CN104570087A - 利用瞬时属性进行地震数据初至及同相轴拾取的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是地震勘探的中利用瞬时属性进行地震数据初至及同相轴拾取的方法。本发明利用地震数据的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率属性进行初至或其它同相轴拾取，利用简单的希尔伯特变换得到瞬时地震属性提高了待拾取波形信息的可识别性和初至起跳位置的准确性，本发明确保拾取时窗范围的准确和拾取的稳定性，提高了拾取的抗噪能力，算法简单，计算效率高。

Description

利用瞬时属性进行地震数据初至及同相轴拾取的方法
技术领域
本发明涉及地震勘探技术，属于地震勘探的数据处理领域，具体是利用瞬时属性进行地震数据初至及同相轴拾取的方法。
背景技术
在地震勘探中，波场最早到达的时间为初至时间，在地面单炮记录中一般为直达波或浅层高速折射的到达时间，在VSP勘探中为下行波的到达时间，在被动地震监测数据中是直达波的到达时间，该时间的准确拾取对于利用初至求取静校正量及VSP的地层速度求取至关重要。
目前在地震波初至及其它同相轴拾取方面有很多方法，初至拾取一般采用能量比法、神经网络法，其它同相轴拾取经常采用互相关法等，这些技术在很多软件中得到了应用，但这些方法均存在不同程度的局限性，其拾取精度和效率也不尽相同。当信噪比偏低时，拾取精度明显降低，有时不得不采用手工拾取的办法，当拾取可控震源数据时，能量比法也很难准确拾取初至。发明内容
本发明目的在于提供一种确保拾取时窗范围的准确，稳定性好、抗噪能力强，算法简单的利用瞬时属性进行地震数据初至及同相轴拾取的方法。
本发明具体步骤包括：
1）通过地面或井下检波器接收，采集单分量或三分量地震数据；
2）拾取初至时根据地震数据的观测方式和最大/最小地层速度，计算出可能的最小/最大地震波到达时间，做为限定计算时窗起止范围；
如地层速度范围是1000-2000米/秒,炮检距为2000米,可以得到初至拾取的计算起止范围是1-2秒；
如没有速度等先验信息,则以地震数据记录的最小/最大时间作为计算时窗起止范围；拾取同相轴时可根据层位的最小/最大T0时间给定计算时窗起止范围；
3）对上述计算起止时窗范围内数据进行希尔伯特变换，将地震数据变换为复数道，求取其瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位；
4）对于初至拾取，在瞬时振幅道上拾取振幅最大值，所对应时间作为拾取范围的时间下限；在瞬时振幅道上求取每个样点之前n个点和之后n个点的平均振幅的比值，并将比值最大值所对应时间作为拾取范围的上限；
所述的n是进行振幅比时需要叠加的相邻样点数，取一个主周期所对应的样点数；
对于同相轴拾取，可直接追踪瞬时振幅道上振幅最大值所对应时间作为拾取范围的时间下限，前面相邻的最小值作为拾取范围的时间上限；
5）在步骤4）的上、下限之间，在瞬时相位道上拾取常相位值θ；
6）拾取初至时可拾取起跳时间（非可控源相关数据）或同相轴极值（可控源相关数据），拾取地震同相轴时可根据标定结果拾取波峰或波谷,求得拾取初至起跳时间值和常相位值θ对应的时间值之差dt；
7）选择m道重复求取上述时差dt，将求取时差dt平均值作为系统时移量Δt；
所述的m是统计系统时移量所用的道数，大于3；数据信噪比越低,道数应越大。
8）对所有地震数据道在拾取范围内、在瞬时相位道上按步骤5）的常相位值θ，完成拾取后对所有拾取时间值减去步骤7）求取的系统时移量Δt得到所有道的最终拾取值。
本发明具有如下特点：
（1）利用瞬时振幅属性确定拾取时窗的上、下限，确保拾取时窗范围的准确。
（2）利用瞬时相位属性进行拾取，确保拾取的稳定性，提高拾取的抗噪能力。
（3）算法简单，计算效率高。
附图说明
图1地面单炮记录的瞬时振幅属性记录；
图2地面单炮记录的瞬时振幅前后时窗比属性记录；
图3地面单炮记录的瞬时相位属性记录；
图4地面单炮记录及拾取初至绘图；
图5地面单炮记录及拾取初至放大绘图；
图6地面微震监测记录的瞬时振幅属性记录；
图7地面微震监测记录的瞬时振幅前后时窗比属性记录；
图8地面微震监测记录的瞬时相位属性记录；
图9地面微震监测记录及拾取初至显示；
图10地面微震监测记录及拾取初至局部放大显示。
具体实施方式
本发明利用瞬时属性进行地震数据初至及同相轴拾取的方法有效地利用了地震波初至或同相轴主要信息在横向上的相似性，利用希尔波特变换得到的瞬时相位属性反映了主要频率成分的相位属性，具有较强的抗噪性。
本发明具体实施时首先根据要拾取初至或其它同相轴的时间分布范围，给出计算时窗起止值；然后在计算时窗内进行希尔伯特变换，将地震资料变换为复数道，再求取其瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位等属性；在瞬时振幅属性道上拾取振幅最大值作为拾取范围的时间下限；在瞬时振幅属性道上，求取每个样点之前n个点和之后n个点的平均振幅的比值，并搜索其最大值作为拾取范围的上限；在前面定义的拾取范围上、下限之间，在瞬时相位道上拾取某一常相位值θ；手工拾取初至起跳时间（非可控源相关数据）或同相轴极值（可控源相关数据），求得手工拾取时间值和前面拾取的常相位对应时间值之时差dt并选择m道重复求取后取平均值作为系统时移量Δt；对所有输入道在定义的拾取范围内在瞬时相位属性记录上追踪给定的常相位值θ，完成拾取后对所有拾取值减去系统时移量Δt，得到所有道的最终拾取值。
本发明既可以应用于初至拾取，也可应用于同相轴的追踪和解释。下面通过两个实例进行详述。
本发明进行了实验作业，采集了一条地震测线，单炮初至拾取后得到了较准确的初至，说明了方法的可行性和实用性。具体实现步骤详述如下：
（1）野外采用爆炸源激发，井深40米，药量4公斤，三分量检波器双边接收，道距10米，炮距40米，完成地震数据采集；
（2）输入Z分量炮集，定义计算时窗为0-500毫秒；
（3）对上述计算起止时窗内数据进行希尔伯特变换，将地震数据变换为复数道，再求取其瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位等属性；
（4）在瞬时振幅属性道(见图1)上拾取振幅最大值作为拾取范围的时间下限；在瞬时振幅属性道上，求取每个样点之前n个点和之后n个点的平均振幅的比值(见图2)，并搜索其最大值作为拾取范围的上限；
（5）在前面定义的拾取范围上、下限之间，在瞬时相位道(图3)上拾取某一常相位值θ=180°；
（6）手工拾取初至起跳时间，求得手工拾取时间值和前面拾取的常相位对应时间值之时差dt；
（7）选择m=7道重复求取后取平均值作为系统时移量Δt=11ms；
（8）对所有输入道在定义的拾取范围内在瞬时相位属性记录上追踪给定的常相位值θ，完成拾取后对所有拾取值减去系统时移量Δt，得到所有道的最终拾取值(见图3)。
以上的拾取得到了比较理想的初至(见图4)，噪声的影响明显减少，准确揭示了数据中初至的到达时间(见图5)。
本发明对地面微震监测进行了实验，对压裂产生的微震进行了二维地震观测，微震事件能量较弱,信噪比较低，得到了较准确的初至，证明对于弱信号的可行性和实用性。具体实现步骤详述如下：
（1）野外部署二维排列检波器接收微震信号，道距20米，连续采集6小时，完成微震数据采集；
（2）对连续记录的微震记录数据进行能量扫描，将100ms时窗内均方根能量大于背景平均能量2倍的时窗视为微震事件的能量到达，若排列上一半以上的道均检测到微震能量，则认为该微震事件为真实的微震事件，采用更大时窗(500ms)将数据截取输出；
（3）将（2）输出的记录作为一个要拾取的微震事件记录，定义计算时窗为0-500毫秒；
（4）对上述计算起止时窗数据进行希尔伯特变换，将地震数据变换为复数道，再求取其瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位等属性；
（5）在瞬时振幅属性道(见图6)上拾取振幅最大值作为拾取范围的时间下限；在瞬时振幅属性道上，求取每个样点之前n个点和之后n个点的平均振幅的比值(见图7)，并搜索其最大值作为拾取范围的上限；
（6）在前面定义的拾取范围上、下限之间，在瞬时相位道上拾取某一常相位值θ=180°；
（7）手工拾取初至起跳时间，求得手工拾取时间值和前面拾取的常相位对应时间值之时差dt；
（8）选择m=5道重复求取后取平均值作为系统时移量Δt=10ms；
（9）对所有输入道在定义的拾取范围内在瞬时相位属性记录上追踪给定的常相位值θ，完成拾取后对所有拾取值减去系统时移量Δt，得到所有道的最终拾取值(见图8)；
（10）对微震连续记录从前到后扫描，重复（2）-（9），直到所有数据扫描结束，就得到了所有的微震事件的初至(见图9)。
以上拾取得到了比较理想的初至，噪声的影响明显减少，准确揭示了地震数据中初至的到达时间(见图10)。

Claims (6)

1.一种利用瞬时属性进行地震数据初至及同相轴拾取的方法，特点是按照以下步骤实现： 
1）通过地面或井下检波器接收，采集单分量或三分量地震数据； 
2）拾取初至时根据地震数据的观测方式和最大或最小地层速度，计算出可能的最小或最大地震波到达时间，做为限定计算时窗起止范围； 
3）对计算起止时窗范围内数据进行希尔伯特变换，将地震数据变换为复数道，求取其瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位； 
4）对于初至拾取，在瞬时振幅道上拾取振幅最大值，所对应时间作为拾取范围的时间下限；在瞬时振幅道上求取每个样点之前n个点和之后n个点的平均振幅的比值，并将比值最大值所对应时间作为拾取范围的上限； 
5）在步骤4）的上、下限之间，在瞬时相位道上拾取常相位值θ； 
6）拾取初至时可拾取起跳时间或同相轴极值，拾取地震同相轴时可根据标定结果拾取波峰或波谷,求得拾取初至起跳时间值和常相位值θ对应的时间值之差dt； 
7）选择m道重复求取上述时差dt，将求取时差dt平均值作为系统时移量Δt； 
8）对所有地震数据道在拾取范围内、在瞬时相位道上按步骤5）的常相位值θ，完成拾取后对所有拾取时间值减去步骤7）求取的系统时移量Δt得到所有道的最终拾取值。 
2.根据权利要求1的方法，特点是步骤2）所述的起止范围是：地层速度范围是1000-2000米/秒,炮检距为2000米,初至拾取的计算起止范围1-2秒。 
3.根据权利要求1的方法，特点是步骤2）所述的起止范围是：当没有速度等先验信息，则以地震数据记录的最小或最大时间作为计算时窗起止范 围；拾取同相轴时可根据层位的最小或最大T0时间给定计算时窗起止范围。 
4.根据权利要求1的方法，特点是步骤4）所述的n是进行振幅比时需要叠加的相邻样点数，取一个主周期所对应的样点数。 
5.根据权利要求1的方法，特点是步骤4）所述的初至拾取，对于同相轴，可直接追踪瞬时振幅道上振幅最大值所对应时间作为拾取范围的时间下限，前面相邻的最小值作为拾取范围的时间上限。 
6.根据权利要求1的方法，特点是步骤7）所述的m是统计系统时移量所用的道数，大于3；数据信噪比越低,道数应越大。 
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