[发明专利]一种分形地震波初至拾取的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在油气勘探中自动拾取地震初至波的技术，具体地说涉及一种分形地震波初至拾取的方法。

背景技术

自从Mandelbrot(1967)在Sciences上发表了名为英国的海岸线有多长的著名文章之后，分形理论开始得到广泛地研究。一个几何形体的维数不再局限于整数，而是扩展到了分数范围。Mandelbort(1982)在他的经典著作中描述了海岸线的测量方法之后，分形学以海岸线的几何形态为例，发展了关于曲线的分维的计算方法(Falconer K.J.，1990)。近年来，分形学渗透到地震勘探研究领域，地震记录可以被看作为一条曲线，利用改变粗视化(roughness)程度的方法(Feder，1988)可以对地震记录进行分维计算，根据分维的变化特征可以判别地震波的初至走时(Boschetti et al.，1996)。地震记录的维数被定义在大于1小于2的范围内。利用地震道分维的变化判别地震初至波的依据是，地震记录上初至波到达之前，分维数值为常数，从初至波到达时刻起，分维数值开始发生变化(Boschetti et al.，1996)。但是当地震记录存在一定的噪声时，地震记录的分维在初至波到达之前不可能是常数。因此，分形算法在遇到强噪声背景地震记录时，存在如何提高算法的抗噪声能力的问题。本发明针对这一问题引进广义分维的概念，大大提高了分形算法的抗噪声能力。在经典分形理论中，地震记录的分维变化区间是[1，2]，在广义分维的范畴，地震记录分维数值的变化区间可以扩展到[0，>2)。此时维数不再有物理意义，而仅仅指示了地震记录在某种测量方式下的相对特征值。这一相对特征值为本发明拾取高噪声背景下的地震初至波走时，甚至反射波走时，提供了极为方便的定量依据。

准确拾取地震波走时是地震勘探以及地震层析成像方法中计算速度的重要依据。地球表面的未压实层和风化层相对于较深部的固结层和岩石层的速度存在相当大的差异，表层厚度及速度的估算直接影响其下覆地层速度估算的准确性，所以正确拾取地震波初至走时在表层厚度及速度计算中意义重大。由于表层地质结构的复杂性及人们对表层估算精度要求的不断提高，对地震波初至的理解已不再局限于直达波，初至是直达波与折射波的共存与复合已成为人们的共识。初至走时的计算机自动拾取方法也因此而不断改进。近年来，许多文献记载了初至走时自动拾取的方法。例如Gelchinsky等用相邻道互相关方法，Coppens提出在不同大小的时窗内进行能量比较的方法Ramananantoandro用改变褶积算子宽度直到振幅最大值的位置不再发生变化的方法，Boschetti等于1996年发表了基于分形理论的divider method和Hurst method可用来检测地震波的初至走时的文章等。大多数初至走时自动拾取方法的关键是依据初至与其相邻点之间振幅及频率的差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分形地震波初至拾取的方法。

本发明提供了地震道Hausdorff广义分数维的算法以及如何根据分数维的变化标定地震波初至走时的方法。地震波初至到达之前，地震道时间序列为随机噪声的响应，地震波初至到达之后，地震道时间序列为随机噪声与地震波动的复合。本发明在分形学理论的基础上利用Hausdorff广义分数维识别地震道初至走时不仅是一种快速、准确的方法，而且在计算中不需人工干预，能够实现计算机全自动拾取。这种方法对相邻道无特殊限定，适用于各种不规则的二维及三维地震勘探观测系统、人工地震透射波层析成像的走时识别，也适用于天然地震层析成像研究中地震波初至走时的识别。

本发明提供的分形地震波初至拾取的方法，步骤如下：

a)首先对地震记录进行去噪处理，消除环境噪声和有规律的系统噪声；

b)定义一个工作窗，工作窗的长度要保证有足够的样本量计算分形维数，以及计算速度；

c)选取一个任意半径r的圆作为地震记录度量的初始尺度，以地震记录上第一个采样点为圆心，沿地震记录移动圆；

d)通过二维圆方程与地震曲线方程的联合求解，计算圆与地震记录曲线的交点；

e)以该交点作为圆度量地震曲线长度的下一个起始点，同样以r为半径画圆，重复步骤c的操作，再次计算出圆和地震记录新的交点，直到将圆移动到地震记录的末端，将地震记录长度计算出来；

f)给圆半径r一个增量，以新的圆半径重复步骤b、c、d的操作，计算出一个新的地震记录长度L；