CN101644782B - 基于极化滤波的多波多分量地震资料的去噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于极化滤波的多波多分量地震资料的去噪方法，该方法包括：A、根据所述多波多分量地震资料的纵波初始数据和转换波初始数据，获得面波初始水平参量和初始垂直参量；B、根据所述面波初始水平参量和初始垂直参量，利用极化滤波迭代方法计算面波目标水平参量和面波目标垂直参量；C、从所述纵波初始数据中减去所述面波目标垂直参量，及从所述转换波初始数据中减去所述面波目标水平参量，以得到去除噪音的数据。本发明所具有的有益效果：提高了转换波资料及纵波资料的信噪比。

Description

基于极化滤波的多波多分量地震资料的去噪方法

技术领域

本发明属于地震资料处理领域，尤其涉及一种基于极化滤波的多波多分量地震资料的去噪方法。

背景技术

地震勘探一直以来都是人们认识和了解地下介质的一种重要手段，多波多分量地震勘探是其中的一种方法。所谓多波多分量地震勘探，是区别与现有单一的纵波和横波勘探来说的。单一的纵波和横波勘探是用纵波和横波震源激发，用单分量(水平或者垂直)检波器来接收，根据接收的地震资料来探测地下的地质构造或岩性。而多波多分量地震勘探是分别用纵波和横波(沿测线方向偏振和垂直方向偏振)的震源激发，用三分量(一个垂直分量和两个水平分量)检波器来接收，从而得到多波多分量地震资料。多波多分量地震资料与上述单一波测量的地震资料相比具有信息量大及准确的优点。

在多波多分量地震资料中包含纵波资料和转换波资料，单一的纵波资料和转换波资料是我们想要的，但实际得到的纵波资料和转换波资料往往还含有对地震资料产生主要噪音影响的面波(如瑞雷面波)，因此如何将面波去掉是人们比较关心的问题。常规去除面波的方法是使用带通滤波、F-K滤波、τ-p变换等方法。但带通滤波会将有效的低频成分滤掉，而F-K滤波及τ-p变换会产生一定的混波效应从而使有效波的保真度会受到影响。例如，在胜利油田垦71地区，由于面波的分布范围广泛，而且随偏移距的增加而增加，呈不规则分布，从而使地震资料的信噪比和分辨率较低。因此，常规的去噪方法无法有效地将地震资料中的面波去除。

发明内容

本发明实施例的目的在于，提供一种基于极化滤波的多波多分量地震资料的去噪方法，用以解决面波的分布范围广泛，而且随偏移距的增加而增加，呈不规则分布，从而使多波多分量地震资料的信噪比和分辨率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于极化滤波的多波多分量地震资料的去噪方法，该方法包括以下步骤：

A、根据多波多分量地震资料的纵波初始数据和转换波初始数据，获得面波初始水平参量和初始垂直参量；

B、根据所述面波初始水平参量和初始垂直参量，利用极化滤波迭代方法计算面波目标水平参量和面波目标垂直参量；

C、从所述纵波初始数据中减去所述面波目标垂直参量，及从所述转换波初始数据中减去所述面波目标水平参量，以得到去除噪音的数据。

其中，所述极化滤波迭代方法包括以下步骤：

B1、利用极化椭圆参数求解方法求解得到多个椭圆；

B2、对所述求解的多个椭圆进行全局优选得到所需的椭圆(P)，并将椭圆(P)的长轴(a)赋值给面波初始垂直参量及短轴的负值(-b)赋值给面波初始水平参量；

B3、根据所述面波初始水平参量和面波初始垂直参量分别计算转换波初始数据与面波初始水平参量差值(R₀(N)-R_p′(N))的振幅包络(E_rp(N))以及纵波初始数据与面波初始垂直参量差值(Z₀(N)-Z_p′(N))的振幅包络(E_zp(N))；

B4、根据所述振幅包络(E_rp(N))和(E_zp(N))利用互相关公式来计算此时面波水平参量的振幅包络(E′_r)和面波垂直参量振幅包络(E′_z)；

B5、根据所述E′_z和E′_r来计算当所述(R₀(N)-R_p′(N))与E′_r的模量值(||(R₀(N)-R_p(N))，E′_r||)以及(Z₀(N)-Z_p′(N))与E′_z的模量值(||(Z₀(N)-Z_p(N))，E′_z||)为最小值时的面波水平参量和面波垂直参量，当所述两个模量值都达到最小值时计算得到的所述面波水平参量和面波垂直参量即为面波目标水平参量和目标垂直参量，否则将求得的所述面波水平参量和面波垂直参量分别赋值给面波初始水平参量和面波初始垂直参量后依次重复步骤B3、B4和B5。

所述极化椭圆参数求解方法是利用最小平方二乘法完成。

步骤A之前还可包括：获取多波多分量地震资料的纵波资料和转换波资料；在预设的频带范围内对获取的纵波资料和转换波资料进行低通滤波，以获得纵波初始数据和转换波初始数据。

步骤A中所述获得面波初始水平参量和初始垂直参量采用视速度差异、F-K滤波或者τ-p变换而实现。

本发明实施例具有以下有益效果：通过面波极化分析及椭圆拟合的方法，获得面波目标水平参量和目标垂直参量，然后从初始纵波数据和初始转换波数据中将面波目标水平参量和目标垂直参量减去，从而提高了转换波资料及纵波资料的信噪比。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于极化滤波的多波多分量地震资料去噪方法的一个较佳实施例的处理流程示意图；

图2为转换波资料单炮去噪前的效果示意图；

图3为对转换波资料进行滤波的效果对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明这种去噪方法，利用了面波在空间的极化轨迹是椭圆，而纵波及转换波在空间的极化轨迹为直线这一特性，通过三分量检波器得到的原始的纵波和转换波记录，对原始的纵波和转换波记录应用常规的压制面波方法(如F-K滤波及τ-p变换等)得到面波的初始水平参量及初始垂直参量，并把该初始水平参量及垂直参量作为初始值输入以加快极化滤波迭代法收敛速度，然后根据该极化滤波迭代法计算出面波目标水平参量和面波目标垂直参量，最后从所述纵波初始数据和转换波初始数据中减去所述面波目标水平参量和面波目标垂直参量，就可以有效的去除纵波及转换波中的面波，进而提高纵波及转换波资料的信噪比。

实施例一

图1为本发明实施例提供的基于极化滤波的多波多分量地震资料去噪方法的一个较佳实施例的处理流程示意图。该流程示意图包括以下步骤：

步骤101、获取多波多分量地震资料的纵波资料和转换波资料，并在预设的频带范围内对获取的纵波资料和转换波资料进行低通滤波，以获得纵波初始数据和转换波初始数据。

其中，该步骤的目的是将多波多分量地震资料的纵波资料和转换波资料中的高频成分滤除，并尽可能保留纵波资料和转换波资料中的面波信息。频带范围的设置由本领域技术人员根据实际情况来设置。

步骤102、根据所述纵波初始数据和转换波初始数据，获得面波初始水平参量和初始垂直参量。

本步骤中，获得面波初始水平参量和初始垂直参量的方式可以与现有技术相同，例如，根据所述纵波初始数据中包含的面波及纵波之间的视速度差异获得面波初始垂直参量，及所述转换波初始数据中包含的面波与转换波之间的视速度差异获得面波初始水平参量，或者采用F-K滤波及τ-p变换等。当然可以采用其他方式获得，只要能从纵波初始数据和转换波初始数据获得包含尽量多信息的面波初始水平参量和初始垂直参量即可。

步骤103、根据所述面波初始水平参量和初始垂直参量，利用极化滤波迭代方法计算出面波目标水平参量和面波目标垂直参量。

本步骤中，极化滤波迭代方法可以根据下面的步骤来实现：

B1、利用极化椭圆参数求解方法求解得到多个椭圆；

在本步骤中，可利用最小平方二乘法求解得到多个椭圆。当然也可以采用其它数学计算方法，只要能实现求解椭圆参数，并最终得到椭圆方程即可。

B2、对所述求解的多个椭圆进行全局优选得到所需的椭圆P，并将椭圆P的长轴a赋值给面波初始垂直参量及短轴的负值-b赋值给面波初始水平参量，即b＝-R_p(N)、a＝Z_p(N)；

在该步骤中，进行全局优选时可根据选择长短轴比值最大值时对应的椭圆。

B3、分别根据下面的公式(1)和(2)计算转换波初始数据与面波初始水平参量差值(R₀(N)-R_p(N))的振幅包络E_rp(N)以及纵波初始数据与面波初始垂直参量差值(Z₀(N)-Z_p(N))的振幅包络E_zp(N)；

E_rp(N)＝E(R₀(N)-R_p(N))    (1)

E_zp(N)＝E(Z₀(N)-Z_p(N))    (2)

B4、根据步骤B3所求得的振幅包络E_rp(N)和E_zp(N)利用下面的公式(3)和(4)，当E_RR和E_pp达到最大时计算此时面波水平参量的振幅包络E′_r和垂直参量振幅包络E′_z；

$E_{\mathrm{RR}}{\left(i\right)}_{\max }=\underset{k=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{rp}}\left(k\right)*E_r^{\′}(i+k),i=\mathrm{1,2,3},...,N---\left(3\right)$

$E_{\mathrm{PP}}{\left(i\right)}_{\max }=\underset{k=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{zp}}\left(k\right)*E_p^{\′}(i+k),i=\mathrm{1,2,3},...,N---\left(4\right)$

B5、根据步骤B4求得的E′_r和E′_z，利用下面的公式(5)和(6)分别来计算(R₀(N)-R_p(N))与E′_r的模量值||(R₀(N)-R_p(N))，E′_r||以及(Z₀(N)-Z_p(N))与E′_z的模量值||(Z₀(N)-Z_p(N))，E′_z||为最小值时的面波水平参量和面波垂直参量，当所述两个模量值都达到最小值时计算得到的所述面波水平参量和面波垂直参量即为面波目标水平参量和目标垂直参量分别为R_p′(N)、Z_p′(N)，否则将求得的所述面波水平参量和面波垂直参量分别赋值给面波初始水平参量和面波初始垂直参量后，依次重复步骤B3、B4和B5。

||(R₀(N)-R_p(N))，E′_r||_min    (5)

||(Z₀(N)-Z_p(N))，E′_z||_min    (6)

步骤104、从所述纵波初始数据中减去所述面波目标垂直参量，及从所述转换波初始数据中减去所述面波目标水平参量，以得到去除噪音的数据。

下面将步骤103中使用极化滤波迭代法计算面波目标水平参量和垂直参量的过程进行如下详细描述：

一、极化椭圆参数的求解方法原理

椭圆曲线方程可为：

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+F＝0    (7)

其中，椭圆几何参数设置为：中心位置(X₀，Y₀)，长短轴分别为(a，b)，长轴a的转角为θ，A、B、C、D、E、F为椭圆曲线方程的系数，则椭圆几何参数与椭圆曲线方程的系数存在如下关系：

$X_0=\frac{\mathrm{BE}-2\mathrm{CD}}{4\mathrm{AC}-B^2}$ $Y_0=\frac{\mathrm{BD}-2\mathrm{AE}}{4\mathrm{AC}-B^2}$

$\{a,b\}=2\sqrt{\frac{-2F}{A+C\±\sqrt{B^2+\frac{A-C}{F^2}}}}$ “±”取“+”时对应长轴a，取“-”时对应短轴b；

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}{\tan }^{-1}\frac{B}{A-C}$

从转换波初始数据R₀(N)和纵波初始数据Z₀(N)中任意选择5个点用于求取椭圆曲线方程的系数，即可以表示成如下的形式：

$\{x_1,x_2,x_3,x_4,x_5\}\∈C_N^5\left(R_N\right)$ $\{y_1,y_2,y_3,y_4,y_5\}\∈C_N^5\left(Z_N\right)$

令MX＝Y

其中，

$Y=\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ 1\\ 1\\ 1\end{array}\right]$ $X=\left[\begin{array}{c}\mathrm{A}\\ \mathrm{B}\\ \mathrm{C}\\ \mathrm{D}\\ \mathrm{E}\end{array}\right]$ $M=\left[\begin{array}{ccccc}{x_1}^2& x_1{y}_1& {y_1}^2& x_1& y_1\\ {x_2}^2& x_2{y}_2& {y_2}^2& x_2& y_2\\ {x_3}^2& x_3{y}_3& {y_3}^2& x_3& y_3\\ {x_4}^2& x_4{y}_4& {y_4}^2& x_4& y_4\\ {x_5}^2& x_5{y}_5& {y_5}^2& x_5& y_5\end{array}\right]$

将上述两边左乘上M′，使得

M′MX＝M′Y，其中M′为M的转置矩阵；

然后，可利用最小平方二乘法计算出椭圆曲线方程的系数A、B、C、D、E，当B²-4AC＜0时，即可得到椭圆曲线方程的解。

二、极化滤波迭代方法原理

首先，在定周期时间范围N内对C_N ⁵(R₀(N)，Z₀(N))任意数据组合使用上述的极化椭圆参数的求解方法来得到椭圆参数，然后选择长短轴比值的最大值对应的椭圆P(a，b，θ，X₀，Y₀)。

然后，设转换波初始数据和纵波初始数据分别为R₀(N)、Z₀(N)，面波初始水平参量和面波初始垂直参量分别为R_p(N)和Z_p(N)，并分别计算转换波初始数据与面波初始水平参量差值(R₀(N)-R_p(N))的振幅包络E_rp(N)以及纵波初始数据与面波初始垂直参量差值(Z₀(N)-Z_p(N))的振幅包络E_zp(N)。

然后，根据上述所求得的振幅包络E_rp(N)和E_zp(N)，利用下面的公式，当E_RR和E_pp达到最大时计算此时面波水平参量的振幅包络E′_r和垂直参量振幅包络E′_z；

$E_{\mathrm{RR}}{\left(i\right)}_{\max }=\underset{k=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{rp}}\left(k\right)*E_r^{\′}(i+k)$

$E_{\mathrm{PP}}{\left(i\right)}_{\max }=\underset{k=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{zp}}\left(k\right)*E_p^{\′}(i+k)$

最后，分别计算当(R₀(N)-R_p(N))与E′_r的模量值||(R₀(N)-R_p(N))，E′_r||以及(Z₀(N)-Z_p(N))与E′_z的模量值||(Z₀(N)-Z_p(N))，E′_z||为最小值时的面波水平参量和面波垂直参量，当所述两个模量值都达到最小值时计算得到的所述面波水平参量和面波垂直参量即为面波目标水平参量和目标垂直参量分别为R_p′(N)、Z_p′(N)，否则将求得的所述面波水平参量和面波垂直参量分别赋值给面波初始水平参量和面波初始垂直参量后重新进行上面的计算过程。

由上述的实施例可见，本发明这种去除噪音的方法，利用了极化滤波迭代方法计算出了相对精确的面波目标水平参量和目标垂直参量，然后从转换波及纵波初始数据中减去面波目标水平参量和目标垂直参量即可有效的去除噪音，从而达到提高转换波资料和纵波资料的信噪比。

实施例二

根据实施例一提供的方法，本实施例给出了一个对在胜利油田垦71地区三维转换波实际资料去除面波的具体实例。如图2所示为转换波资料单炮去噪前的效果示意图，从图2中可以看到，由于采用单点数字检波器接收，转换波资料的噪音较纵波资料严重的多，而且低频、能量较强的面波发育范围广泛。图3为对转换波资料进行滤波的效果对比示意图，其中a图为使用常规滤波方法达到的滤波效果，b图为采用本发明实施例一提供的极化滤波迭代方法达到的滤波效果，从图3中可以看到采用本发明实施例一提供的方法，能有效去除转换波和纵波中的面波，从而提高了转换波资料及纵波资料的信噪比。

显然，上述实施例仅是本发明优选实施例而已，它并不限制本发明的保护范围，在本发明的保护范围内，所述领域技术人员还可以对本发明的方法做出各种改进及润饰，当然这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于极化滤波的多波多分量地震资料的去噪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

获取多波多分量地震资料的纵波资料和转换波资料；

在预设的频带范围内对获取的纵波资料和转换波资料进行低通滤波，以获得纵波初始数据和转换波初始数据；

A、根据所述多波多分量地震资料的纵波初始数据和转换波初始数据，采用视速度差异、F-K滤波或者τ-p变换获得面波初始水平参量和初始垂直参量；

B、根据所述面波初始水平参量和初始垂直参量，利用极化滤波迭代方法计算面波目标水平参量和面波目标垂直参量，所述极化滤波迭代方法包括：

B1、利用极化椭圆参数求解方法求解得到多个椭圆；

B2、对所述求解的多个椭圆进行全局优选得到所需的椭圆(P)，并将椭圆(P)的长轴(a)赋值给面波初始垂直参量及短轴的负值(-b)赋值给面波初始水平参量；

B3、根据所述面波初始水平参量和面波初始垂直参量分别计算转换波初始数据与面波初始水平参量差值(R₀(N)-R_p′(N))的振幅包络(E_rp(N))以及纵波初始数据与面波初始垂直参量差值(Z₀(N)-Z_p′(N))的振幅包络(E_zp(N))；

B4、根据所述振幅包络E_rp(N)和E_zp(N)利用互相关公式来分别计算此时面波水平参量的振幅包络(E′_r)和面波垂直参量振幅包络(E′_z)；

B5、根据所述E′_z和E′_r来计算当所述(R₀(N)-R_p′(N))与E′_r的模量值(||(R₀(N)-R_p(N))，E′_r||)以及(Z₀(N)-Z_p′(N))与E′_z的模量值(||(Z₀(N)-Z_p(N))，E′_z||)为最小值时的面波水平参量和面波垂直参量，当所述两个模量值都达到最小时计算得到的所述面波水平参量和面波垂直参量即为面波目标水平参量和目标垂直参量，否则将求得的所述面波水平参量和面波垂直参量分别赋值给面波初始水平参量和面波初始垂直参量后依次重复步骤B3、B4和B5；

C、从所述纵波初始数据中减去所述面波目标垂直参量，及从所述转换波初始数据中减去所述面波目标水平参量，以得到去除噪音的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极化椭圆参数求解方法利用最小平方二乘法实现。

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