专利名称：一种构建浅地层三维反射面的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明关于地球物理勘探领域，特别是关于浅地层复杂结构勘探领域，具体的讲是一种构建浅地层三维反射面的方法及设备。
背景技术：
地球物理勘探技术是运用最为广泛的探寻地层空间分布和内部结构规律的方法之一。浅地层复杂结构的勘探通常用于深海浅地层地震勘探、水坝及河床内部结构探测、矿区岩层采空区或破碎带勘测、建筑场地软弱地层探测等领域。例如，在堤坝防护工程中常用边坡抛石护堤/固堤方法，减弱水流对河岸冲蚀。由于水流冲刷和泥沙的淤填覆盖作用，石 头在水下发生迁移，并在其它地方沉积下来。通过浅地层复杂结构的勘探技术查明已抛投石头在水下的真实分布情况对于堤坝防护巩固工作十分重要。在现有的浅地层复杂结构勘探领域中，一般均是通过移动式信号发射和接收设备，发射自激自收垂直入射高频信号。高频信号的穿透深度很小，一般只有2米-6米左右，信号遇到不同的介质层交界面时，部分能量反射回来，被接收器收到。反射系数的大小与介质的性质有关，诸如软质泥层吸收作用较大，反射信号很微弱，反射系数较小；硬质泥层对信号的反射作用很强，反射系数较大；石头对信号的反射作用最强烈，在图上表现的很明显。通过分析接收器收到的信号，进而推测出浅地层的情况。现有的浅地层复杂结构勘探技术主要存在以下不足(I)接收器接收到的数据按采集时序排列，不能反映浅地层分布的空间特征；(2)相同地点重复采集，冗余数据量大；石头反射层分布分散，反射信号连续性差；(3)只显示出采集信号时域形状，不能生成反映水下基底真实空间三维立体形状。
发明内容
本发明实施例提供了一种构建浅地层三维反射面的方法及设备，通过对浅地层反射的信号进行重排，采用信号相关法拾取反射信号同相轴，采用三维不规则稀疏数据插值法实现采集点到反射面的映射，进而构建三维反射面数据体，最终实现了浅地层复杂结构的三维反射面的重建。本发明的目的之一是，提供一种构建浅地层三维反射面的方法，所述的方法包括根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排；根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴；将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面；根据所述的反射面构建三维反射面。其中，根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排具体包括根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行剔除处理；分析剔除处理后的信号，得到对应的空间经纬度信息；根据所述的空间经纬度信息对剔除处理后的信号进行重排。其中，根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排具体包括分析所述的信号，得到对应的空间经纬度信息；根据所述的空间经纬度信息对所述的信号进行重排；根据地层构造对当前浅地层反射的重排后的信号进行剔除处理。
所述的根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴具体包括根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中选择初始拾取点；根据信号相关法以及所述的初始拾取点确定反射信号同相轴。将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面包括在所述反射信号同相轴对应的采集点分布的二维空间中划分多个区域；确定每个区域中的采集点数目；根据每个区域中的采集点数目以及预先设定的阈值，将所述的采集点映射至反射面。优选的，所述的方法还包括将所述的三维反射面进行立体显示。本发明的目的之一是，提供了一种构建浅地层三维反射面的设备，所述的设备包括信号重排�？椋糜诟莸夭愎乖於缘鼻扒车夭惴瓷涞男藕沤兄嘏牛煌嘀崾叭∧？椋糜诟菽勘杲峁沟姆瓷湫藕徘慷�、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴；映射模块，用于将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面；构建�？椋糜诟菟龅姆瓷涿婀菇ㄈ瓷涿�。 其中，所述的信号重排�？榫咛灏ㄌ蕹ピ糜诟莸夭愎乖於缘鼻扒车夭惴瓷涞男藕沤刑蕹恚环治龅ピ糜诜治鎏蕹砗蟮男藕牛玫蕉杂Φ目占渚扯刃畔ⅲ恢嘏诺ピ糜诟菟龅目占渚扯刃畔⒍蕴蕹砗蟮男藕沤兄嘏�。所述的同相轴拾取�？榫咛灏ㄑ≡竦ピ糜诟菽勘杲峁沟姆瓷湫藕徘慷�、光滑度、信号特征从所述的信号中选择初始拾取点；确定单元，用于根据信号相关法以及所述的初始拾取点确定反射信号同相轴。所述的映射�？榘ǖ谝换值ピ糜谠谒龇瓷湫藕磐嘀岫杂Φ牟杉惴植嫉亩占渲谢侄喔銮颍徊杉闶咳范ǖピ糜谌范扛銮蛑械牟杉闶浚挥成涞ピ糜诟菝扛銮蛑械牟杉闶恳约霸は壬瓒ǖ你兄担龅牟杉阌成渲练瓷涿�。所述的映射单元包括判断单元，用于判断区域中的采集点数目是否大于预先设定的阈值，当判断为是时，执行第二划分单元，否则执行赋予单元；所述的第二划分单元，用于在所述区域分布的二维空间中划分多个子区域，确定每个子区域中的采集点数目；所述的赋予单元，用于将所述区域内包含的数据道反射层深度赋予所述的区域。优选的，所述的设备还包括显示�？椋糜诮龅娜瓷涿娼辛⑻逑允�。本发明的有益效果在于，通过对浅地层反射的信号进行重排，采用信号相关法拾取反射信号同相轴，采用三维不规则稀疏数据插值法实现采集点到反射面的映射，进而构建三维反射面数据体，最终实现了浅地层复杂结构的三维反射面的重建，有助于快速准确的探测浅地层复杂结构的空间分布和几何特征，对于指导水下浅地层工程具有重要的指导意义。
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，对于本领域谱通技术人员来讲，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I为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式一的流程图；图2为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式二的流程图；图3为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式三的流程图；图4为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式四的流程图；图5为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式五的流程图；、图6为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的设备的实施方式一的结构框图；图7为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的设备的实施方式二的结构框图；图8为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的设备的实施方式三的结构框图；图9为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的设备的实施方式四的结构框图；图10为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的设备的实施方式五的结构框图；图11为某坝的原始数据二维线条图；图12中，(a)为经过数据重排后显示的信号采样空间位置图，(b)为数据采样空间位置的二维俯视图；图13为在二维线条图上追踪水底反射界面的示意图；图14为某坝的三维反射面构建图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。图I为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式一的流程图，由图I可知，该方法包括SlOl :根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排。即按照真实空间位置重排数据，主要采取优化数据文件，自动抽取有用信息，剔除冗余数据的方法，快速分析大量采样数据。S102 :根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴；S103 :将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面；S104 :根据所述的反射面构建三维反射面。
图2为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式二的流程图，由图2可知，所述的方法包括S201 向当前浅地层发送高频信号。通过移动式信号发射和接受设备，可以向当前浅地层发射自激自收垂直入射高频信号。浅地层诸如可为某水坝。S202 :接收所述的高频信号经过当前浅地层反射的信号。浅地层接收到高频信号后进行反射，从反射的信号中可得到反映水下基底情况的数据。高频信号的穿透深度很小，一般只有2米-6米左右。信号遇到不同的介质层交界面时，部分能量反射回来，被接收器收到。反射系数的大小与介质的性质有关，对于某水坝而言，软质泥层吸收作用较大，反射信号很微弱，反射系数较小；硬质泥层对信号的反射作用很强，反射系数较大；石头对信号的反射作用最强烈。S203 :根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排； S204 :根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴；S205 :将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面；S206 :根据所述的反射面构建三维反射面。图3为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式三的流程图，由图3可知，所述的方法包括S301 向当前浅地层发送高频信号。通过移动式信号发射和接受设备，可以向当前浅地层发射自激自收垂直入射高频信号。浅地层诸如可为某水坝。S302 :接收所述的高频信号经过当前浅地层反射的信号。浅地层接收到高频信号后进行反射，从反射的信号中可得到反映水下基底情况的数据。图11为从某坝采集的原始数据的二维线条图。根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排的步骤采用数据分段显示处理技术，具体包括S303 :根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行剔除处理，即将包含目标结构的地层反射信号保留下来，将其他结构的地层反射信号进行剔除处理。S304 :分析剔除处理后的信号，得到对应的空间经纬度信息。即对包含目标结构的地层反射信号进行分析，消除了重复采样的冗余数据道信息。S305 :根据所述的空间经纬度信息对剔除处理后的信号进行重排。重排处理后，即可选取到合理的数据范围，降低数据处理量。图12中，(a)为经过数据重排后显示的信号采样空间位置图，(b)为数据采样空间位置的二维俯视图。从图12中可见空间采样点位置。S306 :根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴；S307 :将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面；S308 :根据所述的反射面构建三维反射面。图4为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式四的流程图，由图4可知，所述方法包括S401 向当前浅地层发送高频信号。通过移动式信号发射和接受设备，可以向当前浅地层发射自激自收垂直入射高频信号。浅地层诸如可为某水坝。
S402 :接收所述的高频信号经过当前浅地层反射的信号。浅地层接收到高频信号后进行反射，从反射的信号中可得到反映水下基底情况的数据。图11为从某坝采集的原始数据的二维线条图。根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排的步骤采用数据分段显示处理技术，具体包括S403 :分析所述的信号，得到对应的空间经纬度信息。S404 :根据所述的空间经纬度信息对所述的信号进行重排。重排处理后，即可选取到合理的数据范围，降低数据处理量。S405 :根据地层构造对当前浅地层反射的重排后的信号进行剔除处理。即将包含目标结构的地层反射信号保留下来，将其他结构的地层反射信号进行剔除处理。图12中，Ca)为经过数据重排后显示的信号采样空间位置图，(b)为数据采样空间位置的二维俯视 图。S406 :根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴。S407 :将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面；S408 :根据所述的反射面构建三维反射面。图5为本发明实施例提供的一种构建浅地层三维反射面的方法的实施方式五的流程图，由图5可知，所述的方法包括S501 :根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排；根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴的步骤具体包括S502 :根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中选择初始拾取点。目标结构即为欲从浅地层中进行重点分析的物质结构，诸如，在某水坝中，欲研究浅地层中的石头，石头的反射信号强度、光滑度、信号特征即为目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征。又诸如，在某地进行石油勘测欲开采油井，需要该地的浅地层结构，探寻当前地层处的石头分布位置，以便在后期钻井工程中避开石头分布位置，石头的反射信号强度、光滑度、信号特征即为目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征。S503 :根据信号相关法以及所述的初始拾取点确定反射信号同相轴。浅地层复杂结构分布不连续，强反射面在空间离散分片分布。因此，采用信号相关法、结合初始拾取点确定反射信号同相轴。对于相邻的数据接收信号，由于地层反射条件相似，反射波的信号特征十分近似。根据这一原理，相关算法计算出每个信号中特定采样时窗内采样点与周围数据的相关系数，形成相关系数数据分布体。相同属性反射层信号具有较高相关系数，因此，根据相关系数分布情况，可以划分出具有特定属性的反射结构，确定反射信号同相轴。信号相关系数计算公式如下
「 ] r - %「甚 4 =Z(X - f)2
m
权利要求
1.一种构建浅地层三维反射面的方法，其特征是，所述的方法包括 根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排； 根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴； 将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面； 根据所述的反射面构建三维反射面。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征是，所述的方法还包括 向当前浅地层发送高频信号； 接收所述的高频信号经过当前浅地层反射的信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排具体包括 根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行剔除处理； 分析剔除处理后的信号，得到对应的空间经纬度信息； 根据所述的空间经纬度信息对剔除处理后的信号进行重排。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排具体包括 分析所述的信号，得到对应的空间经纬度信息； 根据所述的空间经纬度信息对所述的信号进行重排； 根据地层构造对当前浅地层反射的重排后的信号进行剔除处理。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴具体包括 根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中选择初始拾取点； 根据信号相关法以及所述的初始拾取点确定反射信号同相轴。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征是，将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面包括 在所述反射信号同相轴对应的采集点分布的二维空间中划分多个区域； 确定每个区域中的采集点数目； 根据每个区域中的采集点数目以及预先设定的阈值，将所述的采集点映射至反射面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，根据每个区域中的采集点数目以及预先设定的阈值，将所述的采集点映射至反射面包括 判断区域中的采集点数目是否大于预先设定的阈值； 当判断为是时，在所述区域分布的二维空间中划分多个子区域，确定每个子区域中的采集点数目； 当判断为否时，将所述区域内包含的数据道反射层深度赋予所述的区域。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征是，所述的方法还包括将所述的三维反射面进行立体显示。
9.一种构建浅地层三维反射面的设备，其特征是，所述的设备包括 信号重排�？椋糜诟莸夭愎乖於缘鼻扒车夭惴瓷涞男藕沤兄嘏牛� 同相轴拾取�？椋糜诟菽勘杲峁沟姆瓷湫藕徘慷�、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴； 映射�？椋糜诮龇瓷湫藕磐嘀岫杂Φ牟杉阌成渲练瓷涿妫� 构建�？椋糜诟菟龅姆瓷涿婀菇ㄈ瓷涿�。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征是，所述的设备还包括 高频信号发送�？椋糜谙虻鼻扒车夭惴⑺透咂敌藕牛� 反射信号接收�？椋糜诮邮账龅母咂敌藕啪鼻扒车夭惴瓷涞男藕�。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征是，所述的信号重排�？榫咛灏� 剔除单元，用于根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行剔除处理； 分析单元，用于分析剔除处理后的信号，得到对应的空间经纬度信息； 重排单元，用于根据所述的空间经纬度信息对剔除处理后的信号进行重排。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征是，所述的同相轴拾取�？榫咛灏� 选择单元，用于根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中选择初始拾取点； 确定单元，用于根据信号相关法以及所述的初始拾取点确定反射信号同相轴。
13.根据权利要求11所述的设备，其特征是，所述的映射�？榘� 第一划分单元，用于在所述反射信号同相轴对应的采集点分布的二维空间中划分多个区域； 采集点数目确定单元，用于确定每个区域中的采集点数目； 映射单元，用于根据每个区域中的采集点数目以及预先设定的阈值，将所述的采集点映射至反射面。
14.根据权利要求11所述的设备，其特征是，所述的映射单元包括 判断单元，用于判断区域中的采集点数目是否大于预先设定的阈值，当判断为是时，执行第二划分单元，否则执行赋予单元； 所述的第二划分单元，用于在所述区域分布的二维空间中划分多个子区域，确定每个子区域中的采集点数目； 所述的赋予单元，用于将所述区域内包含的数据道反射层深度赋予所述的区域。
15.根据权利要求11所述的设备，其特征是，所述的设备还包括显示模块，用于将所述的三维反射面进行立体显示。
全文摘要
本发明实施例提供了一种构建浅地层三维反射面的方法及设备，所述的方法包括根据地层构造对当前浅地层反射的信号进行重排；根据目标结构的反射信号强度、光滑度、信号特征从所述的信号中拾取反射信号同相轴；将所述反射信号同相轴对应的采集点映射至反射面；根据所述的反射面构建三维反射面。本发明实施例通过对浅地层反射的信号进行重排，采用信号相关法拾取反射信号同相轴，采用三维不规则稀疏数据插值法实现采集点到反射面的映射，进而构建三维反射面数据体，最终实现了浅地层复杂结构的三维反射面的重建。
文档编号G01V9/00GK102721985SQ201210183248
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者孙卫涛, 巴晶, 曹宏 申请人:中国石油天然气股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
