一种高分辨率地震波成像方法和装置

摘要

本发明提供了一种高分辨率地震波成像方法和装置，涉及地震勘探领域，包括：获取待进行成像处理的单炮数据和偏移速度数据；根据检波器空间位置和偏移速度数据，计算单炮数据对应的地震波走时信息；按照检波器空间位置和地震波走时信息组成的位置点标识选取单炮数据中的振幅值样点组成共成像点道集；根据多重信号分类方法对共成像点道集进行计算处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果；其采用多重信号分类方法对得到的共成像点道进行计算处理，能够准确判断稳相点并由此选取地震波形，从低信噪比的采集数据中，挖掘出高分辨率的地质信息，为煤炭勘探开发中的构造识别提供了精确的地震资料，在降低投入成本和减少施工风险上具有重要意义。

权利要求

1.一种高分辨率地震波成像方法，其特征在于，包括：

获取待进行成像处理的单炮数据和所述单炮数据对应的偏移速度数据；其中，所述单炮数据包括地下岩层界面反射或者折射的多个地震波，所述地震波携带有地质信息；

根据所述单炮数据对应的检波器空间位置和所述偏移速度数据，计算所述单炮数据的炮点位置经地下成像空间任意一个成像点位置到检波点位置的地震波走时信息；其中，所述单炮数据对应的检波器为多个，且每个所述检波器均设置在对应的所述检波点位置上；

按照所述检波器空间位置和所述地震波走时信息组成的位置点标识，从所述单炮数据中选取所述位置点标识对应的振幅值样点，得到所述单炮数据对应的共成像点道集；

根据多重信号分类方法对所述共成像点道集进行计算处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果；其中，根据多重信号分类方法对所述共成像点道集进行计算处理包括：根据多重信号分类方法提取所述共成像点道集中的成像矩阵，对所述成像矩阵进行有效信号估计处理；所述成像矩阵携带有所述地质信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多重信号分类方法对所述共成像点道集进行计算处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果包括：沿着所述振幅值样点的横向方向，对所述共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点进行扫描处理，得到所述振幅值样点在所述横向方向对应的横向主能量带范围；其中，所述横向主能量带范围对应的振幅值样点序列携带有所述地质信息；

沿着所述振幅值样点的纵向方向，对所述横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行地震波大小判断，得到对应于所述横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围；

根据所述横向主能量带范围及其对应的所述纵向有效地震波大小范围组成的成像矩阵范围，从所述共成像点道集中提取所述成像矩阵范围对应的成像矩阵；

对所述成像矩阵进行有效信号估计处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沿着所述振幅值样点的横向方向，对所述共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点进行扫描处理，得到所述振幅值样点在所述横向方向对应的横向主能量带范围包括：沿着所述振幅值样点的横向方向，确定所述共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点在所述横向方向的横向能量带范围；

对每一个所述横向能量带范围内的所有振幅值样点均进行求和处理，得到对应于每一个所述横向能量带范围的振幅值样点叠加值；

比较每一个所述横向能量带范围的振幅值样点叠加值，选取最大的振幅值样点叠加值对应的横向能量带范围为所述横向主能量带范围。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述沿着所述振幅值样点的纵向方向，对所述横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行地震波大小判断，得到对应于所述横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围包括：沿着所述振幅值样点的纵向方向，对所述横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行零点和极性变化判断；

在检测到所述横向主能量带范围内的每一个振幅值样点在所述纵向方向上的零点和包括所述零点的正负极值时，确定所述正负极值对应的纵向大小范围为对应的所述振幅值样点的纵向有效地震波大小范围。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述成像矩阵进行有效信号估计处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果包括：按照在所述成像矩阵的行方向选取预设数量的纵向量的方法，对所述成像矩阵进行分解处理，得到多个成像子矩阵；其中，至少每两个连续的所述成像子矩阵包括相同的纵向量；

分别计算每个所述成像子矩阵的协方差矩阵，得到对应于每个所述成像子矩阵的子协方差矩阵；

对得到的多个所述子协方差矩阵进行平均计算处理，得到平均协方差矩阵；

通过以下公式计算平均协方差矩阵的特征向量Rav＝λv；其中，Ra为平均协方差矩阵，v为平均协方差矩阵的特征向量，λ为平均协方差矩阵的特征值；

通过以下公式对所述平均协方差矩阵进行奇异值分解处理 得

到地震有效信号子空间矩阵和噪声子空间矩阵；

根据所述平均协方差矩阵的特征向量和所述噪声子空间矩阵，计算包括所述地震波成像结果的多重信号分类伪谱。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取多个所述单炮数据的高分辨率地震波成像结果；

对多个所述单炮数据的高分辨率地震波成像结果进行叠加处理，得到炮集数据对应的高分辨率地震波成像结果；其中，所述炮集数据包括多个单炮数据。

7.一种高分辨率地震波成像装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取待进行成像处理的单炮数据和所述单炮数据对应的偏移速度数据；其中，所述单炮数据包括地下岩层界面反射或者折射的多个地震波，所述地震波携带有地质信息；

地震波走时信息计算模块，用于根据所述单炮数据对应的检波器空间位置和所述偏移速度数据，计算所述单炮数据的炮点位置经地下成像空间任意一个成像点位置到检波点位置的地震波走时信息；其中，所述单炮数据对应的检波器为多个，且每个所述检波器均设置在对应的所述检波点位置上；

共成像点道集建立模块，用于按照所述检波器空间位置和所述地震波走时信息组成的位置点标识，从所述单炮数据中选取所述位置点标识对应的振幅值样点，得到所述单炮数据对应的共成像点道集；

计算处理模块，用于根据多重信号分类方法对所述共成像点道集进行计算处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果；其中，根据多重信号分类方法对所述共成像点道集进行计算处理包括：根据多重信号分类方法提取所述共成像点道集中的成像矩阵，对所述成像矩阵进行有效信号估计处理；所述成像矩阵携带有所述地质信息。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算处理模块包括：

扫描处理单元，用于沿着所述振幅值样点的横向方向，对所述共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点进行扫描处理，得到所述振幅值样点在所述横向方向对应的横向主能量带范围；其中，所述横向主能量带范围对应的振幅值样点序列携带有所述地质信息；

地震波大小判断单元，用于沿着所述振幅值样点的纵向方向，对所述横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行地震波大小判断，得到对应于所述横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围；

成像矩阵提取单元，用于根据所述横向主能量带范围及其对应的所述纵向有效地震波大小范围组成的成像矩阵范围，从所述共成像点道集中提取所述成像矩阵范围对应的成像矩阵；

估计处理单元，用于对所述成像矩阵进行有效信号估计处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述扫描处理单元包括：

第一确定子单元，用于沿着所述振幅值样点的横向方向，确定所述共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点在所述横向方向的横向能量带范围；

求和处理子单元，用于对每一个所述横向能量带范围内的所有振幅值样点均进行求和处理，得到对应于每一个所述横向能量带范围的振幅值样点叠加值；

比较子单元，用于比较每一个所述横向能量带范围的振幅值样点叠加值；

选取子单元，用于选取最大的振幅值样点叠加值对应的横向能量带范围为所述横向主能量带范围。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述地震波大小判断单元包括：零点和极性变化判断子单元，用于沿着所述振幅值样点的纵向方向，对所述横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行零点和极性变化判断；

第二确定子单元，用于在检测到所述横向主能量带范围内的每一个振幅值样点在所述纵向方向上的零点和包括所述零点的正负极值时，确定所述正负极值对应的纵向大小范围为对应的所述振幅值样点的纵向有效地震波大小范围。

说明书

一种高分辨率地震波成像方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及地震勘探领域，具体而言，涉及一种高分辨率地震波成像方法和装置。

背景技术

[0002] 地震勘探即利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法；其中，上述分析地震波在地下的传播规律的方法主要是对人工地震产生的地震波进行成像处理，然后对地震波的成像结果进行分析。

[0003] 目前，在地震勘探领域中，基于波动方程积分解的Kirchhoff偏移技术仍是主流的地震波成像技术(Leveille et al,2011)，该技术的优点是对复杂的观测系统适应能力强，并且可以实现针对性目标区域成像；但是，该技术同样存在一定的缺点，即当采集的地震资料信噪比较低时，使用上述Kirchhoff偏移技术进行地震波成像，往往会使得成像质量不理想。

[0004] 为了解决上述问题，目前采用多重信号分类方法，多重信号分类方法在地震数据处理领域具有很好的应用，如速度分析(Kirlin,1992)和共反射面元成像(Gelius et al.,2013)，上述多重信号分类方法主要用于估计信号的有效频带，去除噪声干扰。将上述多重信号分类方法应用于地震波成像过程中，进行地震波成像，可以利用其有效信号估计优势，压制噪声提高成像分辨率。Gelius(2014)曾将多重信号分类方法应用于地震波成像，但结果表明，该方法并没有解决稳相点确定和地震波形选取问题。

[0005] 发明人在研究中发现，上述Kirchhoff偏移技术和多重信号分类方法在地震波成像方面分别存在针对信噪低的地震资料成像质量不佳和无法解决稳相点确定和地震波形选取的问题，针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方式。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种高分辨率地震波成像方法和装置，能够实现有效地震信号的估计，提高地震波成像分辨率。

[0007] 第一方面，本发明实施例提供了一种高分辨率地震波成像方法，包括：

[0008] 获取待进行成像处理的单炮数据和单炮数据对应的偏移速度数据；其中，单炮数据包括地下岩层界面反射或者折射的多个地震波，地震波携带有地质信息；

[0009] 根据单炮数据对应的检波器空间位置和偏移速度数据，计算单炮数据的炮点位置经地下成像空间任意一个成像点位置到检波点位置的地震波走时信息；其中，单炮数据对应的检波器为多个，且每个检波器均设置在对应的检波点位置上；

[0010] 按照检波器空间位置和地震波走时信息组成的位置点标识，从单炮数据中选取位置点标识对应的振幅值样点，得到单炮数据对应的共成像点道集；

[0011] 根据多重信号分类方法对共成像点道集进行计算处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0012] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据多重信号分类方法对共成像点道集进行计算处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果包括：

[0013] 沿着振幅值样点的横向方向，对共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点进行扫描处理，得到振幅值样点在横向方向对应的横向主能量带范围；其中，横向主能量带范围对应的振幅值样点序列携带有地质信息；

[0014] 沿着振幅值样点的纵向方向，对横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行地震波大小判断，得到对应于横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围；

[0015] 根据横向主能量带范围及其对应的纵向有效地震波大小范围组成的成像矩阵范围，从共成像点道集中提取成像矩阵范围对应的成像矩阵；

[0016] 对成像矩阵进行有效信号估计处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0017] 结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，对共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点进行扫描处理，得到振幅值样点在横向方向对应的横向主能量带范围包括：

[0018] 沿着振幅值样点的横向方向，确定共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点在横向方向的横向能量带范围；

[0019] 对每一个横向能量带范围内的所有振幅值样点均进行求和处理，得到对应于每一个横向能量带范围的振幅值样点叠加值；

[0020] 比较每一个横向能量带范围的振幅值样点叠加值，选取最大的振幅值样点叠加值对应的横向能量带范围为横向主能量带范围。

[0021] 结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，沿着振幅值样点的纵向方向，对横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行地震波大小判断，得到对应于横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围包括：

[0022] 沿着振幅值样点的纵向方向，对横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行零点和极性变化判断；

[0023] 在检测到横向主能量带范围内的每一个振幅值样点在纵向方向上的零点和包括零点的正负极值时，确定正负极值对应的纵向大小范围为对应的振幅值样点的纵向有效地震波大小范围。

[0024] 结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，对成像矩阵进行有效信号估计处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果包括：

[0025] 按照在成像矩阵的行方向选取预设数量的纵向量的方法，对成像矩阵进行分解处理，得到多个成像子矩阵；其中，至少每两个连续的成像子矩阵包括相同的纵向量；

[0026] 分别计算每个成像子矩阵的协方差矩阵，得到对应于每个成像子矩阵的子协方差矩阵；

[0027] 对得到的多个子协方差矩阵进行平均计算处理，得到平均协方差矩阵；

[0028] 通过以下公式计算平均协方差矩阵的特征向量Rav＝λv；其中，Ra为平均协方差矩阵，v为平均协方差矩阵的特征向量，λ为平均协方差矩阵的特征值；

[0029] 通过以下公式对平均协方差矩阵进行奇异值分解处理 得到地震有效信号子空间矩阵和噪声子空间矩阵；

[0030] 根据平均协方差矩阵的特征向量和噪声子空间矩阵，计算包括地震波成像结果的多重信号分类伪谱。

[0031] 结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第四种可能的方式中任意一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

[0032] 获取多个单炮数据的高分辨率地震波成像结果；

[0033] 对多个单炮数据的高分辨率地震波成像结果进行叠加处理，得到炮集数据对应的高分辨率地震波成像结果；其中，炮集数据包括多个单炮数据。

[0034] 第二方面，本发明实施例还提供了一种高分辨率地震波成像装置，装置包括：

[0035] 第一获取模块，用于获取待进行成像处理的单炮数据和单炮数据对应的偏移速度数据；其中，单炮数据包括地下岩层界面反射或者折射的多个地震波，地震波携带有地质信息；

[0036] 地震波走时信息计算模块，用于根据单炮数据对应的检波器空间位置和偏移速度数据，计算单炮数据的炮点位置经地下成像空间任意一个成像点位置到检波点位置的地震波走时信息；其中，单炮数据对应的检波器为多个，且每个检波器均设置在对应的检波点位置上；

[0037] 共成像点道集建立模块，用于按照检波器空间位置和地震波走时信息组成的位置点标识，从单炮数据中选取位置点标识对应的振幅值样点，得到单炮数据对应的共成像点道集；

[0038] 计算处理模块，用于根据多重信号分类方法对共成像点道集进行计算处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0039] 结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，计算处理模块包括：

[0040] 扫描处理单元，用于沿着振幅值样点的横向方向，对共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点进行扫描处理，得到振幅值样点在横向方向对应的横向主能量带范围；其中，横向主能量带范围对应的振幅值样点序列携带有地质信息；

[0041] 地震波大小判断单元，用于沿着振幅值样点的纵向方向，对横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行地震波大小判断，得到对应于横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围；

[0042] 成像矩阵提取单元，用于根据横向主能量带范围及其对应的纵向有效地震波大小范围组成的成像矩阵范围，从共成像点道集中提取成像矩阵范围对应的成像矩阵；

[0043] 估计处理单元，用于对成像矩阵进行有效信号估计处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0044] 结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，扫描处理单元包括：

[0045] 第一确定子单元，用于沿着振幅值样点的横向方向，确定共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点在横向方向的横向能量带范围；

[0046] 求和处理子单元，用于对每一个横向能量带范围内的所有振幅值样点均进行求和处理，得到对应于每一个横向能量带范围的振幅值样点叠加值；

[0047] 比较子单元，用于比较每一个横向能量带范围的振幅值样点叠加值；

[0048] 选取子单元，用于选取最大的振幅值样点叠加值对应的横向能量带范围为横向主能量带范围。

[0049] 结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，地震波大小判断单元包括：

[0050] 零点和极性变化判断子单元，用于沿着振幅值样点的纵向方向，对横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行零点和极性变化判断；

[0051] 第二确定子单元，用于在检测到横向主能量带范围内的每一个振幅值样点在纵向方向上的零点和包括零点的正负极值时，确定正负极值对应的纵向大小范围为对应的振幅值样点的纵向有效地震波大小范围。

[0052] 本发明实施例提供的一种高分辨率地震波成像方法和装置，包括：获取待进行成像处理的单炮数据和单炮数据对应的偏移速度数据；根据单炮数据对应的检波器空间位置和偏移速度数据，计算单炮数据对应的地震波走时信息；然后，按照检波器空间位置和上述地震波走时信息组成的位置点标识，从单炮数据中选取位置点标识对应的振幅值样点，组成共成像点道集；最后，根据多重信号分类方法对上述共成像点道集进行计算处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果；

[0053] 与现有技术中在地震波成像方面存在针对信噪低的地震资料成像质量不佳和无法解决稳相点确定和地震波形选取的问题相比，其采用多重信号分类方法对Kirchhoff偏移成像的得到的共成像点道进行计算处理，能够准确判断稳相点并由此选取地震波形，从而能够实现有效地震信号的估计，提高了地震波成像分辨率；其从低信噪比的采集数据中，挖掘出高分辨率的地质信息，为煤炭勘探开发中的构造识别提供了更为精确的地震资料，在降低投入成本和减少施工风险上具有重要意义。

[0054] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

[0055] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0056] 图1示出了本发明实施例所提供的一种高分辨率地震波成像方法的流程图；

[0057] 图2示出了本发明实施例所提供的另一种高分辨率地震波成像方法的流程图；

[0058] 图3示出了本发明实施例所提供的另一种高分辨率地震波成像方法的流程图；

[0059] 图4示出了本发明实施例所提供的另一种高分辨率地震波成像方法的流程图；

[0060] 图5示出了本发明实施例所提供的另一种高分辨率地震波成像方法的流程图；

[0061] 图6示出了传统Kirchhoff偏移成像技术的成像结果的示意图；

[0062] 图7示出了本发明实施例所提供的一种高分辨率地震波成像方法的成像结果示意图；

[0063] 图8示出了本发明实施例所提供的一种高分辨率地震波成像装置的结构示意图；

[0064] 图9示出了本发明实施例所提供的一种高分辨率地震波成像装置中计算处理模块和扫描处理单元的结构示意图；

[0065] 图10示出了本发明实施例所提供的一种高分辨率地震波成像装置中地震波大小判断单元和估计处理单元的结构示意图。

具体实施方式

[0066] 下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

[0067] 现有技术中，Kirchhoff偏移技术和多重信号分类方法在地震波成像方面分别存在针对信噪低的地震资料成像质量不佳和无法解决稳相点确定和地震波形选取的问题；针对该问题，本发明实施例提供了一种高分辨率地震波成像方法和装置，其将Kirchhoff成像技术与多重信号分类方法进行结合，达到了提高地震波成像分辨率的目的；本发明的技术优势在于，通过稳相点确定和地震波形自适应选取，实现了基于多重信号分类的地震波高分辨率成像，提高了地下空间地质体的探测能力。

[0068] 参考图1，本发明实施例提供了一种高分辨率地震波成像方法，所述方法包括如下步骤：

[0069] S101、获取待进行成像处理的单炮数据和所述单炮数据对应的偏移速度数据；其中，所述单炮数据包括地下岩层界面反射或者折射的多个地震波，所述地震波携带有所述地质信息。

[0070] 具体的，在目标区域布设震源和检波器，由震源向地下发射地震波，由该震源对应的多个检波器接收该地震波经过地下反射或者折射对应的地震波作为单炮数据，由于该单炮数据包括的地震波携带有地质信息，故可以对上述单炮数据进行成像处理，以根据成像结果进行煤炭陷落柱识别等工作。

[0071] 上述偏移速度数据是对上述单炮数据进行偏移速度分析处理得到的；其中，上述偏移速度数据，对应于地层速度参数，用于计算地震波传播旅行时(即时间)，其是对单炮数据进行偏移速度分析获得；而上述偏移速度分析是一种速度建模技术，该速度建模技术通过分析地震采集数据中的地震波聚焦性确定速度参数，即获得偏移速度数据。

[0072] 本发明实施例，首先获取上述待进行成像处理的单炮数据和该单炮数据对应的偏移速度数据，以便进行后续处理。

[0073] S102、根据所述单炮数据对应的检波器空间位置和所述偏移速度数据，计算所述单炮数据的炮点位置经地下成像空间任意一个成像点位置到检波点位置的地震波走时信息；其中，所述单炮数据对应的检波器为多个，且每个所述检波器均设置在对应的所述检波点位置上。

[0074] 具体的，根据每个单炮数据对应的检波器空间位置和该单炮数据对应的偏移速度数据进行地震波走时信息计算，地震波走时信息由射线追踪程函方程求得，而射线追踪程函方程是速度，空间位置和地震波走时的微分关系；其中，该处指的空间位置指的是单炮数据对应的检波器空间位置。

[0075] 然后根据该单炮数据和对应的偏移速度数据，首先计算该单炮数据的地震波炮点位置(即炮点位置)到地下成像空间任意一个成像点位置对应的走时(为了区分下面的走时，此处成为第一走时)，由于地下成像空间中包括多个成像点，故计算的该单炮数据的炮点位置到地下成像空间任意一个成像点位置对应的第一走时也为多个；

[0076] 然后再计算地下成像空间任意一个成像点位置到该单炮数据的地震波检波点位置(即检波点位置)的多个走时(此处称为第二走时)，其中，每个第二走时均与一个第一走时相对应。

[0077] 最后将上述第一走时和第一走时对应的第二走时相加即可得到所述单炮数据对应的地震波走时；该地震波走时为多个，多个地震波走时分别对应不同的地下成像空间成像点。

[0078] S103、按照所述检波器空间位置和所述地震波走时信息组成的位置点标识，从所述单炮数据中选取所述位置点标识对应的振幅值样点，得到所述单炮数据对应的共成像点道集。

[0079] 具体的，单炮数据相当于一个包括多个数据值(即振幅样值点)的矩阵，而该单炮数据的检波器空间位置和该检波器计算的地震波走时信息分别为分别表示上述矩阵中的数据值的空间位置和时间位置(其中，检波器空间位置和对应的地震波走时信息可以抽象为上述矩阵的行号和列号)，而根据一个空间位置和时间位置可以定位矩阵中的一个数据值(即振幅样值点)，然后从单炮数据对应的矩阵中找到该振幅样值点，并提取该振幅样值点；

[0080] 由于单炮数据对应的检波器和地震波走时信息均为多个，故根据检波器的空间位置和对应的地震波走时可以定位多个数据值(即振幅值样点)，然后从单炮数据对应的矩阵中找到并提取所有对应的振幅样值点；将提取的所有振幅样值点组成单炮数据对应的共成像点道集。其中，上述地震波走时对应不同的地下空间成像点。

[0081] S104、根据多重信号分类方法对所述共成像点道集进行计算处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0082] 具体的，本发明实施例通过多重信号分类方法修改成像函数(即后续提取成像矩阵)，然后对修改的成像函数(即成像矩阵)进行有效信号估计处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0083] 由于修改成像函数主要是携带有地质信息的函数，故对该函数进行有效信号估计处理，得到地震波成像结果为高分辨率地震波成像结果。

[0084] 本发明实施例提供的一种高分辨率地震波成像方法，与现有技术中在地震波成像方面存在针对信噪低的地震资料成像质量不佳和无法解决稳相点确定和地震波形选取的问题相比，其采用多重信号分类方法对Kirchhoff偏移成像的得到的共成像点道进行计算处理，能够准确判断稳相点并由此选取地震波形，从而能够实现有效地震信号的估计，提高了地震波成像分辨率；其从低信噪比的采集数据中，挖掘出高分辨率的地质信息，为煤炭勘探开发中的构造识别提供了更为精确的地震资料，在降低投入成本和减少施工风险上具有重要意义。

[0085] 本发明实施例中使用多重信号分类方法能够从低信噪比采集数据中，挖掘出高分辨率地质信息，为煤炭勘探开发中的构造识别提供更为精确的地震资料，在降低投入成本和减少施工风险上具有重要意义。具体的，参考图2，上述步骤104中，根据多重信号分类方法对所述共成像点道集进行计算处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果的具体步骤包括：

[0086] S201、沿着所述振幅值样点的横向方向，对所述共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点进行扫描处理，得到所述振幅值样点在所述横向方向对应的横向主能量带范围；其中，所述横向主能量带范围对应的振幅值样点序列携带有所述地质信息。

[0087] 具体的，共成像点道集同样是一个矩阵，其是从单炮数据对应的矩阵中提取特定位置(即检波器的空间位置和地震波走时信息标识的位置)的振幅值样点，然后组成新的矩阵；上述扫描处理即在该新的矩阵中，沿着所述振幅值样点的横向方向，以每一个振幅值样点为中心，选择该样点横向周围的预设数量的振幅值样点，得到多组振幅值样点序列，然后对每组振幅值样点序列进行求和处理，选取求和结果最大的振幅值样点序列对应的横向范围为横向主能量带范围。

[0088] 其中，横向主能量带范围的中心即为稳相点位置，即地震有效信号所对应的空间位置。

[0089] S202、沿着所述振幅值样点的纵向方向，对所述横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行地震波大小判断，得到对应于所述横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围。

[0090] 具体的，沿着选择的横向主能量带范围对应的振幅值样点序列的纵向方向，对该序列中每一个振幅值样点所在的纵向序列进行零点和极性变化判断，在检测到零点和包括该零点的正负极值时，将该振幅值样点所在的纵向序列的范围作为该振幅值样点的纵向有效地震波大小范围。

[0091] 按照上述方法，对于每一个横向主能量带范围内的振幅值样点，即可求出对应于横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围，得到对应于横向振幅值样点序列的纵向振幅值样点序列。

[0092] S203、根据所述横向主能量带范围及其对应的所述纵向有效地震波大小范围组成的成像矩阵范围，从所述共成像点道集中提取所述成像矩阵范围对应的成像矩阵。

[0093] 具体的，上述横向振幅值样点序列和纵向振幅值样点序列即组成一个成像矩阵，然后从共成像点道集中提取该成像矩阵。其中，该成像矩阵中携带有地质信息。

[0094] S204、对所述成像矩阵进行有效信号估计处理，得到所述单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0095] 具体的，对携带有地质信息的成像矩阵进行成像处理，即可得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0096] 本发明实施例中，参考图3，上述步骤201中的具体的扫描处理过程，包括如下步骤：

[0097] S301、沿着所述振幅值样点的横向方向，确定所述共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点在所述横向方向的横向能量带范围。

[0098] S302、对每一个所述横向能量带范围内的所有振幅值样点均进行求和处理，得到对应于每一个所述横向能量带范围的振幅值样点叠加值。

[0099] S303、比较每一个所述横向能量带范围的振幅值样点叠加值，选取最大的振幅值样点叠加值对应的横向能量带范围为所述横向主能量带范围。

[0100] 对应于上述步骤301-303，在共成像点道集对应的矩阵中，沿着所述振幅值样点的横向方向，以每一个振幅值样点为中心，选择该样点横向周围的预设数量的振幅值样点，得到多组横向能量带范围对应的振幅值样点序列。

[0101] 对上述每组振幅值样点序列进行求和处理，选取求和结果(即振幅值样点叠加值)最大的振幅值样点序列对应的横向范围为横向主能量带范围。

[0102] 上述预设数量可以根据需要进行设定，本发明实施例对此不做具体限制。

[0103] 本发明实施例中，上述步骤202中的纵向有效地震波大小范围的具体确定方法，包括如下步骤：

[0104] 沿着所述振幅值样点的纵向方向，对所述横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行零点和极性变化判断；

[0105] 在检测到所述横向主能量带范围内的每一个振幅值样点在所述纵向方向上的零点和包括所述零点的正负极值时，确定所述正负极值对应的纵向大小范围为对应的所述振幅值样点的纵向有效地震波大小范围。

[0106] 具体的，沿着选择的横向主能量带范围对应的振幅值样点序列的纵向方向，对该序列中每一个振幅值样点所在的纵向序列进行零点和极性变化判断，在检测到零点和包括该零点的正负极值时，将该振幅值样点所在的纵向序列的范围作为该振幅值样点的纵向有效地震波大小范围。

[0107] 按照上述方法，对于每一个横向主能量带范围内的振幅值样点，即可求出对应于横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围，得到对应于横向振幅值样点序列的纵向振幅值样点序列。

[0108] 本发明实施例中，参考图4，上述步骤204中，对所述成像矩阵进行有效信号估计处理的具体方法包括如下步骤：

[0109] S401、按照在所述成像矩阵的行方向选取预设数量的纵向量的方法，对所述成像矩阵进行分解处理，得到多个成像子矩阵；其中，至少每两个连续的所述成像子矩阵包括相同的纵向量。

[0110] 具体的，选择的纵向量优选为有重叠，如对于纵向量1、2、3、4、5、6、7，所述成像矩阵的行方向可以分别选取1234、2345、3456、4567作为成像子矩阵；其中，上述纵向量的数量可以根据需要进行设置，本发明对此不做具体限制。

[0111] S402、分别计算每个所述成像子矩阵的协方差矩阵，得到对应于每个所述成像子矩阵的子协方差矩阵。

[0112] S403、对得到的多个所述子协方差矩阵进行平均计算处理，得到平均协方差矩阵。

[0113] S404、通过以下公式计算平均协方差矩阵的特征向量Rav＝λv；其中，Ra为平均协方差矩阵，v为平均协方差矩阵的特征向量，λ为平均协方差矩阵的特征值。

[0114] S405、过以下公式对所述平均协方差矩阵进行奇异值分解处理得到地震有效信号子空间矩阵和噪声子空间矩阵。

[0115] S404、根据所述平均协方差矩阵的特征向量和所述噪声子空间矩阵，计算包括所述地震波成像结果的多重信号分类伪谱。

[0116] 针对地震勘探领域，实际中，目标区域是包括多个震源和多个检波器的，故对于每一个目标区域，包括多个单炮数据的地震炮集数据(即炮集数据)携带有完整的地质信息，而每个单炮数据一般只是携带有部分地质信息，参考图5，本发明实施例提供的方法还包括：

[0117] S501、获取多个所述单炮数据的高分辨率地震波成像结果；

[0118] S502、对多个所述单炮数据的高分辨率地震波成像结果进行叠加处理，得到炮集数据对应的高分辨率地震波成像结果；其中，所述炮集数据包括多个单炮数据。

[0119] 由于获取的地震炮集数据才是携带反应目标区域的完整地质信息的数据，而地震炮集数据中的每个单炮数据只是携带反应目标区域的地质信息的一部分数据；在实际计算过程中是针对每个单炮数据单独进行上述成像处理，最后将每一个单炮数据的成像处理结果进行叠加处理，即可得到地震炮集数据的高分辨率地震波成像结果。

[0120] 下面结合具体实施例对本发明实施例提供的一种高分辨率地震波成像方法进行说明：

[0121] 通过三维地震资料处理，说明一种基于多重信号分类的高分辨率地震波成像方法在深层构造勘探中的应用效果。

[0122] (1)读入地震炮集数据和偏移速度文件(即上述偏移速度数据)；

[0123] (2)由偏移速度文件计算出地震波走时信息；

[0124] (3)传统Kirchhoff成像结果，如图6所示；

[0125] (4)多重信号分类的高分辨率地震波成像结果如图7所示；

[0126] 对比图2和图3，可以清楚的看出，在剖面垂向位置3.5秒处，基于多重信号分类的高分辨率地震波成像剖面(图3)具有更好的地震波分辨率能力，如图6和图7中圆框所示，并且对断层显示较好，如图6和图7中箭头所指位置。在深层地震弱信号成像上，相比传统Kirchhoff成像方法，基于多重信号分类的高分辨率地震波成像方法依然具有很好的优势，如图6和图7中方框位置所示。

[0127] 本发明实施例提供的一种高分辨率地震波成像方法，与现有技术中在地震波成像方面存在针对信噪低的地震资料成像质量不佳和无法解决稳相点确定和地震波形选取的问题相比，其采用多重信号分类方法对Kirchhoff偏移成像的得到的共成像点道进行计算处理，能够准确判断稳相点并由此选取地震波形，从而能够实现有效地震信号的估计，提高了地震波成像分辨率；其从低信噪比的采集数据中，挖掘出高分辨率的地质信息，为煤炭勘探开发中的构造识别提供了更为精确的地震资料，在降低投入成本和减少施工风险上具有重要意义。

[0128] 本发明实施例还提供了一种高分辨率地震波成像装置，所述装置用于执行上述一种高分辨率地震波成像方法，参考图8，所述装置包括：

[0129] 第一获取模块11，用于获取待进行成像处理的单炮数据和单炮数据对应的偏移速度数据；其中，单炮数据包括地下岩层界面反射或者折射的多个地震波，地震波携带有地质信息；

[0130] 地震波走时信息计算模块12，用于根据单炮数据对应的检波器空间位置和偏移速度数据，计算单炮数据的炮点位置经地下成像空间任意一个成像点位置到检波点位置的地震波走时信息；其中，单炮数据对应的检波器为多个，且每个检波器均设置在对应的检波点位置上；

[0131] 共成像点道集建立模块13，用于按照检波器空间位置和地震波走时信息组成的位置点标识，从单炮数据中选取位置点标识对应的振幅值样点，得到单炮数据对应的共成像点道集；

[0132] 计算处理模块14，用于根据多重信号分类方法对共成像点道集进行计算处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0133] 进一步的，参考图9，上述高分辨率地震波成像装置中，计算处理模块14包括：

[0134] 扫描处理单元141，用于沿着振幅值样点的横向方向，对共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点进行扫描处理，得到振幅值样点在横向方向对应的横向主能量带范围；其中，横向主能量带范围对应的振幅值样点序列携带有地质信息；

[0135] 地震波大小判断单元142，用于沿着振幅值样点的纵向方向，对横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行地震波大小判断，得到对应于横向主能量带范围的纵向有效地震波大小范围；

[0136] 成像矩阵提取单元143，用于根据横向主能量带范围及其对应的纵向有效地震波大小范围组成的成像矩阵范围，从共成像点道集中提取成像矩阵范围对应的成像矩阵；

[0137] 估计处理单元144，用于对成像矩阵进行有效信号估计处理，得到单炮数据对应的高分辨率地震波成像结果。

[0138] 进一步的，参考图9，上述高分辨率地震波成像装置中，扫描处理单元141包括：

[0139] 第一确定子单元1411，用于沿着振幅值样点的横向方向，确定共成像点道集中每个成像点位置对应的振幅值样点在横向方向的横向能量带范围；

[0140] 求和处理子单元1412，用于对每一个横向能量带范围内的所有振幅值样点均进行求和处理，得到对应于每一个横向能量带范围的振幅值样点叠加值；

[0141] 比较子单元1413，用于比较每一个横向能量带范围的振幅值样点叠加值；

[0142] 选取子单元1414，用于选取最大的振幅值样点叠加值对应的横向能量带范围为横向主能量带范围。

[0143] 进一步的，参考图10，上述高分辨率地震波成像装置中，地震波大小判断单元142包括：

[0144] 零点和极性变化判断子单元1421，用于沿着振幅值样点的纵向方向，对横向主能量带范围内的每个振幅值样点进行零点和极性变化判断；

[0145] 第二确定子单元1422，用于在检测到横向主能量带范围内的每一个振幅值样点在纵向方向上的零点和包括零点的正负极值时，确定正负极值对应的纵向大小范围为对应的振幅值样点的纵向有效地震波大小范围。

[0146] 进一步的，参考图10，上述高分辨率地震波成像装置中，估计处理单元144包括：

[0147] 分解处理子单元1441，用于按照在成像矩阵的行方向选取预设数量的纵向量的方法，对成像矩阵进行分解处理，得到多个成像子矩阵；其中，至少每两个连续的成像子矩阵包括相同的纵向量；

[0148] 第一计算子单元1442，用于分别计算每个成像子矩阵的协方差矩阵，得到对应于每个成像子矩阵的子协方差矩阵；

[0149] 第二计算子单元1443，用于对得到的多个子协方差矩阵进行平均计算处理，得到平均协方差矩阵；

[0150] 第三计算子单元1444，用于通过以下公式计算平均协方差矩阵的特征向量Rav＝λv；其中，Ra为平均协方差矩阵，v为平均协方差矩阵的特征向量，λ为平均协方差矩阵的特征值；

[0151] 奇异值分解处理子单元1445，用于通过以下公式对平均协方差矩阵进行奇异值分解处理 得到地震有效信号子空间矩阵和噪声子空间矩阵；

[0152] 第四计算子单元1446，用于根据平均协方差矩阵的特征向量和噪声子空间矩阵，计算包括地震波成像结果的多重信号分类伪谱。

[0153] 进一步的，上述高分辨率地震波成像装置，还包括：

[0154] 第二获取模块，用于获取多个单炮数据的高分辨率地震波成像结果；

[0155] 叠加处理模块，对多个单炮数据的高分辨率地震波成像结果进行叠加处理，得到炮集数据对应的高分辨率地震波成像结果；其中，炮集数据包括多个单炮数据。

[0156] 本发明实施例提供的一种高分辨率地震波成像装置，与现有技术中在地震波成像方面存在针对信噪低的地震资料成像质量不佳和无法解决稳相点确定和地震波形选取的问题相比，其采用多重信号分类方法对Kirchhoff偏移成像的得到的共成像点道进行计算处理，能够准确判断稳相点并由此选取地震波形，从而能够实现有效地震信号的估计，提高了地震波成像分辨率；其从低信噪比的采集数据中，挖掘出高分辨率的地质信息，为煤炭勘探开发中的构造识别提供了更为精确的地震资料，在降低投入成本和减少施工风险上具有重要意义。

[0157] 本发明实施例所提供的进行一种高分辨率地震波成像的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

[0158] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0159] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0160] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0161] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

[0162] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0163] 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以所述权利要求的保护范围为准。