一种超声岩石物理数据到时拾取方法及系统

本发明涉及岩石物理实验中的超声信号处理，尤其涉及一种超声岩石物理数据到时拾取方法及系统。

背景技术：

1、目前，在岩石物理实验中，超声波传播时间是计算岩样纵波、横波速度及分析其弹性性质的重要依据。实验人员通过在不同加载阶段或其他实验条件下重复采集波形，研究岩石物性随实验状态的变化。为比较各条记录中的到时变化，需要根据测量目的，从波峰、波谷、过零点和起跳中选择一种位置进行到时拾取，并确定其在各条记录中的对应位置。

2、已有方法利用初始位置和相邻记录之间的联系进行目标追踪。例如，中国专利申请cn111158046a公开的基于动态规划的地震层位自动提取装置及方法，在初始层位附近选取局部窗口，经拉平后利用动态规划寻找最优路径，得到目标地震层位。该方法面向地震剖面中的反射层位追踪，将初始层位与局部窗口内的路径搜索相结合。

3、岩石超声实验需要在选定的局部波形中区分波峰、波谷、过零点和起跳位置。随着实验状态变化，目标信号的到达时间、振幅和波形可能改变，串扰、反射波及换能器振铃也可能影响局部判读。在用户限定的搜索范围内，可能存在一个或多个待选位置。存在多个可选位置时，各位置的局部特征强弱关系可能随记录变化，逐条依据局部特征选点容易失去对应关系；当范围内包含多个周期时，还可能选到其他周期。

4、起跳位置的判断还受到背景波动的影响。当起跳初段的幅值与背景波动接近时，信号开始到达的位置不易辨认，后续波峰或波谷则可能较为清晰。仅观察起跳附近的局部幅值变化，难以在不同记录中保持一致的判读标准。人工处理需反复比较局部波形及相邻记录，并对难以判断的位置进行调整和复核，工作量随记录数量增加。

5、因此，需要在用户指定的目标范围内，结合局部波形特征和相邻记录之间的联系确定各条记录中的对应拾取位置，并在起跳较弱时结合背景波动与后续信号辅助定位，以减少选点偏移和逐条人工修正。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明公开了一种超声岩石物理数据到时拾取方法及系统，该方法结合用户引导、局部波形特征和相邻记录之间的联系，确定各条记录中的对应拾取位置，并利用后续峰谷辅助起跳较弱时的定位。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、一种超声岩石物理数据到时拾取方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，获取超声岩石物理数据的波形及其时间轴，根据用户指定的目标位置确定每条记录的引导时间和搜索时间范围，并从波峰、波谷、过零点和起跳中选择一种位置进行到时拾取；

5、步骤s2，选择波峰、波谷或过零点时，在搜索时间范围内生成相应的候选位置；

6、选择起跳时，先追踪后续波峰或波谷作为参照，再根据背景波形和参照点之前的波形，在引导附近生成起跳候选；

7、根据候选附近的波形幅值特征及候选时间与引导时间之差的绝对值计算候选评分；

8、步骤s3，综合候选评分、候选与引导或参照点的时间关系以及相邻记录候选附近的波形相似性，通过动态规划选择相互对应的候选位置；

9、步骤s4，根据所选候选位置确定到时结果，输出到时、记录标识及结果来源。

10、进一步地，步骤s1中，将用户在两条不同记录上指定的目标位置连接成直线，或者沿各条记录中目标波形的对应位置绘制曲线；

11、根据所述直线或曲线在各条记录处对应的时间坐标确定引导时间，并以引导时间为中心，结合设定的搜索半宽确定各条记录的搜索时间范围。

12、进一步地，步骤s2中，选择波峰、波谷或过零点时，对搜索时间范围内的波形进行平滑；

13、选择波峰或波谷时，分别在局部极大值或局部极小值处生成候选，利用候选样点及其前后相邻样点确定抛物线顶点，以此细化候选位置，并将细化位置限制在候选样点前后半个采样间隔内；

14、选择过零点时，在相邻样点由负到非负或由非负到负的位置生成候选，根据两个样点的时间和幅值进行线性插值，确定波形达到零幅值的时间。

15、进一步地，步骤s2中，选择起跳时，先分别追踪引导后方的波峰和波谷，得到各条记录中相互对应的两组拾取结果；

16、将各拾取时间减去对应的原引导时间，得到两组时间差；根据每组获得拾取结果的记录数占参与记录数的比例、拾取结果评分的中位数、时间差的中位数及相邻记录间的时间差变化，计算两组结果的综合评分，选择评分较高的一组，并将该组在各条记录中的波峰或波谷作为参照点；

17、根据背景波形确定幅值门限，结合参照点之前的波形，在引导附近生成起跳候选并进行评分。在后续信号满足高幅值条件时，采用两种方式寻找起跳候选：一种检查低幅值背景延续到哪里，另一种从后续高幅值信号向较早时间回查。两类候选均位于原引导附近且早于参照点。根据后续信号相对背景的幅值和候选接近原引导的程度评分，第一种方式还考虑候选至参照点之间的信号分布。同一位置出现多个候选时，保留评分较高者。

18、进一步地，步骤s3中，在各条记录均有候选的连续区段内，结合候选评分、时间关系和波形相似性选择候选。选择波峰、波谷或过零点时，比较候选与引导之间的时差及其在相邻记录间的变化；选择起跳时，比较候选至参照点的时差在相邻记录间的变化。波形相似性通过相邻记录候选附近波形片段的相关系数计算。将上述因素组成目标函数，通过动态规划从每条记录中选取一个候选，使整段记录的目标函数值最小。

19、选择波峰、波谷或过零点时，目标函数为：

20、；

21、选择起跳时，目标函数为：

22、；

23、其中，为选择波峰、波谷或过零点时的目标函数值，为选择起跳时的目标函数值；为记录序号，a和b分别为所述区段首条和末条记录的序号；、和分别为第条记录的候选时间、候选评分和引导时间，的取值范围为0至1，；为参照点时间，；为第条与第条记录中，以各自候选位置为中心截取的波形片段经去均值和归一化后的相关系数；和为正的时间尺度，与到时采用相同单位；、、、和为各项对应的非负权重。

24、进一步地，步骤s4中，在具有参照点的连续记录区段内，计算已选起跳候选至参照点的时间差，取各条记录及其邻近记录中已有时间差的中位数，经插值和平滑得到各条记录对应的时间差估计值；对于未获得起跳候选、候选评分低于设定门限，或者所述时间差与估计值之差的绝对值超过设定容差的记录，按下式计算补充到时：

25、；

26、其中，为记录序号，、和分别为第条记录的补充到时、参照点时间和时间差估计值；

27、当补充到时与引导时间之差的绝对值不超过设定限值时，采用补充到时填补缺失的到时或替换所选起跳候选时间。

28、进一步地，步骤s4中，将由所选候选位置确定的到时标记为直接拾取，将由参照点时间与时间差估计值计算得到的补充到时标记为时差估计，并将所述补充到时标记为待复核，随到时和记录标识一并输出。

29、本发明还公开了一种超声岩石物理数据到时拾取系统，处理器执行存储器中的程序时实现上述方法的步骤。

30、本发明的有益效果是，

31、1、根据用户指定的目标位置限定候选搜索范围，适用于波峰、波谷、过零点和起跳等不同位置的到时拾取。

32、2、结合相邻记录的时间关系和波形相似性选择候选，有助于保持拾取位置的对应关系，减少选点偏移和逐条人工调整。

33、3、利用背景波动和后续峰谷参照辅助定位较弱的起跳，并根据邻近记录的时差关系补充必要的到时估计。通过区分直接拾取与时差估计，便于人工复核。