CN105093290A - 一种基于波形形态的层位自动追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于波形形态的层位自动追踪方法，属于油气地球物理勘探领域。本方法利用全局搜索策略，通过提取地震波形的形态特征，比较两个波形是否相似，在相似的波形上提取显著点作为层位点，实现层位自动追踪。利用本发明方法在能量较弱的地震道上，仍能通过波形的形态特征找到显著点，在遇到断裂的时候，能跳过断裂，继续沿初始特征进行追踪。

Description

一种基于波形形态的层位自动追踪方法

技术领域

本发明属于油气地球物理勘探领域，具体涉及一种基于波形形态的层位自动追踪方法。

背景技术

地震资料解释通常是指根据地震信息确定地质构造形态和空间位置，推测地层岩性、厚度及层间接触关系，确定地层含油、气、煤等资源的可能性，为工作面顺利回采提供地质保障。地震资料解释是整个地球物理勘探中非常重要的一个环节，也是其核心，其精度直接影响到勘探效益。而地层层位的判别和追踪是地震资料解释的核心部分。

随着计算机技术、图像技术、人工智能等新技术的迅速发展，越来越多的学者将这些新技术技术运用到地震资料解释中，从人工解释到自动追踪，从逐道检测到属性分析，从二维剖面处理到三维地震体处理，层位识别技术得到了空前发展。但是，由于地震图像噪声、地层对地震波的吸收以及断裂等异常地质带的影响、地震剖面中相邻地震道所表现的层位断裂和空隙等现象，使得自动追踪方法在搜索相邻地震道时遇到断裂情况或者信号弱的地方容易失去方向，造成层位错乱。

所以，虽然地震层位的判别和追踪技术获得了很好的发展，但是上述难题还是亟待解决，也使得地震层位的判别和追踪成为了地震研究的重难点。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于波形形态的层位自动追踪方法，在能量较弱的地震道上，仍能通过波形的形态特征找到显著点，在遇到断裂的时候，能跳过断裂，继续层位的追踪。。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于波形形态的层位自动追踪方法，利用全局搜索策略，通过提取地震波形的形态特征，比较两个波形是否相似，在相似的波形上提取显著点作为层位点，实现层位自动追踪。

所述方法包括以下步骤：

步骤1：给定地层约束条件、相似性阈值和数据时窗，通过交互方式将叠后层位数值投影到叠前层位作为模板道的种子点；

步骤2：提取数据时窗的波形特征向量P；对步骤1中数据时窗内的振幅信号做傅里叶变化，得到对应的幅度和相位值，然后进行归一化，得到波形特征模板；

步骤3：扫描邻近道，若邻近道已标记含有层位点，则转入步骤6，否则根据步骤1给定的地层约束条件确定邻近道扫描数据时窗的起始和结束位置；

步骤4：根据起始位置提取与数据时窗同样大小时窗的波形特征向量D；

步骤5：计算特征向量P与特征向量D的相似度，如果相似度大于给定的相似性阈值则标记此道为追到层位点，更新波形特征模板，即用当前道的时窗信号变换成波形，当作当前的波形特征模板，然后返回到步骤3；若相似度小于或等于给定的相似性阈值且在地层约束条件计算的时窗结束范围内，则滑动数据时窗，然后判断是否满足地层约束条件，若满足，则返回到步骤4；若不满足，则标记为未找到层位点，然后返回到步骤3；

步骤6：扫描道集所有道，标记出各层位点，判断出各个层位点均被标记后说明扫描完毕，结束退出。

所述数据时窗至少包含1个波长。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用本发明方法在能量较弱的地震道上，仍能通过波形的形态特征找到显著点，在遇到断裂的时候，能跳过断裂，继续沿初始特征进行追踪。本发明不仅适用于二维地震数据也同样适用于三维地震数据。

附图说明

图1是本发明方法的步骤框图。

图2是按方位角-入射角部分叠加后的层位自动追踪图，图中曲线表示层位追踪线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明基于波形形态的层位自动追踪方法包括：

(1)在两条地震道上进行相似性计算：

提取波形的形态特征：将地震信号看作像正弦波、余弦波这样的基本波形曲线的组合，使用快速傅里叶变化，对地震信号进行变换，得到地震信号的频谱信息，即对应每个基本波形曲线对应的幅度和相位信号，这些就组成了波形的形态特征。例如，将地震信号表示成数据序列C(y0，y1，y2，…，yn-1)，其中代表地震信号振幅yi，进行快速FFT变换得到幅度值序列MC(m0，m1，…，mn-1)和相位值序列θC(θ0，θ1，…，θn-1)。

并对特征向量进行归一化：为消除幅值量纲的影响，对幅度值序列使用归一化公式进行归一化。归一化公式如下(yi为归一化的变量，xmin和xmax分别为xi的最小和最大值，这样就将数值归到[0，1]之间)，

$y_i=\frac{x_i-x_{\min }}{x_{\max }-x_{\min }}$

得到特征向量P：

P＝<A1，A2，A3，…An>

幅度值序列和相位值序列构成波形曲线的特列征向量P，此处A代表的是幅度和相位值序列。

使用不同的相似性计算方法计算两个波形形态特征向量的相似度。

(2)制定搜索策略：

针对不同的地质情况，可以采用模板波形是否可变，搜索时窗是否可变组合出不同的搜索策略，选取针对一般地质情况有效的组合方法作为默认的搜索方法，下面的步骤是采用模板波形的相似性，搜索时窗进行滑动的全局搜索策略。

(3)相似性计算：

采用欧氏距离法进行相似性计算，相当于高维空间内向量表示的点到点之间的距离，提高相似度计算的稳定性。

获得欧几里得距离：

$R(u,v)=1-\frac{1}{\sqrt{n}}{\left[\underset{a\&Element;A}{\mathrm{\&Sigma;}}{[a\left(u\right)-a\left(v\right)]}^2\right]}^{1/2}$

由于特征向量的各分量的量纲不一致，通常需要先对各分量进行标准化，使其与单位无关。

(4)如图1所示，本发明方法的步骤如下：

步骤1：给定地层约束条件(此处给定层位落差的限制，一般层位落差<10ms约5个采样点)，相似性阈值(目的找出相似度高的反射层序列)(相似值值域是[0，1]，值越大代表相似度要求越高))和数据时窗(目的给定模板道(指参与计算的时窗，即取地震数据信号数据序列的长度)时窗至少包含1个波长)，通过交互方式将叠后层位数值投影到叠前层位作为模板道的种子点(即给定算法所需要的计算条件和起始值)；

步骤2：提取数据时窗波形特征向量P(在上面的(1)中给出的)；

步骤3：扫描邻近道，若邻近道已标记含有层位点，则转入步骤6，否则根据初始给定地层约束条件确定邻近道扫描窗口起始结束位置；

步骤4：根据起始位置提取与模板道同样窗口大小的波形特征向量D；

步骤5：计算特征向量P与窗口特征向量D的相似度(按照上面的(3)计算特征向量P与特征向量D的相似度)。如果相似度满足给定的相似性阈值则标记此道为追到层位点，更新波形特征模板(相邻道进行波形相似互相关，上一个特征模板与当前道互相关找到当前道的层位点后，进行下一道搜索，则用当前道的时窗信号变换成波形，当作当前的波形特征模板与下一道在进行相似搜索，即所说的更新波形特征模板)，然后返回到步骤3；若相似度不满足给定的相似性阈值且在地层约束条件计算的时窗结束范围内，则滑动窗口数据(若数据时窗长度为patSize，地层约束内计算的总时窗长度为winSize，那么驻点滑动可滑动的时窗个数为winSize-patSize+1，则每次在地层约束计算时窗范围内取与模板数据相同的长度互相关，滑动winSize-patSize+1次，从中找出最大的那个相似点，作为当前的层位点)，然后返回到步骤4；若不满足地层约束条件，则标记为未找到层位点，然后返回到步骤3。

步骤6：扫描邻近道所有已标记含有层位点(即扫描道集所有道，标记出各层位点，判断出各个层位点均被标记后说明扫描完毕)，结束退出。

图2是根据起始点时窗范围内的波形相似程度，追踪的效果图示。

本发明运用全局搜索策略，提取地震波形形态特征，比较两个波形是否相似，在相似的波形上提取显著层位点，进行层位自动追踪。优点在于可在较弱的地震道上追踪到层位点，也可跳过弱信号或断裂处继续层位追踪。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (3)

1.一种基于波形形态的层位自动追踪方法，其特征在于：所述方法利用全局搜索策略，通过提取地震波形的形态特征，比较两个波形是否相似，在相似的波形上提取显著点作为层位点，实现层位自动追踪。

2.根据权利要求1所述的基于波形形态的层位自动追踪方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：给定地层约束条件、相似性阈值和数据时窗，通过交互方式将叠后层位数值投影到叠前层位作为模板道的种子点；

步骤2：提取数据时窗的波形特征向量P；对步骤1中数据时窗内的振幅信号做傅里叶变化，得到对应的幅度和相位值，然后进行归一化，得到波形特征模板；

步骤3：扫描邻近道，若邻近道已标记含有层位点，则转入步骤6，否则根据步骤1给定的地层约束条件确定邻近道扫描数据时窗的起始和结束位置；

步骤4：根据起始位置提取与数据时窗同样大小时窗的波形特征向量D；

步骤5：计算特征向量P与特征向量D的相似度，如果相似度大于给定的相似性阈值则标记此道为追到层位点，更新波形特征模板，即用当前道的时窗信号变换成波形，当作当前的波形特征模板，然后返回到步骤3；若相似度小于或等于给定的相似性阈值且在地层约束条件计算的时窗结束范围内，则滑动数据时窗，然后判断是否满足地层约束条件，若满足，则返回到步骤4；若不满足，则标记为未找到层位点，然后返回到步骤3；

步骤6：扫描道集所有道，标记出各层位点，判断出各个层位点均被标记后说明扫描完毕，结束退出。

3.根据权利要求2所述的基于波形形态的层位自动追踪方法，其特征在于：所述数据时窗至少包含1个波长。