一种透射槽波速度CT成像中走时信息自动提取方法

摘要

本发明提供了一种透射槽波速度CT成像中走时信息自动提取方法。其主要包括：经过透射槽波数据预处理分析后，提取单地震道槽波的频散曲线、基于多可信度参数计算结果的自动识别和拾取频散曲线中某一频率下的走时信息及其自动质量检查等技术方法。该发明方法可准确、快速的自动拾取透射槽波的某一频率下的走时信息，从而可极大的减少人工手动拾取的工作量和时间，提高了数据处理效率，同时也避免了人工拾取造成的人为误差问题，可有效的提高和保障透射槽波速度CT成像的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下槽波地震勘探技术领域，用于煤矿井下槽波地震资料处理技术工作，具体涉及一种透射槽波速度CT成像中走时信息的自动、快速、准确的提取方法。

背景技术

煤矿井下槽波勘探技术已经成为一种十分有效的探测煤层中小型地质构造的物探技术手段，并已得到了广泛的应用。

目前，透射槽波勘探技术已经成为一种十分有效的探测回采工作面内煤层中隐伏地质构造的物探技术手段。透射槽波走时CT成像处理中，关键的核心步骤为槽波频散曲线中走时信息的拾取，具体为逐一的在单个地震道的槽波频散曲线中拾取某一频率的走时信息值。目前，透射槽波走时信息的拾取工作一般为有经验的专业技术人员花费大量的时间和精力后方可准确的拾取透射槽波频散曲线中对应的走时值，进而才能为后续的速度CT成像提供高质量的数据支撑。透射槽波勘探数据的地震道数量往往较为巨大，造成人工拾取速度慢、易出错、需反复检查和修正拾取值而耗费时间等问题。

发明内容

根据上述阐述，本发明的目的在于提供一种透射槽波速度CT成像中走时信息的自动提取方法，其主要包括：首先，将透射槽波数据预处理分析后以得到高信噪比的槽波数据；然后，开展频散分析，并采用梯度法提取频散曲线的点值；再者，计算多个可信度参数，并基于可信度参数判定识别频散曲线为良、一般或差，从而可自动快速筛选和拾取各个地震道的频散曲线中某一频率的走时信息，同时可在拾取完成后再进行一次自动质量检查；最后，通过基于多地震道拾取的走时信息的可视化交互方式来进行人工检查和修正，最终可得到高质量的透射槽波的多地震道的某一频率的走时信息。

本发明方法可准确、快速的自动拾取各个地震道的透射槽波频散曲线中某一频率的走时信息，从而可极大的减少人工拾取的工作量和时间，提高数据处理效率，也避免了人工拾取造成的误差。同时，本方法中提出了多个可信度参数的计算评价，利于自动质量检查，从而可有效的保证自动拾取信息的准确性。

本发明提供如下的技术方案：

一种透射槽波速度CT成像中走时信息的自动提取方法，包括以下步骤：

(1)预处理分析。在开始拾取透射槽波频散曲线中某一频率下的走时信息之前需要对原始数据开展一系列处理，以得到信噪比更高的槽波数据。处理步骤包括：置道头、道编辑、频谱分析、滤波、增益、道均衡等。

(2)频散分析。基于上一步处理后的高信噪比透射槽波数据，采用多次滤波技术(或小波分析等其它分析技术)来对各个地震道信号开展频散分析，可得到每个地震道对应的含槽波频散信息的二维图像。

(3)追踪拾取频散二维图像上的频散曲线点值。可采用梯度法追踪频散二维图像中极大值对应的槽波频散曲线点值。二维梯度计算公式如下：

函数z＝f(x，y)在点p＝(x，y)梯度，记作gradf(x，y)，即

首先，对整个二维图像计算梯度；然后，选取开始频率(频率为横坐标，开始频率建议为槽波埃里相附近频率)下的梯度极小值的位置(即纵坐标)，该位置同时满足在频散图像上的点值为局部极大值，在选取过程中也可能存在两个梯度极小值等；其次，根据经验约束来选取槽波频散曲线对应的极值位置；最后，根据梯度极小值追踪和拾取频散图像上的频散曲线点坐标值(频率和时间)。

如果梯度极小值追踪频散曲线点的过程中，遇到追踪间断问题，可采取跳至下一个频率点重新开始追踪。

(4)计算拾取的频散曲线的可信度参数，以判定为良(槽波发育较好)、一般(槽波弱/信噪比相对较差)和差(无槽波)。可信度参数计算方法可以包括：a.相邻炮集记录中同一地震道的频散曲线的标准差；b.相邻地震道的频散曲线的标准差；c.频散曲线的平滑度计算；d.单地震道的信噪比；e.炮集记录的信噪比。

①计算频散曲线的标准差公式如下：

公式中数值x

②对提取出来的频散曲线值，进行平滑度参数计算，参数包括平均曲率、一阶导数零值/折数、峰/谷差值。

③由于煤矿井下地震数据采集难度较大且环境复杂，因此可采用功率谱法来计算地震资料的信噪比，其可较好的适用于低品质的地震资料。

功率谱法信噪比计算方法为：首先，先计算N道地震记录的平均功率谱，

然后，利用互相关和互功率谱计算其中的信号成分(其中考虑到了第i道与第i+1道的互相关结果不同于第i+1道和第i道的互相关)。计算式如下，

最后，可得到信噪比计算公式，

(5)自动拾取频散曲线中某一频率的槽波走时。对于判定为良和一般的频散曲线，可拾取某一频率的槽波速度值；对于判定为差的频散曲线，需要通过计算地震道的信噪比等参数来进一步确定是否为煤层中构造引起的槽波缺失或是不可靠地震道，若是槽波缺失，则拾取频散曲线中对应频率的走时低值(即高速度值)；若是不可靠地震道(干扰道)，则作为坏道舍弃。

(6)基于多道拾取的走时信息的可视化检查、交互式修改和透射槽波速度CT成像。

上述技术方案中，所述步骤(2)中所述频散分析，即对于具有频散特征的槽波信息的时频分析，具体方法可以使用多次滤波技术(MFT)、小波分析或高阶统计量分析方法。

上述技术方案中，所述步骤(6)中所述基于多道拾取的走时信息的可视化检查、交互式修改方式，具体是指将拾取的走时信息按照炮集记录中地震道顺序排列并显示，即以道数为横坐标和以拾取的走时信息为纵坐标绘制散点图，并在每个点上增加显示可信度条(即误差条)，从而方便快速对比检查和修改。

本发明与现有技术相比，本发明方法利用有效的方法解决了透射槽波速度CT成像中自动、快速和准确的拾取槽波频散曲线中某一频率下的走时信息问题。通过引入多个可信度参数计算及自动质量检查计算方法，有效的保障了计算机自动识别拾取信息的准确性。与传统上人工拾取方法对比，一是可大大的减少拾取工作消耗的时间，让专业的、经验丰富的技术人员投入最终的审查阶段即可。另外，采用优化了的多地震道的拾取走时/振幅信息可视化对比方式，更有利于技术人员快速排查。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为透射槽波速度CT成像中走时自动提取方法整体流程图。

图2为基于槽波频散曲线某一频率下走时自动智能提取方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例为某矿一个回采工作面内透射槽波探测工程，该工作面煤层结构复杂，根据钻孔和巷道揭露资料来看，煤层厚度6.23～8.39m、平均6.86m，纯煤厚度6.10m。结构复杂、含1～4层夹矸，平均2层，以泥岩为主。煤层倾角1°～4°，平均2°，属近水平煤层。煤岩类型半暗型，煤种为气煤。工作面的两顺槽在掘进过程中共揭露正断层5条。

为了探查清楚该回采工作面内煤层中的断层等隐伏地质构造的空间分布情况，拟采用透射槽波地震探测方法来探查此回采工作面。

根据图1所示，将实施例依照本发明的一种透射槽波速度CT成像中走时信息的自动拾取方法，其可通过以下步骤实现：

第一步：预处理分析，以得到信噪比更高的透射槽波数据。原始数据导出之后，依次开展置道头、道编辑、频谱分析、频散分析、滤波、增益及道均衡等处理。

第二步：频散分析。基于第一步处理后的数据，采用多次滤波技术或小波分析技术来对各个地震道信号进行频散分析计算，以得到各个有效的地震道对应的二维频散图像，即频率和时间的二维数据体。

第三步：各个地震道的频散曲线的自动提取。

首先，对整个二维图像计算梯度；

然后，根据选定的频率，拾取该频率下单列中的局部极大值，同时满足频散图像中的梯度极小值；

其次，如果上一步选取过程中存在两个满足条件的值，那么需要根据经验约束(槽波的最大、最小速度等)来选取槽波频散曲线对应的极值位置；

最后，根据梯度极小值追踪和拾取频散图像上的频散曲线点值(即频率和时间)。

第四步：各个地震道的频散曲线的多个可信度参数的计算。

计算的可信度参数包括：a.相邻炮集记录中同一地震道的频散曲线的标准差；b.相邻地震道的频散曲线的标准差；c.频散曲线的平滑度计算；d.单地震道的信噪比；e.炮集记录的信噪比。

根据以上计算的可信度参数来将拾取的频散曲线进行评估分级，可分为良(槽波发育较好)、一般(槽波弱/信噪比相对较差)和差(无槽波)。

第五步：自动筛选和拾取各个地震道频散曲线中某一频率下的槽波走时信息。

根据上述判定为良和一般的频散曲线，可拾取某一频率的槽波速度值；对于判定为差的频散曲线，需要进一步通过地震道的信噪比等参数来进一步识别分类。若是槽波缺失，则拾取频散曲线中对应频率的走时低值(即高速度值)，若是不可靠地震道(为干扰道或坏道)，则作为坏道舍弃。

第六步：人工检查和修正。

基于多道拾取的走时信息和综合评估结果的可视化检查，并支持交互式修改和调整拾取值。完成最后的核查之后，可得到高质量的速度拾取值，并进一步透射槽波速度CT成像。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。