基于离散微粒群算法的定向地震记录合成方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种地震勘探中接收端定向地震波束合成方法，是针对地表及地质条 件复杂，观测系统变化，特别是炮间距变化情况下，快速合成定向地震记录的方法，尤其是 在强背景噪声环境下改善地震勘探数据质量。
【背景技术】：
[0002] 地震波定向思想来源于相控阵雷达，具体实现可通过震源端地震波定向或接收端 地震波定向两种方法。接收端地震波定向，是通过对来自相邻炮点的地震记录处理，合成定 向地震波，从而加强目标方向地震波的能量，提高目标反射信号的信噪比，达到改善采集数 据质量和增大探测距离的效果。当前，主要有2个专利涉及接收端地震波定向技术，分别是 CN102590861A《基于接收阵列地震波束形成方法》，CN1039840007A《定向地震波延时参 数优化设计方法》。
[0003] 接收端地震波定向处理的实现过程是：取目标炮点及相邻炮点的地震记录进行延 时处理，而后叠加合成目标炮点处的定向地震记录。其中延时参数设计至关重要，直接影响 定向地震波数据质量。已公开的专利《定向地震波延时参数优化设计方法》，给出了数据采 集过程中观测系统不变情况下即相邻炮点为等间距排列情况下，延时参数优化设计方法； 但实际的地震数据采集特别是受勘探区域地形条件限制，相邻炮点间距经常是不相等的， 目前还没有适合这种情况的定向地震记录合成方法。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的就在于针对以上问题，提出了一种适用于炮点排列为不等间距情况 的定向地震记录合成方法。
[0005] 本发明的主要思想是：根据勘探测线上已有炮点的地震记录，确定需要定向的目 标炮点位置，在其临近位置选取奇数炮地震记录，根据炮点到目标炮点的距离，目标层位速 度以及地震主波束方向范围确定延时参数取值范围，再利用离散微粒群算法从中查找最优 延时参数，最后应用此最优延时参数合成定向地震记录。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种基于离散微粒群算法的定向地震记录合成方法，包括以下步骤：
[0008] A、取勘探测线上原始地震记录，记为：
[0009] U= {Rjz，t)，R2(z，t)，? ? ?，Rjz，t)，? ? ?Rn(z，t)}，其中i为测线上炮点的顺序 号，1 <i<n，氏(z，t)为第i个炮点对应的地震记录，z为地震记录中的道号集合，t为地 震记录的时间，n为地震记录的个数，为合成第i炮的定向地震记录，需选取以第i炮为中 心的连续m炮地震记录，m-般取值为大于2小于n的奇数，将第i炮作为目标炮点，将此m 炮地震记录记为：
[0010] U' = {氏_(111_1)/2 (z，t)，? ? ?，Rh (z，t)，Ri (z，t)，Ri+1 (z，t)，? ? ?，Ri+(m_1)/2 (z，t)}， 在U'中每一炮地震记录的目标反射同相轴上选取一个时窗，由此得到对应m个时窗的记 CN 104570097 A 祝明干i 2/6页 3p
【主权项】
1. 一种基于离散微粒群算法的定向地震记录合成方法，其特征在于，包括以下步骤： A、 取勘探测线上原始地震记录，记为： U= {札(z，t)，R2 (z，t)，? ? ?，氏(z，t)，? ? ?Rn(z，t)}，其中i为测线上炮点的顺序号， 1彡i彡n，Rjz，t)为第i个炮点对应的地震记录，z为地震记录中的道号集合，t为 地震记录的时间，n为地震记录的个数，为合成第i炮的定向地震记录，需选取以第炮为中 心的连续m炮地震记录，m-般取值为大于2小于n的奇数，将第i炮作为目标炮点，将此m 炮地震记录记为： U- {Ri-(m-i)/2(zjt)j. . .rRi-ijt)jRj(zjt)jRj+i(zjt)jjRi+(m-i)/2(zjt}j 在U'中每一炮地震记录的目标反射同相轴上选取一个时窗，由此得到对应m个时 窗的记录
，其中 z'G[z^zj，!:' G 为时窗中第一个和最后一个检波器道号，ki，k2为时窗 中时刻的起点和终点； B、 取此地区已有的地震叠加速度资料作为上覆介质的平均速度v; C、 将集合G中的m个记录重新编号，得到： G {w^(z，t)，???，Wj-i(Z，t) ?Wj(z，t)，Wj+i(z，t)，???，Wm (z，t)}， 其中
，此时目标炮点i对应的时 窗记录即为G'中的wg(z'，t' )，G'中各记录对应的炮点到目标炮点i的距离记为dl， d?dj? ? ?y, D、 令对应Wj(z'，t')的延时参数 Tj=djCOS0/v (1) 为地震波主波束方向的轴向方向角。又根据〇 <cos0 < 1的范围，可得
公式（2)确定了候选延时参数的取值范围，接下来按公式（3)计算％(z'，t')的候 选延时参数个数
公式⑶中
?向上取整； 定义<^={〇1，(32，...，(^，...，％}为相应￥ ].(2'，1：')的可选延时参数集合，1彡？彡1Fs为采样率，Cp定义式如下： cp= (p-l)/Fs (4) E、 对应Wj(z'，t')的Cj={c^c2, . . .，cp，. . .，cN}中一定存在最优延时参数tj，使 得定向效果最佳，h的求取采用离散微粒群算法，过程如下： 该算法需要先定义微粒群中粒子及其适应值。首先分别选取q中各候选延时参数对Wj(zr,t')做延时滤波，延时结果记为Mp(z'，C-Cp)，根据 Hp(z'，t'）=wg(z'，t'）+Mp(z'，t' _cp) (5) 得到Hp(z'，t'），既而得到UH={Hi(z'，t'），H2(z'，t'），? ? ?Hp(z'，t' ) ? ? ?HN(z'，t'）}; 设?，t，为Hp(z'，t')中第z'道，第t'时刻地震信号幅度，则ez, ,t, 2为Hg,p(z'，t')中第z'道检波器在第t'时刻接收的瞬时地震波能量，定义
则匕表示Wj(z'，t')与~(2'，t')采取延时参数cp进行定向处理后目标时窗中 地震信号能量；将N个延时参数Cj= {Cl，c2，...，cp，...，cN}定义为微粒群中的N个粒子， 将每个粒子对应时窗中地震波的总能量值EpE2, . . .Ep. . .ENS义为粒子的适应值； F、 设定微粒飞行查找的初始值。在N个粒子中随机选定两个粒子作为初始飞行位置， 分别记为Xa(t" )，Xb(t" )，a，b分别代表选定的两个粒子的编号，其对应的适应值记为 Ea，Eb，t"为粒子飞行的当前时刻。并且令两个粒子的初始飞行速度分别为Va(t" ) =2， Vb(t" )=2,两个粒子的初始最优位置Pa(t" )=Xa(t" )，Pb(t" )=Xb(t")，比较Ea， Eb，若Ea>Eb，则将Ea对应的Xa(t")记为初始全局最优位置G(t")，反之，将Xb(t")记 为G(t"); G、 粒子开始飞行查找，两个粒子在下一时刻的飞行速度和飞行位置均按照公式（7)计 算：
公式⑵中q=a或b;w为惯性权重，w取值为0. 4至1. 0范围内。q，（：2为加速因 子，取Ci=c2= 2，rpr2为[0,1]之间的随机数；其中t" +1表示粒子飞行的下一时刻； Vq(t" )*Vq(t" +1)为第q个粒子在t"和t" +1时亥IJ的飞行速度；Xq(t")和Xq(t" +1) 为第q个粒子在t"和t" +1时刻的飞行位置； t" +1时刻，两个粒子对应的适应值记为E'a，E'b。对于a粒子，若E'a>Ea，则Pa(t" )=Xa(t" +1)，反之，Pa(t" )=Xa(t")，对于b粒子，若E'b>Eb，，则Pb(t") =Xb(t" +1)，反之，Pb(t" )=Xb(t");比较t" +1时刻a粒子与b粒子的最优位置对 应的适应值，将适应值大的粒子对应的最优位置记为全局最优位置G(t" +1)。再按照公式 (7)计算下一时刻粒子的位置和速度； 针对两个粒子，当下一时刻粒子的适应值与上一时刻的粒子的适应值之差在误差范 围内时，则认为两个粒子已经收敛到适应值最大的全局最优位置处，记此全局最优位置为 Wj(z'，t')对应炮点地震记录的最优延时参数tj;反之，当二者之差超过误差范围内，重 复执行步骤g继续进行查找，直到二者之差在误差范围内； H、 针对j=l，2, 3. . .m按照d?g步骤完成最优延时参数T={tpt2, . . .，tj，. . .，tm} 的求取； I、 令
则为根据离散微粒群算法获得的第炮的定向地震记录，为中炮点编号。
【专利摘要】本发明涉及一种基于离散微粒群算法的定向地震记录合成方法，是根据勘探测线上已有炮点的地震记录，确定需要定向的目标炮点位置，在其临近位置选取奇数炮地震记录，根据炮点到目标炮点的距离，目标层位速度以及地震主波束方向范围确定延时参数取值范围，再利用离散微粒群算法从中查找最优延时参数，最后应用此最优延时参数合成定向地震记录。有效地解决了不等间距炮点排列下，合成定向地震记录困难的问题，相比于等间距炮点排列下的合成定向地震记录方法，方法能更好地适应野外起伏山地以及经过沟壑、河流等复杂地形的数据处理。
【IPC分类】G01V1-28
【公开号】CN104570097
【申请号】CN201510041778
【发明人】姜弢, 邹艳艳, 葛利华, 徐学纯, 林君, 贾海青
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月27日