專利名稱：一種多分量地震波數(shù)據(jù)的去噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震勘探領(lǐng)域，尤其涉及多分量地震勘探中的地震數(shù)據(jù)處理。
背景技術(shù)：
在地震資料數(shù)據(jù)處理過程中，疊前面波去噪是一個(gè)必須的處理環(huán)節(jié)，這是因?yàn)橛?效信號(hào)在低頻部分與作為噪聲干擾的面波在頻率上重疊，為了突出有效信號(hào)，為后續(xù)的巖 性解釋和油氣識(shí)別提供可靠的數(shù)據(jù)信息，必須將有效信號(hào)與噪聲進(jìn)行分離。多分量地震勘探是近年來(lái)發(fā)展較快的新勘探方法之一。多分量地震勘探主要指的 是由三分量檢波器在每個(gè)接收點(diǎn)上同時(shí)記錄沿CTZ三個(gè)正交分量上的地震波信號(hào)的勘探 方法。常規(guī)的去噪方法都可以在多分量地震數(shù)據(jù)上應(yīng)用，例如對(duì)規(guī)則噪聲的一維區(qū)域帶通 濾波技術(shù)，f-k域、τ -ρ域的二維濾波技術(shù)和自適應(yīng)相干噪聲壓制技術(shù)等等，都可用于壓制 面波噪聲。這些常規(guī)的疊前去噪方法大多都是利用有效信號(hào)與噪聲在頻率特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)特 征等上的差異而將有效信號(hào)與噪聲區(qū)分開來(lái)，從而進(jìn)行噪聲的壓制和衰減。但是，當(dāng)有效信 號(hào)與噪聲在頻帶上重疊的時(shí)候，這些去噪方法則會(huì)在濾除面波的同時(shí)將部分有效信號(hào)一起 濾除或使得有效信號(hào)畸變，從而破壞了地震信號(hào)原本的振幅特征，降低了信號(hào)保真度，這一 缺點(diǎn)對(duì)地震資料后續(xù)巖性解釋和油氣識(shí)別將產(chǎn)生不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)多分量地震數(shù)據(jù)處理中現(xiàn)有的去噪方法在濾除面波的同時(shí) 容易將部分有效信號(hào)一起濾除，由此降低信號(hào)保真度的問題，提供一種能夠有效地壓制面 波、完整地保留有效信號(hào)、提高信號(hào)保真度的多分量地震波數(shù)據(jù)的去噪方法。本發(fā)明提供的多分量地震波數(shù)據(jù)的去噪方法包括采集步驟，用于在給定時(shí)間段 T內(nèi)在一個(gè)檢測(cè)地點(diǎn)對(duì)地震波數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔為dt的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)采集，以獲得對(duì)應(yīng)于 每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地震波原始R、z分量，其中T彡5s, dt為I-IOms ；濾波步驟，用于對(duì)獲得的地 震波原始R、Z分量進(jìn)行濾波，以獲得低頻頻帶范圍內(nèi)的面波R、Z分量；單頻分解步驟，用于 將獲得的面波R、Z分量按以df為帶寬的多個(gè)頻帶進(jìn)行頻帶分解，其中0. IHz ^df ^ IHz ； 橢圓擬合步驟，用于分別對(duì)每一頻帶上的面波R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合運(yùn)算，以獲得針對(duì)每 一頻帶的橢圓面波模型；疊加步驟，用于分別從每一頻帶的橢圓面波模型上獲取對(duì)應(yīng)于所 述每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的橢圓面波R、Z分量，將分別在各個(gè)頻帶的橢圓面波模型上獲取的橢圓面波 R、Z分量進(jìn)行疊加，以獲得對(duì)應(yīng)于所述每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的疊加后的面波R、Z分量；以及去噪步 驟，用于從采集步驟獲得的對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地震波原始R、Z分量中減去對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí) 間點(diǎn)的疊加后的面波R、Z分量，以獲得對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的去噪后的地震波R、Z分量。多分量地震勘探采用的是單點(diǎn)激發(fā)單點(diǎn)接收方式，在每個(gè)接收點(diǎn)上按大地坐標(biāo)系 沿著炮撿方向同時(shí)記錄XYZ方向地震波信號(hào)，通過對(duì)XY分量的地震波記錄進(jìn)行炮撿旋轉(zhuǎn)處 理得到RT分量，可真實(shí)地恢復(fù)出在檢波點(diǎn)RTZ正交坐標(biāo)系地震矢量波場(chǎng)質(zhì)點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)偏 振軌跡(極化特征)。
由彈性波動(dòng)力學(xué)理論可知對(duì)于在地震波傳播過程中的體波(縱波和橫波)，就縱 波而言，質(zhì)點(diǎn)的偏振方向與傳播路徑方向一致，而橫波的質(zhì)點(diǎn)偏振方向則與傳播路徑方向 垂直，這兩種波從偏振特性上看均屬于線性極化波，即只在R、T、Z某一分量上有投影。而面 波與縱波和橫波均不同，面波是體波在地表半空間衍生出的另外一種性質(zhì)的波，同時(shí)在R、 Z分量上有投影，它的質(zhì)點(diǎn)在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡為一逆進(jìn)橢圓，就偏振特性而言屬于橢圓極化 波。本發(fā)明正是利用多分量數(shù)據(jù)中不同波型的質(zhì)點(diǎn)偏振方向不同這一特點(diǎn)來(lái)對(duì)面波進(jìn)行壓 制，也就是說，利用體波(縱波和橫波)與面波(噪聲)在偏振方向上的差異而將R分量和 Z分量中的面波進(jìn)行濾除。通過對(duì)面波進(jìn)行偏振分析，可以看到對(duì)于單一頻率的面波而言，其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡 類似一橢圓，由此，本發(fā)明提供的多分量去噪方法通過對(duì)單一頻率上的面波進(jìn)行橢圓擬合， 即直接對(duì)面波按照橢圓極化方程求解，進(jìn)而將多分量數(shù)據(jù)中的面波成分定量地提取出來(lái)， 然后將提取到的面波分量從原始地震數(shù)據(jù)中減去，以得到去噪后的有效信號(hào)。本發(fā)明提供的多分量地震波數(shù)據(jù)的去噪方法利用體波(縱波和橫波)與面波在偏 振特性上的差異來(lái)將縱波分量和橫波分量中的面波濾除，采用橢圓擬合的方式直接對(duì)面波 按照橢圓極化方程求解，將地震數(shù)據(jù)中的面波成分定量地提取出來(lái)，之后從地震數(shù)據(jù)中減 去，進(jìn)而完成多分量地震數(shù)據(jù)的去噪過程。采用本發(fā)明提供的去噪方法對(duì)多分量地震數(shù)據(jù) 進(jìn)行去噪處理，可以有效地提取面波，進(jìn)而去除面波、完整地保留有效信號(hào)，由此提高了有 效信號(hào)的保真度。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明提供的多分量地震波數(shù)據(jù)的去噪方法做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明提供的多分量地震波數(shù)據(jù)的去噪方法包括采集步驟，用于在給定時(shí)間段 T內(nèi)在一個(gè)檢測(cè)地點(diǎn)對(duì)地震波數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔為dt進(jìn)行連續(xù)采集，以獲得對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間 點(diǎn)的地震波原始R、z分量，其中T彡5s, dt為I-IOms ；濾波步驟，用于對(duì)獲得的地震波原始 R、Z分量進(jìn)行濾波，以獲得低頻頻帶范圍內(nèi)的面波R、Z分量；單頻分解步驟，用于將獲得的 面波R、Z分量按以df為帶寬的多個(gè)頻帶進(jìn)行頻帶分解，其中0. IHz ^ df ^ IHz ；橢圓擬合 步驟，用于分別對(duì)每一頻帶上的面波R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合運(yùn)算，以獲得針對(duì)每一頻帶的 橢圓面波模型；疊加步驟，用于分別從每一頻帶的橢圓面波模型上獲取對(duì)應(yīng)于所述每個(gè)時(shí) 間點(diǎn)的橢圓面波R、Z分量，將分別在各個(gè)頻帶的橢圓面波模型上獲取的橢圓面波R、Z分量 進(jìn)行疊加，以獲得對(duì)應(yīng)于所述每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的疊加后的面波R、Z分量；以及去噪步驟，用于從 采集步驟獲得的對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地震波原始R、Z分量中減去對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的疊 加后的面波R、Z分量，以獲得對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的去噪后的地震波R、Z分量。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，首先，在給定時(shí)間段T內(nèi)，按時(shí)間間隔為dt的時(shí)間點(diǎn)對(duì)地 震波數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)采樣，獲得對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地震波原始XYZ分量，并且通過對(duì)XY分 量的地震波記錄進(jìn)行炮撿旋轉(zhuǎn)處理，以獲得對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地震波原始R、Z分量(這 里的R分量為水平分量，Z分量為垂直分量，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知)。給定時(shí)間段T可 以根據(jù)實(shí)際情況自行選定，例如可以為k、6s等等，通常情況下T > 5s。兩個(gè)檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)之 間的時(shí)間間隔dt通常在l-5ms之間，通常為1ms、2ms或^is。由于作為噪聲干擾的面波主要存在于低頻頻帶范圍內(nèi)，為了準(zhǔn)確地提取面波，避免面波有效頻帶外的信號(hào)成分參與該方法提取面波的過程，提高面波初始模型的準(zhǔn)確度， 本發(fā)明提供的方法首先限定濾波頻帶，以便在面波存在的頻帶范圍內(nèi)提取面波。因此，在得 到對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地震波原始R、Z分量之后，本發(fā)明提供的方法還包括濾波步驟，對(duì) 獲得的地震波原始R、Z分量進(jìn)行濾波，濾除高頻信號(hào)，以獲得低頻頻帶范圍內(nèi)的面波R、Z分量。這里采用濾波方法的目的在于保留面波存在的低頻頻帶范圍內(nèi)的面波R、Z分量 數(shù)據(jù)，為本領(lǐng)域常用的用于濾除高頻信號(hào)，保留低頻信號(hào)的濾波方法，例如可以是一維低通 濾波、二維濾波、二維t-p濾波、二維小波濾波等，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。由于面波 的主頻大約為12Hz，本發(fā)明選擇的面波低頻頻帶范圍為5Hz-20Hz，以更好地限定有效濾波 頻帶，提高面波初始模型的準(zhǔn)確度。由此，可以針對(duì)獲得的低頻頻帶范圍內(nèi)的面波R、Z分量進(jìn)行后續(xù)的提取過程。由 于獲得的面波R、Z分量是由多個(gè)不同頻率的面波疊加在一起構(gòu)成的，而通過偏振分析可以 得知，只有對(duì)于單一頻率的極化波而言，其極化曲線才是一橢圓。因此，在對(duì)所獲得的面波 R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合運(yùn)算之前，本發(fā)明提供的方法還包括單頻分解步驟，將獲得的面波 R、Z分量按以df為帶寬的多個(gè)頻帶進(jìn)行頻帶分解，以獲得每一頻帶上的面波R、Z分量。所述單頻分解的目的在于將不同頻帶上的面波R、Z分量區(qū)別開來(lái)，為本領(lǐng)域常用 的用于區(qū)分頻帶的單頻分解方法，例如可以是小波變換分解、頻濾限定帶通濾波等，為本領(lǐng) 域技術(shù)人員所公知。接著，本發(fā)明提供的方法采用橢圓擬合步驟，分別對(duì)每一頻帶上的面波R、Z分量 進(jìn)行橢圓擬合運(yùn)算，以獲得針對(duì)每一頻帶的橢圓面波模型。其中，針對(duì)每一頻帶的面波橢圓 擬合步驟是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的對(duì)于每一頻帶，在給定時(shí)間段T內(nèi)選取時(shí)間段N，對(duì)針對(duì)時(shí)間段N內(nèi)的每個(gè)時(shí)間點(diǎn) 的面波R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合，之后，每次將時(shí)間段N按時(shí)序平移至少一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，并對(duì)針 對(duì)平移后的時(shí)間段N內(nèi)的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的面波R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合，直到完成給定時(shí)間段 T內(nèi)的所有時(shí)間點(diǎn)的橢圓擬合，將各次擬合得到的橢圓模型進(jìn)行尋優(yōu)以得到一個(gè)最優(yōu)橢圓 模型，將該最優(yōu)橢圓模型作為針對(duì)該頻帶的橢圓面波模型，其中5dt ^ N^ IOOdt0對(duì)于每一頻帶，首先，在給定時(shí)間段T內(nèi)選取一個(gè)橢圓擬合時(shí)間初始點(diǎn)，并以此點(diǎn) 為中心確定一組采樣時(shí)間點(diǎn)作為時(shí)窗樣點(diǎn)，該時(shí)窗即為上述的時(shí)間段N。對(duì)時(shí)間段N內(nèi)的每 個(gè)樣點(diǎn)的面波R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合，得到當(dāng)前樣點(diǎn)的橢圓擬合數(shù)據(jù)，之后，每次將所述時(shí) 窗按時(shí)序平移至少一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，同樣對(duì)平移后的時(shí)間段N內(nèi)的每個(gè)樣點(diǎn)的面波R、Z分量進(jìn) 行橢圓擬合，直到完成給定時(shí)間段T內(nèi)的所有時(shí)間點(diǎn)的橢圓擬合，將各次擬合得到的橢圓 模型進(jìn)行尋優(yōu)得到的最優(yōu)橢圓模型作為針對(duì)該頻帶的橢圓面波模型。所述橢圓擬合運(yùn)算的原理是將至少5組R、Z分量數(shù)值代入橢圓曲線方程求取橢圓 曲線方程的解，該橢圓擬合的計(jì)算過程是線性代數(shù)中求取線性方程組的解的常規(guī)方法，為 本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。而在本發(fā)明提供的方法中，是在給定時(shí)間段T內(nèi)選取一個(gè)時(shí)間段 N，根據(jù)從該時(shí)間段N內(nèi)的所有樣點(diǎn)中選取的以5為組合的R、Z分量數(shù)值來(lái)求取橢圓曲線方 程的解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該時(shí)間段N內(nèi)的所有時(shí)間點(diǎn)的橢圓擬合。針對(duì)單頻分解后的其中一個(gè) 頻帶，所述橢圓擬合過程如下首先，橢圓標(biāo)準(zhǔn)圓錐曲線方程表示如下
Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F = 0(1)公式⑴中的圓錐曲線系數(shù)A、B、C、D、E與橢圓幾何參數(shù)、即中心位置( ，％)、長(zhǎng) 軸和短軸(a，b)、長(zhǎng)軸的轉(zhuǎn)角θ存在如下關(guān)系BE-2CD
權(quán)利要求
1.一種多分量地震波數(shù)據(jù)的去噪方法，該方法包括采集步驟，用于在給定時(shí)間段T內(nèi)在一個(gè)檢測(cè)地點(diǎn)對(duì)地震波數(shù)據(jù)以時(shí)間間隔為dt的時(shí) 間點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)采集，以獲得對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地震波原始R、ζ分量，其中T ^ 5s, dt為 I-IOms ；濾波步驟，用于對(duì)獲得的地震波原始R、Z分量進(jìn)行濾波，以獲得低頻頻帶范圍內(nèi)的面 波R、Z分量；單頻分解步驟，用于將獲得的面波R、Z分量按以df為帶寬的多個(gè)頻帶進(jìn)行頻帶分解， 其中 0. IHz ^ df ^ IHz ；橢圓擬合步驟，用于分別對(duì)每一頻帶上的面波R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合運(yùn)算，以獲得針 對(duì)每一頻帶的橢圓面波模型；疊加步驟，用于分別從每一頻帶的橢圓面波模型上獲取對(duì)應(yīng)于所述每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的橢圓 面波R、Z分量，將分別在各個(gè)頻帶的橢圓面波模型上獲取的橢圓面波R、Z分量進(jìn)行疊加，以 獲得對(duì)應(yīng)于所述每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的疊加后的面波R、Z分量；以及去噪步驟，用于從采集步驟獲得的對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的地震波原始R、Z分量中減去對(duì) 應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的疊加后的面波R、Z分量，以獲得對(duì)應(yīng)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的去噪后的地震波R、 Z分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，dt為l-5ms。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述橢圓擬合步驟是通過如下方式實(shí)現(xiàn)的對(duì)于每一頻帶，在給定時(shí)間段T內(nèi)選取時(shí)間段N，對(duì)針對(duì)時(shí)間段N內(nèi)的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的 面波R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合，之后，每次將時(shí)間段N按時(shí)序平移至少一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，并對(duì)針對(duì) 平移后的時(shí)間段N內(nèi)的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的面波R、Z分量進(jìn)行橢圓擬合，直到完成給定時(shí)間段T 內(nèi)的所有時(shí)間點(diǎn)的橢圓擬合，將各次擬合得到的橢圓模型進(jìn)行尋優(yōu)以得到一個(gè)最優(yōu)橢圓模 型，將該最優(yōu)橢圓模型作為針對(duì)該頻帶的橢圓面波模型，其中5dt < N < IOOdt0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，15dt^N^ 50dt。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中每次將時(shí)間段N按時(shí)序平移的時(shí)間點(diǎn)的個(gè)數(shù)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該方法在橢圓擬合步驟與疊加步驟之間還包括迭代步驟，分別從在橢圓擬合步驟中獲得的針對(duì)每一頻帶的橢圓面波模型上獲取對(duì)應(yīng)于所述每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的橢圓面波R、Z分量，將得到的橢圓面波R、Z分量作為橢圓擬合步驟中 的面波R、Z分量，并針對(duì)該頻帶再次執(zhí)行橢圓擬合步驟，并計(jì)算該次在橢圓擬合步驟中獲 得的橢圓面波模型與上次在橢圓擬合步驟中獲得的橢圓面波模型之間的變化率k ；循環(huán)執(zhí)行該迭代步驟，直到當(dāng)某一次獲得的橢圓面波模型與上一次獲得的橢圓面波模 型之間的變化率k小于或等于一閾值χ時(shí)，將該次獲得的橢圓面波模型作為疊加步驟中的 該頻帶的橢圓面波模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中閾值x<30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中閾值x<5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述低頻頻帶范圍為5Hz-20Hz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述單頻分解步驟中的頻帶分解采用小波變換 分解或頻濾限定帶通濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述濾波步驟中的濾波采用一維低通濾波、二維FK濾波、二維t-p濾波和二維小波濾波中的一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供的多分量地震波數(shù)據(jù)的去噪方法包括采集步驟，用于獲取地震波原始R、Z分量；濾波步驟，用于獲取低頻頻帶范圍內(nèi)的面波R、Z分量；單頻分解步驟，用于將面波R、Z分量以多個(gè)頻帶進(jìn)行頻帶分解；橢圓擬合步驟，用于獲得針對(duì)每一頻帶的橢圓面波模型；疊加步驟，用于將分別從每一頻帶的橢圓面波模型上獲取的橢圓面波R、Z分量進(jìn)行疊加，獲得疊加后的面波R、Z分量；以及去噪步驟，用于從采集步驟獲得的地震波原始R、Z分量中減去疊加后的面波R、Z分量，獲得去噪后的地震波R、Z分量。本發(fā)明提供的多分量去噪方法能夠有效去除面波，提高有效信號(hào)保真度。
文檔編號(hào)G01V1/36GK102053272SQ200910236129
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者唐建明, 孔選林, 徐天吉, 李顯貴, 楊振武, 趙爽, 馬昭軍, 黃玉靜 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司