本發(fā)明涉地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖像輪廓分析的地震數(shù)據(jù)重構(gòu)方法。

背景技術(shù)：

波場(chǎng)重構(gòu)是針對(duì)地震數(shù)據(jù)規(guī)則化和均一化需求而提出的。隨著勘探程度的不斷提高，復(fù)雜地形地質(zhì)環(huán)境給勘探實(shí)驗(yàn)引入了新的困難，此時(shí)所采集地震數(shù)據(jù)的完整性和規(guī)則性受到挑戰(zhàn)。在實(shí)際野外采集中，存在的障礙物、禁采區(qū)和廢道剔除等都會(huì)造成地震數(shù)據(jù)的缺失或不均勻現(xiàn)象，尤其是在起伏地表情形下，檢波器與地面難以良好耦合引起的數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象更加嚴(yán)重。此外，在物理模擬中，換能器和模型表面在比較陡峭的區(qū)域，同樣會(huì)出現(xiàn)耦合不好的現(xiàn)象。野外采集的障礙物、禁采區(qū)和廢道剔除等都會(huì)造成地震數(shù)據(jù)的缺失或不均勻現(xiàn)象，當(dāng)然采集成本也是影響地震數(shù)據(jù)質(zhì)量的一大重要因素。為此，本章根據(jù)起伏地表物理模擬和實(shí)際采集中，可能出現(xiàn)的對(duì)數(shù)據(jù)不完整、不規(guī)則問(wèn)題，對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)方法進(jìn)行了著重研究。

在地震勘探數(shù)據(jù)處理中，波場(chǎng)重構(gòu)可以理解為一種反演問(wèn)題，即由已知波場(chǎng)，重構(gòu)出缺失波場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)波場(chǎng)缺失部分進(jìn)行填充。最早的解決辦法是用相鄰道的地震數(shù)據(jù)替代，或者進(jìn)行道間插值，亦或道內(nèi)插值。這類方法精確度太低，不能滿足實(shí)際生產(chǎn)精度的需要。為解決該問(wèn)題，地震記錄的連續(xù)性和方向性在數(shù)據(jù)重構(gòu)中得到了越來(lái)越多的關(guān)注，例如第一章中提到的三類重構(gòu)方法：基于波動(dòng)方程的重構(gòu)方法，基于預(yù)測(cè)濾波的重構(gòu)方法，以及基于數(shù)學(xué)變換的重構(gòu)方法。這些方法在應(yīng)用過(guò)程中需要增加額外的限定條件，例如，它們大都是針對(duì)地震數(shù)據(jù)規(guī)則缺失的情況，或者要求已知地下介質(zhì)的速度，或者需要滿足同相軸是線性的假設(shè)。對(duì)于這些特殊情況之外的更加一般應(yīng)用情形，這些方法應(yīng)用起來(lái)更加繁瑣，實(shí)現(xiàn)難度也進(jìn)一步增大。

一般而言，波場(chǎng)數(shù)據(jù)重構(gòu)包括數(shù)據(jù)的正則化、數(shù)據(jù)值內(nèi)插或者數(shù)據(jù)外推三個(gè)部分。如前所述，目前被提出的波場(chǎng)數(shù)據(jù)重構(gòu)方法主要包括波動(dòng)方程法、濾波法和描述域變換法等。其中，變換法需要的先驗(yàn)信息少，限制條件少，能夠適應(yīng)于更一般的隨機(jī)空間采樣所得到的地震記錄及其子集之中，當(dāng)轉(zhuǎn)化過(guò)程能夠有效計(jì)算的情況下，變換法能達(dá)到很高的計(jì)算速度。最小二乘（Least Squares, LS）傅立葉重構(gòu)方法便是一種典型的變換法，自提出以來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，仍然被廣泛應(yīng)用。在LS傅立葉重構(gòu)方法的基礎(chǔ)上，近年來(lái)不斷有新的轉(zhuǎn)化法被提出，主要包括抗泄漏傅立葉、匹配內(nèi)插法等。這里僅僅對(duì)最為典型的LS傅立葉重構(gòu)方法進(jìn)行闡述。LS傅立葉重構(gòu)法實(shí)際上可以分成兩個(gè)步驟：首先進(jìn)行離散最小二乘傅立葉變換，將三維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，對(duì)其在空間不同方向上進(jìn)行不規(guī)則采樣，得到平面波分量形式；然后采用傅立葉逆變換，根據(jù)第一個(gè)步驟中得到的傅立葉參數(shù)估計(jì)結(jié)果，將地震數(shù)據(jù)在規(guī)則網(wǎng)格上進(jìn)行重構(gòu)。雖然由上述兩個(gè)步驟，可以根據(jù)LS傅立葉重構(gòu)方法得到一個(gè)波場(chǎng)重構(gòu)方案，和其他逆問(wèn)題中一樣，該方法的可靠性是將其應(yīng)用到實(shí)際數(shù)據(jù)中所要解決的主要難題。

傳統(tǒng)的重構(gòu)方法都是對(duì)波場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因而都需要先驗(yàn)信息，這是其固有的不足之處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于圖像輪廓分析的地震數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，采用Snake模型法，該方法將含缺失波場(chǎng)的地震剖面圖作為直接處理對(duì)象，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)中重要的輪廓提取識(shí)別方法，對(duì)波場(chǎng)數(shù)據(jù)形成的圖像進(jìn)行處理，利用所提取的輪廓信息，對(duì)波場(chǎng)缺失數(shù)據(jù)中的波場(chǎng)走向進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而對(duì)缺失波場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確填充，相對(duì)于傳統(tǒng)的地震數(shù)據(jù)插值方法考慮了地震波同相軸的方向性和連續(xù)性，在先驗(yàn)信息不足的情況下的確實(shí)地震數(shù)據(jù)規(guī)則化方法，適應(yīng)于地下介質(zhì)信息未知的情形，使得該重構(gòu)方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程更加容易，應(yīng)用范圍更加廣泛。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于圖像輪廓分析的地震數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）將波場(chǎng)值轉(zhuǎn)換成圖片的形式；采用任意讀取地震記錄的軟件，或任意地震處理、解釋的軟件，將數(shù)字化的地震記錄圖像化，采用灰度圖格式；

2）對(duì)步驟1）轉(zhuǎn)換后的波場(chǎng)灰度圖的圖像全局輪廓特征進(jìn)行提取，對(duì)于未缺失部分的波場(chǎng)，采用輪廓提取后，可以得到相應(yīng)部分圖像輪廓的局部特征；再進(jìn)行輪廓篩選，設(shè)定一個(gè)閾值，篩選出大于此閾值的輪廓，也就是只保留大于某一像素面積的輪廓，這樣可以剔除圖像中提取出來(lái)的混雜輪廓，防止噪聲恢復(fù)，有效提高地震資料信噪比；

3）通過(guò)對(duì)提取的輪廓進(jìn)行描述，包括輪廓的位置、由輪廓離散點(diǎn)描述的直線斜率和曲線擬合多項(xiàng)式，若同相軸彎曲程度不大，同相軸斜率變化不大的情況下，用直線擬合實(shí)現(xiàn)較好的重構(gòu)結(jié)果，若同相軸彎曲劇烈，斜率變化大，采用多項(xiàng)式擬合保持同相軸的連續(xù)性和地震記錄的真實(shí)性；

4）按照灰度圖中同相軸的輪廓進(jìn)行圖像重構(gòu)，按照多項(xiàng)式擬合出來(lái)的曲線形態(tài)，利用缺失數(shù)據(jù)左右的已知數(shù)據(jù)，在曲線走向上進(jìn)行插值計(jì)算，得到缺失波場(chǎng)處的波場(chǎng)值。調(diào)試時(shí)，按照不同的像素寬度擬合，找出最佳擬合結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果是：

針對(duì)實(shí)際野外采集起伏地表情況下，檢波器和陡峭的山體表面耦合不好等等，造成的地震記錄道連續(xù)或斷續(xù)缺失，基于圖像輪廓分析的地震數(shù)據(jù)重構(gòu)方法直接對(duì)地震記錄圖像進(jìn)行處理，重構(gòu)精度更高，保真度也得到了顯著增強(qiáng)，對(duì)于地下介質(zhì)信息未知的情形尤其有效。此外，在整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，都由計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)進(jìn)行，降低了人工處理的難度和復(fù)雜程度。

附圖說(shuō)明

圖1地震波場(chǎng)值畫成灰度圖示例.

圖2地震記錄的輪廓提取和篩選示例，其中a為輪廓提取結(jié)果，b為輪廓篩選結(jié)果。

圖3輪廓離散特征點(diǎn)的多項(xiàng)式擬合示例，其中為a單條同相軸多項(xiàng)式擬合，b為多條同相軸多項(xiàng)式擬合。

圖4重構(gòu)的動(dòng)態(tài)過(guò)程示意圖，其中a為5像素?cái)M合，b為10像素?cái)M合，c為最終重構(gòu)結(jié)果。

圖5傳統(tǒng)插值重構(gòu)方法實(shí)現(xiàn)原理對(duì)比基于多項(xiàng)式擬合的插值重構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步敘述。

1）、將波場(chǎng)值轉(zhuǎn)換成圖片的形式；用任意讀取地震記錄的軟件，甚至是任意地震處理、解釋的軟件，將數(shù)字化的地震記錄圖像化，其中最方便的是灰度圖格式，灰度圖的灰度值和地震信號(hào)的數(shù)據(jù)具有更直觀的對(duì)應(yīng)關(guān)系，圖1表示五層水平層狀介質(zhì)中間一定埋深位置放炮情況下單炮地震記錄，靠右部分的空白是人為缺失；

2）、對(duì)波場(chǎng)灰度圖的圖像全局輪廓特征進(jìn)行提取，對(duì)于未缺失部分的波場(chǎng)，采用輪廓提取后，可以得到相應(yīng)部分圖像輪廓的局部特征，圖2a表示將部分缺失的地震記錄灰度圖進(jìn)行輪廓提取后的結(jié)果；接著進(jìn)行輪廓篩選，設(shè)定一個(gè)閾值，篩選出大于此閾值的輪廓，也就是只保留大于某一像素面積的輪廓，這樣可以剔除圖像中提取出來(lái)的混雜輪廓，防止噪聲恢復(fù)，有效提高地震資料信噪比，輪廓篩選在地震記錄信噪比不高的情況下尤其重要，圖2b表示將圖2a中提取出的輪廓設(shè)定閾值，進(jìn)行篩選的結(jié)果；

3）：通過(guò)對(duì)提取的輪廓進(jìn)行描述，例如輪廓的位置、由輪廓離散點(diǎn)描述的直線斜率和曲線擬合多項(xiàng)式等等。在地下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同相軸彎曲程度不大，同相軸斜率變化不大的情況下，用最簡(jiǎn)單的直線擬合就能得到較好的重構(gòu)結(jié)果，優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小。而實(shí)際生產(chǎn)中的大部分情況下，同相軸彎曲劇烈，斜率變化大，直接用基于輪廓特征點(diǎn)斜率信息的輪廓特征輔助波場(chǎng)重構(gòu)方法便會(huì)出現(xiàn)同相軸錯(cuò)位的現(xiàn)象。因此針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的同相軸彎曲程度較大，斜率變化大的情，用多項(xiàng)式擬合能夠更好保持同相軸的連續(xù)性和地震記錄的真實(shí)性，圖3a表示單條同相軸按照缺失圖像左右同相軸的輪廓點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合的結(jié)果，圖3b表示多條同相軸均按照缺失圖像左右同相軸的輪廓點(diǎn)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合的結(jié)果；

4）：按照灰度圖中同相軸的輪廓進(jìn)行圖像重構(gòu)，按照多項(xiàng)式擬合出來(lái)的曲線形態(tài)，利用缺失數(shù)據(jù)左右的已知數(shù)據(jù)，在曲線走向上進(jìn)行插值計(jì)算，得到缺失波場(chǎng)處的波場(chǎng)值。調(diào)試時(shí)，按照不同的像素寬度擬合，找出最佳擬合結(jié)果，圖4展示了基于多項(xiàng)式擬合重構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)試過(guò)程，其中a為5像素寬度擬合，b為10像素寬度擬合，c為最終重構(gòu)結(jié)果。