CN112987089A - 一种面波频散谱信号增强方法及装置 - Google Patents

一种面波频散谱信号增强方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了面波频散谱信号增强方法及装置，方法包括：获取地震数据；根据所述地震数据确定频散谱；对所述的频散谱进行单频归一化处理；对归一化处理后的频散谱进行频散曲线拾取，生成增强后的面波频散谱信号。本发明的方案增强面波频散谱中的信号，便于离散频散曲线的识别和拾取。

Description

一种面波频散谱信号增强方法及装置
技术领域
本发明涉及地震勘探技术，具体的讲是一种面波频散谱信号增强方法及装置。
背景技术
在地球物理地震勘探中，在使用面波近地表反演建立速度模型时，需要建立频散谱，根据频散谱中的极值分布和趋势，拾取离散的频散曲线，再根据离散的频散曲线反演近地表速度模型。频散谱的成像质量非常关键，它直接影响离散频散曲线的识别和拾取精度，进而影响后续的模型反演精度。
发明内容
为提高一种成像质量高的频散谱，提高模型反演精度，本发明实施例提供了一种面波频散谱信号增强方法，包括：
获取地震数据；
根据所述地震数据确定频散谱；
对所述的频散谱进行单频归一化处理；
对归一化处理后的频散谱进行频散曲线拾取，生成增强后的面波频散谱信号。
本发明实施例中，所述的根据所述地震数据确定频散谱包括：
利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充，将时间域地震数据转换为频率域地震数据；
根据所述频率域地震数据确定频散谱。
本发明实施例中，所述的利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充包括：
根据地震数据的采样数据个数和预设的扩充数据个数特征确定扩充后的数据个数；所述的预设的扩充数据个数特征包括：扩充后的数据个数为最接近且不小于所述地震数据的采样个数的整数，且扩充后的数据个数为2的幂次方；
扩充数据用零填充，将所述的采样数据个数扩充到确定的扩充后的数据个数。
本发明实施例中，所述的利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充还包括：
根据扩充后的数据个数、预设的采样时间间隔确定扩充后的频率域采样间隔；
确定预设的扫描频率间隔小于扩充后的频率域采样间隔，将所述扩充后的数据个数乘以二，直至所述预设的扫描频率间隔不小于扩充后的频率域采样间隔。
本发明实施例中，所述的对所述的频散谱进行单频归一化处理包括：
对所述频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的进行指数函数放大；
确定放大后的频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的最大频谱值；
根据确定的最大频谱值对单一频率进行归一化处理。
同时，本发明还提供一种面波频散谱信号增强装置，包括：
数据获取模块，用于获取地震数据；
频散谱确定模块，用于根据所述地震数据确定频散谱；
归一化处理模块，用于对所述的频散谱进行单频归一化处理；
增强信号确定模块，用于对归一化处理后的频散谱进行频散曲线拾取，生成增强后的面波频散谱信号。
本发明实施例中，所述的频散谱确定模块包括：
扩充单元，用于利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充，将时间域地震数据转换为频率域地震数据；
频散谱确定单元，根据所述频率域地震数据确定频散谱。
本发明实施例中，所述的扩充单元包括：
扩充个数确定单元，用于根据地震数据的采样数据个数和预设的扩充数据个数特征确定扩充后的数据个数；所述的预设的扩充数据个数特征包括：扩充后的数据个数为最接近且不小于所述地震数据的采样个数的整数，且扩充后的数据个数为2的幂次方；
填充单元，扩充数据用零填充，将所述的采样数据个数扩充到确定的扩充后的数据个数。
本发明实施例中，所述的频散谱确定模块还包括：
频率域采样间隔确定单元，用于根据扩充后的数据个数、预设的采样时间间隔确定扩充后的频率域采样间隔；
再扩充单元，所述频率域采样间隔确定单元确定预设的扫描频率间隔小于扩充后的频率域采样间隔，用于将所述扩充后的数据个数乘以二，直至所述预设的扫描频率间隔不小于扩充后的频率域采样间隔。
本发明实施例中，所述的归一化处理模块包括：
放大单元，用于对所述频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的进行指数函数放大；
最大频谱值确定单元，用于确定放大后的频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的最大频谱值；
归一处理单元，用于根据确定的最大频谱值对单一频率进行归一化处理。
同时，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法。
同时，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
本发明是一种通过频率加密和归一化方法来增强面波频散谱信号，增强了面波谱散谱信号，方便离散频散曲线的识别和拾取。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开的一种面波频散谱信号增强方法的流程图；
图2为本发明实施例中的地震数据；
图3为本发明实施例中的频散谱；
图4为本发明实施例中加密频率后的频散谱；
图5为本发明实施例总归一化后频散谱；
图6为本发明实施例中的拾取曲线；
图7为本发明实施例公开的面波频散谱信号增强装置的框图；
图8为本发明实施例中公开的电子设备的框图。
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。
本发明提供一种面波频散谱信号增强方法，如图1所示，该方法包括：
步骤S101，获取地震数据；
步骤S102，根据地震数据确定频散谱；
步骤S103，对频散谱进行单频归一化处理；
步骤S104，对归一化处理后的频散谱进行频散曲线拾取，生成增强后的面波频散谱信号。
本发明实施例中，步骤S102根据地震数据确定频散谱，包括：
利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充，将时间域地震数据转换为频率域地震数据；
根据所述频率域地震数据确定频散谱。
根据地震数据的采样数据个数和预设的扩充数据个数特征确定扩充后的数据个数；所述的预设的扩充数据个数特征包括：扩充后的数据个数为最接近且不小于所述地震数据的采样个数的整数，且扩充后的数据个数为2的幂次方；
扩充数据用零填充，将所述的采样数据个数扩充到确定的扩充后的数据个数。
根据扩充后的数据个数、预设的采样时间间隔确定扩充后的频率域采样间隔；
确定预设的扫描频率间隔小于扩充后的频率域采样间隔，将所述扩充后的数据个数乘以二，直至所述预设的扫描频率间隔不小于扩充后的频率域采样间隔。
如图2所示为某工区用于表层调查的地震数据，数据记录格式是标准的SegY，总道数100道，道间隔1m，最小炮检距1m，采样间隔dt＝0.001s，每道采样点数n＝1201个。对图2所示的地震数据进行面波频散谱信号的增强包括：
步骤1、建立频散谱；
步骤1中，建立频散谱是用常规的方法相移法建立频散谱，即根据频率间隔扩充时间域地震数据，再进行频域转换，生成频散谱。
本实施例中用户给定的起始扫描速度Vs＝50m/s，终止扫描速度Ve＝500m/s,速度扫描间隔Vstep＝5m/s，即Nv＝91个速度；用户给定的起始扫描频率Fs＝1Hz，终止扫描频率Fe＝80Hz。
用FFT(快速傅里叶变换)方法把时间域的地震数据变化到频率域时，根据用户给定的频率扫描间隔Fstep，把用户使用的数据n个扩展到m个，扩展的数据用零填充。
本实施例中，FFT变化后频率域的频率间隔df由如下公式确定：
df＝1.0/(m*dt) (1)
在(1)中，dt为地震数据中采样间隔，用户使用的采样数据个数n＝1201，FFT变化使用的数据个数m。本实施例中m有三个特征，一是m是最接近n的一个整数，二是m>＝n，三是m是2的幂次方。在FFT变化时，扩展的超出n部分的数据用零填充。
扩展m的方法由如下式(2)确定：
m＝m*2 (2)
用户给定的扫描频率间隔是Fstep＝0.5Hz，在FFT变化时，使用全部n＝1201个数据，扩展数据后个数为m＝2048，扩展的数据用零填充。扩展后频率域的采样间隔df＝0.488Hz,小于用户给定的0.5Hz。FFT变化后，频散谱中161个频率，变化后的频散谱参见图3所示。
用户给定的扫描频率间隔是Fstep＝0.25Hz，即加密频率，在FFT变化时，使用全部n＝1201个数据，扩展数据后个数为m＝4096，扩展的数据用零填充。扩展后频率域的采样间隔df＝0.244Hz,小于用户给定的0.25Hz。FFT变化后，频散谱中323个频率，变化后的频散谱参见图4。
步骤2、单频归一化；
步骤2所述的单频归一化有如下特征：
t1:在频散谱中，在相同频率、不同速度的一组频谱值arr进行指数函数放大：
arrA[i]＝arr[i]b (3)
在公式(3)中，i＝0、1……Nv-1；b是用户给定的放大系数。
t2:在频散谱中，在相同频率、不同速度的一组频谱值arrA中找出数值最大值Max,由如下公式进行归一化：
arrB[i]＝arrA[i]/Max (4)
在公式(4)中，i＝0、1……Nv-1。
t3:重复t1-t2，对所有频率都进行归一化计算。
归一化后的频散图参见图5所示。
进行归一化处理后，增强频谱图的显示效果，方便用户识别和拾取频散曲线。
步骤3、频散曲线拾取；
步骤3中频散曲线拾取指在频散谱上，根据预设的拾取标准，拾取有用的离散的频率-速度值，用于反演，拾取的结果参见图6中的黑点601。上述方法，实现了频率域的加密，增强了频散谱中有用信号的显示，方便离散频散的识别和拾取。如果在频散谱中频率不加密，则在图中频率方向，频率的间隔很大，如一个块状，图的精度低，不利于频散拾取和反演的精度，应该在频率方向间隔小些。在时间域地震数据中把数据进行扩充，实现频率间隔小。
另外再用归一化方法，把不同频率对应的谱最大值归一，增强了在频散谱的显示效果，方便技术人员对有用频散的识别和拾取。本发明是一种通过频率加密和归一化方法来增强面波频散谱信号的方法。本发明增强了面波谱散谱信号，方便离散频散曲线的识别和拾取。
本发明还提供一种面波频散谱信号增强装置，如图7所示包括：
数据获取模块701，用于获取地震数据；
频散谱确定模块702，用于根据所述地震数据确定频散谱；
归一化处理模块703，用于对频散谱进行单频归一化处理；
增强信号确定模块704，用于对归一化处理后的频散谱进行频散曲线拾取，生成增强后的面波频散谱信号。
其中，频散谱确定模块702包括：
扩充单元，用于利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充，将时间域地震数据转换为频率域地震数据；
频散谱确定单元，根据所述频率域地震数据确定频散谱。
本发明实施例中，所述的扩充单元包括：
扩充个数确定单元，用于根据地震数据的采样数据个数和预设的扩充数据个数特征确定扩充后的数据个数；所述的预设的扩充数据个数特征包括：扩充后的数据个数为最接近且不小于所述地震数据的采样个数的整数，且扩充后的数据个数为2的幂次方；
填充单元，扩充数据用零填充，将所述的采样数据个数扩充到确定的扩充后的数据个数。
本发明实施例中，所述的频散谱确定模块还包括：
频率域采样间隔确定单元，用于根据扩充后的数据个数、预设的采样时间间隔确定扩充后的频率域采样间隔；
再扩充单元，所述频率域采样间隔确定单元确定预设的扫描频率间隔小于扩充后的频率域采样间隔，用于将所述扩充后的数据个数乘以二，直至所述预设的扫描频率间隔不小于扩充后的频率域采样间隔。
本发明实施例中，所述的归一化处理模块包括：
放大单元，用于对所述频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的进行指数函数放大；
最大频谱值确定单元，用于确定放大后的频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的最大频谱值；
归一处理单元，用于根据确定的最大频谱值对单一频率进行归一化处理。
本实施例还提供一种电子设备，该电子设备可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。该电子设备被配置为可执行前述的面波频散曲线拾取功能，在本实施例中，该电子设备可以参照前述方法的实施其内容被合并于此，重复之处不再赘述。
图8为本发明实施例的电子设备600的系统构成的示意框图。如图8所示，该电子设备600可以包括中央处理器100和存储器140；存储器140耦合到中央处理器100。值得注意的是，该图是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
一实施例中，面波频散曲线拾取功能可以被集成到中央处理器100中。其中，中央处理器100可以被配置为进行如下控制：
获取地震数据；
根据所述地震数据确定频散谱；
对所述的频散谱进行单频归一化处理；
对归一化处理后的频散谱进行频散曲线拾取，生成增强后的面波频散谱信号。
其中，所述的根据所述地震数据确定频散谱包括：
利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充，将时间域地震数据转换为频率域地震数据；
根据所述频率域地震数据确定频散谱。
其中，所述的利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充包括：
根据地震数据的采样数据个数和预设的扩充数据个数特征确定扩充后的数据个数；所述的预设的扩充数据个数特征包括：扩充后的数据个数为最接近且不小于所述地震数据的采样个数的整数，且扩充后的数据个数为2的幂次方；
扩充数据用零填充，将所述的采样数据个数扩充到确定的扩充后的数据个数。
其中，所述的利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充还包括：
根据扩充后的数据个数、预设的采样时间间隔确定扩充后的频率域采样间隔；
确定预设的扫描频率间隔小于扩充后的频率域采样间隔，将所述扩充后的数据个数乘以二，直至所述预设的扫描频率间隔不小于扩充后的频率域采样间隔。
其中，所述的对所述的频散谱进行单频归一化处理包括：
对所述频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的进行指数函数放大；
确定放大后的频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的最大频谱值；
根据确定的最大频谱值对单一频率进行归一化处理。
如图8所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图8中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图8中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图8所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。
本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在电子设备中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述电子设备中执行如上面实施例所述的面波频散谱信息增强方法。
本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在电子设备中执行上面实施例所述的面波频散谱信息增强。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种面波频散谱信号增强方法，其特征在于，所述的方法包括：
获取地震数据；
根据所述地震数据确定频散谱；
对所述的频散谱进行单频归一化处理；
对归一化处理后的频散谱进行频散曲线拾取，生成增强后的面波频散谱信号。
2.如权利要求1所述的面波频散谱信号增强方法，其特征在于，所述的根据所述地震数据确定频散谱包括：
利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充，将时间域地震数据转换为频率域地震数据；
根据所述频率域地震数据确定频散谱。
3.如权利要求2所述的面波频散谱信号增强方法，其特征在于，所述的利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充包括：
根据地震数据的采样数据个数和预设的扩充数据个数特征确定扩充后的数据个数；所述的预设的扩充数据个数特征包括：扩充后的数据个数为最接近且不小于所述地震数据的采样个数的整数，且扩充后的数据个数为2的幂次方；
扩充数据用零填充，将所述的采样数据个数扩充到确定的扩充后的数据个数。
4.如权利要求3所述的面波频散谱信号增强方法，其特征在于，所述的利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充还包括：
根据扩充后的数据个数、预设的采样时间间隔确定扩充后的频率域采样间隔；
确定预设的扫描频率间隔小于扩充后的频率域采样间隔，将所述扩充后的数据个数乘以二，直至所述预设的扫描频率间隔不小于扩充后的频率域采样间隔。
5.如权利要求1所述的面波频散谱信号增强方法，其特征在于，所述的对所述的频散谱进行单频归一化处理包括：
对所述频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的进行指数函数放大；
确定放大后的频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的最大频谱值；
根据确定的最大频谱值对单一频率进行归一化处理。
6.一种面波频散谱信号增强装置，其特征在于，所述的装置包括：
数据获取模块，用于获取地震数据；
频散谱确定模块，用于根据所述地震数据确定频散谱；
归一化处理模块，用于对所述的频散谱进行单频归一化处理；
增强信号确定模块，用于对归一化处理后的频散谱进行频散曲线拾取，生成增强后的面波频散谱信号。
7.如权利要求6所述的面波频散谱信号增强装置，其特征在于，所述的频散谱确定模块包括：
扩充单元，用于利用预设的频率扫描间隔，对地震数据进行扩充，将时间域地震数据转换为频率域地震数据；
频散谱确定单元，根据所述频率域地震数据确定频散谱。
8.如权利要求7所述的面波频散谱信号增强装置，其特征在于，所述的扩充单元包括：
扩充个数确定单元，用于根据地震数据的采样数据个数和预设的扩充数据个数特征确定扩充后的数据个数；所述的预设的扩充数据个数特征包括：扩充后的数据个数为最接近且不小于所述地震数据的采样个数的整数，且扩充后的数据个数为2的幂次方；
填充单元，扩充数据用零填充，将所述的采样数据个数扩充到确定的扩充后的数据个数。
9.如权利要求8所述的面波频散谱信号增强装置，其特征在于，所述的频散谱确定模块还包括：
频率域采样间隔确定单元，用于根据扩充后的数据个数、预设的采样时间间隔确定扩充后的频率域采样间隔；
再扩充单元，所述频率域采样间隔确定单元确定预设的扫描频率间隔小于扩充后的频率域采样间隔，用于将所述扩充后的数据个数乘以二，直至所述预设的扫描频率间隔不小于扩充后的频率域采样间隔。
10.如权利要求6所述的面波频散谱信号增强装置，其特征在于，所述的归一化处理模块包括：
放大单元，用于对所述频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的进行指数函数放大；
最大频谱值确定单元，用于确定放大后的频散谱中在相同频率、不同速度的频谱值的最大频谱值；
归一处理单元，用于根据确定的最大频谱值对单一频率进行归一化处理。
11.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一所述方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至5任一所述方法的计算机程序。
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