A semi-automatic approach to identify first arrival time: the Cross-Correlation Technique

Abstract

The high-quality interpretation of seismic refraction data depends on the accurate and reliable identification of the first arrival times. First arrivals can be identified on a graphic or image by conventional picking, but this process depends on external factors, such as the scale and quality of the imaging data, amplitude ratio, sensitivity of the picking cursor and user experience. Under these considerations, identifying first arrivals in noisy data becomes more complex and unstable. In this study, the Cross-Correlation Technique (CCT), which is widely used in the process of analyzing reflection data, has been used to pick the first arrival times in noisy or noiseless seismic refraction data by a semi-automatic process. The CCT has reduced the dependence on user and decreased incorrect picking caused by environmental noise, displaying characteristics and scaling factors. The CCT has been tested with synthetic models with different noise contents and various field data. The Chi-square error criterion was used to assess the performance of the pickings. In addition, effects of small-time differences between the conventional picking process and the CCT have been demonstrated on a refraction tomography velocity section. Therefore, we believe that our proposed method is a useful contribution to the existing methods of first arrival picking. Resumen La buena interpretación de datos estadísticos de refracción sísmica depende de la identificación acertada y confiable de los tiempos de llegada. Los primeros tiempos de llegada se pueden identificar en un gráfico o imagen por picado convencional, pero este proceso depende de factores externos como la escala y la calidad de información de la imagen, el índice de amplitud, la sensibilidad del cursor de recolección y la experiencia del usuario. Bajo estas consideraciones, la identificación de los tiempos de llegada bajo información ruidosa se vuelve más compleja e inestable. En este estudio, la técnica de Correlación Cruzada (CCT, en inglés), que es ampliamente trabajada en el proceso de análisis de datos de reflexión, se utilizó para seleccionar los primeros tiempos de llegada en información sísmica ruidosa o no ruidosa con un proceso semiautomático. La CCT redujo la dependencia en el usuario y bajó el nivel de selección incorrecta causada por el ruido ambiental al desplegar características y factores de escala. La CCT se ha probado en modelos sintéticos con diferentes contenidos de ruidos y diversa información de campo. El error de la norma Chi-cuadrado se utilizó para evaluar el desempeño de las selecciones. En adición, los efectos de las pequeñas diferencias de tiempo entre el proceso convencional de selección y la CCT se han demostrado en una tomografía reflexiva de velocidad. Además, se estima que el método propuesto es una contribución útil a los métodos existentes de la recolección de los primeros tiempos de llegada.

Keywords

• first arrival picking
• first break
• cross-correlation
• seismic refraction
• semi-automatic picking