專利名稱：一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油地震勘探數(shù)據(jù)處理技術(shù)，具體是一種采用深度域濾波消除地震記錄中線性與非線性干擾波的方法。
背景技術(shù)：
在地震勘探領(lǐng)域，傳統(tǒng)的信號加強(qiáng)或噪聲壓制技術(shù)一般是利用信號與噪聲在頻率(低通、高通或帶通濾波)、視速度(FK濾波)、極化方向(極化濾波)和統(tǒng)計特性(隨機(jī)噪聲衰減)等方面的差異來分離或預(yù)測信號與噪聲，然后再對信號或噪聲進(jìn)行相應(yīng)的處理，這類方法稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動的去噪方法。
然而，隨著勘探區(qū)域地表與近地表地震地質(zhì)條件的日趨復(fù)雜，激發(fā)源附近各種地面障礙物及近地表巖性變化造成種類繁多的干擾波、沙漠的沙丘鳴震、海底產(chǎn)生的多次或微屈多次波，以及油田開發(fā)區(qū)各種地面與地下設(shè)施產(chǎn)生的干擾波，這些復(fù)雜近地表區(qū)產(chǎn)生的線性與非線性干擾波經(jīng)常表現(xiàn)為在頻率、視速度、傳播方向、極化方向及統(tǒng)計特性方面很難與反射信號有效區(qū)別開來，因此利用數(shù)據(jù)中信號與噪聲差異的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的去噪方法不能完全分離噪聲與信號，達(dá)不到理想的去噪效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可有效識別復(fù)雜近地表產(chǎn)生的線性與非線性干擾波并采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法。
本發(fā)明是采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，對于采集的地震炮集數(shù)據(jù)，其具體步驟包括，(1)對炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)增益，對數(shù)據(jù)沿空間方向進(jìn)行道均衡并沿時間方向進(jìn)行振幅補(bǔ)償，使數(shù)據(jù)適應(yīng)波動方程處理；
(2)對炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉正變換與向下波場延拓，從地表面延拓到參考面；(3)對延拓到參考面上的炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行深度域濾波；(4)對深度域濾波后的炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行向上波場延拓及傅立葉逆變換，從參考面延拓到地表面；(5)進(jìn)行數(shù)據(jù)逆增益，恢復(fù)反射信號的原始形狀，得到消除地表與近地表干擾波的有效地震波并成圖。
本發(fā)明當(dāng)數(shù)據(jù)的空間采樣間隔較大時，對炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行增益后，可以選擇對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值以減少空間假頻，從而消除對假頻數(shù)據(jù)的不正確延拓。
本發(fā)明在進(jìn)行向下與向上延拓過程中，選擇信號保持的相位移算子，利用倏逝波數(shù)衰減噪聲。
本發(fā)明向下延拓過程中，改變信號的相位，不改變信號的振幅并識別噪聲。
本發(fā)明在向上延拓的過程中，恢復(fù)信號的相位。
本發(fā)明對于二維勘探所得到的地震記錄，采用二維傅立葉正變換與逆變換。
本發(fā)明對于二維勘探所得到的地震記錄，所采用的相位移算子在濾波前進(jìn)行振幅補(bǔ)償與野外靜校正。濾波前對記錄的處理不應(yīng)破壞記錄的地表一致性。
本發(fā)明對于三維勘探得到的地震記錄，進(jìn)行三維傅立葉正變換與向下波場延拓，相位移算子自動擴(kuò)展到三維情況，進(jìn)行深度域濾波后，進(jìn)行三維傅立葉逆變換并向上波場延拓，即完成了三維深度域濾波。
本發(fā)明以二維地震數(shù)據(jù)為例，采用的具體原理為倏逝波數(shù)的公式為ω2cn2-kx2=-kz2]]>(kz＞0)
振幅衰減因子為e-kz。
觀測波場p(x，z，t)符合以下方程▿2p(x,z,t)-1c2(z)∂2p(x,z,t)∂t2=0---(1)]]>如近地表速度C(z)是只沿垂直方向變化的，近地表模型離散為厚度為Δz，速度為cn的N層均勻介質(zhì)，對方程(1)的x和t坐標(biāo)應(yīng)用傅利葉變換，可以得出∂2P(kx,z,ω)∂z2=(kx2-ω2cn2)P(kx,z,ω)---(2)]]>定義垂直波數(shù)為kz=ω2cn2-kx2,]]>那么方程(2)的解就是P(kx,z,ω)=Aeikzz+Be-ikzz---(3)]]>式中的兩個系數(shù)A，B由所應(yīng)用的地表條件確定。
依據(jù)式(3)進(jìn)行波場向下延拓，公式為P(kx,z+Δz,ω)=P(kx,z,ω)e-ikzΔz---(4)]]>kz=ω2cn2-kx2(ω2cn2-kx2≥0)0(ω2cn2-kx2<0)---(5)]]>依據(jù)式(3)進(jìn)行波場向上延拓，公式為P(kx,z-Δz,ω)=P(kx,z,ω)eikzΔz---(6)]]>kz=ω2cn2-kx2(ω2cn2-kx2≥0)ikx2-ω2cn2(ω2cn2-kx2<0)---(7)]]>
本發(fā)明在綜合考慮計算效率、適應(yīng)觀測系統(tǒng)能力及信號保持等方面因素后，采用基于波場延拓的模型驅(qū)動去噪方法，壓制與倏逝波數(shù)相關(guān)聯(lián)的噪聲，消除近地表線性與非線性干擾，完全保持信號的振幅與相位信息，可以得到無干擾的地震數(shù)據(jù)。


圖1基于波場延拓的模型驅(qū)動濾波方法示意圖，經(jīng)過向下延拓與向上延拓之后，在振幅保持區(qū)域內(nèi)，信號不變，而在相位保持區(qū)域，噪聲振幅被壓制。
圖2為含有兩層介質(zhì)及一個散射體的近地表模型，其中散射體尺度為10m*10m、埋深為100m、速度為1500m/s，兩層介質(zhì)的速度cn分別為2500m/s和3500m/s。激發(fā)與接收面設(shè)置在深度15m處，參考面在深度195m處，波場向下延拓到參考面后，避免了散射體4的波場干擾。
其中1-炮點，2-參考面，3-有效信號波，4-散射體。
圖3原始炮集(左)、沿深度軸延拓的深度域濾波結(jié)果(中)和差道集(右)，從差道集剖面可以看出濾掉了干擾而保存了有效反射波。
其中5-有效波，6-干擾波，7-直達(dá)波。
圖4是對二維地震勘探數(shù)據(jù)的一個疊前單炮地震記錄濾波前后的對比圖象。其中(a)是采用本發(fā)明濾波前的地震波記錄剖面，所圈的區(qū)域近地表干擾很強(qiáng)；(b)是采用本發(fā)明方法處理后的炮集記錄圖象；(c)是采用本發(fā)明濾除的干擾波圖象。
圖5是對上述二維地震勘探數(shù)據(jù)的一個疊前單炮地震記錄濾波前后所抽取的CMP道集對比圖象。其中(a)是采用本發(fā)明濾波前的地震波記錄剖面，有效波被干擾波掩蓋，所圈的區(qū)域近地表干擾很強(qiáng)；(b)是采用本發(fā)明方法處理后的炮集記錄圖象，有效信號增強(qiáng)；(c)是采用本發(fā)明濾除的干擾波圖象。
圖6是本發(fā)明對同一數(shù)據(jù)濾波后的疊加剖面對比，(a)是濾波前的疊加結(jié)果，(b)是濾波后的疊加結(jié)果，(c)是噪聲。
圖7是三維地震數(shù)據(jù)深度域濾波對比圖，(a)是濾波前原始炮集數(shù)據(jù)，(b)濾波后的炮集數(shù)據(jù)，(c)被濾除的噪聲。
具體實施例方式
實施例1對于采集的地震炮集數(shù)據(jù)，選取一條二維測線的地震數(shù)據(jù)實施深度域濾波處理，數(shù)據(jù)的基本情況為數(shù)據(jù)道長為4000ms，采樣間隔為4ms，測線數(shù)據(jù)共包括351炮，每炮800道。
1)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)增益，對數(shù)據(jù)沿空間x方向進(jìn)行道均衡并沿時間方向進(jìn)行振幅補(bǔ)償，使數(shù)據(jù)適應(yīng)波動方程處理。
2)其次進(jìn)行二維傅立葉正變換及向下波場延拓，對炮集按公式(4)和(5)從地表面延拓到參考面，所選的參考面深度為150m，分為三層，每層的厚度與速度分別為80m、40m與30m，2000m/s，2400m/s，2800m/s。
P(kx,z+Δz,ω)=P(kx,z,ω)e-ikzΔz---(4)]]>kz=ω2cn2-kx2(ω2cn2-kx2≥0)0(ω2cn2-kx2<0)---(5)]]>式中，ω和kx分別表示圓頻率及水平方向的圓波數(shù)；P(kx，z，ω)為ω-kx域內(nèi)在深度z處的波場。P(kx，0，ω)表示在ω-kx域的地面炮集記錄；cn表示在z與z+Δz之間的介質(zhì)層速度。
在向下延拓的過程中，與倏逝波數(shù)相關(guān)聯(lián)的噪聲置為零，且被識別，有效信號延拓到參考面上。
3)然后進(jìn)行深度域濾波，設(shè)從震源出發(fā)到達(dá)參考面的直達(dá)波旅行時間為DT(x，t)，對延拓到參考面上的炮集，時間小于DT(x，t)的波場即為干擾波，將其置零。
4)進(jìn)行向上波場延拓及二維傅立葉逆變換，對深度域濾波后的炮集按公式(6)和(7)從參考面延拓到地表面。
P(kx,z-Δz,ω)=P(kx,z,ω)eikzΔz---(6)]]>kz=ω2cn2-kx2(ω2cn2-kx2≥0)ikx2-ω2cn2(ω2cn2-kx2<0)---(7)]]>5)最后進(jìn)行數(shù)據(jù)逆增益，恢復(fù)反射信號的原始形狀，得到消除地表與近地表干擾波的有效地震波，由于沿時間方向的增益會改變信號的波形，逆增益的目的是恢復(fù)反射信號的原始形狀，以保證在去噪過程中對反射信號沒有任何傷害。
經(jīng)過深度域濾波處理，與倏逝波數(shù)相關(guān)聯(lián)的噪聲被壓制了，而反射有效信號得到了保留，如圖4所示。
為了進(jìn)一步說明濾波的效果，將濾波后的數(shù)據(jù)抽取為CMP道集，圖5是濾波前后所抽取的CMP道集對比圖象，從圖中可以看出，在第一和第三個CMP道集中，原本不可見的反射波信息，在濾波以后清晰可見。第二個CMP道集，近炮檢距處呈雙曲線狀的反射波信噪比有所提高，遠(yuǎn)炮檢距處的反射從無到有。
圖6給出了濾波前與濾波后的一段疊加剖面以及相應(yīng)的差道集疊加剖面。疊加剖面的淺、中、深層反射波同相軸都變得更加清晰。而差道集疊加剖面中，沒有反射波成像，進(jìn)一步說明本發(fā)明信號保持的特點。
實施例2對于采集的地震炮集數(shù)據(jù)，選取一炮三維測線的地震數(shù)據(jù)實施深度域濾波處理，數(shù)據(jù)的基本情況為數(shù)據(jù)道長為6000ms，采樣間隔為2ms，數(shù)據(jù)包括8條測線，每條線192道。
Dx＝40m，Dy＝240m1)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)增益，對數(shù)據(jù)沿空間x、y方向進(jìn)行道均衡并沿時間方向進(jìn)行振幅補(bǔ)償，使數(shù)據(jù)適應(yīng)波動方程處理。
2)其次進(jìn)行三維傅立葉正變換并向下波場延拓，對炮集按公式(5)和(6)從地表面延拓到參考面，所選的參考面深度為150m，分為三層，每層的厚度與速度分別為80m、40m與20m，2000m/s，2400m/s，2700m/s。
P(kx,ky,z+Δz,ω)=P(kx,ky,z,ω)e-ikzΔz---(8)]]>kz=ω2cn2-kx2-ky2(ω2cn2-kx2-ky2≥0)0(ω2cn2-kx2-ky2<0)---(9)]]>式中，ω，kx和ky分別表示圓頻率，水平方向與垂直方向的圓波數(shù)；P(kx，ky，z，ω)為ω-kx域內(nèi)在深度z處的波場。P(kx，ky，0，ω)表示在ω-kx-ky域的地面炮集記錄；cn表示在z與z+Δz之間的介質(zhì)層速度。
3)然后進(jìn)行深度域濾波，設(shè)從震源出發(fā)到達(dá)參考面的直達(dá)波的旅行時間為DT(x，t)，對延拓到參考面上的炮集，把時間小于DT(x，t)的部分置零。
4)進(jìn)行向上波場延拓及三維傅立葉逆變換，對深度域濾波后的炮集按公式(10)和(11)從參考面延拓到地表面。
P(kx,ky,z-Δz,ω)=P(kx,ky,z,ω)eikzΔz---(10)]]>kz=ω2cn2-kx2-ky2(ω2cn2-kx2-ky2≥0)ikx2+ky2-ω2cn2(ω2cn2-kx2-ky2<0)---(11)]]>5)最后進(jìn)行數(shù)據(jù)逆增益，恢復(fù)反射信號的原始形狀，得到消除地表與近地表干擾波的有效地震波，由于沿時間方向的增益會改變信號的波形，逆增益的目的是恢復(fù)反射信號的原始形狀，從而保證在去噪過程中對反射信號沒有任何傷害。
經(jīng)過深度域濾波處理，與倏逝波數(shù)相關(guān)聯(lián)的噪聲被壓制了，而有效反射信號得到了保留，如圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，對于采集的地震炮集數(shù)據(jù)，其特征在于包括以下步驟，(1)對采集的炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)增益，對數(shù)據(jù)沿空間方向進(jìn)行道均衡并沿時間方向進(jìn)行振幅補(bǔ)償，使數(shù)據(jù)適應(yīng)波動方程處理；(2)對炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉正變換并向下波場延拓，從地表面延拓到參考面；(3)對延拓到參考面上的炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行深度域濾波；(4)對深度域濾波后的炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行向上波場延拓及傅立葉逆變換，從參考面延拓到地表面；(5)進(jìn)行數(shù)據(jù)逆增益，恢復(fù)反射信號的原始形狀，得到消除地表與近地表干擾波的有效地震波并成圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，其特征在于當(dāng)數(shù)據(jù)的空間采樣間隔較大時，對炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行增益后，可以選擇對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值以減少空間假頻，消除對假頻數(shù)據(jù)的不正確延拓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，其特征在于在進(jìn)行向下與向上延拓過程中，選擇信號保持的相位移算子，利用倏逝波數(shù)衰減噪聲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，其特征在于向下延拓過程中，改變信號的相位，不改變信號的振幅并識別噪聲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，其特征在于在向上延拓的過程中，恢復(fù)信號的相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，其特征在于對于二維勘探所得到的地震記錄，采用二維傅立葉正變換與逆變換。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，其特征在于對于二維勘探所得到的地震記錄，所采用的相位移算子在濾波前進(jìn)行振幅補(bǔ)償和野外靜校正。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用深度域濾波消除線性與非線性干擾波的方法，其特征在于對于三維勘探得到的地震記錄，對地震記錄進(jìn)行三維傅立葉正變換與逆變換，相位移算子自動擴(kuò)展到三維情況。
全文摘要
一種采用深度域濾波消除線性和非線性干擾波的方法，對于常規(guī)采集到的地震炮集數(shù)據(jù)，對采集到的炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)增益，對數(shù)據(jù)沿空間方向進(jìn)行道均衡和沿時間方向進(jìn)行振幅補(bǔ)償，使數(shù)據(jù)適應(yīng)波動方程處理；對炮集進(jìn)行傅立葉正變換和向下波場延拓，從地表面延拓到參考面；對延拓到參考面上的炮集進(jìn)行深度域濾波，對深度域濾波后的參考面的炮集進(jìn)行向上波場延拓和傅立葉反變換，從參考面延拓到地表面；能有效識別復(fù)雜近地表產(chǎn)生的線性和非線性干擾波并采用深度域濾波消除線性和非線性干擾波。
文檔編號G01V1/28GK1797041SQ200410102649
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者柯本喜, 耿偉峰 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司