CN107918153B - 一种地震信号相干性高精度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于高斯核函数和高阶导数改进的一种地震信号相干性高精度检测方法。在本征值相干算法，又称为第三代相干算法的基础上，将第三代相干数据体与高斯核函数卷积，对得到的新数据体在主测线、联络测线以及时间方向上的求二阶偏导，对求导后的数据求取最大特征值，将该值作为改进算法的最终结果，从而得到新的相干结果。本发明用于进行地震信号的相似性，即相干性检测，从而应用到地下断层、裂缝发育带及一些沉积特征的识别和预测中，且本发明可以更清晰地展现断层的空间展布，反映地下构造及沉积环境的细节特征，对科学研究产生了新的推动作用。

Description

一种地震信号相干性高精度检测方法

技术领域

本发明涉及勘探地震中地震信号属性分析技术领域，更具体的说是涉及一种地震信号相干性高精度检测方法，用于检测地震信号的相似性。

背景技术

随着地震勘探技术的逐渐进步，相干体技术即地震信号的相似性对比技术逐渐脱颖而出，形成一种高效准确并被广泛应用的地震属性解释技术，对于地质构造的识别、地质现象的解释以及隐蔽性油气藏的开发都有一定的积极作用。

1955年Simpson首次提出相邻地震道之间的相干概念，1995年M.Bahorich和S.Farmer正式提出相干在地震数据中的应用，鉴于其在断层解释上的巨大作用，这一理论很快得到发展和应用。

目前，基于归一化的曼哈顿距离相干算法与方差体算法为主流算法，相继更新形成了三种完备的相关算法C1、C2、C3。

其中第一代相干算法C1是基于经典的归一化互相关算法形成的，其主要的处理对象是地震数据体中的地震道之间相似程度，从而得到一个相似度测量值数据体进行展示，其优势在于运算速度快，但其稳定性不高，且抗噪性差。

第二代相干算法C2是一种基于相似性的任意多道相干算法，利用多道相似计算对数据体中同相轴的相似性进行预测，其优势在于处理对象是任意多道地震记录数据，抗噪性强且稳定性高，但是计算量大，对地震剖面的横向变化不明显。

第三代相干算法C3是基于本征值的相干算法，主要是利用协方差矩阵的主特征值来计算相干值，C3对细节刻画比较明显，如能对小断层裂缝的分布以及溶孔、溶洞等进行刻画，但是C3的处理结果存在分辨率不高、地层不连续性刻画不够清晰、断层细节特征模糊的问题。

因此，改进现有的第三代相干算法所存在的不足是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种地震信号相干性高精度检测方法，旨在解决现有的第三代相干算法的处理结果存在分辨率不高，地层不连续性不清晰，断层细节特征模糊的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地震信号相干性高精度检测方法，采集实际地震数据、层位资料、地质资料，先利用第三代相干技术即本征值相干算法对实际地震数据进行处理，再对处理后的结果与高斯核函数做褶积运算，将上述结果数据求取二阶偏导，用以对所采集的数据进行增强和改进处理。

采用上述技术方案的有益效果是：本发明将高斯核函数和二阶偏导应用到地震数据体中，在第三代相干技术的基础上，是把不连续性变化程度弱的区域弱化，最大化体现变化剧烈的区域，突出其形态以及空间位置，大大提高地震相干体的分辨率，使结果更加准确和直观。

进一步地，所述基于高斯核函数及高阶导数改进的相干算法的方法具体包括以下步骤：

步骤一，实际地震数据输入以及数据信息获取，通过程序将实际地震数据读入，获取其文件头和道头的相关信息；

步骤二，设置处理参数；

步骤三，对实际地震数据进行第三代相干算法处理；

步骤四，将步骤三的结果与高斯核函数做褶积运算；

步骤五，对步骤四的结果求取二阶偏导；

步骤六，对步骤五的结果求取最大特征值，作为最终结果。

进一步地，所述步骤一中的相关信息包括：采样间隔、采样点数、inline的起点和终点、crossline的起点和终点。

进一步地，所述步骤二中的参数包括：inline方向上的处理长度、crossline方向上的处理长度以及时间方向上的处理长度。

采用上述技术方案的有益效果是：本发明通过自定义相干处理的空间孔径和时间孔径，来适应空间位置和形态不同的断裂构造以及地层特征，能够增强处理精度和效果，提高分辨率。

进一步地，所述步骤三具体包括：

第一步，读取位于处理窗口里的每一道地震数据，如果处理窗口一部分处于研究区的边界外，则处于边界外的地震道数据取零值；再计算读取的数据的协方差矩阵；

第二步，采用幂法求取第一步中得到的协方差矩阵的最大特征值，如果幂法计算过程中遇到除数为零的情况，则令该协方差矩阵的最大特征值为零；

第三步，将第二步的最大特征值除以第一步的协方差矩阵的迹，如果出现协方差矩阵为零的情况，则令计算的结果为零。

采用上述步骤的有益效果是：本发明考虑地震数据体边界上的情况，对边界上的相干结果进行了细致处理，提高结果精度。

进一步地，所述步骤四具体包括：

第一步，根据高斯核函数公式，调试A、b、c参数的取值，要求保证主值的合理性，确定x的长度，即高斯核函数的长度：

其中，e为自然对数，x为自变量；

第二步，根据下式，用步骤三处理后的地震数据的每一道与第一步产生的高斯核函数做褶积运算。

C_σ＝C_ε*g(x)

其中，C_ε为第三代相干算法处理后的结果，g(x)为高斯核函数。

采用上述步骤的有益效果是：本发明将第三代相干结果与高斯核函数做褶积运算，首先是为了压制第三代相干结果中含有的服从高斯分布的干扰，提高信噪比；其次是为了对不连续性变化强且杂乱的区域进行平滑处理，突出主要特征。

进一步地，所述步骤五具体包括：

第一步，对步骤四得到的结果，在每一道数据的每一个点分别在inline方向、crossline方向、时间方向上，做二阶偏导。

第二步，根据公式，将得到的结果组合成矩阵形式，得到每一个点的二阶偏导结果。

采用上述步骤的有益效果是：本发明将褶积后的结果求取二阶偏导，分别在inline方向、crossline方向以及时间方向上处理，多方向考虑周围数据不连续性的变化趋势，从而使得到的结果更加精确。

进一步地，所述步骤六具体包括：

第一步，将步骤五得到的结果根据下式进行特征分解；

第二步，从第一步中得到的特征值λ₁、λ₂、λ₃中选取绝对值最大的数据作为最终的结果。

采用上述步骤的有益效果是：本发明将二阶偏导的结果进行特征值分解，将最大特征值作为结果，提高了分辨率，增强细节变化。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的是一种地震信号相干性高精度检测方法，根据医学上图像增强的原理，将第三代相干数据体与高斯核函数卷积，对得到的新数据体求二阶偏导，求取其最大特征值，从而得到新的相干结果，可以更清晰地展现断层的空间展布，反映地下构造的细节特征，提高地震相干体的分辨率。

综上所述，与现有技术相比，本发明是把不连续性变化程度弱的区域弱化，最大化体现变化剧烈的区域，突出其形态以及空间位置，进而使得结果更加准确和直观，为勘探地震属性分析领域提供了一种新的方案，进一步推动了科学研究的发展。本发明还为现有的油气地震勘探解释系统提供了一种采用所述的地震信号相干性高精度检测方法，进一步丰富了相关的方法技术。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明一种地震信号相干性高精度检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于高斯核函数和高阶导数改进的高精度地震信号相干性检测方法，它针对三维地震资料的相干属性，在第三代相干算法的基础上进行改进，得到分辨率更好的数据体。该方法效果明显，可以有效地指导地球物理勘探解释的断层刻画和构造细节特征描述。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的一种地震信号相干性高精度检测方法包括以下步骤：

S101：数据输入以及数据信息获取，通过程序将实际地震数据读入，获取其文件头和道头的相关信息，其中包括：采样间隔、采样点数、inline的起点和终点、crossline的起点和终点；

S102：设置处理参数，其中包括：inline方向上的处理长度、crossline方向上的处理长度以及时间方向上的处理长度；

S103：对实际地震数据进行第三代相干算法处理；

S104：将S103的结果与高斯核函数做褶积运算；

S105：对S104的结果求取二阶偏导；

S106：对S105的结果求取最大特征值，得到最终结果。

本发明的具体步骤包括：

(1)实际地震数据输入以及数据信息获取，通过程序将实际地震数据读入，获取地震记录文件头和地震数据道道头的相关信息，其中包括：采样间隔、采样点数、inline的起点和终点、crossline的起点和终点。

(2)设置处理参数，其中包括：inline方向上的处理长度、crossline方向上的处理长度以及时间方向上的处理长度。

(3)对实际地震数据进行第三代相干算法处理；

(3-1)读取位于处理窗口里的每一道地震数据，如果处理窗口一部分处于研究区的边界外，则处于边界外的地震道数据取零值。再计算读取的数据的协方差矩阵；

(3-2)采用幂法求取第一步中得到的协方差矩阵的最大特征值，如果幂法计算过程中遇到除数为零的情况，则令该协方差矩阵的最大特征值为零；

(3-3)将第二步的最大特征值除以第一步的协方差矩阵的迹，如果出现协方差矩阵为零的情况，则令计算的结果为零。

(4)将(3)的结果与高斯核函数做褶积运算；

(4-1)根据高斯核函数公式，调试参数的取值，要求保证主值的合理性，确定高斯核函数的长度；

(4-2)用(3)处理后的地震数据的每一道与第一步产生的高斯核函数做褶积运算。

(5)对(4)的结果求取二阶偏导；

(5-1)对(4)得到的结果，在每一道数据的每一个点分别在inline方向、crossline方向、时间方向上，做二阶偏导；

(5-2)将得到的结果组合成矩阵形式，得到每一个点的二阶偏导结果。

(6)对(5)的结果求取最大特征值，得到最终结果；

(6-1)将(5)得到的结果进行特征分解；

(6-2)从(6-1)中得到的特征值中选取绝对值最大的数据作为最终的结果。

通过理论模型计算和实际资料的应用证明，本发明公开了基于高斯核函数和高阶导数改进和高阶导数的一种相干性高精度检测方法，用于进行地震信号的相似性检测，从而应用到地下断层、裂缝发育带及一些沉积特征的识别和检测中，与现有技术中的第三代相干技术比较，改进算法得出的结果具有两个明显的特点：(1)抗干扰能力得到了增强；(2)地震资料的分辨率得到了提高。

综上所述，本发明可以更清晰地展现断层的空间展布，反映地下构造及沉积环境的细节特征，大大提高了地震相干体的分辨率，完美解决了现有技术中的第三代相干算法的处理结果分别率不高，地层不连续不清晰，断层细节特征模糊的问题，为地震分析研究领域提供了新的手段。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种地震信号相干性高精度检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一，实际地震数据输入以及数据信息获取，通过程序将观测获得的实际地震数据读入，获取地震记录文件头和地震数据道道头的相关信息；

步骤二，设置处理参数，用以自定义相干处理的时间孔径和空间孔径；

所述处理参数包括：inline方向上的处理长度、crossline方向上的处理长度以及时间方向上的处理长度；

步骤三，对实际地震数据进行第三代相干算法处理，用以提高结果精度；

所述步骤三具体包括：

第一步，读取位于处理窗口里的每一道地震数据，如果处理窗口一部分处于研究区的边界外，则处于边界外的地震道数据取零值；再计算读取的数据的协方差矩阵；

第二步，采用幂法求取第一步中得到的协方差矩阵的最大特征值，如果幂法计算过程中遇到除数为零的情况，则令所述协方差矩阵的最大特征值为零；

第三步，将第二步的最大特征值除以所述协方差矩阵的迹，所述协方差如果出现矩阵为零的情况，则令计算的结果为零；

步骤四，将步骤三的结果与高斯核函数做褶积运算，用以提高信噪比；

所述步骤四具体包括：

第一步，根据高斯核函数公式，调试A、b、c参数的取值，要求保证主值的合理性，确定x的长度，即高斯核函数：

其中，e为自然常数，x为自变量；

第二步，根据下式，用步骤三处理后的地震数据的每一道与第一步产生的高斯核函数做褶积运算；

C_σ＝C_ε*g(x)

其中，C_ε为第三代相干算法处理后的结果，g(x)为高斯核函数；

步骤五，对步骤四的结果求取二阶偏导，用以使结果更加精确；

步骤六，对步骤五的结果求取最大特征值，作为最终结果，用以提高分辨率，并增强细节变化。

2.根据权利要求1所述的一种地震信号相干性高精度检测方法，其特征在于，所述步骤一中的相关信息包括：采样间隔、采样点数、inline的起点和终点、crossline的起点和终点。

3.根据权利要求1所述的一种地震信号相干性高精度检测方法，其特征在于，所述步骤五具体包括：

第一步，对步骤四得到的结果，在每一道数据的每一个点分别在inline方向、crossline方向、时间方向上，做二阶偏导；

第二步，根据公式，将得到的结果组合成矩阵形式，得到每一个点的二阶偏导结果。

4.根据权利要求1所述的一种地震信号相干性高精度检测方法，其特征在于，所述步骤六具体包括：

第一步，将步骤五得到的结果根据下式进行特征分解；

第二步，从第一步中得到的特征值λ₁、λ₂、λ₃中选取绝对值最大的数据作为最终的结果。