CN113687416A - 一种针对倾斜金属矿体成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对倾斜金属矿体成像方法，具体包括以下步骤：S1、将采集的炮集域双曲线形式地震数据进行预处理；S2、将预处理后的地震数据进行处理域转换，得到拉冬域形式地震数据及对应的速度参数；S3、基于预处理后的地震数据和拉冬域形式地震数据，对拉冬域形式地震数据中的顶点进行约束；S4、对约束后的顶点进行动校验证；S5、确定动校验证合格后的顶点是否充足；S6、对每炮地震数据震源点附近范围内的顶点进行成像范围排除，利用剩余的绕射波数据与对应的速度参数进行成像，得到倾斜金属矿体的成像结果。本发明将作为小尺度、不连续地质体直接指示的绕射波用于成像，可以比传统反射波成像方法呈现更好的效果。

Description

一种针对倾斜金属矿体成像方法

技术领域

本发明涉及金属矿地震勘探技术领域，特别是涉及一种针对倾斜金属矿体成像方法。

背景技术

近年来，金属矿产的勘探和开发逐渐向深部转变，与常规金属矿勘探技术相比，地震勘探技术可根据地震波的运动学、动力学特征，对地下深层构造进行勘探，刻画深部矿体的分布，成为了深部金属矿勘探的重要手段。

在金属矿勘探中，矿体的规模较小，形状不规则，特别是当矿体倾角较大时，地震勘探中通常采用的反射波成像方法主要反映大规模构造和连续地质界面的特征，无法刻画此类矿体的精细结构。

因此，亟需一种针对倾斜金属矿体成像方法来刻画矿体的精细结构成为研究人员热门的话题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对倾斜金属矿体成像方法，通过对地震波成像过程进行改进，以解决当矿体倾角较大时，传统的反射波成像方法无法刻画矿体的精细结构的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种针对倾斜金属矿体成像方法，具体包括以下步骤：

S1、采集炮集域的双曲线形式地震数据作为原始地震数据，并对所述原始地震数据进行预处理；

S2、将预处理后的地震数据进行处理域转换，得到拉冬域形式地震数据及对应的速度参数；

S3、基于所述预处理后的地震数据和所述拉冬域形式地震数据，对所述拉冬域形式地震数据中的顶点进行约束；

S4、对约束后的顶点进行动校验证；

S5、确定动校验证合格后的顶点是否充足；

S6、基于所述S5，对每炮地震数据震源点附近范围内的顶点进行成像范围排除，利用剩余的绕射波数据与对应的速度参数进行成像，得到倾斜金属矿体的成像结果。

优选的，对所述原始地震数据进行预处理具体为：

将所述原始地震数据通过中值滤波进行噪声压制，并利用高斯导数算子进行有效信号增强。

优选的，所述预处理后的地震数据是采用顶点移动拉冬变换进行处理域转换。

优选的，所述顶点移动拉冬变换的表达式为：

其中，f(i,j)为转换前炮集域双曲线形式地震数据，i和j分别为转换前炮集域双曲线的横轴和纵轴坐标；δ为狄拉克函数；ξ为具有三个参数(i₀,j₀,v)的双曲路径；m(i₀,j₀)为最终获取的拉冬域形式地震数据，i₀和j₀分别为转换后炮集域双曲线的横轴和纵轴坐标；dx为检波器的间距；dt为检波器的采样间隔；(i₀,j₀)为双曲线顶点位置；j_s为震源位置；j_r为检波器位置；v为均方根速度。

优选的，所述S3具体为：

根据所述预处理后的地震数据和所述拉冬域形式的地震数据来计算局部相似系数，并根据所述局部相似系数构建阈值函数，高于阈值的予以保留，低于阈值的赋值为零，依次对顶点移动拉冬变化得到的拉冬域形式地震数据中的顶点进行约束。

优选的，所述局部相似系数的计算表达式为：

L₁＝[λ₁ ²I+S(M_j ^TM_j-λ₁ ²I)]^-1SM_j ^Tf_j··········(4)

L₂＝[λ₂ ²I+S(F_j ^TF_j-λ₂ ²I)]^-1SF_j ^Tm_j··········(5)

其中，Local为求取的局部相关系数；L₁、L₁分别为中间变量；f_j代表输入炮集数据的一道；m_j为输入的拉冬域数据的一道；F_j、M_j为数据的对角矩阵形式；I为维度与M_j ^TM_j相同的单位矩阵；S为圆滑算子；λ₁、λ₂分别为控制反演速度的参数。

优选的，所述阈值函数的计算表达式为：

其中，Apex(t,x)为局部相似谱的高通低截处理得到的顶点的空间位置；s_h为高通阈值参数；s_l为低截阈值参数。

优选的，所述S4具体为：

对约束后的顶点对应的双曲线及速度参数进行动校验证，观察双曲线是否被校平；若成功校平，则说明选取速度适合；否则，重新选取速度。

优选的，所述S5具体为：

确定动校验证合格后的顶点是否充足，若充足，则执行S6；若不充足，将取出顶点位置的地震曲线从原始数据中去除，将新的数据作为输入数据重复S2～S5，直至求取充足的顶点和对应的速度参数

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明不再采用传统的反射地震波成像方法，通过对成像过程的修改，将成像的有效信号选择了绕射波，成功利用绕射波善于刻画小尺度、不连续地质体的优点，解决了在金属矿勘探中，矿体的规模较小，形状不规则，特别是当矿体倾角较大时，无法刻画矿体内部结构的问题。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明实施例的倾斜金属矿体模型示意图；

图3为本发明实施例的顶点确认过程示意图；其中，(a)为原始输入的数据图；(b)为第一次选取出的地震同相轴的数据图；(c)为同相轴所确定的顶点位置图；

图4为本发明实施例的动校验证确认结果图；其中，(a)为使用3500m/s的速度对同相轴进行动校正结果图；(b)为使用4100m/s的速度进行动校正结果图；(c)为使用6000m/s的速度进行动校正结果图；

图5为本发明实施例的顶点拾取结果图。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参照图1所示，本发明提出一种针对倾斜金属矿体成像方法，并将该方法应用于倾斜金属矿体模型测试，参照图2所示，道间距(检波器间的距离)为20m，炮间距也是20，检波器不动炮点动，采样间隔为0.002s。

具体包括以下步骤：

S1、采集数据和数据预处理：采集炮集域的双曲线形式地震数据作为原始地震数据；并对采集的原始地震数据进行前期预处理工作，压制噪声，增强有效信号。本发明选取中值滤波压制噪声，利用高斯导数算子增强有效信号。

S2、处理域转换：对预处理后的炮集域双曲线形式地震数据进行顶点移动拉冬变换，当选取的速度合适时，双曲线会收敛，收敛位置就是地质体位置，通过顶点移动拉冬变换可以获得地震数据的拉冬域形式以及其对应的速度参数。

其中，顶点移动拉冬变换的表达式为：

其中，由于传统炮集域通常以时间为纵轴，距离为横轴，因此(i，j)为转换前炮集域双曲线的坐标，i为纵轴，j为横轴坐标；f(i,j)为炮集域双曲线形式地震数据；δ为狄拉克函数，ξ为具有三个参数(i₀,j₀,v)的双曲路径；(i₀,j₀)为转换后拉冬域双曲线顶点位置，i₀为纵轴方向坐标，j₀为横轴坐标；m(i₀,j₀)为最终获取的拉冬域形式地震数据；dx为检波器的间距；dt为检波器的采样间隔；j_s为震源位置，在震源视为地表激发，深度为0，因此j_s代表其在地表的位置信息；j_r为检波器位置，在勘探中将检波器埋深同样视为0，因此j_r代表检波器在地表的位置信息；v为均方根速度。

S3、顶点约束：由于实际数据的复杂性，顶点移动拉动变换并不能将数据完美的收敛为一个点，为了获取到的位置更为准确，对预处理后的炮集域双曲线形式的地震数据(即，炮集数据)与拉冬域形式的地震数据(即，拉东域数据)求取局部相似系数，并依据局部相似系数构建阈值函数，高于阈值的予以保留，低于阈值的赋值为零，依次对顶点移动拉冬变化求取出的顶点进行约束。

所述局部相似系数的计算表达式为：

L₁＝[λ₁ ²I+S(M_j ^TM_j-λ₁ ²I)]^-1SM_j ^Tf_j··········(4)

L₂＝[λ₂ ²I+S(F_j ^TF_j-λ₂ ²I)]^-1SF_j ^Tm_j··········(5)

其中，Local为求取的局部相关系数；L₁、L₁分别为中间变量；f_j代表输入炮集数据的一道；m_j为输入的拉冬域数据的一道；F_j、M_j为数据的对角矩阵形式；I为维度与M_j ^TM_j相同的单位矩阵；S为圆滑算子；λ₁、λ₂分别为控制反演速度的参数，一般取F_j、M_j的最大特征值的10％；

所述阈值函数的表达式为：

其中，Apex(t,x)为局部相似谱的高通低截处理得到的顶点的空间位置；s_h为高通阈值参数；s_l为低截阈值参数。具体值的选取可视情况进行调整，高通阈值设置的越高则保留的要求就越严格，顶点确认过程参照图3所示，其中，图3(a)为原始输入的数据图；图3(b)为第一次选取出的地震同相轴时的数据图；图3(c)为同相轴所确定的顶点位置图。

S4、动校验证：对顶点对应双曲线使用其对应的速度参数进行动校正，观察双曲线是否被校平。如成功校平，则说明选取速度适合，否则需重新选取速度，参照图4所示的动校验证确认结果图，其中，图4(a)为使用3500m/s的速度对同相轴进行动校正的结果图；(b)为使用4100m/s的速度进行动校正的结果图；(c)为使用6000m/s的速度进行动校正的结果，由图4可以看到只有当选取速度为较为合适的4100m/s时，双曲线被校平，而速度过大或过小，均无法校平。实验结果表明，只有使用的动校正速度符合地层速度时，同相轴才可以被校平。

S5、确定动校验证合格后的顶点是否充足，若充足，则执行S6；若不充足，则进行迭代计算，将取出顶点位置的地震曲线从原始数据中去除，将新的数据作为输入数据重复S2至S5，直至求取出足够多的顶点和对应的速度参数。

S6、绕射波成像：对每炮数据震源点附近一定范围内的顶点排除出成像范围，以完成反射波与绕射波的分离，应用剩余绕射波数据与对应的速度参数进行成像，获得较好的倾斜金属矿体的成像结果。最终结果参照图5所示，图中小圆圈为拾取出的绕射波点，与模型吻合良好，通过这些点进行成像，可以获得比传统反射波成像更好的成像结果。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、采集炮集域的双曲线形式地震数据作为原始地震数据，并对所述原始地震数据进行预处理；

S2、将预处理后的地震数据进行处理域转换，得到拉冬域形式地震数据及对应的速度参数；

S3、基于所述预处理后的地震数据和所述拉冬域形式地震数据，对所述拉冬域形式地震数据中的顶点进行约束；

S4、对约束后的顶点进行动校验证；

S5、确定动校验证合格后的顶点是否充足；

S6、基于所述S5，对每炮地震数据震源点附近范围内的顶点进行成像范围排除，利用剩余的绕射波数据与对应的速度参数进行成像，得到倾斜金属矿体的成像结果。

2.根据权利要求1所述的针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，对所述原始地震数据进行预处理具体为：

将所述原始地震数据通过中值滤波进行噪声压制，并利用高斯导数算子进行有效信号增强。

3.根据权利要求1所述的针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，所述预处理后的地震数据是采用顶点移动拉冬变换进行处理域转换。

4.根据权利要求3所述的针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，所述顶点移动拉冬变换的表达式为：

其中，f(i,j)为转换前炮集域双曲线形式地震数据，i和j分别为转换前炮集域双曲线的横轴和纵轴坐标；δ为狄拉克函数；ξ为具有三个参数(i₀,j₀,v)的双曲路径；m(i₀,j₀)为最终获取的拉冬域形式地震数据，i₀和j₀分别为转换后炮集域双曲线的横轴和纵轴坐标；dx为检波器的间距；dt为检波器的采样间隔；(i₀,j₀)为双曲线顶点位置；j_s为震源位置；j_r为检波器位置；v为均方根速度。

5.根据权利要求1所述的针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，所述S3具体为：

根据所述预处理后的地震数据和所述拉冬域形式的地震数据来计算局部相似系数，并根据所述局部相似系数构建阈值函数，高于阈值的予以保留，低于阈值的赋值为零，依次对顶点移动拉冬变化得到的拉冬域形式地震数据中的顶点进行约束。

6.根据权利要求5所述的针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，所述局部相似系数的计算表达式为：

L₁＝[λ₁ ²I+S(M_j ^TM_j-λ₁ ²I)]^-1SM_j ^Tf_j··········(4)

L₂＝[λ₂ ²I+S(F_j ^TF_j-λ₂ ²I)]^-1SF_j ^Tm_j··········(5)

其中，Local为求取的局部相关系数；L₁、L₁分别为中间变量；f_j代表输入炮集数据的一道；m_j为输入的拉冬域数据的一道；F_j、M_j为数据的对角矩阵形式；I为维度与M_j ^TM_j相同的单位矩阵；S为圆滑算子；λ₁、λ₂分别为控制反演速度的参数。

7.根据权利要求5所述的针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，所述阈值函数的计算表达式为：

其中，Apex(t,x)为局部相似谱的高通低截处理得到的顶点的空间位置；s_h为高通阈值参数；s_l为低截阈值参数。

8.根据权利要求1所述的针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，所述S4具体为：

对约束后的顶点对应的双曲线及速度参数进行动校验证，观察双曲线是否被校平；若成功校平，则说明选取速度适合；否则，重新选取速度。

9.根据权利要求1所述的针对倾斜金属矿体成像方法，其特征在于，所述S5具体为：

确定动校验证合格后的顶点是否充足，若充足，则执行S6；若不充足，将取出顶点位置的地震曲线从原始数据中去除，将新的数据作为输入数据重复S2～S5，直至求取充足的顶点和对应的速度参数。

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