一种高精度多分量地震数据偏振特性图处理方法

摘要

本发明涉及地震勘探的高精度多分量地震数据偏振特性图处理方法。步骤包括：根据多分量数据振幅值将振幅值标准化0至1范围；振幅值与红、绿、蓝色彩对应，将每个分量色值进行矢量合成，将转换合成后的数据根据显示作图设备的颜色深度进行计算按照每个分量标准化振幅值乘以最大颜色值后再显示或作图；对照多分量数据与色彩的相互关系初步确定各种波场的偏振方向及性质，对物探目标区域的数据样点，用红、绿、蓝指针显示时窗中点的瞬时偏振，用确定的偏振方向进行波场分离，提高成像的分辨率及信噪比和岩性预测的精度及可靠性。本发明可以指针轨迹图的方式显示多分量数据待分析样点的瞬时偏振方向及所在时窗的偏振图，进行目标区定量分析。

说明书

技术领域

本发明涉及地震勘探中多分量地震数据处理方法，具体是一种对多分量地震波场的偏振特性进行图示，从而提高检波器旋转和各向异性参数分析精度和效率的高精度多分量地震数据偏振特性图处理方法。

背景技术

随着技术的进步，许多信息都可以通过适当的方法以比较直观的图形方式进行作图，显示出数据中包含的信息以及信息的展布特征，提高各参数分析计算的精度和效率。目前，在地震数据处理中，地震数据及其派生的属性数据需要以各种图形的方式显示，直观地反映地质构造和各种剖面，如包括波形、波形变面积、灰度、彩色等。对于单个数据集的再现方式比较简单，数据真值可以通过简单的变换得到直观结果，而对于多分量数据所包含的复杂信息显示则复杂得多，必须考虑图形中反映的的信息具有直观性和独立性。多分量地震数据记录了地震波场在三维空间的震动，是矢量波场在传感器记录方向上的投影，如何对三维偏振的波场信息以恰当的方式显示，对于多分量波场性质的确定，波场分离方法的研究及各向异性参数的估算具有重要意义。

Brown(1999)指出单色调(如黑-灰-白)和双色调(如蓝-白-红)非常适合于显示地震波振幅。Knobloch(1982)较早将多个地震属性通过HLS色彩模型映射到彩色空间，I-Ching Lin等人将各种地震相关数据映射到HLS色彩空间并进行了成功的应用，包括三分量VSP(垂直地震剖面)数据的显示(将x、y映射到色度、饱和度构成的色轮上，将z映射到亮度轴方向上)，但在HLS(色度-饱和度-亮度)色彩空间，当饱和度接近零时，色度的信息变得不可靠，当亮度过低或过高时，色彩饱和度和色度的信息都变得不直观，影响检波器旋转和各向异性参数确定，以及波场分离的参数计算的精度和效率。

发明内容

本发明目的是提供一种显示多分量地震数据偏振特性图形，提高波场分离的参数计算的精度和效率的高精度多分量地震数据偏振特性图处理方法。

本发明具体步骤包括：

1)在野外通过爆炸震源或可控震源激发地震波场，布设多分量检波器获得多分量地震数据；

所述的多分量检波器为两分量或三分量检波器。

所述的布设多分量检波器在地面、海底或井中。

2)根据多分量数据振幅值分布范围将所有振幅值按比例标准化到0至1的范围内；

3)对每一个分量的振幅值与红、绿、蓝色彩建立对应关系，并将所要显示的数据计算得到红、绿、蓝色彩对应值；

4)将每个分量对应样点的颜色值进行矢量合成，得到多分量显示或作图的红、绿、蓝色彩颜色值；

5)将转换合成后的数据根据显示作图设备的颜色深度进行计算按照每个分量标准化振幅值乘以最大颜色值后再显示或作图；

6)利用显示或作图的结果，对照多分量数据与色彩的相互关系初步确定各种波场的偏振方向及性质，用第二种映射作图时，红色代表偏振方向在第一分量方向，绿色代表偏振方向在第二分量方向，蓝色代表偏振方向在第三分量方向，其它颜色代表偏振方向介于几个分量之间；

7)对物探目标区域的数据样点，选择分析时窗，时窗长度约为地震波的一个主周期，以指针轨迹图进行显示，即：红、绿、蓝指针显示时窗中点的瞬时偏振，指针位置及长度分别代表空间偏振在三个正交平面内的投影(如XY、YZ、XZ平面)，实线代表前半个时窗的偏振轨迹，虚线代表后半个时窗的偏振轨迹，不同颜色代表在XY、YZ、XZ不同偏振平面，用确定的偏振方向进行波场分离，提高成像的分辨率及信噪比，进而提高构造解释及岩性预测的精度及可靠性；

8)对于发生横波分裂或多种波场叠合的目标区域，采用两分量旋转合成的方式形成等角度间隔的各个角度的道，然后在相同位置上进行叠合波形显示，若为单一波场，叠合波形的细部极细，即同步过零点；若为复合波场，则叠合波形细部不细，各种波场的相位差异造成过零点不同步；

对X、Y两分量按上述方式进行分析，比较直观地确定横波分裂区域。

步骤3)所述的计算方法根据采用的映射方式有a-e五种；

a.abs(x，y，z)-＞(r，g，b)：将多分量数据的标准化样点值取绝对值，再线性映射到红、绿、蓝色彩值域。

b.(α，β，γ)-＞(r，g，b)：首先求取矢量(x，y，z)与YZ、ZX、XY平面的夹角α、β、γ，标准化后再线性映射到红、绿、蓝值域；

c.(x，y，z)-＞(r，g，b)：将多分量数据的标准化样点值线性映射到红、绿、蓝值域，映射后原点位于RGB色立方体的中心位置；

d.(x，y，z)-＞(rc，gm，by)：将多分量数据的第一个分量标准化样点值线性映射到红、绿、蓝色立方体的红色-青色(红色的补色)对角线上，第二个分量映射到绿色-紫色(绿色的补色)对角线上，第三分量映射到蓝色-黄色(蓝色的补色)对角线上，样点的零值对应于红、绿、蓝色立方体的中心位置，最终将三分量在三个对角线上映射的红、绿、蓝值进行色彩矢量合成形成显示用的红、绿、蓝值；

所述d.的青色为红色的补色，紫色为绿色的补色，黄色为蓝色的补色。

e.(x，y，z)-＞(h，s，l)-＞(r，g，b)：首先将多分量数据中两个分量的标准化样点值以直角坐标到极坐标的转换方式映射到色度、色饱和度构成的色轮上，再将第三个分量的值线性映射到亮度轴上，零点对应于色度、色饱和度及亮度空间的灰色中点；

所述的e.色度、色饱和度及亮度空间到红、绿、蓝空间的转换可利用通用方法完成。

本发明采用多种显示方式对多分量数据进行显示及偏振分析，具有如下特点：

可选择不同映射方式将多分量数据用彩色同时显示出来，并在此基础上进行波场性质的分析及偏振特性研究。

以指针轨迹图的方式显示多分量数据待分析样点的瞬时偏振方向及所在时窗的偏振图，进行目标区定量分析。

以波形叠合图直观显示两分量数据，根据波形叠合图的细部是否接近零线分析波场是否单一，分析横波分裂现象的所在位置，为快慢波分离的时窗选择提供依据。

附图说明

图1第一种映射关系abs(x，y，z)-＞(r，g，b)示意图；

图2第二种映射关系(α，β，γ)-＞(r，g，b)示意图；

图3第三种映射关系(x，y，z)-＞(r，g，b)示意图；

图4第四种映射关系(x，y，z)-＞(rc，gm，by)示意图；

图5第五种映射关系(x，y，z)-＞(h，s，l)示意图；

图6三分量瞬时偏振方向指针轨迹示意图；

图7VSP两水平分量数据波形叠合显示分析示意图(上：线性偏振；下：椭圆偏振)；

图8三分量VSP数据第一种映射关系RGB彩色显示图；

图9三分量VSP数据第二种映射关系RGB彩色显示图；

图10三分量VSP数据第三种映射关系RGB彩色显示图；

图11三分量VSP数据第四种映射关系RGB彩色显示图；

图12三分量VSP数据第五种映射关系RGB彩色显示图；

图13三分量VSP数据目的层附近X、Y分量波形叠合显示图；

图14三分量地面单炮数据第一种映射关系RGB彩色显示图；

图15三分量地面单炮数据第二种映射关系RGB彩色显示图；

图16三分量地面单炮数据第三种映射关系RGB彩色显示图；

图17三分量地面单炮数据第四种映射关系RGB彩色显示图；

图18三分量地面单炮数据第五种映射关系RGB彩色显示图。

具体实施方式

本发明具体步骤包括：

1)在野外通过爆炸震源或可控震源激发地震波场，在地面、海底或井中布设多分量检波器获得多分量地震数据；

所述的多分量检波器为两分量或三分量检波器。

2)根据多分量数据振幅值分布范围将所有振幅值按比例标准化到0-1的范围内；

3)对每一个分量的振幅值在红、绿、蓝色彩建立对应关系，并将所要显示的数据计算得到红、绿、蓝色彩对应值；

所述的计算方法根据采用的映射方式有a-e五种；

a.abs(x，y，z)-＞(r，g，b)；将多分量数据的标准化样点值取绝对值，再线性映射到红、绿、蓝色彩值域(如图1)。该方式可以使大值映射为鲜艳的颜色，小值映射为暗色背景，便于识别多分量数据的偏振主方向，缺点是由于取绝对值导致原来X、Y、Z轴构成的八个象限映射到RGB空间的一个象限，缺乏正负极性信息。

b.即(α，β，γ)-＞(r，g，b)：首先求取矢量(x，y，z)与YZ、ZX、XY平面的夹角α、β、γ，标准化后再线性映射到R、G、B值域(图2)。该方式直接利用偏振角进行映射，易于识别多分量数据的偏振主方向，便于判别波场类型，缺点是缺乏正负极性信息。

c.即(x，y，z)-＞(r，g，b)：即将多分量数据的标准化样点值线性映射到R、G、B值域，映射后原点位于RGB色立方体的中心位置(如图3)。该方式可以保留波场的正负极性信息，但由于坐标轴的取向，大值并不对应最饱和的颜色，与眼睛的生理感觉有差异。

d.即(x，y，z)-＞(rc，gm，by)：将多分量数据的第一个分量标准化样点值线性映射到R、G、B色立方体的红色Red-青色Cyan(红色的补色)对角线上，第二个分量映射到绿色Green-紫色Magenta(绿色的补色)对角线上，第三分量映射到蓝色Blue-黄色Yellow(蓝色的补色)对角线上(如图4)，样点的零值对应于R、G、B色立方体的中心位置。最终将三分量在三个对角线上映射的rgb值进行色彩矢量合成形成显示用的r、g、b值。该方式充分利用了三原色及其互补色进行正、负值的显示，能够比较容易识别波场的偏振方向及极性，缺点是三个映射轴并不正交，因此矢量合成也是示意性的，并不能完全定量反映x、y、z值原来的关系。另外，该方式还可以进行四分量数据的显示，即将第四个分量映射到R、G、B色立方体的黑色-白色对角线上，即灰度轴上。

e.即(x，y，z)-＞(h，s，l)-＞(r，g，b)：首先将多分量数据中两个分量的标准化样点值以直角坐标到极坐标的转换方式映射到H(色度)、S(色饱和度)构成的色轮上，再将第三个分量的值线性映射到L(亮度)轴上，零点对应于HSL空间的中点(灰色)(如图5)。HSL空间到RGB空间的转换可利用通用程序完成。该方式显示时，前两个分量的偏振方向与色度具有明确的对应关系，但当色饱和度较小(即振幅值较小)时，色度变化不敏感，即偏振方向不易分析。第三个分量沿亮度轴(L)，当振幅绝对值较大时，色度和色饱和度变化均不敏感，偏振信息不可靠。

以上五种映射关系各有其优缺点，在图示时可根据实际情况选择使用，也可以通过不同方式间的切换更深入的分析波场的偏振特征及性质，值得说明的是以上各种映射关系中X、Y、Z的顺序可以根据习惯进行调整，比如X既可以对应红色，也可以对应绿色或蓝色。另外前面的映射关系均以三分量说明，若仅显示分析两分量，则将第三个分量全部作为零值映射即可。

4)将每个分量对应样点的颜色值进行矢量合成，得到多分量显示或作图所需要的RGB颜色值；

5)将转换合成后的数据根据显示作图设备的颜色深度进行计算后再显示或作图，即每个分量归一化振幅值乘以最大颜色值。

6)利用显示或作图的结果，对照多分量数据与色彩的相互关系初步确定各种波场的偏振方向及性质，用第二种映射作图时，红色代表第一分量方向，绿色代表第二分量方向，蓝色代表第三分量方向，其它颜色代表介于几个分量之间；

7)对物探目标区域的数据样点，选择分析时窗，时窗长度约为地震波的一个主周期，以指针轨迹图进行显示，即：红、绿、蓝指针显示时窗中点的瞬时偏振，指针位置及长度分别代表空间偏振在三个正交平面内的投影(如XY、YZ、XZ平面)，实线代表前半个时窗的偏振轨迹，虚线代表后半个时窗的偏振轨迹，不同颜色代表在不同偏振平面。该方式下可以定量确定偏振方向，利用确定的偏振方向进行波场分离，提高成像的分辨率及信噪比，进而提高构造解释及岩性预测的精度及可靠性；

8)对于发生横波分裂或多种波场叠合的目标区域，采用两分量旋转合成的方式形成等角度间隔的各个角度的道，然后在相同位置上进行叠合波形显示(见图7)。若为单一波场，则叠合波形图的细部极细，即同步过零点；若为复合波场，则叠合波形细部不细，即各种波场的相位差异造成过零点不同步。对X、Y两分量分析时，这种情况一般代表横波分裂，因此可以比较直观地确定横波分裂区域，增加裂缝性储层分析的可靠性。

偏振特性的表示方法，即通过多分量检波器接收到爆炸激发或可控震源激发的地震波场，再将多分量数据的与偏振有关的参数通过计算建立起与红、绿、蓝(RGB)色彩空间的关系，并借助其它辅助绘图方式，对多分量地震波场的偏振特性进行图示，从而提高检波器旋转和各向异性参数分析精度和效率的方法。该方法对于多分量波场性质的确定，波场分离方法的研究及各向异性参数的估算具有重要意义。

发明实施例1：

1)炸药爆炸激发，井中三分量检波器接收，获得VSP三分量地震数据，总道数为303道。

2)对数据进行标准化处理，取三分量数据中绝对值的最大值乘以95％作为标准化的值1，绝对值大于该值强制置为1(若为负数取值为-1)。

标准化后所有值均在-1到1范围内。

3)以不同映射方式将标准化后的值映射到RGB空间，然后根据显示设备的颜色深度及相关参数进行转换后显示(图8-图12)。

4)将目的层附近水平两分量以旋转合成的方式形成15度间隔的各个角度的道，然后在相同位置上进行叠合波形显示(图13)，可以看出部分椭圆偏振道。

5)根据不同映射方式对显示结果进行分析，可以看出初至波主要沿Z方向震动，应为纵波，初至下方有沿X、Y方向震动的波场，应为横波。

可以看出，在该显示方式下，波场的性质及偏振方向易于分析。其中第一、二种映射方式最为直观的反映了波场的偏振方向，而第五种方式由于振幅最强的Z方向映射到了HSL色彩空间的亮度轴上，高亮度导致X、Y方向的低振幅值分析不可靠。

发明实施例2：

1)炸药爆炸激发，地面三分量检波器接收，获得地面三分量地震单炮数据，使用道数为401道。

2)对数据进行标准化处理，取三分量数据中绝对值的最大值乘以90％作为标准化的值1，绝对值大于该值强制为1(若为负数取值为-1)。

标准化后所有值均在-1到1范围内。

3)以不同映射方式将标准化后的值映射到RGB空间，然后根据显示设备的颜色深度及相关参数进行转换后显示(图14-图18)。

4)根据不同映射方式对显示结果进行分析，可以看出初至波主要沿Z方向震动，应为纵波，初至下方主要是沿X方向震动的P-SV波场，面波的偏振则分为沿Y方向震动的乐夫面波和沿X、Z椭圆偏振的瑞雷面波，面波区内还有沿X、Y平面偏振的横波。

可以看出，在该显示方式下，波场的性质及偏振方向易于分析。其中第一、二种映射方式最为直观的反映了波场的偏振方向，而第五种方式由于振幅最强的Z方向映射到了HSL色彩空间的亮度轴上，高亮度导致X、Y方向的低振幅值分析不可靠。