基于能量比与互相关法的地震剖面反射同相轴交互自动拾取研究_丁维凤

在 去 毛 刺 噪 音 干 扰 时 ，可 以 采 用 方 形 中 值 滤
波 方 法 ，该 方 法 对 消 除 尖 脉 冲 干 扰 比 较 有 效 。 消 除 海 上 周 期 性 的 风 浪 等 规 律 性 干 扰 ，可 以 采 用 简 单的滑动时窗平均滤波方法。图４为光滑滤波前 后 的 结 果 对 比 图 ，从 图 中 可 以 看 出 光 滑 滤 波 前 的 拾 取 结 果 毛 刺 与 风 浪 影 响 严 重 ，采 用 中 值 滤 波 与 滑 动 平 均 滤 波 后 这 些 干 扰 因 素 都 被 消 除 ，还 原 了 真实的海底地层。
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散后的公式为 ： ［４－５］
Ｔ３
∑ｘ２（ｔ）
Ａ ＝ ｔ＝Ｔ２
１
Ｔ２
，
∑ｘ２（ｔ）
ｔ＝Ｔ１
海 洋 学 报 ３４ 卷
（２）
式中，ｘ（ｔ）为 记 录 采 样 值，Ｔ１ 为 前 一 时 窗 起 点，Ｔ２ 为 前 一时窗终点，也是后一时窗起点，Ｔ３为后一时窗终点。
按照上面公式，程序实现时需在时间序列的记录 波形上划分多个能量搜索窗口，窗口大小由用户自己 定义。在搜索窗口的划分上有不同的实现方法。
２ 自动拾取方法研究
２．１ 能 Байду номын сангаас 比 值 法 能量比值法由 Ｆ．Ｃｏｐｐｅｒｓ于１９８５年提出，其定
义 为 ：一 个 周 期 内 信 号 的 能 量 与 总 时 窗 能 量 的 比 值 ，
即 ： ［１４］
ｒ
∫ｘ２（ｔ）ｄｔ
Ｒ（τ）＝
ｒ－Ｌ ｒ
，
（１）
∫ｘ２（ｔ）ｄｔ ０
式中，Ｒ（τ）为能量比 值 函 数，ｘ（ｔ）为 记 录 信 号，Ｌ 为
３ 期 丁 维 凤 等 ：基 于 能 量 比 与 互 相 关 法 的 地 震 剖 面 反 射 同 相 轴 交 互 自 动 拾 取 研 究
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会比较小，若选择合适的延迟时间ｔ０，对其中一道作ｔ０ 延迟后再与另一道作相关分析，就可以获得最大的相
关系数，此时的ｔ０值在应用中有着非常重要的意义，它 反映了我们所研究的两个信号之间的时差，利用该时
差可以得到两反射波形反射同相轴的相似位置。因此
相关分析可以应用到反射同相轴的自动拾取中。
相关系数的计算公式如下 ： ［１５］
ｔ２
∑ ｒｘｙ （ｔ０）＝ ｘｙ ｔ ｔ－ｔ０ ， ｔ＝ｔ１
（３）
式中，ｒｘｙ （ｔ０）是ｔ０的一个函数，也是两信号ｘｔ与ｙｔ的
互相 关 函 数，ｔ０ 为 延 迟 时 间，当ｒｘｙ （ｔ０）达 到 最 大 值
２．３ 自 动 拾 取 结 果 的 光 滑 滤 波 因 野 外 采 集 时 环 境 噪 音 的 影 响，特 别 在 海 上 采
集时风浪与涌浪的 干 扰，地 震 剖 面 上 会 出 现 毛 刺 与 波浪形地形，自动拾 取 反 射 层 位 后 拾 取 曲 线 会 出 现 毛 刺 与 波 浪 状 干 扰 ，严 重 影 响 解 释 精 度 ，因 此 需 对 拾 取结果进行滤波处理。
的限制，该方法对海 底 面 下 的 层 间 反 射 同 相 轴 自 动 追踪准确度较差，无 论 选 用 多 大 的 搜 索 窗 口 与 阀 值 等参数都不能准确 拾 取，因 此 对 这 些 层 的 自 动 拾 取 需选用其他方法。 ２．２ 相 关 分 析 方 法
相关分析能 够 比 较 两 个 波 形 的 相 似 程 度，当 两 个
资 料 的 所 有 反 射 同 相 轴 ，对 于 复 杂 地 区 的 反 射 资 料 ， 完全采用自动拾取方法会出现错误追逐与多种噪音 干 扰 等 问 题 ，很 难 获 得 满 意 结 果 。
基 于 以 上 分 析 ，本 文 以 实 际 资 料 为 例 ，选 用 能 量 比与互相关两种自 动 拾 取 方 法，研 究 讨 论 两 种 方 法 的优缺点及改进，同 时 还 分 析 人 工 交 互 拾 取 在 解 释 工作中的重要性。
早期的模拟记录一般由人工在打印剖面图纸上 手工描图解释，后经 扫 描 与 数 字 化 等 繁 琐 工 作 后 完 成一幅剖面图的解释工作。如今手工拾取数字化记 录基本利用解释软件在计算机屏幕上通过鼠标交互 拾取，拾取过程灵 活 多 样，操 作 简 单，拾 取 结 果 能 直 接输出为 ＣＡＤ 格式。 自 动 拾 取 方 法 目 前 有 利 用 地 震资料瞬时特征与 时 窗 属 性 的 信 号 分 析 法 （如 振 幅 比 法［１－２］、相 关 法［３］、能 量 比 法［４－５］、小 波 分 析 法 、 ［６］ 分析维法 与 ［７－８］ 神经网络 法 等 ［９］ ），也 有 利 用 剖 面 图 像特 征 的 边 缘 检 测 法 （如 ［１０－１３］ Ｃａｎｎｙ 算 子、Ｓｏｂｅｌ 算子、Ｒｏｂｅｒｔｓ算子等）。 这 些 自 动 拾 取 方 法 有 着 各 自的优缺点，单独采 用 一 种 算 法 不 能 准 确 追 踪 整 个
利用上面方法对图２中除海底面外的其它解释 层进行相关 分 析 自 动 拾 取，拾 取 结 果 如 图 ３ 所 示。 从图中可以看出：图 ２ 中 用 能 量 比 法 拾 取 的 第 二 层 与第三层都追踪出 错，而 采 用 相 关 分 析 法 在 图 ３ 中 都得到了正确的追 踪，说 明 相 关 分 析 在 自 动 追 踪 层 间反射同相轴时比能量比法优越。
时，说明ｙｔ在时间延迟ｔ０后 与 ｘｔ最 相 似。 在 反 射 同 向轴的自动 拾 取 中，ｒｘｙ （ｔ０）达 到 最 大 说 明 ｘ 记 录ｔ 时刻的 波 形 与ｙ 记 录ｔ－ｔ０时 刻 的 波 形 在 同 一 搜 索 窗口内为同一反射 同 相 轴，根 据 该 思 想 可 以 实 现 对 所有记录道反射同相轴的自动追踪。
种 子 点 可 以 明 确 待 追 踪 目 的 反 射 层 ，限 制 自 动 拾 取 范 围 ，避 免 开 始 拾 取 时 的 错 误 追 踪 ，提 高 自 动 追 踪的精度与效率。参考种子点的定义必须以人机 交 互 的 方 法 通 过 鼠 标 人 工 拾 取 ，如 图 ５ 所 示 ，鼠 标 交 互 定 义 振 幅 最 大 值 位 置 为 参 考 种 子 点 （最 大 值 由计算机在人工定义位置的一定范围内自动搜索 获 得），后 续 道 的 自 动 拾 取 就 以 该 参 考 点 为 依 据 ， 在一定的时窗范围内对当前道进行自 动 搜 索运 算 。 为 了 提 高 参 考 种 子 点 的 作 用范围，自动拾取时
（１．国家海洋局 第二海洋研究所 工程海洋学重点实验室，浙江 杭州 ３１００１２）
摘要：为提高地震剖面反射同相轴拾取 的 精 度 与 效 率，结 合 实 际 资 料 详 细 讨 论 了 能 量 比 与 互 相 关
两 种 自 动 拾 取 方 法 的 优 缺 点 ，提 出 对 拾 取 结 果 进 行 光 滑 滤 波 处 理 ，以 消 除 资 料 上 的 随 机 噪 音 与 风 浪
波形的变化形态完全一致时，其相关系数达到最大值， 而两个波 形 的 变 化 形 态 完 全 相 反 时，相 关 系 数 为 零。 地震勘探中，因相邻两道接收点位置的不同以及地下 界面的起伏变化等因素，由相同震源引起的反映地下 同一反射界面的反射波在相邻两道上出现的时间会不 同。此时对相 邻 两 道 作 零 延 时 相 关 分 析 时，相 关 系 数
关 键 词 ：反 射 同 相 轴 ；能 量 比 ；互 相 关 ；光 滑 滤 波 ；人 机 交 互 拾 取
中 图 分 类 号 ：Ｐ６３１．４；Ｐ７１４．８
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０２５３－４１９３（２０１２）０３－００８７－０５
１ 引言
地震剖面反射同相轴的准确拾取是地震资料解释 工作中的一项重要技术，按照解释拾取方式的不同，拾 取可分为人工拾取与计算机自动拾取。人工拾取准确 率比较高，拾 取 结 果 易 于 控 制，但 拾 取 效 率 低，费 时 费 力。计算机自动拾取效率高，省时省力，但完全自动拾 取的准确率比较低，同相轴追踪易出错，修改麻烦。
图 １ ａ．静 态 时 窗 、ｂ．滑 动 时 窗 、ｃ．基 于 约 束 阈 值 的 搜 索 示 意 图 ［５］
能量比法使用之初窗口的划分采用无重合静态 连续划 分 方 法，如 图 １ａ所 示，这 种 窗 口 在 搜 索 最 大 能量时会取得错误的极值位置。左国平提出动态滑 动窗口搜索法，如图 １ｂ 所 示，该 方 法 解 决 了 最 大 能 量取值位置的问题，但 具 体 使 用 时 只 能 追 踪 记 录 的 初至波，对初 至 之 后 的 层 位 反 射 搜 索 不 准 。 ［４］ 罗 进 华等提出了基于约束搜索与跳跃阈值的追踪方法， 如 图 １ｃ所 示 ，该 方 法 能 够 自 动 搜 索 海 底 面 以 下 的 较 平地层反射，但该 方 法 设 计 参 数 过 多，使 用 不 方 便，
且在同一时窗范围内若有两个或更多强反射同相轴 时极值搜索会出错 。 ［５］ 由于能量比法的原理是 基 于 弱能量噪音背景下，通 过 时 窗 能 量 比 找 出 强 能 量 的 振幅点，该方法对记 录 前 面 的 初 至 信 号 或 海 底 面 反 射信号搜索比较有 效，对 能 量 差 别 不 大 的 层 间 反 射 信号的自动搜索失效。
对海 上 地 震 勘 探 资 料，特 别 是 高 分 辨 率 的 Ｃｈｉｒｐ 信 号 声 学 地 层 剖 面，能 量 比 法 自 动 搜 索 海 底 面 反 射 同 相 轴 比 较 成 功 ，如 图 ２ 所 示 ，但 受 方 法 原 理
图 ２ Ｃｈｉｒｐ 子 波 的 声 学 地 层 剖 面 约 束 滑 动 时 窗 能 量 比 法 反 射 同 相 轴 自 动 拾 取 结 果 除 第 一 层 海 底 面 反 射 同 相 轴 正 确 拾 取 外 ，下 面 三 个 层 的 反 射 同 相 轴 自 动 拾 取 结 果 都 有 问 题
第 ３４ 卷 第 ３ 期 ２０１２ 年 ５ 月
海 洋 学 报
ＡＣＴＡ ＯＣＥＡＮＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ