x·w)

式中，a0,a1,b1,w为拟合系数；

d、对实施步骤c后得到的补偿数据进行叠加速度谱计算，获得垂向双程走时和叠加速度最优值的二相屏，走时函数定义为：

若走时曲线不再接近于双曲线，走时多项式的四次项应该被考虑，相似性由下式定义：

式中，n是切除直达波后非零采样点的个数；

e、将实施步骤d后得到的叠加速度谱进行速度团拾取，经过步骤c的振幅加强处理，结果呈现较好的海水均方根速度分布特性；

f、对上述步骤a-e进行重复处理得到克服海水弱反射的三维深水速度分析结果。

进一步地，步骤a，所述参数还包括nmo拉伸归零值、相似长度平滑窗口值以及相似值权。

进一步地，步骤d，计算前对分子和分母分别进行光滑，之后将相似性关系设为参数相似值权的幂。当相似值权>1时，相似性值的差异在相似性范围[0,1]的上半部分拉伸,在其下半部分压缩，少数较大的外观值得到增强；当相似值权<1时，许多小值被增强。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：①为了对深水反射速度精细分析，本发明提出了人机交互式拟合补偿振幅的基本思想。在应用加权整型滤波的基础上，使用可控制相关性系数的三维速度分析，并详细列出了算法流程。②本发明提出的人机交互补偿振幅方法，对任意拟合或真实深水数据均可有效加强反射同相轴，这是速度反演的重要前提。③本发明在振幅补偿方法有效的基础上，对深水层进行叠加速度分析，有效分析出深水均方根速度变化，为海水声速剖面反演与最终的偏移成像和全波形提供了相对精确的初始条件。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过人机交互拾取加权平均整型滤波后的深水反射地震记录同相轴坐标信息以得到补偿函数，在切除直达波和浅层干扰的多炮共中心点反射地震数据中提取补偿函数值，并利用该补偿函数值对反射地震记录中的海水反射进行能量补偿，同时通过滤波计算消除气泡散射等背景噪声干扰；

2、利用经过上述处理后的数据进行三维速度分析，得到了深海水体的均方根速度分布；

3、本发明在保证数据原始信息不被破坏的条件下，通过对原始数据中的微弱有用信息进行提取和补偿等途径，实现针对水层反射的准确速度分析，为海水声速剖面反演与最终的偏移成像和全波形提供了相对精确的初始模型。

附图说明

图1海水体弱反射交互振幅补偿精确三维速度分析流程图；

图2a-图2b本发明使用的原始深海水体部分数据；

图3对原始数据实施加权平均整形滤波,图3a加权平均滤波后的记录；图3b部分记录道值；图3c同相轴间断现象；

图4进行交互式同相轴坐标拾取，图4a拾取间断同相轴坐标；图4b建立完整同相轴函数；图4c得补偿振幅函数值；

图5将拟合函数值覆盖在原始数据之上，图5a交互式补偿地震记录；图5b振幅增强；图5c与背景差异对比；

图6未处理数据与经过深海水体弱反射交互振幅补偿技术处理数据速度分析对比，图6a常规叠加速度谱结果；图6b人机交互式振幅补偿叠加速度谱结果；

具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步的解释说明。

本发明集成反射振幅补偿的人机交互式深海水体三维速度分析法，包括如下步骤：

a、读入切除了直达波等浅层干扰信息以及地层反射的深水多震源共中心点地震数据与观测系统的参数；给出nmo拉伸归零值、相似长度平滑窗口值、相似值权等参数。这些数据与参数构成起始条件；

b、根据步骤a读入的已知条件，对每道深水地震数据中波场振幅数值的绝对值进行加权平均计算，并以此为基准向上延伸窗口，提取该窗口范围内的信号，得到图3a；

c、对整型滤波后的深水地震记录进行人机交互同相轴拾取(图4a)，消除由海水速度光滑梯度变化带来的同相轴弱化影响。并根据拾取坐标选取合适振幅数值，建立傅里叶级数拟合函数式(图4b)，对深水反射地震记录进行弱振幅补偿(图5a)。傅里叶级数拟合形式为：

f(x)＝a0+a1·cos(x·w)+b1·sin(x·w)

式中，a0,a1,b1,w为拟合系数；

d、对经过步骤c后的补偿数据进行叠加均方根速度谱计算(图6b)，获得垂向双程走时和叠加速度最优值的二相屏。走时函数定义为：

系数ais1,ais2是很小的值，表明非双曲性很小。使用四次项展开式将更加精确，这时函数将不再是多项式形式。相似性由下式定义：

n是切除直达波后非零采样点的个数。计算前对分子和分母分别进行光滑。之后将相似性关系设为参数相似值权的幂。当相似值权>1时，相似性值的差异在相似性范围[0,1]的上半部分拉伸,在其下半部分压缩，因此，少数较大的外观值得到增强。当相似值权<1时，许多小值被增强，因此在背景噪声下更容易辨别。这是在其他特征的广阔范围内实现的。

e、将步骤d得到的叠加均方根速度谱进行速度拾取。经过步骤c的振幅加强处理，结果呈现较好的海水速度分布特性。

f、根据需求，对上述步骤a-e进行重复处理得到三维海水补偿振幅准确速度分析结果。

为了更好的对上述具体算法流程的实施效果进行说明，下面给出一套具体实例：

实施例

a、读入经过了直达波切除、浅层干扰信息压制和地层反射去除等处理过程的多炮域共中心点深水反射地震数据和观测系统参数。此外需要给出nmo拉伸归零值、相似长度平滑窗口值、相似值权等参数。在具体的实施例中：共中心点数据共125道，炮间距10m，接收道间距10m；每道1000个时间采样点，采样间隔5ms；nmo拉伸归零值为1.5，相似长度平滑窗口值为3，相似值权为1；

b、根据步骤a读入的已知条件，对每道深水地震数据中波场振幅数值的绝对值进行加权平均计算，并以此为基准向上延伸窗口，提取该窗口范围内的信号(图3a)。图2中的a、b是原始海水数据。若将原始数据进行速度分析，则会得到图6a所示叠加速度谱；

c、对整型滤波后的深水地震记录进行人机交互同相轴函数拾取，得到图4a所示坐标组。消除同相轴弱化影响。并根据拾取坐标建立傅里叶级数拟合公式，傅里叶级数拟合形式为：

f(x)＝a0+a1·cos(x·w)+b1·sin(x·w)

式中，a0,a1,b1,w为合适的拟合系数。拟合式(图4b)：

zs1＝337.2-175.8*cos(x1*0.01411)+45.11*sin(x1*0.01411)

zs2＝430.3-134.1*cos(x1*0.01508)-14.34*sin(x1*0.01508)

zs3＝505.5-106.1*cos(x1*0.0169)-24.72*sin(x1*0.0169)

zs4＝568.4-73.7*cos(x1*0.01856)-12.14*sin(x1*0.01856)

图3b为原始深海水体数据，背景噪声与有效信号差距很小。图3c原始数据中出现了同相轴间断现象。图5b为利用本发明补偿振幅后的信号,同相轴明显得到增强。图5c中的有效信号与背景信号得到了有效区分。

d、对步骤c处理后的补偿数据(图5a)进行叠加均方根速度谱计算，获得垂向双程走时和叠加速度最优值的二相屏。走时函数定义为：

若走时曲线不再接近于双曲线，走时多项式的四次项应该被考虑。简单形式(即anis2＝0)时，所有参数的优化需要一个三相屏。相似性由下式定义：

n是切除直达波后非零采样点的个数。计算前对分子和分母分别进行光滑。之后将相似性关系设为参数相似值权的幂。当相似值权>1时，相似性值的差异在相似性范围[0,1]的上半部分拉伸,在其下半部分压缩，因此，少数较大的外观值得到增强。当相似值权<1时，许多小值被增强，因此在背景噪声下更容易辨别。这是在其他特征的广阔范围内实现的。

e、将步骤d得到的叠加均方根速度谱进行速度拾取。经过步骤c的振幅加强处理，结果呈现较好的海水速度分布特性。

图6a中对原始数据速度分析时叠加速度谱能量团微弱。图6b中对应用人机交互补偿振幅技术将弱反射增强的记录进行分析得到明显的速度团及均方根速度分布趋势。

f、对上述步骤a-e进行重复处理得到三维深水准确速度分析结果。

图3a、3b、3c为正常深海水体地震数据。图5a、5b、5c为交互式增值保幅深海水体数据，弱反射与由气泡效应等背景噪声效应产生的干扰得到了有效改善。图6a、6b为原始深海水体数据和处理后海水数据的叠加速度谱对比，经过本发明技术处理，显著体现出叠加速度的分布趋势，为海水剖面的反演与成像打下坚实基础。

本发明充分利用了交互式思想，为实现水层的增幅保值及精确速度分析，本发明充分利用了交互式思想。通过对各道共中心点深水地震信号进行加权平均整型滤波，初步恢复水层反射特征。再利用人机交互拾取水层反射同相轴坐标信息，利用傅里叶级数拟合期望同相轴曲线函数进行覆盖补偿，摆脱气泡散射等背景效应造成的同相轴模糊、间断影响，加强了反射能量信息，为速度分析进行铺垫。此外，本发明的三维速度分析可控制相关性系数的改变对少数较大的外观值或背景噪声下的小值分别进行凸显，进一步加强了三维速度分析精确程度。经过有效处理流程，可以得到精准的海水精细结构均方根速度。