CN105301638B - 一种提取风化层底界面的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种提取风化层底界面的方法和装置。所述方法包括：对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成近地表结构速度场；根据初至波层析近地表结构速度场，计算目标地层的波阻抗差数据；将所述波阻抗差数据中的波阻抗差最大值对应的层位作为目标地层的风化层底界面。利用本发明中的实施例，可以根据波阻抗值的突变即波阻抗差值的最大值来提取风化层底界面，所述波阻抗值结合了地层的速度和密度两种可以区分风化层和基岩层的地质参数。相对于现有技术利用传统经验方式的提取方法，本发明实施例提供的提取风化层底界面的方法误差更小，精度更高。

Description

一种提取风化层底界面的方法和装置

技术领域

本发明涉及地球物理勘探数据处理技术领域，尤其涉及一种提取风化层底界面的方法和装置。

背景技术

风化层的特殊结构使得地震波到达观测点的时间延迟各不相同，导致观测到的地下反射同轴波形呈现扭曲状态。现有技术中，可以通过静校正来消除风化层厚度以及风化层速度的变化带来的影响，具体可以将地震资料校正到指定的基准面上。一般地，计算静校正需要的参数包括风化层厚度以及高速速度。所述风化层厚度可以包括风化层底界面与地面海拔高程之差，所述高速速度可以包括风化层底界面所在位置的速度。可以发现所述风化层厚度以及高速速度与风化层底界面有直接关系，所述风化层底界面是高速层与所述风化层之间的地质界面。因此，可以确定所述静校正计算的精度与所述风化层顶界面的提取息息相关。

现有技术中提取风化层底界面的方法，主要是凭经验选取一个恒速为高速的界面，将所述界面调整或平滑后作为风化层底界面。传统的人为提取风化层底界面的方法往往是不准确的，尤其对于地形和近地表速度剧烈变化的区域，很难选择恒速为高速的界面，因此现有技术中提取风化层底界面的方法存在很大误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提取风化层底界面的方法和装置，以选取可以准确区分高速层和基岩层的参数，提高风化层底界面的提取精度。

为了实现上述目的，本发明提供的一种提取风化层底界面的方法和装置，具体是这样实现的：

一种提取风化层底界面的方法，所述方法包括：

对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成近地表结构速度场；

根据所述近地表结构速度场计算所述目标地层的波阻抗差数据；

将所述波阻抗差数据中的波阻抗差最大值对应的层位作为所述目标地层的风化层底界面。

可选的，在本发明一实施例中，所述计算所述目标地层的波阻抗差数据包括：

计算所述目的地层中的网格单元与沿深度方向的相邻网格单元的波阻抗值的差值。

可选的，在本发明一实施例中，所述将所述波阻抗差数据中波阻抗差最大值对应的层位作为目标地层的风化层底界面，包括：

确定目标地层沿深度方向上波阻抗差值最大的网格单元；

将所述波阻抗差值最大的网格单元连接成网格界面，将所述网格界面作为所述目标地层的风化层底界面。

可选的，在本发明一实施例中，所述对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成近地表结构速度场，包括：

利用目标地层的野外地震采集数据，拾取炮集的初至时间；

对所述初至时间进行层析反演，生成网格化的近地表结构速度场。

可选的，在本发明一实施例中，所述波阻抗差数据包括下述中的任意一种：二维波阻抗差剖面、三维波阻抗差数据体。

一种提取风化层底界面的装置，所述装置包括：

层析反演单元，用于对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成近地表结构速度场；

波阻抗差计算单元，用于根据所述近地表结构速度场，计算所述目标地层的波阻抗差数据；

提取单元，用于将所述波阻抗差数据中的波阻抗差最大值对应的层位作为所述目标地层的风化层底界面。

可选的，在本发明一实施例中，所述波阻抗差计算单元，还包括：

计算子单元，用于计算所述目的地层中的网格单元与沿深度方向的相邻网格单元的的波阻抗值的差值。

可选的，在本发明一实施例中，所述提取单元包括：

确定单元，用于确定目标地层沿深度方向上波阻抗差值最大的网格单元；

风化层底界面确定单元，用于将所述波阻抗差值最大的网格单元连接成网格界面，将所述网格界面作为所述目标地层的风化层底界面。可选的，在本发明一实施例中，所述层析反演单元包括：

拾取单元，用于利用目标地层的野外地震采集数据，拾取炮集的初至时间；

速度场生成单元，用于对所述初至时间进行层析反演，生成网格化的近地表结构速度场。

可选的，在本发明一实施例中，所述波阻抗差数据包括下述中的任意一种：二维波阻抗差剖面、三维波阻抗差数据体。

利用本发明实施例提供的提取风化层底界面的方法和装置，通过对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，获取目标地层的地表结构速度场，根据所述地表结构速度场，计算目标地层的二维波阻抗差剖面或者三维波阻抗差数据体，将波阻抗差最大值对应的层位作为目标地层的风化层底界面。由于波阻抗值结合了地层的速度和密度两种地质参数，所述速度和密度参数在一定程度上可以明确区分风化层和基岩层，因此，波阻抗值的突变即波阻抗差值的最大值可以更加有效、准确地区分风化层和基岩层，也就是可以用来准确地提取所述风化层底界面。相对于现有技术利用传统经验方式的提取方法，本发明实施例提供的提取风化层底界面的方法误差更小，精度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的风化层底界面的一种实施例的方法流程图；

图2是本发明所述初至波层析反演的一种实施例的方法流程图；

图3是本发明所述将波阻抗差最大值对应的层位作为风化层底界面的一种实施例的方法流程图；

图4是本发明本发明提供的二维网格化的波阻抗差值的一种实施例结构示意图；

图5是本发明建立的一种近地表地球物理模型结构示意图；

图6是采用本发明实施例方法和现有技术方法提取风化层底界面的效果对比图；

图7是本发明提供的一种提取风化层底界面装置的一种实施例方法的模块结构示意图；

图8是本发明所述层析反演单元的一种实施例的模块结构示意图；

图9是本发明所述提取单元的一种实施例的模块结构示意图。

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他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

一般地，速度梯度变化最大的界面为风化层底界面，但是在层析反演后生成的网格近地表结构速度场中，由于有些地层的特殊性，导致沿深度方向速度梯度变化最大的层位可能并不是风化层底界面。本发明实施例中选取波阻抗差值作为区分风化层底界面的参数。波阻抗值差值反映地层波阻抗值的变化，波阻抗值结合了地层的速度和密度两个地质参数，与地层的密度与速度的乘积成正比。因此，相对于速度梯度，波阻抗差值更能反映近地表结构的变化，因此更能精确区分风化层顶界面。

基于上述原理，本发明提供一种提取风化层底界面的方法和装置。图1是本发明提供的提取风化层底界面方法的一种实施例的方法流程图，如图1所示，所述方法可以包括以下步骤：

步骤S1：对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成近地表结构速度场。

初值波层析反演可以把近地表纵横向(水平方向和深度方向)划分成网格，利用地震波从炮点传播到检波点的初至时间反演网格的速度。图2是本发明所述初至波层析反演一种实施例的方法流程图，如图2所示，具体可以包括以下步骤：

步骤S11：利用目标地层的野外地震采集数据，拾取炮集的初至时间。

在进行层析反演之前，可以对初至波进行初至检测，初至波初至检测可以在炮集上拾取初至时间，作为层析反演的原始初至数据。

步骤S12：对所述初至时间进行层析反演，生成网格化的近地表结构速度场。

利用层析反演技术求取近地表结构速度场通常是在已知初至波的走时的情况下求解的。初至波的走时可以是对介质慢度函数沿射线路径的线积分，具体表达式如下：

T＝∫S(x,z)dl (1)

式中，S(x,z)可以为地下介质的慢度函数，dl可以为射线路径的微分，T可以为初至波从炮点s到接收点r的旅行时。

将(1)式离散后，可写成如下代数方程组(2)的矩阵形式：

T＝AS (2)

式中，T可以为炮点到接收点的走时矩阵，S可以为介质的慢度矩阵，A可以为与射线路径有关的距离矩阵。

在慢度函数S(x,z)已知的条件下，可以利用多种方法求出初至波的走时矩阵T和距离矩阵。反演则可以在已知初至波的走时矩阵的情况下反推慢度函数S(x,z)。由于距离矩阵A未知，可以先对慢度矩阵S做出假设，利用正演求得距离矩阵A和走时矩阵T，通过比较实际的和正演走时得到的走时差矩阵ΔT，从而求得对慢度矩阵的修正量ΔS，表达式如下式(3)：

ΔT＝AΔS (3)

上式(3)中，走时差矩阵ΔT和距离矩阵A已知，可以求出慢度矩阵的修正量ΔS。利用慢度矩阵的修正量ΔS对慢度矩阵S进行修正后得到新的慢度矩阵S，再通过正演求得新的距离矩阵A和走时差矩阵ΔT，从而求得对慢度矩阵S的新的修真量ΔS。如此反复，直至走时差矩阵ΔT达到目标精度为止。此时，得到的慢度矩阵S可以确定为目标地层的近地表结构速度场。

步骤S2：根据所述近地表结构速度场，计算目标地层的波阻抗差数据。

根据上述分析可知，波阻抗差更能反映近地表结构的变化，更能精确区分风化层和基岩层，因此，在步骤S2中，可以通过近地表结构速度场计算目标地层的波阻抗差数据。层析反演将地质模型假设为由网格化速度单元组成，每个单元可以是常速，单元与单元之间的速度可以不相同。根据初至波层析反演得到的近地表结构速度场可以是二维平面速度场，也可以是三维空间层速度场。所述计算所述目标地层的波阻抗差数据包括：

计算所述目的地层中的网格单元的波阻抗差值，所述网格单元的波阻抗差值包括网格单元和与所述网格单元相邻层位的网格单元的波阻抗值的差值。

下面可以通过表达公式具体说明，沿深度方向上将某一个网格单元划分为N层，假设v_j，v_j-1分别是该网格单元沿深度方向上第j，j-1层的层速度，ρ_j，ρ_j-1分别是该网格单元沿深度方向上第j，j-1层的密度，那么该网格单元沿深度方向第j层的波阻抗差w_j的表达式为式(4)：

w_j＝ρ_jv_j-ρ_j-1v_j-1 (4)

其中，密度ρ_j，ρ_j-1根据经验公式计算得到。

相应地，根据二维平面速度场计算得到的可以是二维波阻抗差剖面，根据三维空间层速度场计算得到的可以是三维波阻抗差数据体。

步骤S3：将所述波阻抗差数据中的波阻抗差最大值对应的层位作为目标地层的风化层底界面。

波阻抗差值可以反映波阻抗值的变化程度，在风化层和基岩层界面，波阻抗差值发生突变，也就是说，在风化层底界面，波阻抗差可以达到最大值。寻找波阻抗值达到最大值的界面，将所述界面作为风化层底界面，可以实现本发明的发明目的。图3是本发明所述将波阻抗差最大值对应的层位作为风化层底界面一种实施例的方法流程图，如图3所示，包括：

步骤S31：确定目标地层沿深度方向上波阻抗差值最大的网格单元。

对目的地层的初至时间进行初至波层析反演后，获得的是网格化的速度场数据，因此波阻抗差数据也是网格化的。在网格化的波阻抗数据中，网格单元沿着深度方向被分成N层，因此可以生成N个网格单元，并且每个网格单元可以对应着一个波阻抗差值。比较这N个网格单元的波阻抗差值，确定沿深度方向上波阻抗差值最大的网格单元。图4是本发明提供的二维网格化的波阻抗差值的一种实施例结构示意图，如图4所示，在近地表以下，在水平反向和深度方向的直角坐标系中划分若干个网格单元，每个网格单元对应着一个波阻抗值，按照步骤S31提供的方法，在所述二维网格化的波阻抗差值分布图中沿深度方向选取波阻抗差值最大的网格单元，如图4中黑色矩形块所示。

步骤S32：将所述波阻抗差值最大的网格单元连接成网格界面，将所述网格界面作为所述目标地层的风化层底界面。

将所述网格单元连接起来，当所述波阻抗差为二维波阻抗差剖面时，所述网格界面包括线状界面；当所述波阻抗差为三维波阻抗差数据体时，所述网格界面包括面状界面。将所述网格界面作为目标地层的风化层底界面。在图4所示的波阻抗差值分布图中，可以将黑泽矩形块平滑连接的网格界面作为目标地层的风化层底界面。

利用本发明实施例提供的提取风化层底界面的方法，通过对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演后，获取目标地层的地表结构速度场，根据所述地表结构速度场，计算目标地层的二维波阻抗差剖面或者三维波阻抗差数据体，将波阻抗差最大值对应的层位作为目标地层的风化层底界面。由于波阻抗值结合了地层的速度和密度两种地质参数，所述速度和密度参数在一定程度上可以明确区分风化层和基岩层，因此，波阻抗值的突变即波阻抗差值的最大值可以用来区分风化层和基岩层，也就是可以用来提取所述风化层底界面。相对于现有技术利用传统经验方式的提取方法，本发明实施例提供的提取风化层底界面的方法误差更小，精度更高。

下面通过一个模型验证上述实施例方法的效果，首先建立一个两层结构(低速500m/s、高速2500m/s，地表以下深层是4000m/s)楔形变化的近地表地球物理模型，图5是所述近地表地球物理模型结构示意图。通过对所述模型正演获得炮集记录，拾取初至波信息后，利用初至波层析方法进行反演，获得近地表结构速度场。利用经验公式计算波阻抗差获得波阻抗差剖面，选择波阻抗差的最大值为高速顶界面。此外，还采用传统经验值方法，将恒速2500m/s内插界面作为高速顶界面。图6是采用本发明实施例方法和现有技术方法提取风化层底界面的效果对比图，其中，(A)是地面高程，(B)是模型的实际风化层底界面，(C)是利用本发明实施例方法提取的风化层底界面，(D)是利用现有技术方法提取的风化层底界面。通过对比发现：通过本发明实施例方法和现有技术方法提取的高速顶界面差异较大，与实际风化层底界面对比，本发明实施例方法提取的高速顶界面误差小，精度更高。

本发明另一方面还提供一种提取风化层底界面的装置，图7是本发明提供的提取风化层底界面装置的一种实施例的模块结构示意图，结合附图7，该装置70包括层析反演单元71、波阻抗差计算单元72和提取单元73，其中，

层析反演单元71，用于对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成近地表结构速度场。

波阻抗差计算单元72，用于根据所述近地表结构速度场，计算所述目标地层的波阻抗差数据。

提取单元73，用于将所述波阻抗差数据中的波阻抗差最大值对应的层位作为所述目标地层的风化层底界面。

在本发明另一实施例中，所述层析反演单元71还包括拾取单元和速度场生成单元，图8是本发明所述层析反演单元71的一种实施例的模块结构示意图，其中，

拾取单元81，用于利用目标地层的野外地震采集数据，拾取炮集的初至时间。

速度场生成单元82，用于对所述初至时间进行层析反演，生成网格化的近地表结构速度场。

在本发明另一实施例中，所述提取单元73还包括确定单元和风化层底界面确定单元，图9是本发明所述提取单元73的一种实施例的模块结构示意图，其中，

确定单元91，用于确定目标地层沿深度方向上波阻抗差值最大的网格单元。

风化层底界面确定单元92，用于将所述波阻抗差值最大的网格单元连接成网格界面，将所述网格界面作为所述目标地层的风化层底界面。

利用本发明实施例提供的提取风化层底界面的装置，通过层析反演单元对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演后，获取目标地层的地表结构速度场，波阻抗差计算单元根据所述地表结构速度场，计算目标地层的二维波阻抗差剖面或者三维波阻抗差数据体，将波阻抗差最大值对应的层位作为目标地层的风化层底界面。由于波阻抗值结合了地层的速度和密度两种地质参数，所述速度和密度参数在一定程度上可以明确区分风化层和基岩层，因此，波阻抗值的突变即波阻抗差值的最大值可以用来区分风化层和基岩层，也就是可以用来提取所述风化层底界面。相对于现有技术利用传统经验方式的提取装置，本发明实施例提供的提取风化层底界面的装置误差更小，精度更高。

虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。

上述实施例阐明的装置或模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。当然，也可以将实现某功能的模块由多个子模块或子单元组合实现。

本申请中所述的方法、装置或模块可以以计算机可读程序代码方式实现控制器按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请所述装置中的部分模块可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的硬件的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，也可以通过数据迁移的实施过程中体现出来。该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请的全部或者部分可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、移动通信终端、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (8)

1.一种提取风化层底界面的方法，其特征在于，所述方法包括：

对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成网格化的近地表结构速度场；

根据所述网格化的近地表结构速度场计算所述目标地层网格化的波阻抗差数据；

确定目标地层沿深度方向上波阻抗差值最大的网格单元；

将所述波阻抗差值最大的网格单元连接成网格界面，将所述网格界面作为所述目标地层的风化层底界面。

2.根据权利要求1所述的一种提取风化层底界面的方法，其特征在于，所述计算所述目标地层的波阻抗差数据包括：

计算所述目标地层中的网格单元与沿深度方向的相邻网格单元的波阻抗值的差值。

3.根据权利要求1所述的一种提取风化层底界面的方法，其特征在于，所述对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成近地表结构速度场，包括：

利用目标地层的野外地震采集数据，拾取炮集的初至时间；

对所述初至时间进行层析反演，生成网格化的近地表结构速度场。

4.根据权利要求1所述的一种提取风化层底界面的方法，其特征在于，所述波阻抗差数据包括下述中的任意一种：二维波阻抗差剖面、三维波阻抗差数据体。

5.一种提取风化层底界面的装置，其特征在于，所述装置包括：

层析反演单元，用于对目标地层的野外地震采集数据进行初至波层析反演，生成近地表结构速度场；

波阻抗差计算单元，用于根据所述近地表结构速度场，计算所述目标地层的波阻抗差数据；

提取单元，用于将所述波阻抗差数据中的波阻抗差最大值对应的层位作为所述目标地层的风化层底界面。

6.根据权利要求5所述的一种提取风化层底界面的装置，其特征在于，所述波阻抗差计算单元，还包括：

计算子单元，用于计算所述目标地层中的网格单元与沿深度方向的相邻网格单元的的波阻抗值的差值。

7.根据权利要求5所述的一种提取风化层底界面的装置，其特征在于，所述层析反演单元包括：

拾取单元，用于利用目标地层的野外地震采集数据，拾取炮集的初至时间；

速度场生成单元，用于对所述初至时间进行层析反演，生成网格化的近地表结构速度场。

8.根据权利要求5所述的一种提取风化层底界面的装置，其特征在于，所述波阻抗差数据包括下述中的任意一种：二维波阻抗差剖面、三维波阻抗差数据体。