CN85101636A - 检波校正后地震轨迹参数的相位 - Google Patents

Abstract

本发明给出了获得新颖的地震数据特征的一种方法，这种方法能够改善对地震数据的处理和分析解释的能力。地震信号或轨迹数据首先要经过检波，然后作希尔伯特变换和用反正切函数进行处理以得到新的瞬时相位参数。这一瞬时相位被称为检波后的轨迹的相位，用缩写PORT表示。

Description

一、发明的背景

此发明概括地论述了地震数据的处理和显示的方法。更具体地说，它论述了为提高数据的解释和显示能力，从地震轨迹数据中获得一种新型的地震数据的方法。

二、先前工作的简介

人们并没有认识到某些与发展动向有关的先前工作，例如最新发现的地震参数，缩写为PORJ，即检波校正后地震轨迹参数的相位。有价值的先前工作是由Taner，Koehler和Sherigf所做的，文章发表在“Geophysics，Vol.44，№6，Junn    1979，PP1041-1063”。题为“复杂的地震轨迹的分析”。

以前所发表的文章都介绍了过去的计算技术技巧，它所用来在选定的地震轨迹剖面数据中提取瞬时相位特性。这种方法为大家所知道并已广泛地用于地球物理学的各种课题的处理中，老的相位获取技术分两步完成。即地震轨迹首先进行希尔伯特（Hilhert）变换，为了提取瞬时相位特性，利用希尔伯特变换与轨迹数据之比的逐点的反正切值，再对数据进行处理。

发明的概述

此发明论述了获取改进型的瞬时相位特性或参数的方法，由于对噪声加强了抑制，使之最终的输出被增强了，而且使数据的分辨率也明显有了改善。为了处理地震轨迹数据以求得到新的相位参数，此发明用检波校正、希尔伯特变换、最后确定反正切函数等方法，其目的是提供一种增强地震数据可视显示。此发明的另一个目的是给出一种相对比较简单的数据处理方法，使在输出端的信噪比有很大的改善。

本发明的进一步目的是提供一种新的确定瞬时相位的方法，这一方法可以具体地用在光点增强理论中。

最后的目的是要提供从地震轨迹中提取新的瞬时相位参数特性的方法，这一新的相位参数在描述断层和其它复杂的地质结构中是十分有用的，当连带着说明此发明的附图一起阅读时，还可以了解到此发明的其余的目的和特有的优点。

草图的简单说明

图1是此发明过程步骤的流程图。

图2是随时间变化的轨迹Ⅰ-Ⅳ的老的或过去的瞬时相位数据信号形式。

图3是随时间变化的轨迹Ⅰ-Ⅴ的新的瞬时相位数据信号。

图4是在选定的观测线上，过去的瞬时相位显示形式的图解说明。

图5是与图4所选择的同一地震观测线上的新的瞬时相位显示形式图解。

图6是与图4、5所选择的同一地震观测线上的新的瞬时相位显示，但相位的峰值和各点进一步用彩色表示出来的。

图7是用于彩色增强的新的相位处理过程的流程图。

图8是在另一个地震观测线上，用新的瞬时相位来显示的图解说明图片，它喜剧性地显示出了断层结构。

图9当在图7、8所选用的地震观测线上，类似的新的瞬时相位显示图，轨迹的峰值点和谷点结构都用各种不同的颜色来表示。

发明的详细介绍

图1给出了利用标准相位计算技术来计算新的相位的处理流程图，同时也包括了确定绝对数据值的原先之步骤，这样，预处理过程的地震轨迹数据作为输入并加到处理步骤10上，在步骤10上的地震轨迹数据接收到各种前面已经校正和处理了的信号，但本质上它形成的是按顺序的轨迹数据，这当然与实际的地震剖面或观测线有关。此外，在步骤10上，输入的地震轨迹数据由被选择的连续平面上的数据组成，这一数据可以从三维地震轨迹数据中导得。输入地震轨迹数据在流程图步骤12中进行希尔伯特变换，它使轨迹数据的绝对值产生π/2弧度的正向旋转。然后将希尔伯特变换后的数据在流程图步骤16中作处理，使得检波校正了的轨迹的希尔伯特变换值与不作变换的值之比逐点可算，利用这个比值的反正切就得到相位，希尔伯特变换的操作计算以及反正切函数的计算在许多计算机程序和/或倒行程序中都是现成可用的。

新的瞬时相位数据要送到流程图步骤18中去，并在那里产生图象数据。为了把新的相位数据送到流程图步骤20中，那么步骤18中的图象数据应包含有网格。输出显示可以用任何种亮度标绘设备，例如Applicon墨打印机、激光胶片绘图仪或任何其它显示系统。流程图中18、20的功能可以由大家熟知的视频显示系统来完成。在一种具体的设备中，如I²S公司的70型图象处理计算机就可完成上述功能，这些设备或系统可以向国际图象系统购买。

图2和图3分别给出了所获得的老的相位参数和新的相位参数的示图。图2表示老的相位技术，原则上它是通过希尔伯特变换Hi〔f（t）〕对输入轨迹f（t）作处理并连续地找到希尔伯特变换与输入轨迹数据的逐点比的反正切，即Hi〔f（t）〕÷f（t）的反正切，这就是老的瞬时相位。这样，在图2中，轨迹Ⅰ表示理想的无噪声地震轨迹的Ricktr波形22，大约0.55-0.75秒的时间窗区有一段非零值线24。在轨迹Ⅰ上加上大量的随机噪声n得到轨迹Ⅱ的信号26，它表示真正的地震轨迹f（t）。于是轨迹Ⅰ由高斯二阶导数组成，并没有直流成份。轨迹Ⅱ与轨迹Ⅰ相同，但这里加上了均匀的，均值为0的随机噪声，其信噪比为10∶1。轨迹Ⅲ表示了轨迹Ⅱ的希尔伯特变换，它也表明了所有随机噪声的相位都有相移为π/2弧度的正向超前。很清楚在0.55-0.75秒的时间窗区之外，轨迹基本上是噪声。希尔伯特变换的结果是使信号仍处于象原来的波形22一样的时间窗区上，轨迹30表示了老的相位参数，它是希尔伯特变换轨迹Ⅲ与原来的轨迹Ⅱ的逐点比的正切值，即有：

Φ（T）＝ATAN2 (Hi〔f(t)〕)/(f(t)) ……（1）

图3以同样的方法给出了新的瞬时相位参数。图3中的轨迹Ⅰ、Ⅱ与图2中的Ⅰ、Ⅱ一样。把轨迹Ⅱ22信号和噪声二者进行检波，它产生的绝对值轨迹Ⅲ32的相对频率加倍，并都为正值。如果轨迹Ⅱ26用f（t）表示，则轨迹Ⅲ32可表示为：

｜f（t）｜    ……（2）

下一步从绝对值轨迹32的希尔伯特变换得到轨迹34，它与老的相位表示法（图2中的相应的希尔伯特变换）的轨迹28是完全不同的，希尔伯特变换为：

H_i〔｜f（t）｜〕 ……（3）

我们看到，图2中的希尔伯特变换轨迹28的噪声基本上分布在0.55-0.75秒窄窗区之外。图3中检波校正后的希尔伯特变换轨迹34上有一正的和负的拖尾，并延伸到窗区以外可考虑的范围中。

实际上，检波后的希尔伯特变换34所得结果，与有噪声时对δ函数作希尔伯特变换所得结果呈相似的。检波对轨迹的希尔伯特变换的影响是使信号占主导地位，并对噪声进行抑制。检波引起希尔伯特变换的结果是使信号不再定位在由原来的Ricker波型信号所处的时间窗区上了。

图3轨迹V表示了计算后得到的新的瞬时相位信号值36，这里仅正切是取希尔伯特变换34与原始的检波后轨迹值40的逐点比的反正切，其表达式为：

NEWΦ_t＝ATAN2 (Hi〔｜f(t)｜〕)/(｜f(t)｜) ……（4）

与希尔伯特轨迹34相类似，在有效时间窗区之前几乎所有的噪声峰值都被推到负值，而新的相位波型36明显地出现在0.65秒的时间线上，并带着信号拖尾。噪声38出现在零均值线24以上的正值范围中。与老的相位技术相比，图3给出的新的相位技术，更能得到好的结果，这是由于其在信号和噪声上都作了检波，检波的过程导致不寻常的非线性滤波。图3轨迹26中的噪声从-1到+1作变化，而检波之后的变化则是从0到1，如轨迹32所示，高斯波型的二阶导数的大负翼也变成了正值，其峰值40位于0.65秒处。这一检波增大了轨迹26上的直流分量，使它从0到轨迹32阴影部份中的某些正值上。

图2的希尔伯特变换曲线28与图3的34相比较，检波校正的效果就更加明显了。图2中28的老的相位希尔伯特变换是信号加噪声的希尔伯特变换，很明显，在时间窗区0.55-0.75秒之外，轨迹上基本是噪声。这样，希尔伯特变换的效果就是将信号定位于原来波形的同一个时间窗区。这可以用这一事实来解释：对于脉冲影响的希尔伯特变换正的、负的 1/(t) 的拖尾在远离波形的地方相互抵消，而留下噪声。从另一方面，还可参考图3轨迹Ⅳ34的希尔伯特变换。因为轨迹40严格地为正，则拖尾不能被抵消掉。这样如前面讨论的那样，希尔伯特变换轨迹是以加上正噪声的δ函数的希尔伯特变换的形式出现。

图2中轨迹Ⅳ30和图3中轨迹V36，即老的和新的相位轨迹比较，进一步阐明了检波校正的效应。在轨迹Ⅳ30的老的相位轨迹中，噪声随机分布在0.55-0.75秒时间窗区之外，而主信号正位于此时区。0.05-0.75秒时区以外的随机噪声从-π-π随机跳跃，于是如果在亮度可变的屏上显示的话，+π假定为白色，-π为黑色，从0到0.55秒和从0.75秒到1.0秒的相位轨迹将是班点状地出现。在这种情况下，0.45秒上会出现间隔为0.05秒的假的噪声现象，这样图2老的相位轨迹Ⅳ30上相关现象仅仅是间隔与原来波形相等效的波形，它有可能陷入在黑色背景变化中或环绕在周围，所以很难把它提取出来。相反的，图3轨迹Ⅴ中新相位轨迹在0.55-0.75秒的主要数据窗区以外，噪声不是随机的。在主信号峰值的0.65秒位置上，有一个十分明显的正、负过渡，离开这一波形，希尔伯特变换的拖尾控制着噪声，其相位一端接近 (π)/2 ，而另一端接近- (π)/2 。这就很明显地说明了为什么新的瞬时相位技术，即PCRT，检波校正后的轨迹的相位对光点的增强那么有效。由于检波校正处理，在这一现象的每一边上都加上白的和黑的阴影，使相位轨迹上的光点进一步增强。其原因主要是由希尔伯特变换的脉冲响应的拖尾的非一局部性而引起的。噪声在PORT轨迹上表现为灰度等级，如果采用黑-白颜色，它是不会干扰阴影界线的。

检波处理的另一个优点是增加了分辨率。把图2轨迹Ⅳ中的现象30的主峰与图3中相应的轨迹V36相比较，可以看出新相位线PORT轨迹峰值宽度是老相位峰值30（图2）的一半，这是由于正弦波检波后，其频率为原来的二倍。因此产生出更多的余弦黑-白和相反（白-黑）的跃迁。

图4、5、6通过比较方法，有效地说明了检波后轨迹时相位置。图4表示采用常规处理技术所获取的瞬时相位显示，其中被预处理的地震剖面采用了连续相位处理的希尔伯特变换方法。这一处理可用图2轨迹Ⅰ-Ⅳ中的Ricker波形加以说明。而地震剖面42是沿着选定的地震观测线，其横座标投影点位置约从100到340，剖面的座标表示地球的深度（层次）或地震信号双向传输的时间，它大约从0.8到2.8秒。图4中老的相位剖面显示给出了在地震剖面42中与多地层结构有关的相当好的相位参数的输出显示。一般地说来，地层结构应被看做为有规律的、稍有一点向右倾斜的地层结构。剖面42的右边部分给出了一些明显的不寻常的倾斜，如在普通区域44以及在信号非常强的区域46，它们可能就是断层或其他异常的结构。

图5给出了把同一个地震剖面的数据作为初始输入并用新的相位参数PORT进行处理所得到的42a的地震剖面，这里在光点范围中特别明亮的地方，立即可以看到分辨率明显的增加了。若与具体的碳氢化合物数据相结合使用，它可以对数据作很好的分析说明。用新的相位显示方法可以剖面42a中的独特的地层结构变得更加清楚，（图5）也是十分清楚的，用高亮度或46a范围中的光点来确定44a中的断层结构。此外，其它所呈现的断层结构是沿着地震剖面42a的右边倾斜的。简单的将图4、5的剖面图一一对比的话，就很容易看出，图5的数据是改善了，亮度也较高，或则有新的相位在剖面上显示出来。参考图3，轨迹Ⅳ和Ⅴ亮点指示十分强，这是因为检波后轨迹的希尔伯特变换的值接近于随机噪声显示的灰度等级的一半以下。保持在灰度等级上的希尔伯特变换峰值的拖尾，在整个显示中，仍会产生引人注目的黑点。

图6表示了同一个地震剖面42a，但它运用了彩色增强新相位的技术。这样图5中的剖面42b在这里用一个合成的彩色图象显示出来了。新相位的峰值用红色表示，相位的谷点用兰色表示，而整个轨迹用绿色表示。图6区域46b的光点仍是很明显的，但现在有红兰交替变化的图案，它表示了峰值和谷点数据相位之间的具体变化。用单纯的红兰图形反映断层结构也是准确的，在区域44a中也可以看出向下倾斜的片断。

新相位彩色增强的过程在流程图7中给以说明。送到步骤50上的处理后的轨迹数据经过三条线路52、54和56再分别进行加工处理。把步骤58输出的负的轨迹值加到线60上，把62输出的正轨迹值送到线64上，完整的轨迹数据加在线54上。三条数据线60、54和64分别经过检波步骤66作新相位处理，在68中分别进行希尔伯特变换，在72中再分别计算新的瞬时相位轨迹或PORT。步骤80是用作同时显示，因此输出线70，76和78上的每个PORT轨迹都加到彩色监视器上，三模输出显示可以相互变化。

图9和图8用图解的方式说明图8中新的相位显示和图9中新相位彩色增强显示的形式。它们反映的是同一个地震剖面48的数据。剖面48a的新相位显示对于说明新相位显示或者PORT显示怎样用到增加分辨率和证明断层和/或急剧倾斜和发散结构方面是特别重要的。图9的剖面48b与图8的剖面数据相同，但按图7所介绍的那样，在它的峰值点和谷点增加了彩色增强处理。图8和图9二者给出了更加多的地层结构的内容和层次，这些当然与前面瞬时相位显示的类型有关的。二者也都表明了数据分辨率的明显改善。

上面介绍了对地震轨迹数据进行处理来得到瞬时相位显示的新方法。这些瞬时相位中所包含的信息内容和可分析性方面都有很大的改善。本发明的主要技术是把地震轨迹数据和送来显示瞬时相位的轨迹数据的正、负部分在作希尔伯特变换之前首先被检波，然后推导出希尔伯特变换数据与原来检波后的轨迹之比的反正值，再对信号作相位处理。检波后的轨迹的相位可用黑白图象显示出来，或者用检波后的轨迹数据的正负相位的彩色合成图象来显示。这些新相位的显示大大改善了输出显示，以便于后面的分析，进一步处理或做其他的工作。

图中所给出的一些单元部件的组合和安排上可以有样变动，这些单元部件的性能指标迄今是可以达到的。可以理解到具体结构上会有变化，但并不能偏离由以下数项所规定的本发明的要点和范围。

Claims (10)

1、从地震轨迹数据中获得特定的地震数据参数的方法应含有：

为研究所选定的平面，首先应接收要处理的地震轨迹数据；

对这一地震数据进行检波；

对检波后的轨迹数据作希尔伯特变换；

用检波后数据的希尔伯特变换数据确定瞬时相位；

用检波和变换后得到的瞬时相位来分析解释研究平面的地质含义。

2、按权项1所述的方法，分析解释这一步应包括：

·为研究平面中所选定的部分，需直观地显示其瞬时相数据。

3、按权项2的方法，直观显示应含有：

·必须以瞬时相位数据产生图象数据;

·把图象数据输出到直观显示屏上。

4、按权项3的方法，则进一步包含有：

·用多种彩色作视频显示并指定不同的颜色来区分瞬时相位数据的不同极性。

5、按权项4的方法，应包含下面这一步：

·彩色和多色视频显示彩色亮度之间均可相互变化。

6、以地震轨迹数据获得绝对轨迹相位特征的方法，应含有：

·取得这一轨迹数据的绝对值;

·把绝对值数据的相位正向转动 (π)/2 弧度;

·确定相位旋转后的绝对值数据与原来绝对值的逐点化;

·为从地震轨迹参数中产生绝对轨迹瞬时值，确定这些逐点比的反正切值。

7、按权项6的方法，则进一步包含有：

·以研究选定平面中的一个地震剖面上，来获得完整的轨迹瞬时相位参数的绝对值;

·直观地显示这一相位参数数据。

8、按权项7的方法，直观显示应含有：

·以相位参数数据产生图象数据;

·把图象数据输出到直观显示屏上。

9、按权项8的方法，则进一步含有：

·使用多种彩色视频显示和指派不同的颜色以区分这些相位参数数据的极性。

10、按权项9的方法，应含有：

·多彩色视频显示中的彩色和彩色强度均可相互变化。

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