一种人工地震信号剖面的二维插值方法

技术领域

本发明涉及工程地球物理勘探技术领域，具体涉及一种人工地震信号剖面的二维插值方法。

背景技术

工程地球物理勘探，简称工程物探，它的探测目标是地下岩土层或者建筑结构，对探测目标加载自然或人工物理场后，通过仪器观测其变化，以确定隐蔽目标的空间范围(大小、形状、分布)，并测定目标体的物理参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。现阶段工程物探的技术手段主要包括弹性波方法和电磁波方法两大类。

在勘探过程中，需要对待勘探的目标物进行预估，然后采用一定的观测系统来进行勘探，观测系统通常包括人工物理场的选择(如采用人工地震波或电磁波等)，采集装置排列方式(布置位置、密度等)，信号采集时长、采集频率等。如果预估与实际情况差距较大，所选用的观测系统就不能很好的反演地下目标，需要对采集到的信号进行插值预处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人工地震信号剖面的二维插值方法利用该方法能简便高效的为人工地震信号剖面进行插值。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种人工地震信号剖面的二维插值方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将原始人工地震信号剖面分解成各时间点的位置与地震信号强度的曲线，该曲线中横坐标为位置点，纵坐标为该位置点的地震信号强度；

步骤2：将步骤1得到的各时间点的位置与地震信号强度的曲线，按位置插值的精度需求进行线性插值(比如说，原先是每10米一个，现在需要到每5米一个，就插一个值，如果现在需要到2米一个，就插四个值)，得到的每个位置点的位置与地震信号强度的曲线；

步骤3：将步骤2得到的各位置点的位置与地震信号强度的曲线按照位置点的顺序排列(并排排列起来，将若干个一维数组组成一个二维数组)组成新的位置与时间及地震信号强度剖面；

步骤4：将步骤3得到的位置与时间及地震信号强度剖面分解成各位置点的时间与地震信号强度曲线；

步骤5：对步骤4得到的各时间点的位置信号曲线进行傅里叶变换，得到原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点的频谱信息；

步骤6：将步骤5得到的原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点的频谱信息进行线性插值，得到原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点插值后的频谱信息；

步骤7：将步骤6所得的插值后的频谱信息进行傅里叶逆变换，得到原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点插值后的时间信号曲线；

步骤8：将步骤7所得原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点的插值后时间信号曲线分别按照时间点和位置点的顺序排列组合成插值后的人工地震信号剖面。

上述技术方案的步骤1中，将原始人工地震信号剖面分解成各时间点的位置信号曲线的具体方法为：以时间信息为标准(在原始剖面中，取出所有时间信息相同的各位置的地震信号强度数据)，对任一时间点，取出该时间点在人工地震信号剖面中各个位置点上对应的地震信号强度，得到该时间点的位置与地震信号强度的曲线。

上述技术方案的步骤2中，得到的每个位置点的位置与地震信号强度的曲线的具体方法为：以位置信号曲线中以任意相邻的两个位置点的地震信号强度值构建线性方程，按照需要插值的数量，利用线性方程求出插值位置的地震信号强度值，将插值位置的地震信号强度值按照对应的位置信息排列起来，得到每个位置点的位置与地震信号强度的曲线。

上述技术方案的步骤3中，组成新的位置与时间及地震信号强度剖面的方法为：构建一个以原始人工地震信号剖面的时间数和位置维度上插值后新的位置与时间及地震信号强度剖面(原有剖面，相当于是一个由时间、位置和地震信号强度的二维数组，原有的时间数就是这个二维数组中，时间维度的长度，或者说不同时间值的个数)。将各时间和各位置的地震信号值填入上述剖面中。其中，原始剖面中有的时间点—位置点的信号强度，直接有现成的，插值的位置点的信号强度由前面的线性插值得到。

上述技术方案的步骤4中，将步骤3得到的位置与时间及地震信号强度剖面分解成各位置点的时间与地震信号强度曲线的具体方法为：以位置信息为标准，对任一位置点，取出该位置点在各个时间点上的信号值，得到该位置点的时间信号曲线。

本发明的有益效果：

本发明针对不同的探测目标，在步骤2、步骤6中选取插值数量参数，可以获得较好的插值效果，有利于下一步工作的进行，由于人工地震是沿着剖面中各位置点方向传播，所以在剖面的位置维度采取线性插值；而在时间维度上，人工地震信号具有波动特性，采用傅里叶变换及逆变换的方式进行插值。使工程物探探测结果更加准确、更加符合实际情况。

附图说明

图1为采集到的信号剖面；

图2a为取出的某个时间点采集的位置信号曲线；

图2b为插值后的位置信号曲线；

图3为经过插值后的新的信号剖面；

图4为取出的某位置点的时间信号曲线；

图5a为该位置点的频谱曲线

图5b为插值后的频谱曲线；

图6a为该位置点的某段时间信号曲线；

图6b为插值后同一时间段的信号曲线；

图7为插值完成后的信号剖面。

图1中，横坐标为位置点，纵坐标为采集的时间点，每个点的颜色深浅表示该时间、位置点上的地震信号强度，横坐标代表位置点，是长度单位，每个单位代表采集时相邻两个采集点之间的距离；纵坐标代表时间点，是时间单位，每个单位代表采集时相邻两个采集数据之间的时间差；

图2a和图2b中，横坐标为位置点，纵坐标为该位置点上的地震信号强度。图2a为原始数据，图2b为进行过线性插值后的数据，横坐标同上，纵坐标为信号强度。

图3中，横坐标为位置点，纵坐标为采集的时间点，每个点的颜色深浅表示该时间—位置点上的信号强度。经过一次位置插值后可以看到信号变得丰富了一些，横纵坐标与图1一样，其中横坐标变改为插值后的位置点。

图4中，横坐标为时间点，纵坐标为该位置点上的地震信号强度，横坐标代表时间点，是时间单位，每个单位代表采集时相邻两个采集数据之间的时间差，纵坐标为强度，无单位；

图5a和图5b中，每个“*”点代表一个数据组，点的纵坐标为频率强度，横坐标为频率值，此图横坐标为频率值，纵坐标为该频率强度，横坐标代表时间点，是时间单位，每个单位代表采集时相邻两个采集数据之间的时间差，纵坐标为强度，无单位；

图6a和图6b中，每个“*”点代表一个数据组，点的纵坐标为信号强度，横坐标为时间点，此图横坐标为时间点，纵坐标为该信号强度，横坐标代表时间点，是时间单位，每个单位代表采集时相邻两个采集数据之间的时间差，纵坐标为强度，无单位；

图7中横坐标为位置点，纵坐标为采集的时间点，每个点的颜色深浅表示该时间—位置点上的信号强度。经过插值后可以看到信号变得更为丰富，横坐标代表时间点，是时间单位，每个单位代表采集时相邻两个采集数据之间的时间差，纵坐标为强度，无单位。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的人工地震信号剖面的二维插值方法，它包括如下步骤：

步骤1：将原始人工地震信号剖面(如图1所示)分解成各时间点的位置信号曲线，具体方法为：以时间信息为标准，对任一时间点，取出该时间点在各个位置点上的信号值，得到该时间点的的位置与地震信号强度的曲线。

在本例中，将以100号时间点上的位置信号曲线为例。

步骤2：步骤1得到的各时间点的位置与地震信号强度的曲线，按位置插值的精度需求进行线性插值，具体方法为：以相邻两个已知点的值构建线性方程，按照需求，利用线性方程求出插值位置的信号值。

如图2a和图2b所示，图2a和图2b中上面的曲线为第100号时间点上的位置信号曲线，图2a和图2b中下面的曲线为第100号时间点5倍采样插值得到的位置信号曲线

步骤3：将步骤2得到的各位置点的位置与地震信号强度的曲线按照位置点的顺序排列组成新的位置与时间及地震信号强度剖面，具体方法为：构建一个以原有的时间数和新的位置数的剖面，将各时间和位置的信号值填入其中；

如图3所示，信号剖面的信息相对于原始信号而言已展现出一定的插值细化效果。

步骤4：将步骤3得到的位置与时间及地震信号强度剖面分解成各位置点的时间与地震信号强度曲线，具体方法为：以位置信息为标准，对任一位置点，取出该位置点在各个时间点上的信号值，得到该位置点的时间信号曲线；

如图4所示，在本例中选取第24号位置点的时间信号曲线为例。

步骤5：对步骤4得到的各时间点的位置信号曲线进行傅里叶变换，得到原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点的频谱信息；

步骤6：将步骤5得到的原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点的频谱信息进行线性插值，得到原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点插值后的频谱信息；

如图5a和图5b所示，图5a的曲线为第24号位置点上的时间信号曲线的频谱信息，图5b的曲线为第24号位置点上，5倍采样插值后的时间信号曲线的频谱信息。

步骤7：将步骤6所得的插值后的频谱信息进行傅里叶逆变换，得到原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点插值后的时间信号曲线；

如图6a和图6b所示，图6a的曲线为第24号位置点上的第400至第800时间点的时间信号曲线，图6b的曲线为第24号位置点上插值后的对应时间的时间信号曲线。

步骤8：将步骤7所得原始人工地震信号剖面中的各个位置点，以及通过步骤2插值后新增的位置点的插值后时间信号曲线分别按照时间点和位置点的顺序排列组合成插值后的人工地震信号剖面。

如图7所示，图7为完成二维插值后的信号剖面，可以看到插值后，剖面信息更丰富。

上述技术方案的步骤1)至步骤3)对地球物理信号剖面进行了位置点上的插值处理，其原理是通过线性插值对原始信号的位置点数进行扩充。

上述技术方案的步骤4)至步骤8)对前一步处理得到的剖面进行了时间点上的插值处理，其原理是通过傅里叶变换和逆变换对原始信号的时间点数进行扩充。于是，经过上述处理便可得到所需要的二维插值后的信号。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。