專利名稱：一種構建淺地層三維反射面的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明關于地球物理勘探領域，特別是關于淺地層復雜結構勘探領域，具體的講是一種構建淺地層三維反射面的方法及設備。
背景技術：
地球物理勘探技術是運用最為廣泛的探尋地層空間分布和內部結構規律的方法之一。淺地層復雜結構的勘探通常用于深海淺地層地震勘探、水壩及河床內部結構探測、礦區巖層采空區或破碎帶勘測、建筑場地軟弱地層探測等領域。例如，在堤壩防護工程中常用邊坡拋石護堤/固堤方法，減弱水流對河岸沖蝕。由于水流沖刷和泥沙的淤填覆蓋作用，石 頭在水下發生遷移，并在其它地方沉積下來。通過淺地層復雜結構的勘探技術查明已拋投石頭在水下的真實分布情況對于堤壩防護鞏固工作十分重要。在現有的淺地層復雜結構勘探領域中，一般均是通過移動式信號發射和接收設備，發射自激自收垂直入射高頻信號。高頻信號的穿透深度很小，一般只有2米-6米左右，信號遇到不同的介質層交界面時，部分能量反射回來，被接收器收到。反射系數的大小與介質的性質有關，諸如軟質泥層吸收作用較大，反射信號很微弱，反射系數較小；硬質泥層對信號的反射作用很強，反射系數較大；石頭對信號的反射作用最強烈，在圖上表現的很明顯。通過分析接收器收到的信號，進而推測出淺地層的情況。現有的淺地層復雜結構勘探技術主要存在以下不足(I)接收器接收到的數據按采集時序排列，不能反映淺地層分布的空間特征；(2)相同地點重復采集，冗余數據量大；石頭反射層分布分散，反射信號連續性差；(3)只顯示出采集信號時域形狀，不能生成反映水下基底真實空間三維立體形狀。
發明內容
本發明實施例提供了一種構建淺地層三維反射面的方法及設備，通過對淺地層反射的信號進行重排，采用信號相關法拾取反射信號同相軸，采用三維不規則稀疏數據插值法實現采集點到反射面的映射，進而構建三維反射面數據體，最終實現了淺地層復雜結構的三維反射面的重建。本發明的目的之一是，提供一種構建淺地層三維反射面的方法，所述的方法包括根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排；根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸；將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面；根據所述的反射面構建三維反射面。其中，根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排具體包括根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行剔除處理；分析剔除處理后的信號，得到對應的空間經緯度信息；根據所述的空間經緯度信息對剔除處理后的信號進行重排。其中，根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排具體包括分析所述的信號，得到對應的空間經緯度信息；根據所述的空間經緯度信息對所述的信號進行重排；根據地層構造對當前淺地層反射的重排后的信號進行剔除處理。
所述的根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸具體包括根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中選擇初始拾取點；根據信號相關法以及所述的初始拾取點確定反射信號同相軸。將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面包括在所述反射信號同相軸對應的采集點分布的二維空間中劃分多個區域；確定每個區域中的采集點數目；根據每個區域中的采集點數目以及預先設定的閾值，將所述的采集點映射至反射面。優選的，所述的方法還包括將所述的三維反射面進行立體顯示。本發明的目的之一是，提供了一種構建淺地層三維反射面的設備，所述的設備包括信號重排模塊，用于根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排；同相軸拾取模塊，用于根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸；映射模塊，用于將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面；構建模塊，用于根據所述的反射面構建三維反射面。 其中，所述的信號重排模塊具體包括剔除單元，用于根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行剔除處理；分析單元，用于分析剔除處理后的信號，得到對應的空間經緯度信息；重排單元，用于根據所述的空間經緯度信息對剔除處理后的信號進行重排。所述的同相軸拾取模塊具體包括選擇單元，用于根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中選擇初始拾取點；確定單元，用于根據信號相關法以及所述的初始拾取點確定反射信號同相軸。所述的映射模塊包括第一劃分單元，用于在所述反射信號同相軸對應的采集點分布的二維空間中劃分多個區域；采集點數目確定單元，用于確定每個區域中的采集點數目；映射單元，用于根據每個區域中的采集點數目以及預先設定的閾值，將所述的采集點映射至反射面。所述的映射單元包括判斷單元，用于判斷區域中的采集點數目是否大于預先設定的閾值，當判斷為是時，執行第二劃分單元，否則執行賦予單元；所述的第二劃分單元，用于在所述區域分布的二維空間中劃分多個子區域，確定每個子區域中的采集點數目；所述的賦予單元，用于將所述區域內包含的數據道反射層深度賦予所述的區域。優選的，所述的設備還包括顯示模塊，用于將所述的三維反射面進行立體顯示。本發明的有益效果在于，通過對淺地層反射的信號進行重排，采用信號相關法拾取反射信號同相軸，采用三維不規則稀疏數據插值法實現采集點到反射面的映射，進而構建三維反射面數據體，最終實現了淺地層復雜結構的三維反射面的重建，有助于快速準確的探測淺地層復雜結構的空間分布和幾何特征，對于指導水下淺地層工程具有重要的指導意義。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域譜通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式一的流程圖；圖2為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式二的流程圖；圖3為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式三的流程圖；圖4為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式四的流程圖；圖5為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式五的流程圖；、圖6為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的設備的實施方式一的結構框圖；圖7為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的設備的實施方式二的結構框圖；圖8為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的設備的實施方式三的結構框圖；圖9為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的設備的實施方式四的結構框圖；圖10為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的設備的實施方式五的結構框圖；圖11為某壩的原始數據二維線條圖；圖12中，(a)為經過數據重排后顯示的信號采樣空間位置圖，(b)為數據采樣空間位置的二維俯視圖；圖13為在二維線條圖上追蹤水底反射界面的示意圖；圖14為某壩的三維反射面構建圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。圖I為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式一的流程圖，由圖I可知，該方法包括SlOl :根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排。即按照真實空間位置重排數據，主要采取優化數據文件，自動抽取有用信息，剔除冗余數據的方法，快速分析大量采樣數據。S102 :根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸；S103 :將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面；S104 :根據所述的反射面構建三維反射面。
圖2為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式二的流程圖，由圖2可知，所述的方法包括S201 向當前淺地層發送高頻信號。通過移動式信號發射和接受設備，可以向當前淺地層發射自激自收垂直入射高頻信號。淺地層諸如可為某水壩。S202 :接收所述的高頻信號經過當前淺地層反射的信號。淺地層接收到高頻信號后進行反射，從反射的信號中可得到反映水下基底情況的數據。高頻信號的穿透深度很小，一般只有2米-6米左右。信號遇到不同的介質層交界面時，部分能量反射回來，被接收器收到。反射系數的大小與介質的性質有關，對于某水壩而言，軟質泥層吸收作用較大，反射信號很微弱，反射系數較小；硬質泥層對信號的反射作用很強，反射系數較大；石頭對信號的反射作用最強烈。S203 :根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排； S204 :根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸；S205 :將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面；S206 :根據所述的反射面構建三維反射面。圖3為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式三的流程圖，由圖3可知，所述的方法包括S301 向當前淺地層發送高頻信號。通過移動式信號發射和接受設備，可以向當前淺地層發射自激自收垂直入射高頻信號。淺地層諸如可為某水壩。S302 :接收所述的高頻信號經過當前淺地層反射的信號。淺地層接收到高頻信號后進行反射，從反射的信號中可得到反映水下基底情況的數據。圖11為從某壩采集的原始數據的二維線條圖。根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排的步驟采用數據分段顯示處理技術，具體包括S303 :根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行剔除處理，即將包含目標結構的地層反射信號保留下來，將其他結構的地層反射信號進行剔除處理。S304 :分析剔除處理后的信號，得到對應的空間經緯度信息。即對包含目標結構的地層反射信號進行分析，消除了重復采樣的冗余數據道信息。S305 :根據所述的空間經緯度信息對剔除處理后的信號進行重排。重排處理后，即可選取到合理的數據范圍，降低數據處理量。圖12中，(a)為經過數據重排后顯示的信號采樣空間位置圖，(b)為數據采樣空間位置的二維俯視圖。從圖12中可見空間采樣點位置。S306 :根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸；S307 :將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面；S308 :根據所述的反射面構建三維反射面。圖4為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式四的流程圖，由圖4可知，所述方法包括S401 向當前淺地層發送高頻信號。通過移動式信號發射和接受設備，可以向當前淺地層發射自激自收垂直入射高頻信號。淺地層諸如可為某水壩。
S402 :接收所述的高頻信號經過當前淺地層反射的信號。淺地層接收到高頻信號后進行反射，從反射的信號中可得到反映水下基底情況的數據。圖11為從某壩采集的原始數據的二維線條圖。根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排的步驟采用數據分段顯示處理技術，具體包括S403 :分析所述的信號，得到對應的空間經緯度信息。S404 :根據所述的空間經緯度信息對所述的信號進行重排。重排處理后，即可選取到合理的數據范圍，降低數據處理量。S405 :根據地層構造對當前淺地層反射的重排后的信號進行剔除處理。即將包含目標結構的地層反射信號保留下來，將其他結構的地層反射信號進行剔除處理。圖12中，Ca)為經過數據重排后顯示的信號采樣空間位置圖，(b)為數據采樣空間位置的二維俯視 圖。S406 :根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸。S407 :將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面；S408 :根據所述的反射面構建三維反射面。圖5為本發明實施例提供的一種構建淺地層三維反射面的方法的實施方式五的流程圖，由圖5可知，所述的方法包括S501 :根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排；根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸的步驟具體包括S502 :根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中選擇初始拾取點。目標結構即為欲從淺地層中進行重點分析的物質結構，諸如，在某水壩中，欲研究淺地層中的石頭，石頭的反射信號強度、光滑度、信號特征即為目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征。又諸如，在某地進行石油勘測欲開采油井，需要該地的淺地層結構，探尋當前地層處的石頭分布位置，以便在后期鉆井工程中避開石頭分布位置，石頭的反射信號強度、光滑度、信號特征即為目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征。S503 :根據信號相關法以及所述的初始拾取點確定反射信號同相軸。淺地層復雜結構分布不連續，強反射面在空間離散分片分布。因此，采用信號相關法、結合初始拾取點確定反射信號同相軸。對于相鄰的數據接收信號，由于地層反射條件相似，反射波的信號特征十分近似。根據這一原理，相關算法計算出每個信號中特定采樣時窗內采樣點與周圍數據的相關系數，形成相關系數數據分布體。相同屬性反射層信號具有較高相關系數，因此，根據相關系數分布情況，可以劃分出具有特定屬性的反射結構，確定反射信號同相軸。信號相關系數計算公式如下
「 ] r - %「甚 4 =Z(X - f)2
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權利要求
1.一種構建淺地層三維反射面的方法，其特征是，所述的方法包括 根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排； 根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸； 將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面； 根據所述的反射面構建三維反射面。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征是，所述的方法還包括 向當前淺地層發送高頻信號； 接收所述的高頻信號經過當前淺地層反射的信號。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征是，所述的根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排具體包括 根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行剔除處理； 分析剔除處理后的信號，得到對應的空間經緯度信息； 根據所述的空間經緯度信息對剔除處理后的信號進行重排。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征是，所述的根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排具體包括 分析所述的信號，得到對應的空間經緯度信息； 根據所述的空間經緯度信息對所述的信號進行重排； 根據地層構造對當前淺地層反射的重排后的信號進行剔除處理。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征是，所述的根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸具體包括 根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中選擇初始拾取點； 根據信號相關法以及所述的初始拾取點確定反射信號同相軸。
6.根據權利要求2所述的方法，其特征是，將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面包括 在所述反射信號同相軸對應的采集點分布的二維空間中劃分多個區域； 確定每個區域中的采集點數目； 根據每個區域中的采集點數目以及預先設定的閾值，將所述的采集點映射至反射面。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征是，根據每個區域中的采集點數目以及預先設定的閾值，將所述的采集點映射至反射面包括 判斷區域中的采集點數目是否大于預先設定的閾值； 當判斷為是時，在所述區域分布的二維空間中劃分多個子區域，確定每個子區域中的采集點數目； 當判斷為否時，將所述區域內包含的數據道反射層深度賦予所述的區域。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征是，所述的方法還包括將所述的三維反射面進行立體顯示。
9.一種構建淺地層三維反射面的設備，其特征是，所述的設備包括 信號重排模塊，用于根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排； 同相軸拾取模塊，用于根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸； 映射模塊，用于將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面； 構建模塊，用于根據所述的反射面構建三維反射面。
10.根據權利要求9所述的設備，其特征是，所述的設備還包括 高頻信號發送模塊，用于向當前淺地層發送高頻信號； 反射信號接收模塊，用于接收所述的高頻信號經過當前淺地層反射的信號。
11.根據權利要求10所述的設備，其特征是，所述的信號重排模塊具體包括 剔除單元，用于根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行剔除處理； 分析單元，用于分析剔除處理后的信號，得到對應的空間經緯度信息； 重排單元，用于根據所述的空間經緯度信息對剔除處理后的信號進行重排。
12.根據權利要求11所述的設備，其特征是，所述的同相軸拾取模塊具體包括 選擇單元，用于根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中選擇初始拾取點； 確定單元，用于根據信號相關法以及所述的初始拾取點確定反射信號同相軸。
13.根據權利要求11所述的設備，其特征是，所述的映射模塊包括 第一劃分單元，用于在所述反射信號同相軸對應的采集點分布的二維空間中劃分多個區域； 采集點數目確定單元，用于確定每個區域中的采集點數目； 映射單元，用于根據每個區域中的采集點數目以及預先設定的閾值，將所述的采集點映射至反射面。
14.根據權利要求11所述的設備，其特征是，所述的映射單元包括 判斷單元，用于判斷區域中的采集點數目是否大于預先設定的閾值，當判斷為是時，執行第二劃分單元，否則執行賦予單元； 所述的第二劃分單元，用于在所述區域分布的二維空間中劃分多個子區域，確定每個子區域中的采集點數目； 所述的賦予單元，用于將所述區域內包含的數據道反射層深度賦予所述的區域。
15.根據權利要求11所述的設備，其特征是，所述的設備還包括顯示模塊，用于將所述的三維反射面進行立體顯示。
全文摘要
本發明實施例提供了一種構建淺地層三維反射面的方法及設備，所述的方法包括根據地層構造對當前淺地層反射的信號進行重排；根據目標結構的反射信號強度、光滑度、信號特征從所述的信號中拾取反射信號同相軸；將所述反射信號同相軸對應的采集點映射至反射面；根據所述的反射面構建三維反射面。本發明實施例通過對淺地層反射的信號進行重排，采用信號相關法拾取反射信號同相軸，采用三維不規則稀疏數據插值法實現采集點到反射面的映射，進而構建三維反射面數據體，最終實現了淺地層復雜結構的三維反射面的重建。
文檔編號G01V9/00GK102721985SQ201210183248
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者孫衛濤, 巴晶, 曹宏 申請人:中國石油天然氣股份有限公司