CN115542408B - 一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，包括：获取电磁信号叠加前测点探测对应的感应电动势数据，并按道集提取分为数组第一数据集D；对任一组第一数据集D进行滤波处理；采用积分离散化将滤波处理后的第一数据集D转化成磁场数据；预设延时道参数；根据延时道参数并从滤波处理后的第一数据集D中获得电磁信号叠加后的数据；按延时抽道对应测点数据得到延时曲线数组T；对电磁信号叠加后的数据行滤波处理，得到延时断面数据；对延时断面数据进行均匀半空间的正演处理，并对延时断面数据进行归一化处理；预设映射比例系数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，求得电阻率的变化率，并进行边缘检测和定区预测。

Description

一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法
技术领域
本发明涉及电磁数据处理技术领域，尤其是一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法。
背景技术
海洋可控源电磁法（MCSEM）在海洋油气勘探、天然气水合物勘探等方面有诸多重要应用。由于MCSEM在油气勘探上的成功应用，石油工业界对相对成熟的频率域海洋可控源电磁法进行了大力推广，而时间域方法的研究相对较少。然而，随着海洋资源勘探以及浅海相关作业的需求，海洋电磁法有往浅海应用偏移的趋势，一维数值模拟研究表明，浅海时间域可控源电磁法相比频率域所受空气波影响更小且对高阻异常体分辨效果更佳，因此频率域的海洋可控源电磁法在浅海工程和浅部资源探测方面的应用方面失去了优势。
其中，海洋电磁快速成像对数据早期处理、粗处理和实时监控阶段有比较重要的意义。在频率域中，海洋电磁快速成像通常会处理数据形成MVO、PVO等曲线反应地下结构电阻率异常，但其不够直观，不能快速直接的反映出异常体的位置和大小。在时间域中，电磁法快速成像通常采用叠加抽道后的数据进行快速定区，在地面瞬变电磁，航空/半航空瞬变电磁中应用较多，在海洋瞬变电磁中还没有成熟的算法和软件系统。
因此，急需要提出一种逻辑简单、准确可靠的海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，本发明采用的技术方案如下：
一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，其包括以下步骤：
获取电磁信号叠加前测点的海洋瞬变电磁探测对应的感应电动势数据，并按道集提取分为数组第一数据集D；
采用均值圆滑滤波或样条插值滤波或高斯滤波对任一组第一数据集D进行滤波处理；
采用积分离散化将滤波处理后的第一数据集D转化成磁场数据；
预设延时道参数；
根据延时道参数并从滤波处理后的第一数据集D中获得电磁信号叠加后的数据
Figure 898283DEST_PATH_IMAGE001
； 按延时抽道对应测点数据得到延时曲线数组T；
采用均值圆滑滤波或样条插值滤波或高斯滤波对电磁信号叠加后的数据
Figure 548707DEST_PATH_IMAGE001
行滤 波处理，得到延时断面数据；
对延时断面数据进行均匀半空间的正演处理，并对延时断面数据进行归一化处理；
预设映射比例系数
Figure 207222DEST_PATH_IMAGE002
，求得电阻率的变化率，并进行边缘检测和定区预测。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明巧妙地对感应电动势数据按道集提取拆分，以便于滤波和后续处理。另 外，本发明巧妙地使用均值圆滑滤波或样条插值滤波或高斯滤波对第一数据集D、电磁信号 叠加后的数据
Figure 372624DEST_PATH_IMAGE001
行滤波处理，其能够快速的去除高频噪声，衰减坏点的影响；
（2）本发明采用积分离散化将滤波处理后的第一数据集D转化成磁场数据，其目的在于，实现高精度的磁场转换过程，磁场数据更利于正反演计算与验证，保证数据处理的准确性；
（3）本发明巧妙地对延时断面数据进行均匀半空间的正演处理，并对延时断面数据进行归一化处理，其采用成像处理和正演分析，提高了数据的可视化，并能对地下典型结构进行快速有效的粗略定性分区，使实际资料处理更直观，更高效；
（4）本发明通过均匀半空间的正演数值的延时断面数据和预处理后的延时断面数据进行归一化计算，瞬变电磁正演数值模拟方法采用先频率域计算，再利用频时转换到时间域，在正演过程中的积分运算采用了汉克尔变换的滤波系数法以提高计算精度；
综上所述，本发明具有逻辑简单、准确可靠等优点，在电磁数据处理技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，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相关的附图。
图1为本发明的逻辑流程图。
图2为本发明的数据预处理延时断面效果图。
图3为本发明的海洋瞬变电磁数据预处理阶段的测点滤波效果图。
图4为图3的局部放大图。
图5为本发明的海洋瞬变电磁数据预处理阶段的测道滤波前数据分布图。
图6为本发明的海洋瞬变电磁数据预处理阶段的测道滤波后数据分布图。
图7为本发明的积分离散化处理的第一效果图。
图8为本发明的积分离散化处理的第二效果图。
图9为本发明的正演数值模拟结果与延时成像结果展示图。
图10为本发明的快速定区成像效果图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本本实施例中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
本实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一目标对象和第二目标对象等是用于区别不同的目标对象，而不是用于描述目标对象的特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个处理单元是指两个或两个以上的处理单元；多个系统是指两个或两个以上的系统。
如图1至图10所示，本实施例提供了一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，其包括以下步骤：
第一步，获取电磁信号叠加前测点的海洋瞬变电磁探测对应的感应电动势数据，将原始二进制的感应电动势数据按道集提取分为数组第一数据集D，其表达式为：
Figure 407576DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 663239DEST_PATH_IMAGE004
表示第一数据集的行数；
Figure 492655DEST_PATH_IMAGE005
表示延时道号；
Figure 348615DEST_PATH_IMAGE006
表示接收机标号；
Figure 187258DEST_PATH_IMAGE007
表示
Figure 343433DEST_PATH_IMAGE008
方向的电场数据；
Figure 858597DEST_PATH_IMAGE009
表示
Figure 670695DEST_PATH_IMAGE008
方向的磁场数据；
Figure 313029DEST_PATH_IMAGE010
表示
Figure 792552DEST_PATH_IMAGE011
方向的磁场数据，
Figure 26087DEST_PATH_IMAGE012
表 示
Figure 338864DEST_PATH_IMAGE013
方向磁场数据。
在本实施例中，共计共M行6列，M为采样点数与采集站的乘积，6列数据分别为时间道数、接收机号和4个分量的数据。
第二步，本实施例采用均值圆滑滤波或样条插值滤波或高斯滤波对任一组第一数据集D进行滤波处理。其中，均值圆滑滤波直接利用前后数据直接求取均值。在样条插值滤波中，分别利用前后数据求取样条插值滤波的公式内的参数，再进行滤波处理。
第三步，采用积分离散化将滤波处理后的第一数据集D转化成磁场数据。具体来说，本实施例的积分离散化的表达式为：
Figure 253730DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 587759DEST_PATH_IMAGE016
表示
Figure 195458DEST_PATH_IMAGE017
时刻的磁场数据；
Figure 44466DEST_PATH_IMAGE018
表示线圈匝数；
Figure 12290DEST_PATH_IMAGE019
表示线圈面积；
Figure 200826DEST_PATH_IMAGE020
表示
Figure 979427DEST_PATH_IMAGE021
时刻的感应电动势；
Figure 518992DEST_PATH_IMAGE022
表示采样间隔；
Figure 837978DEST_PATH_IMAGE023
表示真空磁导率常数。
第四步，预设延时道参数
Figure 897332DEST_PATH_IMAGE024
，其默认分为多个 分段，为了使后面的延时断面图曲线更均匀，采取梯度间隔分别以10ms、20ms、30ms、50ms等 逐步增加的时间间隔。
在本实施例中，根据第二步中的滤波结构，从衰减曲线中进行叠加去噪处理，叠加 后的数据
Figure 846834DEST_PATH_IMAGE001
的表达式为：
Figure 608116DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 934055DEST_PATH_IMAGE027
表示一个衰减周期的采样数；
Figure 80872DEST_PATH_IMAGE028
表示叠加周期数；
Figure 466854DEST_PATH_IMAGE029
表示
Figure 715432DEST_PATH_IMAGE028
个周期后对应延时的电磁数据。
延时抽道对应测点数据得到延时曲线数组
Figure 579483DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 344921DEST_PATH_IMAGE031
示第
Figure 901804DEST_PATH_IMAGE032
个延时所有点位的数据向量。
第五步，采用均值圆滑滤波或样条插值滤波或高斯滤波对电磁信号叠加后的数据
Figure 434416DEST_PATH_IMAGE033
行滤波处理，得到延时断面数据。
第六步，快速定区成像算法需要对实际工况进行数值模拟，通过均匀半空间的正演数值的延时断面数据和预处理后的延时断面数据进行归一化计算，瞬变电磁正演数值模拟方法采用先频率域计算，再利用频时转换到时间域，在正演过程中的积分运算采用了汉克尔变换的滤波系数法以提高计算精度，其中，利用等对数间隔的方式计算延时时间道列表，其生成公式为：
Figure 102158DEST_PATH_IMAGE034
其中，
Figure 521769DEST_PATH_IMAGE035
表示开始时间；
Figure 515133DEST_PATH_IMAGE036
表示结束时间；
Figure 738304DEST_PATH_IMAGE037
表示时间道；
Figure 927846DEST_PATH_IMAGE038
表示所需要的时 间道数量。
在本实施例中，采用均匀半空间的正演处理后的数据与延时断面数据通过映射比 例系数
Figure 716810DEST_PATH_IMAGE002
并取对数的归一化，得到用于快速成像的数据向量
Figure 615496DEST_PATH_IMAGE039
，其表达式为：
Figure 60384DEST_PATH_IMAGE040
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
表示预处理的数据向量，即延时断面数据；
Figure 69928DEST_PATH_IMAGE042
表示对应时间道正演 的数值向量，即采用均匀半空间的正演处理后的数据。
第七步，采用归一化数据取对数，计算电阻率的变化率，再进行边缘检测，对归一化处理后的数据进行定区预测，并获得A和B两个区域。
在本实施例中，融合了正演数值模拟与快速定区成像，可对预处理之后的数据进行成像处理和正演分析，以提高数据的可视化。本发明能对地下典型结构进行快速有效的粗略定性分区，使实际资料处理更直观、更高效。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电磁信号叠加前测点的海洋瞬变电磁探测对应的感应电动势数据，并按道集提取分为数组第一数据集D；
采用均值圆滑滤波或样条插值滤波或高斯滤波对任一组第一数据集D进行滤波处理；
采用积分离散化将滤波处理后的第一数据集D转化成磁场数据；
预设延时道参数；
根据延时道参数和从滤波处理后的第一数据集D中获得电磁信号叠加后的数据dt；按延时抽道对应测点数据得到延时曲线数组T；
采用均值圆滑滤波或样条插值滤波或高斯滤波对电磁信号叠加后的数据dt行滤波处理，得到延时断面数据；
对延时断面数据进行均匀半空间的正演处理，并对延时断面数据进行归一化处理；
预设映射比例系数k，采用归一化的数据取对数，求得电阻率的变化率，并进行边缘检测和定区预测；采用均匀半空间的正演处理后的数据与延时断面数据通过映射比例系数k并取对数的归一化，得到用于快速成像的数据向量dappr，其表达式为：
dappr＝klg(dpr/dfor)
其中，dpr表示预处理的数据向量，即延时断面数据；dfor表示对应时间道正演的数值向量，即采用均匀半空间的正演处理后的数据。
2.根据权利要求1所述的一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，其特征在于，所述第一数据集D的表达式为：
D＝[tidx,ridx,ex,hx,hy,hz]M
其中，M表示第一数据集的行数；tidx表示延时道号；ridx表示接收机标号；ex表示x方向的电场数据；hx表示x方向的磁场数据；hy表示y方向的磁场数据，hz表示z方向磁场数据。
3.根据权利要求1所述的一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，其特征在于，采用积分离散化将滤波处理后的第一数据集D转化成磁场数据，其表达式为：
Figure FDA0004075646060000021
其中，HS(tj)表示tj时刻的磁场数据；N表示线圈匝数；S表示线圈面积；VS(ti)表示ti时刻的感应电动势；Δti表示采样间隔；μ0表示真空磁导率常数。
4.根据权利要求1所述的一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，其特征在于，所述延时道参数采用梯度间隔逐步增加的时间间隔。
5.根据权利要求1或4所述的一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，其特征在于，所述数据dt的表达式为：
Figure FDA0004075646060000022
其中，tn表示一个衰减周期的采样数；N1表示叠加周期数；
Figure FDA0004075646060000023
表示N1个周期后对应延时的电磁数据。
6.根据权利要求1或4所述的一种海洋瞬变电磁数据预处理与快速定区成像方法，其特征在于，所述对延时断面数据进行均匀半空间的正演处理，包括：采用频率域对延时断面数据进行计算，并利用频时转换到时间域；正演处理过程中采用汉克尔变换的滤波系数法。
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