CN104656131A - 一种基于波形恢复技术的提高地震层位自动追踪精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是地震资料构造解释中基于波形恢复技术的提高地震层位自动追踪精度的方法，首先将层位自动追踪实现过程分解分为4个关键步骤，即地层倾角估算、倾角传播、相位校正和后续处理，然后在相位校正阶段采用波形恢复技术提高层位自动追踪精度。在相位校正阶段，首先采用递推正弦插值算法对地震道波形进行加密采样，其次在加密后的地震道上根据斜率乘积法寻找曲线拐点，然后采用波形恢复技术对地震波形进行恢复，从地震波形中识别地震同相轴极值点或过零点并对原始层位点进行校正。以上相位校正方法不但能够减小层位自动追踪精度对地层倾角估算准确度要求的压力，而且可在适应不同类型层位追踪技术的前提下提高层位追踪精度。

Description

一种基于波形恢复技术的提高地震层位自动追踪精度的方法

技术领域

本发明属于石油天然气勘探与开发领域，涉及一种地震资料构造解释技术，具体是一种提高地震层位自动追踪精度的方法。

背景技术

地震资料解释是地震勘探工程的重要阶段。这一阶段既为油气勘探搞清地下构造特征，又为油气勘探提供有利的储层。构造特征分析不但是储层特征分析的基础而且直接影响储层特征分析的质量。

地震层位是指与地下介质中某一地层所对应的地震反射界面。一般情况下，在同一断块中，一个地震反射界面表现为一个可连续追踪的地震反射同相轴。

地震资料的构造解释特别是层位解释是一项非常费时、费力的工作，在过去的几十年中，此项工作常常占到整个地震资料解释与分析工作的50%-80%。因此，基于计算机智能技术的层位自动识别与解释（简称为层位自动追踪或层位追踪）非常重要。

地震层位自动追踪是现代地震资料分析中关键技术之一，也是地震资料分析与解释专家系统的核心技术之一，它直接体现了一个地震资料分析与解释专家系统在构造解释邻域的能力和效率。一个好的层位自动追踪方法可以大幅度提高构造解释的效率，提高解释精度，将地质综合研究人员的精力从繁琐的层位拾取中解放出来，并将研究重点集中到储层预测中。

在地震资料分析中，由于地震剖面上的地震反射同相轴是某一地层的地震响应或某些地层的综合地震响应，地震同相轴与地层具有一定的对应关系，因此在实际地震剖面上对同相轴进行连续性追踪是层位解释的先决条件，相邻地震道在同一个地震同相轴上的倾角和方位角变化特征是地震层位追踪的基础。

多年来，层位追踪方法一直在研究和发展过程中，出现了众多的层位追踪技术。其中以相关法应用最为广泛，在很多的解释系统中都采用了这种技术，但相关法存在精度低及易陷入局部极值等问题。为了解决互相关法所存在的问题，多种新的方法被提出并进行了尝试，如波形特征法（Waveform Controlled)、最大能量法（Maximum Energy）、神经网络法（Neural Network）、线性插值法（Linear Interpolation）、高阶量统计法（High-orderStatistics）、边缘探测法（Edge Detection）及图像对比法等。在这些方法中，或多或少存在着问题，如精度问题、效率问题及地震资料的适应性等问题。

对现有的多种层位追踪算法进行对比分析，发现对层位追踪质量影响最大的因素是无法实现层位追踪的连续性和准确性的平衡。由于在层位追踪过程中连续性和准确性存在矛盾，在传统的层位追踪算法中无法兼顾。比如，波形特征法是一种最准确的层位追踪方法，但当地震资料品质不高时，层位追踪的连续性就很低，而互相关方法虽然可突出层位追踪的连续性，但存在相位偏差。

此外，传统的层位追踪方法的精度严重依赖地震同相轴倾角估算的精度，当一个层位追踪方法采用精度高的倾角估算算法时其精度就高，反之则精度低，而不同的倾角估算算法有各自的适应性，无法适应不同品质和不同信噪比的地震资料。

卞志彬等人在2012年公开了一种基于QT的地震剖面自动拾取方法，作者综合利用线性插值算法、互相关算法和256级灰度分割算法实现地震同相轴的自动拾取。该方法的核心是在一个带有倾角的时窗内根据相关算法实现地震同相轴的追踪。互相关算法是一种常用的地震层位追踪方法，这种方法利用相关系数估算特定目标点附近的相邻地震道的时差，然后利用这个时差实现层位的自动追踪。基于相关算法所估算的时差相当于地震同相轴的倾角，因此这是一种基于地震同相轴倾角的层位追踪方法。不过，由于地震数据中存在噪声，导致地震波形并非完美的正弦形状，在一个带有倾角的时窗内利用相关算法进行层位追踪常常会带来较大的误差。

根据上面的讨论，归纳起来，影响地震层位追踪质量的原因主要体现在以下2个方面：

（1）在传统层位自动追踪过程中，层位追踪的主要依据是地震同相轴的倾角信息，而较少利用地震波形特征来提高精度。因此，层位自动追踪的质量主要依赖于地震同相轴倾角的估算精度。

（2）在层位追踪过程中，无论是倾角估算还是种子点传播，都不可避免地会带来误差，并主要以相位误差的形式表现出来，导致层位追踪结果偏离目标地震同相轴。

要在保证层位自动追踪效率的前提下提高层位自动追踪质量，并使层位自动追踪方法具有更大的适应性，需要对传统的层位自动追踪流程进行改造，采用递推正弦插值算法和最小二乘法波形恢复技术提高地震层位自动追踪的精度。

在现有地震勘探技术及地震资料分辨率的约束下，地震数据的采样间隔较大，约在1ms-4ms之间。这种较大的采样间隔无法满足层位自动追踪的要求，因为1ms的地震波可能对应着数米甚至数十米厚的地层，稍有差异便会影响地层的埋藏深度和形态分析。此外，由于地震数据特别是三维地震数据的数据量很大，所需要的存储空间也很大，在地震处理和解释过程中，常常采用8位整型数存储地震数据。由于8位整型数的动态范围很低，常常会引起地震波形呈现“平头”特征，即地震波形上那些关键的波峰和波谷等关键的特征点已被抹平了，从原始地震波形上无法准确地搜索到这些特征点。因此，为了提高层位自动追踪精度，需要对地震波形进行加密采样，或采用波形恢复技术提高波形特征点的准确位置搜索精度。

从图形图像处理角度看，地震波形表现为曲线形式。对这种曲线型的地震波形进行加密采样有多种算法，目前常用的算法有线性插值法、多项式插值法和正弦插值法等。线性插值法非常简单且高效，但对剧烈变化的地震波形进行插值会造成较大的误差；与线性插值相比，多项式插值要准确很多，因为它首先假定地震波形为二次或三次曲线，然后采用最小二乘法对曲线进行拟合。虽然多项式插值比较准确，但其对插值的前提条件的要求比较高，既要保证所选取的曲线段是是单一波形，又要保证不会因为插值而造成地震波形出现假频（即要求地震波形插值要满足采样定理）。

采样定理，又称香农采样定理或奈奎斯特采样定理，是数字信号处理中的一个重要定理。采样定理指出，在将一个信号（即时间或空间上的连续函数）转换成一个数值序列（即时间或空间上的离散函数）时，如果信号是带限的，并且采样频率高于信号带宽的一倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。

因此，在地震资料处理中，基于离散的地震道信息对地震波形进行重建，既需要满足采样定律的原始地震信息，还需要采用合适的波形假设。关于第一个条件，目前地震勘探中所采用的毫秒级采样间隔是满足的；关于第二个条件，目前一般采用正弦波形作为地震波形的基本子波，因此，在地震勘探中通常采用正弦插值算法对地震道进行加密采样。从本质上说，正弦插值是多项式插值的一种类型。

传统的地震加密采样一般采用加权求和方式实现，由于这种方式运算效率比较低，为保证运算效率，一般选取较小的时窗，当时窗过小时，会造成插值精度的降低。因此，为了在保证运算效率的前提下提高地震波形插值精度，在本专利中采用了递推正弦插值算法，即采用递推算法实现正弦插值，与非递推算法相比，递推算法可使地震波形插值的效率提高2-5倍，这样就可在不降低运算效率的前提下适当选取较大的时窗，以提高地震波形的插值精度。

要寻找准确的波形特征点（如波峰、波谷、过零点等），需要对地震波形进行波形恢复。所谓波形恢复，是指根据地震波形的特点，将那些被污染或破坏的地震波形恢复其本来的形状，并能够从恢复后的地震波形上准确识别出波形特征点。目前常用的波形恢复技术一般都是基于最小二乘法和多项式拟合算法的，包括抛物线拟合和正弦曲线拟合等。

实际上，在局部范围内，正弦曲线表现为抛物线形态。利用二次多项式拟合（即抛物线拟合）可以实现正弦曲线的拟合。不过，要获得准确的正弦曲线，需要在地震波形上准确地识别出曲线拐点。

钟伟等人在2006年提出了一种多项式拟合技术在强噪声地震资料中应用的方法，这种方法利用多项式拟合技术实现地震数据的去噪，以此提高地震数据信噪比。作者认为，地面观测到的地震信号是有规律的，相邻地震道上信号的波形、振幅和到达时间差别不大，沿同相轴的振幅变化应该是光滑的。信号的波形横向变化很小，相邻道的出现时间、振幅和波形都是渐变的，而噪声在剖面的分布是不规则的。因此，对于这样一种信号的相位时间，可以用地面坐标的多项式来表示。文中所提出的多项式拟合是横向上的相邻地震道之间的拟合，其多项式期望结果是近似水平直线，目的是实现地震数据的信噪比。多项式拟合是一种有效的曲线拟合算法，虽然适合于地震数据的去噪，却不能提高地震波形的分辨率。

为适应地震层位自动追踪，借鉴以上多项式拟合去噪技术，将正弦曲线作为目标曲线沿时间方向对地震波形进行二次多项式拟合，并采用最小二乘法实现多项式拟合。

在本专利中，首先对地震道进行加密采样，在加密后的地震道上根据斜率乘积法寻找层位点上下两边最近的曲线拐点，然后采用基于最小二乘法的抛物线拟合技术对两个拐点之间的地震波形进行恢复，并利用抛物线波形特征点搜索技术寻找地震层位所对应的波峰、波谷或过零点，以提高地震层位自动追踪的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种适应不同类型层位追踪手段，满足高效率构造解释的一种基于波形恢复技术的提高地震层位自动追踪精度的方法。

本发明包括以下步骤：

（1）通过地震勘探采集地震数据，并对这些地震数据进行处理，获得规则排列的地震剖面，在地震剖面上针对不同的地质研究目标确定要追踪的目标地质层位，确定对应的地震层位及其地震反射相位类型（波峰、波谷或过零点）；在地震剖面上选择与地震层位对应的地震同相轴，并在其上拾取一个或一个以上种子点；

所述的种子点的数量根据地震数据的信噪比和构造复杂度确定。

所述的根据地震数据的信噪比和构造复杂度确定是指：为保证地震层位自动追踪质量，需要根据地震数据的质量和地质构造的复杂情况确定种子点数量。在地震数据的信噪较低或地质构造复杂的情况下，所需要的种子点数量较多，反之则少量的种子点即可保证层位追踪质量。此外，种子点的分布特征对层位自动追踪也有影响。种子点分布越均匀，层位自动追踪质量越高；当工区中存在断距较大的断层时，断层的上下盘均应设置种子点。

（2）从所设置的种子点出发，利用倾角传播方法对地震层位进行自动追踪。

所述的地震层位自动追踪，是从所设置的种子点出发，根据地震同相轴倾角估算种子点周围的地震道上的层位值。

所述的地震同相轴倾角是指在某个地震道上的某个采样点处地震同相轴与水平方向的夹角，在同一个地震数据中用相邻地震道的同一个波形特征点的时差来表示地震同相轴倾角。

所述的倾角传播法层位自动追踪是指，根据图像处理中的洪水填充原理，从一个种子点出发，根据地震同相轴倾角确定目标点，目标点确定后可作为新的种子点，而旧种子点不再发挥作用，如此循环，直至工区范围内的所有测量点被追踪，获得地震层位。

（3）在每一个测量点上，根据层位值确定所对应的地震道采样点，以该采样点为中心对一定范围内的地震道波形曲线进行加密采样；

所述的对一定范围内的地震道波形曲线进行加密采样，是相位校正的第一个步骤，是指采用递推正弦插值方法对地震波形进行重采样，将采样间隔缩小到0.1ms。

所述的正弦插值方法是一种经典的曲线插值方法，可对大采样间隔的地震波形进行重采样和采样点加密，且会保持波形的正弦形态。

所述的递推正弦插值方法是指采用递推算法实现短时窗正弦插值，其目的是提高正弦插值的效率。一般地，与经典正弦插值算法相比，递推正弦插值算法可提高插值效率2-5倍。

（4）当层位相位为过零点时，则在加密后的地震波形上识别过零点，并对原层位值进行替换；当层位相位为波峰或波谷时，以层位点为中心，在层位点两侧一定范围内分别寻找两个拐点；

所述的在加密后的地震波形上识别过零点，是指根据地震波形上的过零点存在于隔点相乘为负值的采样点处的特点，从加密后的地震波形上寻找过零点，并对原层位值进行替换。

所述的以层位点为中心，在层位点两侧一定范围内分别寻找两个拐点，是相位校正的第二个步骤，是指根据曲线拐点处的二阶导数为零且拐点两侧一阶导数从正变负或从负变正的特点，分别在层位点上半时窗和下半时窗内，从离层位点最近的采样点开始，求取该采样点两侧的曲线斜率，然后将以上两个斜率值相乘。如果斜率乘积为负，则该采样点为拐点，否则继续向层位点两侧搜索，直至两个拐点被搜索到。

（5）从采样点加密后的地震道上提取两个拐点间的波形并进行波形恢复；

所述的从采样点加密后的地震道上提取两个拐点间的波形并进行波形恢复，是相位校正的第三个步骤，是指提取两个拐点间的波形，然后利用最小二乘法正弦曲线拟合算法将其拟合为正弦曲线，将地震波形将恢复为正弦波形状。

所述的最小二乘法正弦曲线拟合算法是一种特殊的多项式拟合算法，将正弦曲线看作是一种二次多项式函数的表达形式，采用最小二乘法将以上两个拐点间的地震波形拟合为一个正弦曲线。

（6）在恢复后的地震波形上寻找极值点；

所述的在恢复后的地震波形上寻找极值点，是相位校正的第四个步骤，是指采用二次曲线极值点算法寻找极值点。当层位相位为波峰时，通过数值方式计算正弦曲线的最大值点；当层位相位为波谷时，计算正弦波形的最小值点。

所述的二次曲线极值点算法，是指根据二次曲线的极值点存在于驻点（导数为0的点）或不可导点处（导数不存在，此时驻点不存在）的特点，对二次曲线进行求导获得。

（7）根据波形极值点位置对原层位值进行替换，待所有测量点上的层位值都被替换后，形成高精度层位。

所述的对原层位值进行替换，是相位校正的第五个步骤，是指当极值点找到后，利用该极值点所在的采样点号对原层位值进行替换。

所述的高精度层位是指经过波形恢复所获得的层位，层位值精度可达到0.1ms，层位值与地震同相轴上的特征点的误差小于0.1ms。

本发明效果和特征如下：

首先将层位自动追踪实现过程划分为4个基本阶段，即地层倾角估算、倾角传播、相位校正和后续处理，形成一个完整的层位自动追踪流程，然后在相位校正阶段实现提高层位自动追踪精度的目的。,

为了提高层位自动追踪精度，在相位校正阶段采用以下技术在地震波形上寻找准确的极值点并对对原层位进行校正，即：

（1）将相位校正进一步分解为加密采样、拐点搜索、波形恢复、极值点识别和层位值替换5个步骤。

（2）采用递推正弦插值算法对每个测量点处的层位点附近的地震道波形进行加密采样。

（3）在加密后的地震道上根据斜率乘积法寻找层位点上下两边最近的曲线拐点；

（4）采用波形恢复技术对地震波形进行恢复，并根据地震层位的相位类型从波形恢复或加密后的地震波形中识别对应的极值点或过零点，并将其作为目标点对原始层位点进行替换。

由于使用了递推正弦插值算法和地震波形曲线恢复技术，在保证层位自动追踪效率的前提下，可显著提高层位追踪质量，满足高精度、高效率地震资料构造解释的要求。

附图说明

结合下面的附图及其详细说明，本领域的技术人员可更加容易地理解本发明的目的、意义和特点，其中：

图1是本发明基本流程。该流程包含5个基本步骤（其中包含4个关键步骤），每一个主要步骤可获得不同类型的数据，其中，倾角估算可获得倾角/方位角信息，倾角传播可获得低精度层位，相位校正可获得高精度层位，最后经后续处理可获得最终的层位追踪成果。

图2为层位相位校正流程图。该流程包含5个步骤，即波形加密采样、波形拐点搜索、波形恢复、极值点识别和层位值替换。

图3为根据地震波形特征估算地震同相轴倾角示意图。在地震剖面上，地震同相轴的倾角表现为相邻两个地震道上同一个地震同相轴的倾向与水平方向的夹角。

图4为倾角传播法示意图。倾角传播法是一种基于洪水填充技术的层位追踪方法，从所有种子点同时出发，根据种子点与周围4个方向相邻的目标点的倾角获得目标点的层位值，然后将符合要求的目标层位点设置为新的种子点，依种子点顺序循环操作，直至工区中所有测量点追踪完毕。

图5表示地震波形的“平头”现象。这种现象是由于地震振幅过大或地震数据存储精度有限所造成的，会导致倾角估算误差，并使层位出现相位偏移。利用地震波形曲线拟合技术可对这种平头波形进行复原，实现层位点的相位校正。

图6为利用地震波形曲线拟合技术对层位点进行相位校正原理图。首先在目标点上部和下部的地震波形曲线上分别寻找两个曲线拐点（P1和P2），然后对两个拐点间的地震波形进行二次曲线拟合。由于二次曲线呈抛物线形，根据层位的相位特征可从拟合到的抛物线上寻找对应的特征点如极值点或零交叉点（矩形框内的实心圆点），并将该特征点的时间值作为校正后的层位值。

图7表示相位校正前后层位追踪结果对比。由于在倾角估算存在误差，目标地震道与种子地震道距离较远时，层位追踪过程中的误差累积导致层位点位置出现偏差（图7a），而在经过相位调整后，相位偏差得到消除（图7b）。

图8表示一个基于高精度层位自动追踪框架的波形特征法二维层位自动追踪的实施例。在本发明实例中，利用波形特征法估算地震同相轴倾角，从3个种子点出发，利用倾角传播和相位校正技术可完成整条二维地震剖面的高精度追踪。

图9表示一个基于高精度层位自动追踪框架的相关法三维层位自动追踪的实施例。与图7中的二维层位追踪一样，种子点也为3个。在本发明实例中，利用波形特征法估算地震同相轴倾角，利用倾角传播和相位校正技术可完成三维工区的地震剖面的高精度追踪（图9b），同时追踪完成后可获得沿层倾角信息（图9a）。

具体实施方式

本发明提供一种提高地震层位自动追踪精度的方法，首先将层位自动追踪实现过程分解分为4个关键步骤，即地层倾角估算、倾角传播、相位校正和后续处理，然后在相位校正阶段对层位追踪结果进行校正，以提高层位自动追踪的精度。

在相位校正阶段，首先采用递推正弦插值算法对每个测量点处的层位点附近的地震道波形进行加密采样，然后在加密后的地震道上根据斜率乘积法寻找层位点上下两边最近的曲线拐点，采用波形恢复技术对地震波形进行恢复，并根据地震层位的相位类型从波形恢复或加密后的地震波形中识别对应的极值点或过零点，并将其作为目标点对原始层位点进行替换。通过波形加密采样和波形恢复，不但能够减小层位自动追踪精度对地层倾角估算准确度要求的压力，而且可在适应不同类型层位追踪技术的前提下提高层位追踪精度，满足高精度、高效率地震资料构造解释的要求。

以下通过附图与实例详细说明本发明。本发明具有以下实施步骤（图1）：

（1）通过地震勘探采集地震数据，并对这些地震数据进行处理，获得规则排列的地震剖面，在地震剖面上针对不同的地质研究目标确定要追踪的目标地质层位，确定对应的地震层位及其地震反射相位类型（波峰、波谷和过零点）；在地震剖面上选择与地震层位对应的地震同相轴，将对应的地震同相轴作为地震层位追踪的依据，并在其上拾取一个或一个以上种子点；

所述的种子点的数量根据地震数据的信噪比和构造复杂度确定。

所述的根据地震数据的信噪比和构造复杂度确定是指：为保证地震层位自动追踪质量，需要根据地震数据的质量和地质构造的复杂情况确定种子点数量。在地震数据的信噪较低或地质构造复杂的情况下，所需要的种子点数量较多，反之则少量的种子点即可保证层位追踪质量。此外，种子点的分布特征对层位自动追踪也有影响。种子点分布越均匀，层位自动追踪质量越高；当工区中存在断距较大的断层时，断层的上下盘均应设置种子点。

根据地震工区类型的不同，种子点的坐标类型有所不同。对于图8所表示的二维地震测线层位自动追踪实施例，仅需要地震道号和时间值即可确定种子点的空间位置；对于图9所表示的三维地震工区，则需要测线号、地震道号和时间值来确定种子点的空间位置。

（2）从所设置的种子点出发，利用倾角传播方法对地震层位进行自动追踪。

所述的地震层位自动追踪，是从所设置的种子点出发，根据地震同相轴倾角估算种子点周围的地震道上的层位值。

所述的地震同相轴倾角是指在某个地震道上的某个采样点处地震同相轴与水平方向的夹角（图3），在同一个地震数据中用相邻地震道的同一个波形特征点的时差来表示地震同相轴倾角。

所述的倾角传播法层位自动追踪是指，根据图像处理中的洪水填充原理，从一个种子点出发，根据地震同相轴倾角确定目标点，目标点确定后可作为新的种子点，而旧种子点不再发挥作用，如此循环，直至工区范围内的所有测量点被追踪（图4）。

（3）在每一个测量点上，根据层位值确定所对应的地震道采样点，以该采样点为中心对一定范围内的地震道波形曲线进行加密采样；

所述的对一定范围内的地震道波形曲线进行加密采样，是相位校正的第一个步骤（图2），是指采用递推正弦插值方法对地震波形进行重采样，将采样间隔缩小到0.1ms。

所述的正弦插值方法是一种经典的曲线插值方法，可对大采样间隔的地震波形进行重采样和采样点加密，且会保持波形的正弦形态。

所述的递推正弦插值方法是指采用递推算法实现短时窗正弦插值，其目的是提高正弦插值的效率。一般地，与经典正弦插值算法相比，递推正弦插值算法可提高插值效率2-5倍。

（4）当层位相位为过零点时，则在加密后的地震波形上识别过零点，并对原层位值进行替换；当层位相位为波峰或波谷时，以层位点为中心，在层位点两侧一定范围内分别寻找两个拐点；

所述的在加密后的地震波形上识别过零点，是指根据地震波形上的过零点存在于隔点相乘为负值的采样点处的特点，从加密后的地震波形上寻找过零点，并对原层位值进行替换。

所述的以层位点为中心，在层位点两侧一定范围内分别寻找两个拐点，是相位校正的第二个步骤（图2），是指根据曲线拐点处的二阶导数为零且拐点两侧一阶导数从正变负或从负变正的特点，分别在层位点上半时窗和下半时窗内，从离层位点最近的采样点（对应于图7a中的P0点）开始，求取该采样点两侧的曲线斜率，然后将以上两个斜率值相乘。如果斜率乘积为负，则该采样点为拐点，否则继续向层位点两侧搜索，直至两个拐点被搜索到（对应于图7a中的P1和P2点）。

（5）从采样点加密后的地震道上提取两个拐点间的波形并进行波形恢复；

所述的从采样点加密后的地震道上提取两个拐点间的波形并进行波形恢复，是相位校正的第三个步骤（图2），是指提取两个拐点间的波形，然后利用最小二乘法正弦曲线拟合算法将其拟合为正弦曲线，将地震波形将恢复为正弦波形状（图7b）。

所述的最小二乘法正弦曲线拟合算法是一种特殊的多项式拟合算法，将正弦曲线看作是一种二次多项式函数的表达形式，采用最小二乘法将以上两个拐点间的地震波形拟合为一个正弦曲线。

（6）在恢复后的地震波形上寻找极值点；

所述的在恢复后的地震波形上寻找极值点，是相位校正的第四个步骤（图2），是指采用二次曲线极值点算法寻找极值点。当层位相位为波峰时，通过数值方式计算正弦曲线的最大值点；当层位相位为波谷时，计算正弦波形的最小值点。

所述的二次曲线极值点算法，是指根据二次曲线的极值点存在于驻点（导数为0的点）或不可导点处（导数不存在，此时驻点不存在）的特点，对二次曲线进行求导获得。

（7）根据波形极值点位置对原层位值进行替换，待所有测量点上的层位值都被替换后，形成高精度层位。

所述的对原层位值进行替换，是相位校正的第五个步骤（图2），是指当极值点找到后，利用该极值点所在的采样点号对原层位值进行替换。

所述的高精度层位是指经过波形恢复所获得的层位，层位值精度可达到0.1ms，层位值与地震同相轴上的特征点的误差小于0.1ms。

利用地震波形曲线拟合技术可对平头波形等非规则地震波形进行波形复原和相位校正。如图5表示地震波形的“平头”现象。这种现象是由于地震振幅过大或地震数据存储精度有限所造成的，会导致倾角估算误差，并使层位出现相位偏移。利用地震波形曲线拟合技术可对这种平头波形进行复原，实现层位点的相位校正。

图7表示相位校正前后层位追踪结果对比。由于在倾角估算存在误差，目标地震道与种子地震道距离较远时，层位追踪过程中的误差累积导致层位点位置出现偏差（图7a），而在经过相位调整后，相位偏差得到消除（图7b）。

图8是一个二维层位自动追踪实例。在本实施例中，将波形特征法二维层位自动追踪技术集成到本专利所述的高精度层位自动追踪流程中，使之与地震波形曲线拟合技术结合起来，从3个种子点出发，利用波形特征法估算地震同相轴倾角，利用倾角传播和相位校正技术完成整条二维地震剖面的高精度追踪，获得了令人满意的效果。

图9是一个三维层位自动追踪实施例。在本实例中，种子点也为3个。将互相关法二维层位自动追踪技术集成到本专利所述的高精度层位自动追踪流程中，使之与地震波形曲线拟合技术结合起来。从以上3个种子点出发，利用相关法估算地震同相轴倾角，利用倾角传播和相位校正技术完成三维工区的地震剖面的高精度追踪（图9b），同时追踪完成后可获得沿层倾角信息（图9a），同样获得了令人满意的效果。

以上两个实例表明，基于地震波形恢复算法的相位校正可提高地层层位自动追踪的精度，满足地震资料高效构造解释的要求。由于本发明所述的提高地震层位自动追踪精度方法与流程与工区类型无关，因此本发明既能适应二维工区的层位追踪，又能适应三维工区的层位追踪。

基于本发明所述的提高地震层位自动追踪精度的方法与流程，可以上面所提到的某种倾角估算技术为核心构建特定类型的层位自动追踪软件，或将多种倾角估算技术集成到一起，形成可满足不同类型、不同品质地震资料的一个综合型层位自动追踪软件产品。

Claims (17)

1.一种基于波形恢复技术的提高地震层位自动追踪精度的方法，特点是包括以下步骤：

1）通过地震勘探采集地震数据，处理后获得规则排列的地震剖面，对不同的地质目标确定要追踪的目标地质层位及其地震反射相位类型；在地震剖面上选择与地震层位对应的地震同相轴，并在其上拾取一个或一个以上种子点；

2）从所设置的种子点出发，利用倾角传播法对地震层位进行自动追踪；

3）在每一个测量点上，根据层位值确定所对应的地震道采样点，以采样点为中心对一定范围内的地震道波形曲线进行加密采样；

4）当层位相位为过零点时，在加密后的地震波形上识别过零点，并对原层位值进行替换；当层位相位为波峰或波谷时，以层位点为中心，在层位点两侧一定范围内分别寻找两个拐点；

5）从采样点加密后的地震道上提取两个拐点间的波形并进行波形恢复；

6）在恢复后的地震波形上寻找极值点；

7）根据波形极值点位置对原层位值进行替换，待所有测量点上的层位值都被替换后，形成高精度层位。

2.根据权利要求1的方法，特点是步骤1）所述的种子点的数量根据地震数据的信噪比和构造复杂度确定。

3.根据权利要求1的方法，特点是步骤1）种子点是：

在地震数据的信噪较低或地质构造复杂的情况下，所需要的种子点数量较多，反之则少；

种子点分布越均匀，层位自动追踪质量越高；

当工区中存在断距较大的断层时，断层的上下盘均应设置种子点。

4.根据权利要求1的方法，特点是步骤2）所述的地震层位自动追踪，是从所设置的种子点出发，根据地震同相轴倾角估算种子点周围的地震道上的层位值。

5.根据权利要求4的方法，特点是所述的地震同相轴倾角是指在某个地震道上的某个采样点处地震同相轴与水平方向的夹角，在同一个地震数据中用相邻地震道的同一个波形特征点的时差来表示地震同相轴倾角。

6.根据权利要求1的方法，特点是步骤2）所述的层位自动追踪是指，根据图像处理中的洪水填充原理，从一个种子点出发，根据地震同相轴倾角确定目标点，目标点确定后可作为新的种子点，而旧种子点不再发挥作用，如此循环，直至工区范围内的所有测量点被追踪，获得地震层位。

7.根据权利要求1的方法，特点是步骤3）所述的对一定范围内的地震道波形曲线进行加密采样，是指采用递推正弦插值法对地震波形进行重采样，将采样间隔缩小到0.1ms。

8.根据权利要求7的方法，特点是所述的正弦插值法对大采样间隔的地震波形进行重采样和采样点加密，保持波形的正弦形态。

9.根据权利要求7的方法，特点是所述的递推正弦插值法是指采用递推算法实现短时窗正弦插值，其目的是提高正弦插值的效率。

10.根据权利要求1的方法，特点是步骤4）所述的在加密后的地震波形上识别过零点，是从加密后的地震波形上寻找过零点，并对原层位值进行替换。

11.根据权利要求1的方法，特点是步骤4）所述的以层位点为中心，在层位点两侧一定范围内分别寻找两个拐点，是分别在层位点上半时窗和下半时窗内，从离层位点最近的采样点开始，求取该采样点两侧的曲线斜率，然后将以上两个斜率值相乘；如果斜率乘积为负，则该采样点为拐点，否则继续向层位点两侧搜索，直至两个拐点被搜索到。

12.根据权利要求1的方法，特点是步骤5）所述的波形恢复是指提取两个拐点间的波形，然后利用最小二乘法正弦曲线拟合算法将其拟合为正弦曲线，将地震波形将恢复为正弦波形状。

13.根据权利要求12的方法，所述的最小二乘法正弦曲线拟合算法将正弦曲线看作是一种二次多项式函数的表达形式，采用最小二乘法将以上两个拐点间的地震波形拟合为一个正弦曲线。

14.根据权利要求1的方法，特点是步骤6）所述的在恢复后的地震波形上寻找极值点是指采用二次曲线极值点算法寻找极值点；当层位相位为波峰时，通过数值方式计算正弦曲线的最大值点；当层位相位为波谷时，计算正弦波形的最小值点。

15.根据权利要求14的方法，所述的二次曲线极值点算法是指根据二次曲线的极值点存在于驻点或不可导点处的特点，对二次曲线进行求导获得。

16.根据权利要求1的方法，特点是步骤7）所述的对原层位值进行替换是指当极值点找到后，利用该极值点所在的采样点号对原层位值进行替换。

17.根据权利要求1的方法，特点是步骤7）所述的高精度层位是指经过波形恢复所获得的层位，层位值精度可达到0.1ms，层位值与地震同相轴上的特征点的误差小于0.1ms。