本发明属于地球物理勘探，涉及二维地震剖面和三维地震体的层位追踪，具体地说是一种基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法。
背景技术：
1、层位追踪是从所获得的地震图像中的反射层提取同相轴的过程，层位追踪是地震解释工作的一个重要部分，也是地震图像解释的基础工作。最早的层位追踪工作依赖于人工标定，但由于工作量大且繁杂，也需要有一定地质经验的人员，这有着很大的局限性。随着技术的发展，层位自动追踪技术是目前常用的方法，自动追踪技术不仅能实现在二维剖面上识别层位，也能获取三维层位追踪结果，便于研究。
2、目前，层位自动追踪技术包括基于相干方法、边缘检测算子、基于波形相似性方法和深度学习方法等。anderson(1983)等提出了将利用波形匹配的方式运用到层位追踪中；李鹏(2010)提出了将五种边缘检测算子的方法分别运用到层位追踪工作中，进行对比分析得出结论；李雪峰(2011)运用了基于相干的方式，分析了相干剖面层位追踪解释和工作流程。以上是国内外学者利用其它相关算法进行层位追踪的相关研究。而目前对于运用动态规整算法的相关研究，还是相对较少，song jin(2017)提出了将动态时间规整算法引入到地震层位解释工作中，将该算法与正则化结合处理复杂地震数据；aina juellbugge(2019)提出了运用经典dtw与瞬时相位结合提取目标层位，实现在三维地震图像上的层位追踪。根据前人研究，运用动态时间规整算法进行层位追踪应用相对较少，在复杂地质区域中进行识别并且考虑到时间和精度两方面的方法更是少之又少。
技术实现思路
1、本发明的目的，旨在要提供一种基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，通过利用改进动态规整算法进行层位追踪工作，在传统动态规整算法基础上，将依据数据本身的相似性加入约束来减少搜索范围，以解决经典动态时间规整算法在层位追踪应用中存在效率和精度低的问题，通过节省空间方式来达到节约时间的目的；并且考虑到在实际数据追踪过程中存在断层的情况，加入假设检验的思想，提高层位追踪的准确性，从而获得更好的追踪效果。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
3、一种基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，搜索路径是在最后的距离矩阵中获得，所以此改进算法的思想就是先设置一个稀疏矩阵(这个矩阵本算法可以认为矩阵中的每个位置上都是空的)，之后根据序列相似性，也就是下面举的这个例子来进一步设置矩阵中的位置(矩阵中不空的位置则为搜索路径范围),该方法包括依次进行的以下步骤：
4、s1.获取两条序列的相似度和回溯路径
5、s11.对原始序列x和原始序列y进行归一化处理
6、对原始序列x和原始序列y进行归一化处理，得到序列x′和序列y′；
7、
8、其中s′为归一化后的序列，si为序列第i个点的值，max与min分别为序列中的最大值与最小值；
9、s12.设置窗口范围和数量
10、设定参数θ，范围是0～1，根据设定的参数θ来设置窗口范围和数量，确定窗口的数量和范围及每个窗口内序列上的点，属于同一窗口的序列的点为相似的点，进而获得原始序列x和原始序列y的搜索范围；
11、s13.依据相似的点设置回溯路径范围
12、s131.设定初始稀疏搜索路径矩阵m，m的大小为n*m，n为原始序列x的长度，m为原始序列y的长度,矩阵中每个单元格位置的值为0，即为稀疏单元格；
13、一个m×n大小的稀疏矩阵是一个由m行n列元素排列成的矩形阵列，矩阵里的元素全部为零；
14、因为最初的距离矩阵我们设为稀疏矩阵(矩阵中的值全为0)，相当于最初没有的搜索路径，在后期依据相似点和距离公式，求出某个坐标(矩阵中的位置)上的值，这个有值的位置就是搜索路径，没有值仍然还是之前为0(稀疏矩阵中的值是0)的话，它就不是最后的搜索路径范围；
15、s132.依据步骤s12得到原始序列x和原始序列y的搜索范围，而每一个窗口内的相似点在序列x′和序列y′中所对应的位置则可以对应到初始矩阵m的位置，即根据序列相似性所得到的初始搜索路径范围；
16、s133.由于初始搜索路径范围涉及到矩阵中相应位置的周围仍为原始稀疏单元格，为保证后续最小路径回溯，则需要将这些稀疏单元格设置为搜索路径范围；
17、s14.依据二阶公式计算距离矩阵
18、将步骤s13中获得的序列x和序列y的搜索范围，依据对齐距离公式计算对齐距离，再依据累计距离公式计算累计距离，找到最优的对齐路径，即所述回溯路径范围；
19、
20、式中，dij为对齐距离，xi为序列x第i个值，yj为序列y第j个值，i、j分别表示序列x和序列y的第i与第j个对应的矩阵单元；
21、
22、式中，dij为累计距离，dij为对齐距离，i、j分别表示序列x和序列y的第i与第j个对应的矩阵单元；
23、s15.根据距离矩阵得到了两条序列的相似度和回溯路径(即两个序列的对应坐标)；
24、s2.地震道聚类
25、依据统计聚类的思想，通过稀疏两阶段动态规整算法得到地震道之间的相似度，将相似的归为一类，得到地震道的聚类结果，用其中一条地震道与非同类的地震道进行匹配；
26、s3.多层位自动拾取
27、将匹配结果根据插值方法获得层位，即完成多层位自动拾取；
28、即通过s1得到地震道数据的匹配结果和相似度聚类，之后进行层位追踪，即先根据现有算法设置网格，然后网格中的序列匹配时有一个参考道，多个匹配道，聚类后就不用参考道和每个匹配道进行匹配，只需要将属于一类的一道和参考道匹配，其余采用其结果即可，最后将匹配结果根据插值方法获得层位。
29、作为一种限定，进行所述多层位自动拾取时，还可以利用改进动态时间规整算法在存在断层的地震数据中进行层位追踪，利用假设检验原理，判断断层两侧层位是否属于统一层位；
30、层位追踪即需要在获得的三维地震数据后，根据现有方法先设置网格，将网格中的序列运用本专利改进算法一一求得两条地震道数据的匹配结果，依据匹配结果(获得的是一些坐标，也就是对应地震图像上的一些点)进行前人研究插值的方法来获得层位。
31、作为进一步限定，所述假设检验原理的具体步骤为：按照波形相似性原则，在判断第i层与第j层是否属于同一个层位时，若属于同一层位则分布相同或相似，即两个分布的均值相等。
32、作为另一种限定，所述步骤s12中，设置窗口范围和数量的方法为：窗口的上界与相邻窗口的上界之间的差距设定为，而一个窗口内的下界和上界差距设定为；
33、根据设置窗口范围和数量的方法和序列本身数值大小，确定窗口的数量和范围及每个窗口内序列上的点。
34、作为第三种限定，所述步骤s2中，得到地震道的聚类结果的方法为：设定聚类相似度大小sim和边界范围width，将小于sim和width的地震道聚成一类，即可得到地震道的聚类结果，每个类别中地震道相似程度高。
35、在层位追踪的参考道和匹配道匹配时，所有匹配道中的属于同一类别的地震道的结果可以用类别中的其中一道与参考道运用匹配稀疏两阶段动态规整即可，以节约时间。
36、由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
37、①本发明提供的基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，利用改进动态规整算法进行层位追踪工作，在传统动态规整算法基础上，将依据数据本身的相似性加入约束来减少搜索范围，解决了经典动态时间规整算法在层位追踪应用中存在效率和精度低的问题；
38、②本发明提供的基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，利用地震道数据之间本身的相似性设定搜索路径范围以提高匹配效率及累计距离公式为二阶公式以提高匹配精度；
39、③本发明提供的基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，通过节省空间的方式，达到了节约时间的目的；
40、④本发明提供的基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，考虑到在实际数据追踪过程中存在断层的情况，加入假设检验的思想，提高层位追踪的准确性。
41、本发明适用于基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取，可以在复杂的地质环境获得准确的层位追踪工作，提高了层位拾取的效率和准确性。
1.一种基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，其特征在于，该方法包括依次进行的以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，其特征在于，进行所述多层位自动拾取时，还可以利用改进动态时间规整算法在存在断层的地震数据中进行层位追踪，利用假设检验原理，判断断层两侧层位是否属于统一层位。
3.根据权利要求2所述的基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，其特征在于，所述假设检验原理的具体步骤为：按照波形相似性原则，在判断第i层与第j层是否属于同一个层位时，若属于同一层位则分布相同或相似，即两个分布的均值相等。
4.根据权利要求1所述的基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，其特征在于，所述步骤s12中，设置窗口范围和数量的方法为：窗口的上界与相邻窗口的上界之间的差距设定为而一个窗口内的下界和上界差距设定为
5.根据权利要求1～4中任一项所述的基于稀疏两阶段动态规整算法的多层位自动拾取方法，其特征在于，所述步骤s2中，得到地震道的聚类结果的方法为：设定聚类相似度大小sim和边界范围width，将小于sim和width的地震道聚成一类。
