一種基于波形形態(tài)的層位自動追蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣地球物理勘探領(lǐng)域，具體涉及一種基于波形形態(tài)的層位自動追蹤 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震資料解釋通常是指根據(jù)地震信息確定地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)和空間位置，推測地層巖 性、厚度及層間接觸關(guān)系，確定地層含油、氣、煤等資源的可能性，為工作面順利回采提供地 質(zhì)保障。地震資料解釋是整個地球物理勘探中非常重要的一個環(huán)節(jié)，也是其核心，其精度直 接影響到勘探效益。而地層層位的判別和追蹤是地震資料解釋的核心部分。
[0003] 隨著計算機技術(shù)、圖像技術(shù)、人工智能等新技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的學(xué)者將這 些新技術(shù)技術(shù)運用到地震資料解釋中，從人工解釋到自動追蹤，從逐道檢測到屬性分析，從 二維剖面處理到三維地震體處理，層位識別技術(shù)得到了空前發(fā)展。但是，由于地震圖像噪 聲、地層對地震波的吸收以及斷裂等異常地質(zhì)帶的影響、地震剖面中相鄰地震道所表現(xiàn)的 層位斷裂和空隙等現(xiàn)象，使得自動追蹤方法在搜索相鄰地震道時遇到斷裂情況或者信號弱 的地方容易失去方向，造成層位錯亂。
[0004] 所以，雖然地震層位的判別和追蹤技術(shù)獲得了很好的發(fā)展，但是上述難題還是亟 待解決，也使得地震層位的判別和追蹤成為了地震研究的重難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種基于波形形態(tài)的層 位自動追蹤方法，在能量較弱的地震道上，仍能通過波形的形態(tài)特征找到顯著點，在遇到斷 裂的時候，能跳過斷裂，繼續(xù)層位的追蹤。。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種基于波形形態(tài)的層位自動追蹤方法，利用全局搜索策略，通過提取地震波形 的形態(tài)特征，比較兩個波形是否相似，在相似的波形上提取顯著點作為層位點，實現(xiàn)層位自 動追蹤。
[0008] 所述方法包括以下步驟：
[0009] 步驟1 :給定地層約束條件、相似性閾值和數(shù)據(jù)時窗，通過交互方式將疊后層位數(shù) 值投影到疊前層位作為模板道的種子點；
[0010] 步驟2 :提取數(shù)據(jù)時窗的波形特征向量P ;對步驟1中數(shù)據(jù)時窗內(nèi)的振幅信號做傅 里葉變化，得到對應(yīng)的幅度和相位值，然后進行歸一化，得到波形特征模板；
[0011] 步驟3:掃描鄰近道，若鄰近道已標(biāo)記含有層位點，則轉(zhuǎn)入步驟6,否則根據(jù)步驟1 給定的地層約束條件確定鄰近道掃描數(shù)據(jù)時窗的起始和結(jié)束位置；
[0012] 步驟4 :根據(jù)起始位置提取與數(shù)據(jù)時窗同樣大小時窗的波形特征向量D ;
[0013] 步驟5 :計算特征向量P與特征向量D的相似度，如果相似度大于給定的相似性閾 值則標(biāo)記此道為追到層位點，更新波形特征模板，即用當(dāng)前道的時窗信號變換成波形，當(dāng)作 當(dāng)前的波形特征模板，然后返回到步驟3 ;若相似度小于或等于給定的相似性閾值且在地 層約束條件計算的時窗結(jié)束范圍內(nèi)，則滑動數(shù)據(jù)時窗，然后判斷是否滿足地層約束條件，若 滿足，則返回到步驟4 ;若不滿足，則標(biāo)記為未找到層位點，然后返回到步驟3 ;
[0014] 步驟6 :掃描道集所有道，標(biāo)記出各層位點，判斷出各個層位點均被標(biāo)記后說明掃 描完畢，結(jié)束退出。
[0015] 所述數(shù)據(jù)時窗至少包含1個波長。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：利用本發(fā)明方法在能量較弱的地震道上， 仍能通過波形的形態(tài)特征找到顯著點，在遇到斷裂的時候，能跳過斷裂，繼續(xù)沿初始特征進 行追蹤。本發(fā)明不僅適用于二維地震數(shù)據(jù)也同樣適用于三維地震數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明方法的步驟框圖。
[0018] 圖2是按方位角-入射角部分疊加后的層位自動追蹤圖，圖中曲線表示層位追蹤 線。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0020] 本發(fā)明基于波形形態(tài)的層位自動追蹤方法包括：
[0021] (1)在兩條地震道上進行相似性計算：
[0022] 提取波形的形態(tài)特征：將地震信號看作像正弦波、余弦波這樣的基本波形曲線的 組合，使用快速傅里葉變化，對地震信號進行變換，得到地震信號的頻譜信息，即對應(yīng)每個 基本波形曲線對應(yīng)的幅度和相位信號，這些就組成了波形的形態(tài)特征。例如，將地震信號表 示成數(shù)據(jù)序列C(y0, yl，y2，…，yn-Ι)，其中代表地震信號振幅yi，進行快速FFT變換得到 幅度值序列MC(mO, ml, H^mn-I)和相位值序列0C(0〇，Θ1，…，θη-1)。
[0023] 并對特征向量進行歸一化：為消除幅值量綱的影響，對幅度值序列使用歸一化公 式進行歸一化。歸一化公式如下（yi為歸一化的變量，xmin和xmax分別為xi的最小和最 大值，這樣就將數(shù)值歸到[0, 1]之間），
[0024]
[0025] 得到特征向量P :
[0026] P = <A1，A2, A3，…An>
[0027] 幅度值序列和相位值序列構(gòu)成波形曲線的特列征向量P，此處A代表的是幅度和 相位值序列。
[0028] 使用不同的相似性計算方法計算兩個波形形態(tài)特征向量的相似度。
[0029] (2)制定搜索策略：
[0030] 針對不同的地質(zhì)情況，可以采用模板波形是否可變，搜索時窗是否可變組合出不 同的搜索策略，選取針對一般地質(zhì)情況有效的組合方法作為默認的搜索方法，下面的步驟 是采用模板波形的相似性，搜索時窗進行滑動的全局搜索策略。
[0031] (3)相似性計算：
[0032] 采用歐氏距離法進行相似性計算，相當(dāng)于高維空間內(nèi)向量表示的點到點之間的距 離，提高相似度計算的穩(wěn)定性。
[0033] 獲得歐幾里得距離：
[0034]
[0035] 由于特征向量的各分量的量綱不一致，通常需要先對各分量進行標(biāo)準(zhǔn)化，使其與 單位無關(guān)。
[0036] (4)如圖1所示，本發(fā)明方法的步驟如下：
[0037] 步驟1 :給定地層約束條件（此處給定層位落差的限制，一般層位落差<10ms約5 個采樣點），相似性閾值（目的找出相似度高的反射層序列）（相似值值域是[0, 1]，值越大 代表相似度要求越高））和數(shù)據(jù)時窗（目的給定模板道（指參與計算的時窗，即取地震數(shù)據(jù) 信號數(shù)據(jù)序列的長度）時窗至少包含1個波長），通過交互方式將疊后層位數(shù)值投影到疊前 層位作為模板道的種子點（即給定算法所需要的計算條件和起始值）；
[0038] 步驟2 :提取數(shù)據(jù)時窗波形特征向量P(在上面的⑴中給出的）；
[0039] 步驟3 :掃描鄰近道，若鄰近道已標(biāo)記含有層位點，則轉(zhuǎn)入步驟6,否則根據(jù)初始給 定地層約束條件確定鄰近道掃描窗口起始結(jié)束位置；
[0040] 步驟4 :根據(jù)起始位置提取與模板道同樣窗口大小的波形特征向量D ;
[0041] 步驟5 :計算特征向量P與窗口特征向量D的相似度（按照上面的（3)計算特征向 量P與特征向量D的相似度）。如果相似度滿足給定的相似性閾值則標(biāo)記此道為追到層位 點，更新波形特征模板（相鄰道進行波形相似互相關(guān)，上一個特征模板與當(dāng)前道互相關(guān)找 到當(dāng)前道的層位點后，進行下一道搜索，則用當(dāng)前道的時窗信號變換成波形，當(dāng)作當(dāng)前的波 形特征模板與下一道在進行相似搜索，即所說的更新波形特征模板），然后返回到步驟3 ; 若相似度不滿足給定的相似性閾值且在地層約束條件計算的時窗結(jié)束范圍內(nèi)，則滑動窗口 數(shù)據(jù)（若數(shù)據(jù)時窗長度為patSize，地層約束內(nèi)計算的總時窗長度為WinSize，那么駐點滑 動可滑動的時窗個數(shù)為winSize-patSize+1，則每次在地層約束計算時窗范圍內(nèi)取與模板 數(shù)據(jù)相同的長度互相關(guān)，滑動winSize-patSize+Ι次，從中找出最大的那個相似點，作為當(dāng) 前的層位點），然后返回到步驟4 ;若不滿足地層約束條件，則標(biāo)記為未找到層位點，然后返 回到步驟3。
[0042] 步驟6 :掃描鄰近道所有已標(biāo)記含有層位點（即掃描道集所有道，標(biāo)記出各層位 點，判斷出各個層位點均被標(biāo)記后說明掃描完畢），結(jié)束退出。
[0043] 圖2是根據(jù)起始點時窗范圍內(nèi)的波形相似程度，追蹤的效果圖示。
[0044] 本發(fā)明運用全局搜索策略，提取地震波形形態(tài)特征，比較兩個波形是否相似，在相 似的波形上提取顯著層位點，進行層位自動追蹤。優(yōu)點在于可在較弱的地震道上追蹤到層 位點，也可跳過弱信號或斷裂處繼續(xù)層位追蹤。
[0045] 上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本 發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本 發(fā)明上述【具體實施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制 性的意義。
【主權(quán)項】
1. 一種基于波形形態(tài)的層位自動追蹤方法，其特征在于：所述方法利用全局搜索策 略，通過提取地震波形的形態(tài)特征，比較兩個波形是否相似，在相似的波形上提取顯著點作 為層位點，實現(xiàn)層位自動追蹤。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波形形態(tài)的層位自動追蹤方法，其特征在于：所述方法 包括以下步驟： 步驟1 :給定地層約束條件、相似性閾值和數(shù)據(jù)時窗，通過交互方式將疊后層位數(shù)值投 影到疊前層位作為模板道的種子點； 步驟2 :提取數(shù)據(jù)時窗的波形特征向量P ;對步驟1中數(shù)據(jù)時窗內(nèi)的振幅信號做傅里葉 變化，得到對應(yīng)的幅度和相位值，然后進行歸一化，得到波形特征模板； 步驟3 :掃描鄰近道，若鄰近道已標(biāo)記含有層位點，則轉(zhuǎn)入步驟6,否則根據(jù)步驟1給定 的地層約束條件確定鄰近道掃描數(shù)據(jù)時窗的起始和結(jié)束位置； 步驟4 :根據(jù)起始位置提取與數(shù)據(jù)時窗同樣大小時窗的波形特征向量D ; 步驟5 :計算特征向量P與特征向量D的相似度，如果相似度大于給定的相似性閾值 則標(biāo)記此道為追到層位點，更新波形特征模板，即用當(dāng)前道的時窗信號變換成波形，當(dāng)作當(dāng) 前的波形特征模板，然后返回到步驟3 ;若相似度小于或等于給定的相似性閾值且在地層 約束條件計算的時窗結(jié)束范圍內(nèi)，則滑動數(shù)據(jù)時窗，然后判斷是否滿足地層約束條件，若滿 足，則返回到步驟4 ;若不滿足，則標(biāo)記為未找到層位點，然后返回到步驟3 ; 步驟6 :掃描道集所有道，標(biāo)記出各層位點，判斷出各個層位點均被標(biāo)記后說明掃描完 畢，結(jié)束退出。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于波形形態(tài)的層位自動追蹤方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù) 時窗至少包含1個波長。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于波形形態(tài)的層位自動追蹤方法，屬于油氣地球物理勘探領(lǐng)域。本方法利用全局搜索策略，通過提取地震波形的形態(tài)特征，比較兩個波形是否相似，在相似的波形上提取顯著點作為層位點，實現(xiàn)層位自動追蹤。利用本發(fā)明方法在能量較弱的地震道上，仍能通過波形的形態(tài)特征找到顯著點，在遇到斷裂的時候，能跳過斷裂，繼續(xù)沿初始特征進行追蹤。
【IPC分類】G01V1/28
【公開號】CN105093290
【申請?zhí)枴緾N201410218588
【發(fā)明人】陳楠, 徐雷鳴, 岳承琪, 魏嘉, 宋志翔, 畢進娜, 林慶富
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月22日