基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法

基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法，通過以下步驟實現：步驟一：時頻分解；步驟二：求直達槽波頻散曲線；步驟三：消除直達槽波；步驟四：成像。本發明充分利用了槽波的頻散性質，依據頻散性減少了其他噪聲對成像的影響，減少了畫弧現象，大大提高了斷層成像的精度。
【專利說明】
基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法
技術領域
[0001] 本發明屬于煤礦井下物探技術領域，具體設及一種基于反射槽波頻散相似度的斷 層成像方法。
【背景技術】
[0002] 理論的反射槽波成像方法為延時求和偏移法。其思想是依據理論頻散曲線對各道 信號進行相位補償，然而在計算出延遲時間后將各道信號延時時刻的振幅疊加起來。實際 資料處理中，由于頻散曲線的理論值與實際值有一定差異，相位補償的效果并不理想。因此 常用方法是依據中屯、頻率進行帶通濾波后求包絡，再對包絡進行延時疊加。當反射槽波較 強能形成單獨包絡時，采用此方法能夠獲得一定的成像效果。然而，由于井下噪聲較強且直 達槽波波列較長，反射槽波波列經常被淹沒在噪聲或直達槽波波列中，無法形成包絡，成像 效果較差。已有的反射槽波法對斷層成像的效果并不理想，難W滿足實際需要。
[0003] 事實上，頻散性是槽波區別于其他彈性波的重要特性之一。已有方法無論是相位 補償還是求包絡，都沒有利用頻散性，甚至將其視為有害信息而加 W消除。針對運一問題， 我們研究發現反射對槽波頻散的影響并不大，發生反射前后槽波在"速度-頻率"域內具有 很強的相似性。因此可W利用運一性質，首先提取直達槽波的"速度-頻率"譜作為模板，在 成像過程中，根據成像點的位置將數據轉換到"速度-頻率"域內W后計算其與直達槽波"速 度-頻率"譜的相似性。如果成像點是反射點，則相似性就高。通過計算每一個成像點處反射 槽波與直達槽波"速度-頻率"譜的相似度，就可W對斷層成像。

【發明內容】

[0004] 有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像 方法。
[0005] 為達到上述目的，本發明的技術方案是運樣實現的：
[0006] 本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法，通過W下步驟 實現：
[0007] 步驟一:時頻分解，用廣義S變換求出各道地震數據的時頻譜 [000引
[0009]其中Sn(t)為第n道地震數據的時域形式，Sn(T，f)為其時頻譜，nG[l，N]，N為總道 數；
[0010]步驟二:求直達槽波頻散曲線，依據各道的炮點位置(Xsn，ysn)與檢波點位置(Xrn, yrn)，求出直達槽波的傳播距離Ln
[0011]
[0012]再由Ln對Sn(T，f)進行坐標轉換，可求出各道直達槽波的頻散曲線，疊加后獲得總 體數據中直達槽波的頻散曲線C (V，f)
[0013]
[0014] 步驟S:消除直達槽波，根據Ln將C (V，f)從"速度-頻率"域轉換回"時間-頻率"域 后，與Sn(T，f)相減，就可W得到消除了直達槽波后的各道時頻譜S'n(T，f)
[0015]
[0016] 步驟四：成像，首先選定一個成像區域，區域的一個點P，坐標為(xp，yp)，假設P點是 一個反射點，則槽波從第n道數據的震源點(Xsn，ysn)出發，在P點反射后，被(Xrn，yrn)處的檢 波器接收到，剛傳撫路巧的總?長度為
[0017]
[0018] 如果P點是反射點，則根據Lpn求出的頻散曲線Cpn(V，f)應該與C(v，f)一致，因此， 將所有道Cpn(v，f)與C(V，f)的相關系數的和Rp作為該成像點的值，
[0019]
[0020] 當該點確實為反射點時，Rp較大，而當它不是反射點時，Rp較小，對成像區域內所有 成像點進行上述處理，得到整個區域的成像結果。
[0021 ]上述方案中，所述步驟一具體為：
[0022] 1)令n = 1，讀取第n道地震數據Sn(t);
[0023] 2)用廣義S變換求Sn(t)對應的時頻譜Sn(T，f);
[0024] 3)保存 Sn(T，f);
[0025] 4)令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢。
[00%]上述方案中，所述步驟二具體為：
[0027] 1)令n = l，讀取第n道時頻譜Sn(T，f);
[0028] 2)從第n道道頭中讀取炮點位置(Xsn，ysn)與檢波點位置(虹n，yrn);
[0029] 3)計算直達槽波的傳播距離Ln;
[0030] 4)時頻譜Sn( T，f )轉換為速度-頻率譜Cn( V，f );
[0031] 5)令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢；
[0032] 6)將所有道的Cn(v，f)疊加得到直達槽波的頻散曲線C(v，f)。
[0033] 上述方案中，所述步驟=具體為：
[0034] 1)讀取直達槽波頻散曲線C(v，f);
[0035] 2)令n = l，讀取第n道對應的直達槽波傳播距離Ln;
[0036] 3)讀取第n道時頻譜Sn(T，f);由Ln將C(V，f)轉換到咐間-頻率"域后與Sn(T，f)相 減，得到消除了直達槽波后時頻譜S ' n( T，f );
[0037] 4)保存 S'n(T，f);
[0038] 5)令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢。
[0039] 上述方案中，所述步驟四具體為：
[0040] I)選定成像范圍；
[0041] 2)令X = I, y = l，從第1個點開始對成像范圍內的每一個點逐個處理；
[0042] 3)令n=l，從道頭中讀取炮點位置(Xsn，ysn)與檢波點位置(Xrn，yrn);
[0043] 4)計算槽波從炮點到反射點，再到接收點的傳播距離Lpn;
[0044] 5)讀取 S'n(T，f);
[0045] 6)求當W(x，y)為坐標的點P為反射點時，第n道反射槽波的頻散曲線Cpn(v，f);
[0046] 7)求 Cpn(V，f)與C(V，f)的相關系數 Rpn;
[0047] 8)令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢；
[0048] 9)將所有道的Rpn疊加后的值Rp作為P點對應的成像值；
[0049] 10)令X = X+1或y = y+1，求下一個點的Rp直到成像區域內所有點成像完畢；
[0化日]11)最終顯示成像結果。
[0051] 與現有技術相比，本發明的有益效果：
[0052] 本發明充分利用了槽波的頻散性質，依據頻散性減少了其他噪聲對成像的影響， 減少了畫弧現象，大大提高了斷層成像的精度。
【附圖說明】
[0053] 圖1為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的總流程 圖；
[0054] 圖2為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的時頻分 解流程圖；
[0055] 圖3為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的求直達 槽波頻散曲線流程圖；
[0056] 圖4為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的直達槽 波壓制流程圖；
[0057] 圖5為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的反射槽 波成像流程圖；
[0058] 圖6為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的斷層位 置與觀測系統布置圖；
[0059] 圖7為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的第20炮 模型數據；
[0060] 圖8為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的直達槽 波頻散曲線；
[0061] 圖9為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的按直達 波路徑求出第30道的速度-頻率譜；
[0062] 圖10為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的壓制 直達槽波后結果；
[0063] 圖11為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的按反 射路徑求出的速度-頻率譜；
[0064] 圖12為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的已有 方法的斷層成像結果；
[0065] 圖13為本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法的本發 明的斷層成像結果。
【具體實施方式】
[0066] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0067] 本發明實施例提供一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法，通過W下步驟 實現：
[0068] 步驟一:用廣義S變換求出各道地震數據的時頻譜
[0069]
[0070] 其中Sn(t)為第n道地震數據的時域形式，Sn(T，f)為其時頻譜。nG[l，N]，N為總道 數；
[0071] 具體地，如圖2所示，令n=l，讀取第n道地震數據Sn(t);用廣義S變換求Sn(t)對應 的時頻譜Sn(T，f);保存Sn(T，f);令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢。
[0072] 步驟二:依據各道的炮點位置(Xsn，ysn)與檢波點位置(虹n，yrn)，求出直達槽波的傳 播距離k
[0073]
[0074] 具體地，如圖3所示，令n=l，讀取第n道時頻譜Sn(T，f);從第n道道頭中讀取炮點 位置(Xsn，ysn)與檢波點位置(Xrn，yrn);計算直達槽波的傳播距離Ln;時頻譜Sn(T，f)轉換為 速度-頻率譜Cn(v，f);令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢;將所有道的Cn(V，f)疊加 得到直達槽波的頻散曲線C(v，f)。
[0075] 步驟由Ln對Sn(T，f)進行坐標轉換，可求出各道直達槽波的頻散曲線，疊加后獲 得總體數據中直達槽波的頻散曲線C(v，f)
[0076]
[0077] 冉根據Ln將
C( V，f)從"速度-頻率"域轉換回巧寸間-頻率"域后，與Sn( T，f)相減，就 可W得到消除了直達槽波后的各道時頻譜S ' n( T，f)
[007引
[0079] 具體地，如圖4所示，讀取直達槽波頻散曲線C(v，f);令n = l，讀取第n道對應的直 達槽波傳播距離Ln;讀取第n道時頻譜Sn(T，f);由Ln將C(V，f)轉換到"時間-頻率"域后與Sn (T，f)相減，得到消除了直達槽波后時頻譜S'n(T，f);保存S'n(T，f);令n = n+l，處理下一道 直到所有道處理完畢。
[0080] 步驟四：成像，首先選定一個成像區域，區域的一個點P，坐標為(Xp，yp)。假設P點是 一個反射點，則槽波從第n道數據的震源點(Xsn，ysn)出發，在P點反射后，被(Xrn，yrn)處的檢 波器接收到，則傳播路徑的總長度為
[0081]
[0082] 如果P點是反射點，則根據Lpn求出的頻散曲線Cpn(V，f)應該與C(v，f)一致，因此， 將所有道Cpn(v，f)與C(V，f)的相關系數的和Rp作為該成像點的值，
[0083]
[0084] 當該點確實為反射點時，Rp較大，而當它不是反射點時，Rp較小，對成像區域內所有 成像點進行上述處理，得到整個區域的成像結果。
[0085] 具體地，如圖5所示，讀取直達槽波頻散曲線C(v，f);選定成像范圍；令x = l，y = l， 從第1個點開始對成像范圍內的每一個點逐個處理;令n=l，從道頭中讀取炮點位置(Xsn, ysn)與檢波點位置(Xrn，yrn);計算槽波從炮點到反射點，再到接收點的傳播距離Lpn;讀取S'n (T，f);求當W(X，y)為坐標的點P為反射點時，第n道反射槽波的頻散曲線Cpn(V，f);求Cpn (v，f)與C(v，f)的相關系數Rpn;令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢;將所有道的Rpn 疊加后的值Rp作為P點對應的成像值;令X = X+1或y = y+1，求下一個點的Rp直到成像區域內 所有點成像完畢;最終顯示成像結果。
[0086] 下面W理論模型為例說明本發明效果：
[0087] 模型由頂板、煤層、底板S層組成。圍巖縱波速度3800m/s，橫波速度2000m/s，密度 2.4g/cm3;煤層厚度5m，縱波速度1800m/s，橫波速度1 lOOm/s，密度1.4g/cm3。模型中包含一 條斜向斷層，落差5m。斷層位置與觀測系統布置如圖6所示。圖7為根據=維彈性波正演模擬 方法得到的第20炮正演模擬的結果，從中可W分辨出直達槽波與斷層的反射槽波。圖8由所 有炮疊加得到的直達槽波"速度-頻率"譜，其中黑色線條為根據物性參數計算出的理論頻 散曲線。圖9是第20炮的第30道數據時頻譜轉換到"速度-頻率譜"的結果，壓縮其中的直達 槽波，結果如圖10所示。根據反射的幾何關系，第20炮第20道數據的反射槽波應來自于斷層 上的點（x = 429，y= 137)。如果將運一點作為反射點，求第20炮第30道數據的"速度-頻率 譜"，結果如圖11所示。可W看出反射槽波與直達槽波的頻散曲線具有很強的相似性。本發 明正是利用運一相似性對斷層成像的。圖12是用已有方法成像的結果。圖13是用本發明方 法成像的結果，可W看出與已有方法相比，新方法的成像結果減少了畫弧效應，具有更高的 分辨率，能夠更準確反映斷層的發育情況。斷層的像在距離模型右邊界20m范圍內有能量減 弱的現象，運是因為能夠在運段范圍形成有效反射的炮點已經超出了模型范圍，所W運段 斷層無法成像是正常現象。
[0088] W上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法，其特征在于:通過以下步驟實現： 步驟一:時頻分解，用廣義S變換求出各道地震數據的時頻譜其中Sn⑴為第η道地震數據的時域形式，Sn(T，f)為其時頻譜，1^[1』]4為總道數； 步驟二:求直達槽波頻散曲線，依據各道的炮點位置(Xsn，ysn)與檢波點位置(Xrn，y rn)， 求出直達槽波的傳播距離Ln再由LdiSn(T，f)進行坐標轉換，可求出各道直達槽波的頻散曲線，疊加后獲得總體數 據中首伏槽被的頗散曲線C (V. f)步驟三:消除直達槽波，根據Lr^C(V，f)從"速度-頻率"域轉換回"時間-頻率"域后，與 Sn(^f)相減，就可以得到消除了直達槽波后的各道時頻譜S'n(T，f)步驟四：成像，首先選定一個成像區域，區域的一個點P，坐標為(xP，yP)，假設P點是一個 反射點，則槽波從第η道數據的震源點(Xsn，ysn)出發，在P點反射后，被(Xrn，y rn)處的檢波器 接收到，則傳播路徑的總長度為如果P點是反射點，則根據Lpn求出的頻散曲線Cpn(v，f)應該與C(v，f)一致，因此，將所有 道Cpn(v，f)與C(v，f)的相關系數的和心作為該成像點的值，當該點確實為反射點時，Rp較大，而當它不是反射點時，Rp較小，對成像區域內所有成像 點進行上述處理，得到整個區域的成像結果。2. 根據權利要求1所述的基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法，其特征在于，所述 步驟一具體為： 1) 令η = 1，讀取第η道地震數據sn (t); 2) 用廣義S變換求sn(t)對應的時頻譜Sn(T，f); 3) 保存 Sn(^f); 4) 令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢。3. 根據權利要求1或2所述的基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法，其特征在于， 所述步驟二具體為： 1)令η = 1，讀取第η道時頻譜Sn (τ，f); 2) 從第η道道頭中讀取炮點位置(xsn，ysn)與檢波點位置(xrn，y rn); 3) 計算直達槽波的傳播距離Ln; 4) 時頻譜Sn(τ，f)轉換為速度-頻率譜Cn( V，f); 5) 令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢； 6) 將所有道的Cn (V，f)疊加得到直達槽波的頻散曲線C (V，f)。4. 根據權利要求3所述的基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法，其特征在于，所述 步驟三具體為： 1) 讀取直達槽波頻散曲線C(v，f); 2) 令η = 1，讀取第η道對應的直達槽波傳播距離Ln; 3) 讀取第η道時頻 4) 由1^將以7,〇轉換到"時間-頻率"域后與511(14)相減，得到消除了直達槽波后時頻 譜S， n(T，f); 5) 保存 S'n(T，f); 6) 令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢。5. 根據權利要求4所述的基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法，其特征在于，所述 步驟四具體為： 1) 選定成像范圍； 2) 令x=l，y=l，從第1個點開始對成像范圍內的每一個點逐個處理； 3) 令n=l，從道頭中讀取炮點位置(Xsn，ysn)與檢波點位置(Xrn，y rn); 4) 計算槽波從炮點到反射點，再到接收點的傳播距離Lpn; 5) 讀取 S'n(T，f); 6) 求當以(x，y)為坐標的點P為反射點時，第η道反射槽波的頻散曲線Cpn(v，f); 7) 求Cpn(v，f)與C(v，f)的相關系數Rpn; 8) 令n = n+l，處理下一道直到所有道處理完畢； 9) 將所有道的Rpn疊加后的值Rp作為P點對應的成像值； 10) 令X = X+1或y = y+1，求下一個點的Rp直到成像區域內所有點成像完畢； 11) 最終顯示成像結果。
【文檔編號】G01V1/30GK106019374SQ201610517975
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月4日
【發明人】王季, 何文欣, 李剛, 王保利, 陸斌, 姬廣忠, 葉紅星
【申請人】中煤科工集團西安研究院有限公司