CN103616722A - 一种初至波旅行时拾取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种初至波旅行时拾取方法及装置。所述的初至波旅行时拾取方法包括：计算装置将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录；计算装置在所述共炮集地震数据记录中分区定义初始参考线，并为所述初始参考线选定一个处理时间窗w；计算装置计算所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值；计算装置根据所述计算得出的特征函数值，在所述初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗内提取初至波旅行时；计算装置将所述提取的初至波旅行时进行均衡处理。该初至波旅行时拾取方法及装置特别适用于山区、砾石、黄土塬等复杂地表区域的初至波旅行时的拾取。

Description

一种初至波旅行时拾取方法及装置

技术领域

本发明涉及油气勘探中地震数据处理领域，具体涉及一种初至波旅行时拾取方法及装置。

背景技术

在对地下石油与天然气钻探开发之前需要对地层进行勘测，地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段。地震勘探中，一般利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下构造形态和岩层性质。地震勘探通常包括折射波地震勘探和反射波地震勘探，目前在石油和天然气资源勘探领域，主要采用反射波地震勘探。

反射波地震勘探过程由地震数据采集、地震数据处理和地震资料解释三个阶段组成。第一个阶段是地震数据的采集，其主要是在油气勘探的区域，布置二维或三维测线，使用炸药震源或可控震源激发地震波，在测线上等间距布置多个检波器来接收地震波信号，以等时间间隔离散采样地震数据，并以数字形式收集记录。第二阶段是地震数据处理，其主要任务是利用计算机和软件加工处理第一阶段中采集的地震数据，将地震数据处理成能够反映地下构造的地震剖面图和能够反映地下岩性变化的地震波振幅、频率和传播速度等信息。第三个阶段是地震资料解释，其主要任务是分析解释第二阶段中的地震数据处理所得到的资料，确定地下岩层的产状和构造关系。其中，在地震数据采集阶段，当震源激发地震波的同时，测线上各个检波器已经开始接收并记录信号，检波器记录这段不含有效信号地震数据记录叫做环境噪声或背景噪声。在地震数据记录中，首先到达检波器的地震波叫做初至波。一般在初至波之后的后续地震数据记录中，才包含了有效的地震信息。为了便于后续的地震数据处理，所以在地震数据处理中一般先切除这些环境噪声。

为了切除这些环境噪声，通常的做法是用各个地震道的初至波起跳时间的连线作为切除线，将切除线之上的地震数据用零代替。所述初至波起跳时间是指地震波传播到接收点时检波器所记录的时间，也被称为初至波旅行时。地震数据采集时，检波器所在的检测点为检波点，每个检波点记录的地震数据称为地震道，或道。目前有些油气勘探区域在采集地震数据时使震源激发几百或几千次地震波，每次激发震源时布置的检波点有成千上万，如此大量采集的地震数据造成初至波拾取工作非常耗时耗力。目前，主要采用初至波旅行时自动拾取技术来拾取初至波旅行时。

目前初至波旅行时自动拾取技术很多，主要的有基于地震记录瞬时特性的极值法、能量比值法等。基于地震记录瞬时特征的初至波旅行时自动拾取方法主要是利用初至波信号振幅一般比背景噪声强，在初至波起跳时振幅会发生突变，因此用地震数据中不同时间分段的能量比值来判断振幅突变的时间，由此确定初至波旅行时。该类方法主要分为四个步骤。第一步，为经过预处理的地震数据选择合适的时间窗，该时间窗把地震道分成许多小时窗，每个小时窗看成一个单元。第二步，对每个单元内的采样点进行能量求和。第三步，计算相邻单元的能量比值。第四步，找出上述能量比值的最大值所对应的时间，即认为是初至波的旅行时。

平原地区整体地势比较平缓，低降速带比较稳定，对于平原区域的地震资料，初至波通常比较清晰，初至波旅行时基本上随炮检距增加而近似呈线性增加。震源到检波点的距离为炮检距。在数据处理时用已知的炮检距和所在平原区的低降速带速度，可以直接计算出每个地震道的初至波旅行时，进而定义该初至波旅行时切除线。基于地震记录瞬时特性的极值法、能量比值法等也能准确的拾取平原地区数据的初至波旅行时

但在山地、砾石区和黄土塬等复杂地表区域，由于地形起伏大、近地表速度变化剧烈，使得初至波波形变化大，干扰波变得复杂。在复杂地表区域，地震数据信噪比较低，同时由于地形起伏变化大，导致地震道振幅特性变化大，因此，初至波在地震数据上空间跳跃现象普遍，基于地震记录瞬时特性的极值法、能量比值法等不能准确识别出初至波到达时地震道振幅的突变时间点，不能准确拾取初至波旅行时。故该类方法不适用于复杂地表区域初至波旅行时的拾取。

发明内容

本发明目的在于提供一种初至波旅行时拾取方法及装置，以提高初至波旅行时的拾取准确性。

本发明提供的一种初至波旅行时拾取方法，其实现过程包括以下处理步骤：

S1：计算装置将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录；

S2：计算装置在所述共炮集地震数据记录中分区定义初始参考线，并为所述初始参考线选定一个处理时间窗w；

S3：计算装置计算所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值；

S4：计算装置根据所述计算得出的特征函数值，在所述初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗内提取初至波旅行时；

S5：计算装置将所述提取的初至波旅行时进行均衡处理。

上述所述的初至波旅行时拾取方法，其优选方案为，S5中的所述的均衡处理方法包括：

S501：将所述共炮集地震数据记录上地震道的初至波旅行时与其相对应的初始参考线上的旅行时相减，获得所述初始参考线上各个地震道的校正旅行时；

S502：由所述校正旅行时计算所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值；

S503：将所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值与校正旅行时相减，获得校正时差数据；为所述获得的校正时差数据设置一个误差门槛值e，将所述获得的校正时差数据中绝对值大于误差门槛值e的数值用与其相对应的地震道的alpha-trim均值代替；

S504：将所述用alpha-trim均值代替校正时差数据的地震道，用其alpha-trim均值加上该地震道的初始参考线上的初至波旅行时。

上述所述的初至波旅行时拾取方法，其优选方案为，所述的均衡处理方法S502中，计算所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值的计算方法包括以下处理步骤：

S5021：为所述分区定义的初始参考线上各个地震道的校正旅行时选择一个道窗m；

S5022：将所述分区定义的初始参考线上的各个地震道所对应的校正旅行时与前后各m个地震道的校正旅行时归为一段，将每段中的校正旅行时按照数值大小的顺序排列；

S5023：剔除S5022所述的每段按照数值大小顺序排的校正旅行时中前后各p%个值，取该段中剩余的校正旅行时的平均值作为该地震道的alpha-trim均值。

上述所述的初至波旅行时拾取方法，其优选方案为，S5021所述的道窗m的取值范围为：5≤m≤15。

上述所述的初至波旅行时拾取方法，其优选方案为，S5023所述的剔除百分比p的取值范围为：10≤p≤30。

上述所述的初至波旅行时拾取方法，其优选方案为，S503所述误差门槛值e的取值范围为：5≤e≤15毫秒。

上述所述的初至波旅行时拾取方法，其优选方案为，S2所述处理时间窗w的取值为：40毫秒≤w≤180毫秒。

上述所述的初至波旅行时拾取方法，其优选方案为，所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值的计算方法为：

计算所述处理时间窗内的采样点前一个特征函数时间窗n内所有采样点的振幅绝对值之和的平方与该采样点后一个特征函数时间窗n内所有采样点的振幅绝对值之和之间的比值。

上述所述的初至波旅行时拾取方法，其优选方案为，所述特征函数时间窗n的取值范围为：40毫秒≤n≤80毫秒。

本发明还提供一种使用本发明方法的初至波旅行时拾取装置，所述初至波旅行时拾取装置，包括预处理模块，初始参考线定义模块，特征函数计算模块，初至波旅行时提取模块，均衡处理模块，其中：

预处理模块，用于将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录；

初始参考线定义模块，用于在所述共炮集地震数据记录中分区定义初始参考线，并为所述初始参考线选定一个处理时间窗；

特征函数计算模块，用于计算所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值；

初至波旅行时提取模块，用于根据所述计算得出的特征函数值，在所述初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗内提取初至波旅行时；

均衡处理模块，用于将所述提取的初至波旅行时进行均衡处理。

上述所述的初至波旅行时拾取装置，其优选方案为，所述均衡处理模块，包括旅行时相减模块、alpha-trim均值模块、均值代替模块、旅行时校正模块，其中：

旅行时相减模块，用于将所述共炮集地震数据记录上地震道的初至波旅行时与其相对应的初始参考线上的旅行时相减，获得所述初始参考线上各个地震道的校正旅行时；

alpha-trim均值模块，用于计算所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值；

均值代替模块，用于将所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值与校正旅行时相减，获得校正时差数据；并为所述获得的校正时差数据设置一个误差门槛值e，将所述获得的校正时差数据中绝对值大于误差门槛值e的数值用与其相对应的地震道的alpha-trim均值代替；

旅行时校正模块，用于将所述用alpha-trim均值代替校正时差数据的地震道，用其alpha-trim均值加上该地震道的初始参考线上的初至波旅行时。

上述所述的初至波旅行时拾取装置，其优选方案为，其特征在于，所述均衡处理模块中的alpha-trim均值模块，包括道窗设置模块、分段模块、平均值模块，其中：

道窗设置模块，用于为所述分区定义的初始参考线上各个地震道的校正旅行时选择一个道窗m；

分段模块，用于将所述分区定义的初始参考线上的各个地震道所对应的校正旅行时与前后各m个地震道的校正旅行时归为一段，将每段中的校正旅行时按照数值大小的顺序排列；

平均值模块，用于剔除分段模块5022中所述的每段按照数值大小顺序排列的校正旅行时中前后各p%个值，取该段中剩余的校正旅行时的平均值作为该地震道的alpha-trim均值。

上述所述的初至波旅行时拾取装置，其优选方案为，其特征在于，所述的特征函数计算模块，包括特征函数时间窗模块、振幅能量计算模块、能量比值模块，其中：

特征函数时间窗模块，用于为当前计算特征函数值的采样点设置一个特征函数时间窗；

振幅能量计算模块，用于计算当前采样点前一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和的平方E1，并计算该采样点后一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和E2；

能量比值模块，用于计算所述振幅能量计算模块计算得出的E1与E2之间的比值。

本发明提供的初至波旅行时拾取方法及装置，计算采样点的特征函数值时，采用了采样点前后特征函数时间窗内采样点绝对值振幅之和的平方与采样点绝对值振幅之和的比值，突出了初至波到达时采样点振幅变化的突变性，初至波的起跳时间更加明显，使初至波旅行时的拾取更加准确。同时使用alpha-trim算法对拾取的初至波旅行时进行均衡处理，解决因复杂地表造成的初至波空间跳跃现象，特别是能够实现复杂地表区域初至波旅行时的准确拾取。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的初至波旅行时拾取方法的流程图；

图2是对复杂地表区域分区定义初始参考线的示意图；

图3是本发明方法实施例1中计算处理时间窗内采样点特征函数值方法的示意图；

图4是利用传统能量对比法对某一复杂地表区域的地震数据拾取初至波旅行时后分析得出的初至波波场图；

图5是使用本发明方法对图4中所使用的地震数据拾取初至波旅行时后分析得出的初至波波场图；

图6是将某一小山区采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录图；

图7是切除图6中使用本发明方法拾取初至波旅行时所定义的切除线之前的背景噪声后的地震数据记录图；

图8本发明实施例2提供的初至波旅行时拾取装置的模块结构示意图；

图9是本发明实施例2提供的初至波旅行时拾取装置中均衡处理模块的模块结构示意图；

图10是本发明实施例2提供的均衡处理模块中alpha-trim均值模块的模块结构示意图；

图11为本发明实施例2提供的初至波旅行时拾取装置中特征函数计算模块的模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1是本发明提供的一种适用于复杂地表区域的初至波旅行时拾取方法，图1是本发明提供的初至波旅行时拾取方法的流程图。如图1所示，一种初至波旅行时拾取方法，其实施方式包括以下处理步骤：

S1：计算装置将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录。

在野外采集地震数据时，可以在一个炮点激发一次或多次地震波，也可以在多个炮点处激发一次或多次地震波，然后由检波器收集记录数据。激发地震波的震源所在的点称为炮点。通常，将采集的地震数据进行预处理。所述预处理一般包括：剔除废炮废道、消除工业单频干扰等。在预处理时，将不符合处理要求的数据地震数据如废炮（所有检波点收到的某一炮激发的地震波信息全部为噪声）、废道（检波点记录地震数据全部为噪声）剔除。剔除的方法通常是将其数据用零代替。

野外采集的地震数据经常会受到工业单频信号的干扰，例如在检波器上空有高压电线通过时，电线上传播的电磁波频率为50Hz，则采集获得的数据可能含有50HZ左右的单频干扰。因此，对所述获得的共炮集地震数据记录，可以采用技术手段消除工业单频干扰，提高地震数据的信噪比。上述所述消除工业单频干扰的技术手段可以是陷波技术。所述陷波技术是一种滤波技术，是将地震数据记录进行傅里叶变换，得到频率域的地震数据，其中每个频率对应一个该频率的数据成分。然后将所要消除的干扰频率用零代替，再经过傅里叶反变换得到滤波后的地震数据。

采集地震数据后，将采集的地震数据按照不同的处理需要抽取出来排列成新的地震数据集合。例如共炮集地震数据记录是将地震数据中来自同一炮点激发的不同地震道，按照地震道号从小到大或从大到小的顺序排列形成的地震数据记录。对每一个地震道赋予的一个编号称为地震道号。激发一炮所记录的地震数据为一个炮集地震数据记录。本发明中使用的地震数据为共炮集地震数据记录。

计算装置将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录。

S2：计算装置在所述共炮集地震数据记录中分区定义初始参考线，并为所述初始参考线选定一个处理时间窗w。

地震数据中参考线是指初至波旅行时与炮检距的关系曲线。通常初至波旅行时随着炮检距的增加呈近似线性增加。初始参考线是根据地震数据中一个或几个炮集地震数据记录的若干个地震道的初至波旅行时与炮检距对应关系，定义的该炮集记录参考线的趋势线。定义所述的初始参考线的方法，可以是先在一个炮集地震数据记录中选择若干个信噪比或分辨率较高的参考地震道，计算其初至波旅行时，然后将若干参考地震道的初至波旅行时用直线、折线或者平滑的曲线连接起来。所述定义初始参考线时计算的初至波旅行时的方法，可以根据初至波旅行时随着炮检距的增加呈近似线性增加计算得出，也可以根据基于地震记录瞬时特性的极值法、能量比值法等计算得出。通常情况下，定义初始参考线时选择的参考地震道越多，初始参考线上定义的地震道的初至波旅行时越接近其真实的初至波旅行时，误差也就越小。

在平原区域，所述初始参考线通常为一条直线或折线。在山地、砾石等复杂地表区域，由于测线上地形变化快，初至波波形不稳定，初始参考线波动大，为了准确拾取初至波旅行时，所以要根据不同的地形分区定义这条初始参考线。地震数据采集时为安置检波器所布置的线称为测线。例如，图2是对复杂地表区域分区定义初始参考线的示意图。如图2所示，将该地表分成3个不同的地形区域分别定义初始参考线。在整体地表较平缓的区域，初至波波形变化不大，此时的分区定义初始参考线可以视为将地表仅分成一块区域进行定义初始参考线。

此时可以为复杂地表区域的初始参考线选定一个处理时间窗w，该处理时间窗w以各个地震道中初始参考线上的采样点为中心点。在平原区域，地表平缓且近地表速度变化不大，选择相对较小的处理时间窗，可以选择40毫秒至80毫秒的处理时间窗；在山区等复杂地表区域，由于地形起伏大且近地表速度变化大，导致初至波旅行时变化大，则需要选择相对较大的处理时间窗，可以选择120毫秒至180毫秒的处理时间窗。

计算装置在所述共炮集地震数据记录中分区定义初始参考线，并为所述初始参考线选定一个处理时间窗。

S3：计算装置计算所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值。

一个共炮集地震数据记录中的地震道以其所述分区定义的初始参考线上的采样点为中点，计算所述处理时间窗内所有采样点的特征函数值。所述的计算处理时间窗内采样点的特征函数值的计算方法可以是：选择一个特征函数时间窗，所述处理时间窗内的采样点前一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和的平方除以该采样点后一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和，得到该采样点的特征函数值。若地震道为空道，即地震道中数据为空值或全部为零，则认为该道的特征函数值全部为零，可以不参与计算。所述的前一个特征函数时间窗是指该采样点向时间增大方向上的特征函数时间窗，所述的后一个时间窗是指该采样点向时间减小方向上的特征函数时间窗。在初至波起跳时间处，所述的后一个特征函数时间窗内的地震数据为背景噪声，所述的前一个特征函数时间窗内的地震数据为有效信号，地震数据的振幅在此处发生突变，此时的特征函数值应该最大。由上述找到地震道中所述处理时间窗内特征函数值最大的采样点所对应的时间，即认为找到了该地震道的初至波起跳时间。

所述的计算处理时间窗内采样点的特征函数值的计算方法也可以是：选择一个特征函数时间窗，所述处理时间窗内的采样点后一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和的平方除以该采样点前一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和，得到该采样点的特征函数值，此时的特征函数值应该最小。本实施例1以所述处理时间窗内的采样点前一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和的平方除以该采样点后一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和为例进行说明。

所述选择的特征函数时间窗为一个经验值。经多次实验分析总结，所述选择的特征函数时间窗也可以为经验值40毫秒至80毫秒。

所述的计算处理时间窗内采样点的特征函数值，其采样点的特征函数cf(t)如下：

$\mathrm{cf}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\left(\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\right|a(t+i)\left|\right)}^2/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|a(t-i)\right|& t\∈[\mathrm{nt}-\mathrm{wt},\mathrm{nt}+\mathrm{wt}]\\ 0& t\∉[\mathrm{nt}-\mathrm{wt},\mathrm{nt}+\mathrm{wt}]\end{array}\right.$

其中，a(t)为t时刻采样点的振幅值，n为选择的特征函数时间窗长度，nt抚为当前地震道初始参考线上的采样点所对应的时间，wt为选择的处理时间窗长度的一半，cf(t)为当前地震道t时刻采样点的特征函数值。

图3为本发明实施例1计算所述处理时间窗内采样点特征函数值方法的示意图。如图3所示，地震道号为100的地震道中的初始参考线上的采样点O点的编号为1000，对应的时间为2000毫秒。选择的处理时间窗为160毫秒，特征函数时间窗为60毫秒，假设采样间隔为2毫秒。以O点为中心，则该道处理采样点的时间范围为1920毫秒至2080毫秒，即计算该道中编号从960到1040的采样点的特征函数值。在计算编号为960的采样点特征函数时，由于选择的特征函数时间窗为60毫秒，采样间隔为2毫秒，因此，用编号从960到990采样点振幅绝对值之和的平方除以编号从930到959采样点振幅绝对值之和，得到编号为960的采样点的特征函数值。完成该地震道号100所述时间窗160毫秒内所有采样点的特征函数值的计算后，再计算下个地震道号为101的地震道初始参考线上采样点为O1的所述时间窗160毫秒内所有采样的特征函数值。

计算装置完成所述共炮集地震数据记录中地震道以所述分区定义的初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值的计算。

S4：计算装置根据所述计算得出的特征函数值，在所述初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗内提取初至波旅行时。

计算装置计算出地震道所述处理时间长度内所有采样点的特征函数值后，在所述处理时间范围内取各个地震道中特征函数值最大的采样点所对应的时间作为该地震道的初至波旅行时。

对每个地震道的特征函数值，在所述处理时间范围内提取初至波旅行时t_f，其计算公式为：

cf(t_f)＝max(cf(t))  t∈[nt-wt，nt+wt]

其中，cf(t)为当前地震道t时刻采样点的特征函数值，cf(t_f)为当前地震道所述处理时间窗内最大的特征函数值，t_f为当前地震道所述处理时间窗内最大的特征函数值所对应的时间点，nt为当前地震道初始参考线上的采样点所对应的时间，wt为选择的处理时间窗长度的一半。

计算装置根据计算得出的特征函数值，完成所述分区定义的初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗内初至波旅行时的提取。

S5：计算装置将所述提取的初至波旅行时进行均衡处理。

初至波依次到达某一测线上各个检波点的时间依次增加，这种现象称为初至波旅行时在空间上的横向连续性。在山地、砾石等复杂地表区域，初至波能量变化较大，采用上述步骤所确定的初至波旅行时不稳定，仍然可能存在空间上跳跃现象。因此，本发明方法对上述步骤获得的初至波旅行时，尤其是复杂地表区域的初至波旅行时，进行均衡处理，以保证初至波旅行时在空间上的横向连续性。本发明实施例1中采用alpha-trim算法对上述获得的初至波旅行时进行均衡处理，解决这种空间跳跃现象。

用alpha-trim算法对所述初至波旅行时进行均衡处理，其实施过程可以包括以下处理步骤：

S501：将所述共炮集地震数据记录上地震道的初至波旅行时与其相对应的初始参考线上的旅行时相减，获得所述初始参考线上各个地震道的校正旅行时。

地震道的初至波旅行时与其对应的初始参考线上的旅行时相减，可以是所述初至波旅行时减去初始参考线上的初至波旅行时，也可以是初始参考线上的初至波旅行时减去所述初至波旅行时。本发明实施例1以所述初至波旅行时减去初始参考线上的旅行时为例进行说明，即所述校正旅行时ct计算公式为：

ct(k)＝t_f(k)-r_f(k)  k＝1，2，3...，l

其中，k是地震道号，t_f(k)为地震道号为k时提取的初至波旅行时，r_f(k)为地震道号为k时初始参考线上的初至波旅行时，l为该共炮集地震数据记录的地震道总数，ct(k)为地震道号为k时该地震道所对应的校正旅行时。

S502：由所述校正旅行时计算所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值。

为上述获得的分区定义的初始参考线上各个地震道的校正旅行时ct选择一个道窗m，分段计算alpha-trim均值。所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值的计算可以包括以下处理步骤：

S5021：为所述分区定义的初始参考线上各个地震道的校正旅行时选择一个道窗m；

S5022：将所述分区定义的初始参考线上的各个地震道所对应的校正旅行时与前后各m个地震道的校正旅行时归为一段，将每段中的校正旅行时按照数值大小的顺序排列；

S5023：剔除S5022所述的每段按照数值大小顺序排的校正旅行时中前后各p%个值，取该段中剩余的校正旅行时的平均值作为该地震道的alpha-trim均值。

所述的道窗m、剔除的百分比p可以根据计算需求自行定义。所述道窗m的取值范围可以为：4≤m≤10。所述p的取值范围可以为：10≤p≤30。

S503：将所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值与校正旅行时ct相减，获得校正时差数据；为所述获得的校正时差数据设置一个误差门槛值e，将所述获得的校正时差数据中绝对值大于误差门槛值e的数值用与其相对应的地震道的alpha-trim均值代替。

所述的误差门槛值e用来表示允许地震道中计算得出的初至波旅行时偏离周边地震道初至波旅行时平均值的程度。基于各个地震道的炮检距不同和地表传播时延，该误差门槛值e一般取5毫秒至15毫秒即可。

S504：将所述用alpha-trim均值代替校正时差数据的地震道，用其alpha-trim均值加上该地震道的初始参考线上的初至波旅行时。

将所述用alpha-trim均值代替校正时差数据的地震道，用其alpha-trim均值加上该地震道的初始参考线上的旅行时，就得到该地震道最终拾取的初至波旅行时。

图4是利用传统能量对比法对某一复杂地表区域的地震数据拾取初至波旅行时后分析得出的初至波波场图。由图4可以看出，该初至波在地震道号320至380空间跳跃现象比较严重，不能真实反应该段地震道的初至波旅行时，不适用复杂地表区域初至波的拾取。图5是使用本发明方法对图4中所使用的地震数据拾取初至波旅行时后分析得出的初至波波场图。对比图4中地震道号320至380的地震道，图5中的初至波符合初至波空间上的连续性，解决了初始波的空间跳跃问题，适用复杂地表区域初至波的拾取。

计算装置将所述的初至波旅行时进行均衡处理，得到该共炮集地震数据记录分区定义的初始参考线上各个地震道最终拾取的初至波旅行时。

下面是使用本发明方法拾取复杂地表区域初至波旅行时的过程。

首先将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录。图6是将某一小山区采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录图，如图6所示，横轴是地震道号，如地震道号100至地震道号1400，纵轴是该地震数据记录的采样时间，单位是毫秒，例如图6中的0毫秒到8000毫秒。其次，将图6分成3块不同的区域，在每一块区域中选定若干参考地震道定义该区域的初始参考线，如图6中所示的第一区域的初始参考线L1、第二区域的初始参考线L2、第三区域的初始参考线L3。由于该炮集地震数据为山区复杂地表区域的地震数据记录，在本实施例1中计算采样点的特征函数值时采用的处理时间窗为150毫秒。然后，计算分区定义的初始参考线L1、L2、L3上各个地震道上以初始参考线上的采样点为中点，以150毫秒为处理时间窗内的所有采样点的特征函数值。本实施例1中计算特征函数值采样的特征函数时间窗为60毫秒。然后，在分区定义的初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗150毫秒内提取初至波旅行时。最后，将提取的初至波旅行时用alpha-trim算法进行均衡处理。用alpha-trim均衡处理时选用的道窗m的长度为6，踢出百分比p为30，误差门槛值e为10毫秒。利用本发明方法拾取初至波旅行时定义该地震数据的切除线。图7是切除图6中使用本发明方法拾取初至波旅行时所定义的切除线之前的背景噪声后的地震数据记录图。

本发明提供的初至波旅行时拾取的方法，计算采样点的特征函数值时采用了采样点前后特征函数时间窗内采样点绝对值振幅之和的平方与采样点绝对值振幅之和的比值，加大了初至波到达时检波点时振幅的突变性，使初至波旅行时的拾取更加准确。同时用alpha-trim算法对拾取的初至波旅行时进行均衡处理，解决因复杂地表造成的初至波空间跳跃现象，实现复杂地表区域初至波旅行时的拾取。

实施例2为本发明提供的一种初至波旅行时拾取装置，图8是本发明实施例2提供的初至波旅行时拾取装置的模块结构示意图。如图8所示，所述初至波旅行时拾取装置，包括预处理模块1，初始参考线定义模块2，特征函数计算模块3，初至波旅行时提取模块4，均衡处理模块5，其中：

预处理模块1，可以用于将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录。预处理模块也可以用于对采集的地震数据进行剔除废炮废道和消除工业单频干扰；

初始参考线定义模块2，可以用于在所述共炮集地震数据记录中分区定义初始参考线，并为所述初始参考线选定一个处理时间窗；

特征函数计算模块3，可以用于计算所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值；

初至波旅行时提取模块4，可以用于根据所述计算得出的特征函数值，在所述初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗内提取初至波旅行时；

均衡处理模块5，可以用于将所述提取的初至波旅行时进行均衡处理。

图9是本发明实施例2提供的均衡处理模块5的模块结构示意图。如图9所示，所述振幅均衡处理模块5，可以包括以下处理模块：旅行时相减模块501、alpha-trim均值模块502、均值代替模块503、旅行时校正模块504，其中：

旅行时相减模块501，可以用于将所述共炮集地震数据记录上地震道的初至波旅行时与其相对应的初始参考线上的旅行时相减，获得所述初始参考线上各个地震道的校正旅行时；

alpha-trim均值模块502，可以用于计算所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值；

均值代替模块503，可以用于将所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值与校正旅行时相减，获得校正时差数据；并为所述获得的校正时差数据设置一个误差门槛值e，将所述获得的校正时差数据中绝对值大于误差门槛值e的数值用与其相对应的地震道的alpha-trim均值代替；

旅行时校正模块504，可以用于将所述用alpha-trim均值代替校正时差数据的地震道，用其alpha-trim均值加上该地震道的初始参考线上的初至波旅行时。

图10是本发明实施例2提供的均衡处理模块5中alpha-trim均值模块502的模块结构示意图。如图10所示，所述alpha-trim均值模块502，可以包括以下处理模块：道窗设置模块5021、分段模块5022、平均值模块5023，其中：

道窗设置模块5021，可以用于为所述分区定义的初始参考线上各个地震道的校正旅行时选择一个道窗m；

分段模块5022，可以用于将所述分区定义的初始参考线上的各个地震道所对应的校正旅行时与前后各m个地震道的校正旅行时归为一段，将每段中的校正旅行时按照数值大小的顺序排列；

平均值模块5023，可以用于剔除分段模块5022中所述的每段按照数值大小顺序排的校正旅行时中前后各p%个值，取该段中剩余的校正旅行时的平均值作为该地震道的alpha-trim均值。

图11为本发明实施例2提供的特征函数计算模块3的模块结构示意图，所述的特征函数计算模块3，可以包括以下处理模块：特征函数时间窗模块301、振幅能量计算模块302、能量比值模块303，其中：

特征函数时间窗模块301，可以用于为当前计算特征函数值的采样点设置一个特征函数时间窗；

振幅能量计算模块302，可以用于计算当前采样点前一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和的平方E1，并计算该采样点后一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和E2；

能量比值模块303，可以用于计算所述振幅能量计算模块302计算得出的E1与E2之间的比值。

本发明实施例2提供的初至波旅行时拾取装置，其中所述的特征函数计算模块3在计算采样点的特征函数值时采用了采样点前后特征函数时间窗内采样点绝对值振幅之和的平方与采样点绝对值振幅之和的比值，加大了初至波到达时检波点时振幅的突变性，使初至波旅行时的拾取更加准确。同时均衡处理模块5对拾取的初至波旅行时进行均衡处理，解决因复杂地表造成的初至波空间跳跃现象，实现复杂地表区域初至波旅行时的拾取。

Claims (13)

1.一种初至波旅行时拾取方法，其特征在于，包括以下处理步骤：

S1：计算装置将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录；

S2：计算装置在所述共炮集地震数据记录中分区定义初始参考线，并为所述初始参考线选定一个处理时间窗w；

S3：计算装置计算所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值；

S4：计算装置根据所述计算得出的特征函数值，在所述初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗内提取初至波旅行时；

S5：计算装置将所述提取的初至波旅行时进行均衡处理。

2.如权利要求1所述的初至波旅行时拾取方法，其特征在于，S5中的所述的均衡处理方法包括：

S501：将所述共炮集地震数据记录上地震道的初至波旅行时与其相对应的初始参考线上的旅行时相减，获得所述初始参考线上各个地震道的校正旅行时；

S502：由所述校正旅行时计算所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值；

S503：将所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值与校正旅行时相减，获得校正时差数据；为所述获得的校正时差数据设置一个误差门槛值e，将所述获得的校正时差数据中绝对值大于误差门槛值e的数值用与其相对应的地震道的alpha-trim均值代替；

S504：将所述用alpha-trim均值代替校正时差数据的地震道，用其alpha-trim均值加上该地震道的初始参考线上的初至波旅行时。

3.如权利要求2所述的初至波旅行时拾取方法，其特征在于，所述的均衡处理方法S502中，计算所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值的计算方法包括以下处理步骤：

S5021：为所述分区定义的初始参考线上各个地震道的校正旅行时选择一个道窗m；

S5022：将所述分区定义的初始参考线上的各个地震道所对应的校正旅行时与前后各m个地震道的校正旅行时归为一段，将每段中的校正旅行时按照数值大小的顺序排列；

S5023：剔除S5022所述的每段按照数值大小顺序排的校正旅行时中前后各p%个值，取该段中剩余的校正旅行时的平均值作为该地震道的alpha-trim均值。

4.如权利要求3所述的初至波旅行时拾取方法，其特征在于，S5021所述的道窗m的取值范围为：5≤m≤15。

5.如权利要求3所述的初至波旅行时拾取方法，其特征在于，S5023所述的剔除百分比p的取值范围为：10≤p≤30。

6.如权利要求2所述的初至波旅行时拾取方法，其特征在于，S503所述误差门槛值e的取值范围为：5≤e≤15毫秒。

7.如权利要求1所述的初至波旅行时拾取方法，其特征在于，S2所述处理时间窗w的取值为：40毫秒≤w≤180毫秒。

8.如权利要求1所述的初至波旅行时拾取方法，其特征在于，所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值的计算方法为：

计算所述处理时间窗内的采样点前一个特征函数时间窗n内所有采样点的振幅绝对值之和的平方与该采样点后一个特征函数时间窗n内所有采样点的振幅绝对值之和之间的比值。

9.如权利要求8所述的初至波旅行时拾取方法，其特征在于，所述特征函数时间窗n的取值范围为：40毫秒≤n≤80毫秒。

10.一种初至波旅行时拾取装置，其特征在于，所述初至波旅行时拾取装置，包括预处理模块，初始参考线定义模块，特征函数计算模块，初至波旅行时提取模块，均衡处理模块，其中：

预处理模块，用于将采集的地震数据处理成共炮集地震数据记录；

初始参考线定义模块，用于在所述共炮集地震数据记录中分区定义初始参考线，并为所述初始参考线选定一个处理时间窗；

特征函数计算模块，用于计算所述共炮集地震数据记录中地震道以所述初始参考线上采样点为中点的处理时间窗内所有采样点的特征函数值；

初至波旅行时提取模块，用于根据所述计算得出的特征函数值，在所述初始参考线上各个地震道的所述处理时间窗内提取初至波旅行时；

均衡处理模块，用于将所述提取的初至波旅行时进行均衡处理。

11.如权利要求10所述的初至波旅行时拾取装置，其特征在于，所述均衡处理模块，包括旅行时相减模块、alpha-trim均值模块、均值代替模块、旅行时校正模块，其中：

旅行时相减模块，用于将所述共炮集地震数据记录上地震道的初至波旅行时与其相对应的初始参考线上的旅行时相减，获得所述初始参考线上各个地震道的校正旅行时；

alpha-trim均值模块，用于计算所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值；

均值代替模块，用于将所述初始参考线上各个地震道的alpha-trim均值与校正旅行时相减，获得校正时差数据；并为所述获得的校正时差数据设置一个误差门槛值e，将所述获得的校正时差数据中绝对值大于误差门槛值e的数值用与其相对应的地震道的alpha-trim均值代替；

旅行时校正模块，用于将所述用alpha-trim均值代替校正时差数据的地震道，用其alpha-trim均值加上该地震道的初始参考线上的初至波旅行时。

12.如权利要求11所述初至波旅行时拾取装置，其特征在于，所述均衡处理模块中的alpha-trim均值模块，包括道窗设置模块、分段模块、平均值模块，其中：

道窗设置模块，用于为所述分区定义的初始参考线上各个地震道的校正旅行时选择一个道窗m；

分段模块，用于将所述分区定义的初始参考线上的各个地震道所对应的校正旅行时与前后各m个地震道的校正旅行时归为一段，将每段中的校正旅行时按照数值大小的顺序排列；

平均值模块，用于剔除分段模块5022中所述的每段按照数值大小顺序排列的校正旅行时中前后各p%个值，取该段中剩余的校正旅行时的平均值作为该地震道的alpha-trim均值。

13.如权利要求10所述初至波旅行时拾取装置，其特征在于，所述的特征函数计算模块，包括特征函数时间窗模块、振幅能量计算模块、能量比值模块，其中：

特征函数时间窗模块，用于为当前计算特征函数值的采样点设置一个特征函数时间窗；

振幅能量计算模块，用于计算当前采样点前一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和的平方E1，并计算该采样点后一个特征函数时间窗内所有采样点的振幅绝对值之和E2；

能量比值模块，用于计算所述振幅能量计算模块计算得出的E1与E2之间的比值。

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