基于反射槽波頻散相似度的斷層成像方法
【專利摘要】本發(fā)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(shí)現(xiàn)：步驟一：時(shí)頻分解；步驟二：求直達(dá)槽波頻散曲線；步驟三：消除直達(dá)槽波；步驟四：成像。本發(fā)明充分利用了槽波的頻散性質(zhì)，依據(jù)頻散性減少了其他噪聲對成像的影響，減少了畫弧現(xiàn)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(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦井下物探技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)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(shù)】
[0002] 理論的反射槽波成像方法為延時(shí)求和偏移法。其思想是依據(jù)理論頻散曲線對各道 信號進(jìn)行相位補(bǔ)償，然而在計(jì)算出延遲時(shí)間后將各道信號延時(shí)時(shí)刻的振幅疊加起來。實(shí)際 資料處理中，由于頻散曲線的理論值與實(shí)際值有一定差異，相位補(bǔ)償?shù)男Ч⒉焕硐?。因?常用方法是依據(jù)中屯、頻率進(jìn)行帶通濾波后求包絡(luò)，再對包絡(luò)進(jìn)行延時(shí)疊加。當(dāng)反射槽波較 強(qiáng)能形成單獨(dú)包絡(luò)時(shí)，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(qiáng)且直 達(dá)槽波波列較長，反射槽波波列經(jīng)常被淹沒在噪聲或直達(dá)槽波波列中，無法形成包絡(luò)，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(shí)際需要。
[0003] 事實(shí)上，頻散性是槽波區(qū)別于其他彈性波的重要特性之一。已有方法無論是相位 補(bǔ)償還是求包絡(luò)，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(yùn)一問題， 我們研究發(fā)現(xiàn)反射對槽波頻散的影響并不大，發(fā)生反射前后槽波在"速度-頻率"域內(nèi)具有 很強(qiáng)的相似性。因此可W利用運(yùn)一性質(zhì)，首先提取直達(dá)槽波的"速度-頻率"譜作為模板，在 成像過程中，根據(jù)成像點(diǎn)的位置將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到"速度-頻率"域內(nèi)W后計(jì)算其與直達(dá)槽波"速 度-頻率"譜的相似性。如果成像點(diǎn)是反射點(diǎn)，則相似性就高。通過計(jì)算每一個(gè)成像點(diǎn)處反射 槽波與直達(dá)槽波"速度-頻率"譜的相似度，就可W對斷層成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)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(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明實(shí)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(shí)現(xiàn)：
[0007] 步驟一:時(shí)頻分解，用廣義S變換求出各道地震數(shù)據(jù)的時(shí)頻譜 [000引
[0009]其中Sn(t)為第n道地震數(shù)據(jù)的時(shí)域形式，Sn(T，f)為其時(shí)頻譜，nG[l，N]，N為總道 數(shù)；
[0010]步驟二:求直達(dá)槽波頻散曲線，依據(jù)各道的炮點(diǎn)位置(Xsn，ysn)與檢波點(diǎn)位置(Xrn, yrn)，求出直達(dá)槽波的傳播距離Ln
[0011]
[0012]再由Ln對Sn(T，f)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可求出各道直達(dá)槽波的頻散曲線，疊加后獲得總 體數(shù)據(jù)中直達(dá)槽波的頻散曲線C (V，f)
[0013]
[0014] 步驟S:消除直達(dá)槽波，根據(jù)Ln將C (V，f)從"速度-頻率"域轉(zhuǎn)換回"時(shí)間-頻率"域 后，與Sn(T，f)相減，就可W得到消除了直達(dá)槽波后的各道時(shí)頻譜S'n(T，f)
[0015]
[0016] 步驟四：成像，首先選定一個(gè)成像區(qū)域，區(qū)域的一個(gè)點(diǎn)P，坐標(biāo)為(xp，yp)，假設(shè)P點(diǎn)是 一個(gè)反射點(diǎn)，則槽波從第n道數(shù)據(jù)的震源點(diǎn)(Xsn，ysn)出發(fā)，在P點(diǎn)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(diǎn)是反射點(diǎn)，則根據(jù)Lpn求出的頻散曲線Cpn(V，f)應(yīng)該與C(v，f)一致，因此， 將所有道Cpn(v，f)與C(V，f)的相關(guān)系數(shù)的和Rp作為該成像點(diǎn)的值，
[0019]
[0020] 當(dāng)該點(diǎn)確實(shí)為反射點(diǎn)時(shí)，Rp較大，而當(dāng)它不是反射點(diǎn)時(shí)，Rp較小，對成像區(qū)域內(nèi)所有 成像點(diǎn)進(jìn)行上述處理，得到整個(gè)區(qū)域的成像結(jié)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(shù)據(jù)Sn(t);
[0023] 2)用廣義S變換求Sn(t)對應(yīng)的時(shí)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(shí)頻譜Sn(T，f);
[0028] 2)從第n道道頭中讀取炮點(diǎn)位置(Xsn，ysn)與檢波點(diǎn)位置(虹n，yrn);
[0029] 3)計(jì)算直達(dá)槽波的傳播距離Ln;
[0030] 4)時(shí)頻譜Sn( T，f )轉(zhuǎn)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(dá)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(dá)槽波頻散曲線C(v，f);
[0035] 2)令n = l，讀取第n道對應(yīng)的直達(dá)槽波傳播距離Ln;
[0036] 3)讀取第n道時(shí)頻譜Sn(T，f);由Ln將C(V，f)轉(zhuǎn)換到咐間-頻率"域后與Sn(T，f)相 減，得到消除了直達(dá)槽波后時(shí)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(gè)點(diǎn)開始對成像范圍內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)逐個(gè)處理；
[0042] 3)令n=l，從道頭中讀取炮點(diǎn)位置(Xsn，ysn)與檢波點(diǎn)位置(Xrn，yrn);
[0043] 4)計(jì)算槽波從炮點(diǎn)到反射點(diǎn)，再到接收點(diǎn)的傳播距離Lpn;
[0044] 5)讀取 S'n(T，f);
[0045] 6)求當(dāng)W(x，y)為坐標(biāo)的點(diǎn)P為反射點(diǎn)時(shí)，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(guān)系數(shù) 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(diǎn)對應(yīng)的成像值；
[0049] 10)令X = X+1或y = y+1，求下一個(gè)點(diǎn)的Rp直到成像區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)成像完畢；
[0化日]11)最終顯示成像結(jié)果。
[0051] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0052] 本發(fā)明充分利用了槽波的頻散性質(zhì)，依據(jù)頻散性減少了其他噪聲對成像的影響， 減少了畫弧現(xiàn)象，大大提高了斷層成像的精度。
【附圖說明】
[0053] 圖1為本發(fā)明實(shí)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(fā)明實(shí)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(shí)頻分 解流程圖；
[0055] 圖3為本發(fā)明實(shí)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(dá) 槽波頻散曲線流程圖；
[0056] 圖4為本發(fā)明實(shí)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(dá)槽 波壓制流程圖；
[0057] 圖5為本發(fā)明實(shí)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(fā)明實(shí)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(tǒng)布置圖；
[0059] 圖7為本發(fā)明實(shí)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(shù)據(jù)；
[0060] 圖8為本發(fā)明實(shí)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(dá)槽 波頻散曲線；
[0061] 圖9為本發(fā)明實(shí)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(dá) 波路徑求出第30道的速度-頻率譜；
[0062] 圖10為本發(fā)明實(shí)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(dá)槽波后結(jié)果；
[0063] 圖11為本發(fā)明實(shí)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(fā)明實(shí)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(jié)果；
[0065] 圖13為本發(fā)明實(shí)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(fā) 明的斷層成像結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0066] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0067] 本發(fā)明實(shí)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(shí)現(xiàn)：
[0068] 步驟一:用廣義S變換求出各道地震數(shù)據(jù)的時(shí)頻譜
[0069]
[0070] 其中Sn(t)為第n道地震數(shù)據(jù)的時(shí)域形式，Sn(T，f)為其時(shí)頻譜。nG[l，N]，N為總道 數(shù)；
[0071] 具體地，如圖2所示，令n=l，讀取第n道地震數(shù)據(jù)Sn(t);用廣義S變換求Sn(t)對應(yīng) 的時(shí)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(jù)各道的炮點(diǎn)位置(Xsn，ysn)與檢波點(diǎn)位置(虹n，yrn)，求出直達(dá)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(shí)頻譜Sn(T，f);從第n道道頭中讀取炮點(diǎn) 位置(Xsn，ysn)與檢波點(diǎn)位置(Xrn，yrn);計(jì)算直達(dá)槽波的傳播距離Ln;時(shí)頻譜Sn(T，f)轉(zhuǎn)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(dá)槽波的頻散曲線C(v，f)。
[0075] 步驟由Ln對Sn(T，f)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可求出各道直達(dá)槽波的頻散曲線，疊加后獲 得總體數(shù)據(jù)中直達(dá)槽波的頻散曲線C(v，f)
[0076]
[0077] 冉根據(jù)Ln將
C( V，f)從"速度-頻率"域轉(zhuǎn)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(dá)槽波后的各道時(shí)頻譜S ' n( T，f)
[007引
[0079] 具體地，如圖4所示，讀取直達(dá)槽波頻散曲線C(v，f);令n = l，讀取第n道對應(yīng)的直 達(dá)槽波傳播距離Ln;讀取第n道時(shí)頻譜Sn(T，f);由Ln將C(V，f)轉(zhuǎn)換到"時(shí)間-頻率"域后與Sn (T，f)相減，得到消除了直達(dá)槽波后時(shí)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(gè)成像區(qū)域，區(qū)域的一個(gè)點(diǎn)P，坐標(biāo)為(Xp，yp)。假設(shè)P點(diǎn)是 一個(gè)反射點(diǎn)，則槽波從第n道數(shù)據(jù)的震源點(diǎn)(Xsn，ysn)出發(fā)，在P點(diǎn)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(diǎn)是反射點(diǎn)，則根據(jù)Lpn求出的頻散曲線Cpn(V，f)應(yīng)該與C(v，f)一致，因此， 將所有道Cpn(v，f)與C(V，f)的相關(guān)系數(shù)的和Rp作為該成像點(diǎn)的值，
[0083]
[0084] 當(dāng)該點(diǎn)確實(shí)為反射點(diǎn)時(shí)，Rp較大，而當(dāng)它不是反射點(diǎn)時(shí)，Rp較小，對成像區(qū)域內(nèi)所有 成像點(diǎn)進(jìn)行上述處理，得到整個(gè)區(qū)域的成像結(jié)果。
[0085] 具體地，如圖5所示，讀取直達(dá)槽波頻散曲線C(v，f);選定成像范圍；令x = l，y = l， 從第1個(gè)點(diǎn)開始對成像范圍內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)逐個(gè)處理;令n=l，從道頭中讀取炮點(diǎn)位置(Xsn, ysn)與檢波點(diǎn)位置(Xrn，yrn);計(jì)算槽波從炮點(diǎn)到反射點(diǎn)，再到接收點(diǎn)的傳播距離Lpn;讀取S'n (T，f);求當(dāng)W(X，y)為坐標(biāo)的點(diǎn)P為反射點(diǎn)時(shí)，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(guān)系數(shù)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(diǎn)對應(yīng)的成像值;令X = X+1或y = y+1，求下一個(gè)點(diǎn)的Rp直到成像區(qū)域內(nèi) 所有點(diǎn)成像完畢;最終顯示成像結(jié)果。
[0086] 下面W理論模型為例說明本發(fā)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(tǒng)布置如圖6所示。圖7為根據(jù)=維彈性波正演模擬 方法得到的第20炮正演模擬的結(jié)果，從中可W分辨出直達(dá)槽波與斷層的反射槽波。圖8由所 有炮疊加得到的直達(dá)槽波"速度-頻率"譜，其中黑色線條為根據(jù)物性參數(shù)計(jì)算出的理論頻 散曲線。圖9是第20炮的第30道數(shù)據(jù)時(shí)頻譜轉(zhuǎn)換到"速度-頻率譜"的結(jié)果，壓縮其中的直達(dá) 槽波，結(jié)果如圖10所示。根據(jù)反射的幾何關(guān)系，第20炮第20道數(shù)據(jù)的反射槽波應(yīng)來自于斷層 上的點(diǎn)（x = 429，y= 137)。如果將運(yùn)一點(diǎn)作為反射點(diǎn)，求第20炮第30道數(shù)據(jù)的"速度-頻率 譜"，結(jié)果如圖11所示?？蒞看出反射槽波與直達(dá)槽波的頻散曲線具有很強(qiáng)的相似性。本發(fā) 明正是利用運(yùn)一相似性對斷層成像的。圖12是用已有方法成像的結(jié)果。圖13是用本發(fā)明方 法成像的結(jié)果，可W看出與已有方法相比，新方法的成像結(jié)果減少了畫弧效應(yīng)，具有更高的 分辨率，能夠更準(zhǔn)確反映斷層的發(fā)育情況。斷層的像在距離模型右邊界20m范圍內(nèi)有能量減 弱的現(xiàn)象，運(yùn)是因?yàn)槟軌蛟谶\(yùn)段范圍形成有效反射的炮點(diǎn)已經(jīng)超出了模型范圍，所W運(yùn)段 斷層無法成像是正?，F(xiàn)象。
[0088] W上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(shí)現(xiàn)： 步驟一:時(shí)頻分解，用廣義S變換求出各道地震數(shù)據(jù)的時(shí)頻譜其中Sn⑴為第η道地震數(shù)據(jù)的時(shí)域形式，Sn(T，f)為其時(shí)頻譜，1^[1』]4為總道數(shù)； 步驟二:求直達(dá)槽波頻散曲線，依據(jù)各道的炮點(diǎn)位置(Xsn，ysn)與檢波點(diǎn)位置(Xrn，y rn)， 求出直達(dá)槽波的傳播距離Ln再由LdiSn(T，f)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可求出各道直達(dá)槽波的頻散曲線，疊加后獲得總體數(shù) 據(jù)中首伏槽被的頗散曲線C (V. f)步驟三:消除直達(dá)槽波，根據(jù)Lr^C(V，f)從"速度-頻率"域轉(zhuǎn)換回"時(shí)間-頻率"域后，與 Sn(^f)相減，就可以得到消除了直達(dá)槽波后的各道時(shí)頻譜S'n(T，f)步驟四：成像，首先選定一個(gè)成像區(qū)域，區(qū)域的一個(gè)點(diǎn)P，坐標(biāo)為(xP，yP)，假設(shè)P點(diǎn)是一個(gè) 反射點(diǎn)，則槽波從第η道數(shù)據(jù)的震源點(diǎn)(Xsn，ysn)出發(fā)，在P點(diǎn)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(diǎn)是反射點(diǎn)，則根據(jù)Lpn求出的頻散曲線Cpn(v，f)應(yīng)該與C(v，f)一致，因此，將所有 道Cpn(v，f)與C(v，f)的相關(guān)系數(shù)的和心作為該成像點(diǎn)的值，當(dāng)該點(diǎn)確實(shí)為反射點(diǎn)時(shí)，Rp較大，而當(dāng)它不是反射點(diǎn)時(shí)，Rp較小，對成像區(qū)域內(nèi)所有成像 點(diǎn)進(jìn)行上述處理，得到整個(gè)區(qū)域的成像結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)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(shù)據(jù)sn (t); 2) 用廣義S變換求sn(t)對應(yīng)的時(shí)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(jù)權(quán)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(shí)頻譜Sn (τ，f); 2) 從第η道道頭中讀取炮點(diǎn)位置(xsn，ysn)與檢波點(diǎn)位置(xrn，y rn); 3) 計(jì)算直達(dá)槽波的傳播距離Ln; 4) 時(shí)頻譜Sn(τ，f)轉(zhuǎn)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(dá)槽波的頻散曲線C (V，f)。4. 根據(jù)權(quán)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(dá)槽波頻散曲線C(v，f); 2) 令η = 1，讀取第η道對應(yīng)的直達(dá)槽波傳播距離Ln; 3) 讀取第η道時(shí)頻 4) 由1^將以7,〇轉(zhuǎn)換到"時(shí)間-頻率"域后與511(14)相減，得到消除了直達(dá)槽波后時(shí)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(jù)權(quán)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(gè)點(diǎn)開始對成像范圍內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)逐個(gè)處理； 3) 令n=l，從道頭中讀取炮點(diǎn)位置(Xsn，ysn)與檢波點(diǎn)位置(Xrn，y rn); 4) 計(jì)算槽波從炮點(diǎn)到反射點(diǎn)，再到接收點(diǎn)的傳播距離Lpn; 5) 讀取 S'n(T，f); 6) 求當(dāng)以(x，y)為坐標(biāo)的點(diǎn)P為反射點(diǎn)時(shí)，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(guān)系數(shù)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(diǎn)對應(yīng)的成像值； 10) 令X = X+1或y = y+1，求下一個(gè)點(diǎn)的Rp直到成像區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)成像完畢； 11) 最終顯示成像結(jié)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(fā)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(tuán)西安研究院有限公司