[发明专利]基于卡尔曼滤波的地震反射同相轴自动拾取方法

摘要

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波的地震反射同相轴自动拾取方法，该方案首先根据地震反射波的运动规律，基于地震反射双曲时距方程建立用于拾取地震反射同相轴信息的卡尔曼滤波系统的状态方程和量测方程，其次检测各道地震信号中的地震子波到达时间从而得到卡尔曼滤波所用的量测数据，根据自由量测点集合中的数据自动起始同相轴，并依据“预测-观测-校正”的顺序逐步迭代滤波，其中利用数据关联技术解决多同相轴同时跟踪问题。

主权项

1.一种基于卡尔曼滤波的地震反射同相轴自动拾取方法，其特征在于，该方法建立基于地震反射波运动规律的卡尔曼系统模型，并利用卡尔曼滤波来逐步迭代拾取地震反射同相轴；所述卡尔曼系统模型的建模步骤为：依据地震反射波运动规律建立用于卡尔曼滤波的状态方程和量测方程；令第k个检波道的状态向量为Xk=tk21vk2;]]>其中v_k是地震波由炮点经界面反射传播至第k个检波器过程中的平均速度，t_k是第k个检波器接收界面反射波的波达时间；则状态方程写成X_k+1＝F_kX_k+U_k，           （2）其中状态转移矩阵Fk=1(xk+12-xk2)01,]]>x_k是第k个检波器的炮检距；U_k＝Γ_ku_k为过程噪声，其中过程噪声分布矩阵Γk=12(xk+12-xk2)2xk+12-xk2,]]>u_k为零均值高斯过程噪声；令第k个检波道的量测向量为Z_k＝[z_k²]，其中z_k为从地震记录中所提取的第k个检波道中各地震子波的波达时间，则量测方程写成Z_k+1＝H_k+1X_k+1+W_k+1，              (2)其中量测矩阵H_k+1＝[1 0]，W_k+1为在上述量测方程中引入的量测噪声；所述利用卡尔曼滤波来逐步迭代拾取地震反射同相轴的步骤包括：步骤S00，初始化；置自由量测点集合、同相轴集合为空，迭代步数k＝1；步骤S01，提取波达时间点；取出地震记录中的第k道地震信号，提取该道数据中地震子波的波达时间点即量测点{z_k(i),i＝1,2,…,m_k}，m_k表示第k道地震信号中提取到的地震子波个数，同时记录各波达时间点位置地震子波的振幅值{A_k(i),i＝1,2,…,m_k}；步骤S02，数据关联；根据步骤S04在上一次卡尔曼滤波迭代过程中预测得到的第k道地震信号上各同相轴的位置即波达时间预测值z_k|k-1，将步骤S01中所提取的波达时间点z_k(i)与同相轴集合中的各个同相轴进行关联，具体关联方式为：针对提取的每个量测点z_k(i)，判断其是否落入以同相轴集合中任意一个同相轴的预测结果z_k︱k-1为中心的给定时间区域内，如果是，则该量测点属于该同相轴，即该量测点作为其落入的同相轴的候选点而相关联，将该量测点存入关联同相轴对应的候选数据集合中；若量测点与同相轴集合中任何同相轴均关联不上，则将该量测点存入自由点集合中；若同相轴集合为空，此时直接将本轮处理中步骤S01提取的所有量测点存入自由点集合中；步骤S03，起始新同相轴；根据自由点集合中数据采用M/L直观法起始新同相轴，即根据连续L道量测点中任意连续两点估计反射地震波的波速l的取值范围为1,2,…,L-1，若有M点的波速满足给定速度要求，则起始一条新同相轴，将该新同相轴加入同相轴集合中，并将用于起始新同相轴所使用的M个量测点从自由点集合中删除；起始成功后进行新同相轴对应的卡尔曼滤波器的初始化；其中M和L均为正整数，且M小于或等于L；步骤S04，逐一对同相轴集合中所有同相轴进行本次卡尔曼滤波迭代，得到本次迭代的状态估计和状态估计协方差矩阵，继而给出下次迭代所需的各同相轴位置的预测值z_k+1︱k；步骤S05，令k＝k＋1，重复步骤S01~S04，直至最后一道地震信号迭代完毕；则最后得到的一系列状态向量中包含了所要拾取的地震同相轴信息，包括同相轴的位置信息t_k和速度信息v_k。