CN102262243B - 一种滤波法可控震源地震数据谐波干扰压制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地震数据处理技术，是一种滤波法可控震源数据谐波干扰压制方法。根据地震数据集中相应激发点的力信号和扫描信号确定频率域的压制谐波的滤波算子，对当前共激发点集地震数据的给定道做快速傅里叶变换，得该道的频率域数据，用频率域滤波算子对频率域的共激发点集地震数据进行滤波处理滤除或压制谐波干扰，将滤波处理后的数据做反傅里叶变换得到时间域的、压制谐波干扰后的地震数据，进而完成压制谐波干扰的处理。本发明既可以对互相关前的数据，又可以对互相关后的数据进行谐波干扰压制，还可以同时压制整数阶谐波和分数阶谐波，节省计算机资源，运算效率高。

Description

一种滤波法可控震源地震数据谐波干扰压制方法

技术领域

本发明涉及可控震源高效地震数据采集配套处理技术，属地震数据处理技术中的提高信噪比技术类，是一种滤波法可控震源数据谐波干扰压制方法。

背景技术

石油及天然气地震勘探中，所用的激发震源包括两大类，一类是炸药震源，另一类是可控震源。由于在安全、环保、可操控性以及生产效率等方面的明显优势，可控震源在全球范围的地震勘探中正在得到越来越广泛的应用。为提高可控震源采集效率，人们发明了许多采集方法，其中最常用的方法就是滑动扫描采集方法。而这种采集方法面临重点和难点问题之一，就是谐波干扰问题。而由于在同一探区内谐波干扰复杂、多变，加上采集的数据量很大；因此对配套的谐波干扰压制处理技术也提出了“效果好”和“效率高”的双重要求。

这里的谐波干扰不是人们常说的由交流电引起的单频干扰，而是可控震源地震勘探中，由可控震源设备中的液压传动以及可控震源底板与大地的耦合等一系列复杂过程产生的与驱动频率成倍数的不需要的能量。这里的倍数可以是整数，也可以是分数。如对于30赫兹的驱动频率，60赫兹、90赫兹…等分别为其2倍、3倍…等频率的谐波干扰，而15赫兹、10赫兹…等分别为其1/2倍、1/3倍…等频率的谐波干扰。实际勘探中驱动频率随震动(或可控震源扫描)时间以某种规律改变，构成基波。而频率与基波频率成不同倍数的谐波构成相应阶数的谐波。如2倍频率的谐波称为二阶谐波，1/2倍频率的谐波称为1/2阶谐波。这些谐波能量在不同采集方式的情况下对所采集的地震数据构成不同的干扰。对这种谐波干扰，可以在采集过程中通过选择震源参数或改善耦合条件等方法来压制，也可以通过对已采集到的地震数据进行数字处理的方法进行压制。在中国国内，由于滑动扫描采集方式尚处于学习阶段，所以未见公开发表的针对以滑动扫描方式采集的地震数据中的谐波干扰压制方面的地震数据处理技术。

Seriff A.J.和Kim W.H.(1970年)在“The effect of harmonicdistortion in the use of vibratory surface source”(Geophysics，Vol.35，234-246)，给出了谐波干扰的数学模型，并对谐波干扰的性质进行了较为详细的分析。Li X.P.等人(1995年)在“Elimination of harmonicdistortion in vibroseis data”(Geophysics，Vol.60，503-516)给出了利用时频分析法压制地震数据中的谐波干扰能量的方法。但该方法只能压制升频扫描方式采集的地震数据中的直达波所产生的谐波干扰，因而影响压制效果，而在实现方法上采用时频域处理方法，大大增加了计算机运行时间，因而处理效率很低。

发明内容

本发明目的在于提供一种既可以对互相关前的可控震源地震数据，又可以对互相关后的可控震源地震数据进行谐波干扰压制，而且运算效率高的滤波法可控震源数据谐波干扰压制方法。

本发明的具体实现包括如下步骤：

1)激发地震可控震源和采集地震数据并做预处理；

2)根据地震数据集中相应激发点的力信号和扫描信号确定频率域的、用于压制谐波的滤波算子：

对互相关后的地震数据，按照下式得到频率域滤波算子：

$O_1=\frac{S}{W}---\left(1\right)$

式中：

O₁为所得的用于压制谐波能量的频率域滤波算子；

S为对应当前激发点集的力信号；

W为整个工区的扫描信号；

对互相关前的地震数据，按照设得到率域滤波算子：

$C_1=\frac{S\·\stackrel{\‾}{S}}{W}---\left(2\right)$

式中：

C₁为所得的用于压制谐波能量以及相关处理的的频率域滤波算子；

S为对应当前激发点集的力信号；

为对应当前激发点集的力信号的共轭；

W为整个工区的扫描信号；

3)对当前共激发点集地震数据的第一道做快速傅里叶变换，得该道的频率域数据；

4)用频率域滤波算子对频率域的共激发点集地震数据进行滤波处理滤除或压制谐波干扰；

5)将滤波处理后的数据做反傅里叶变换得到时间域的、压制谐波干扰后的该道的地震数据；

6)将上步得到的时间域数据记录保存；

7)对激发点集地震数据的其余道依此重复步骤2)至6)，直至完成当前共激发点集地震数据的所有地震道；

8)对下一个共激发点集地震数据重复步骤2)至7)，直至完成整个地震数据压制谐波干扰的处理。

本发明步骤1)所述的预处理包括对地震数据，进行置标签、定义观测系统处理。

本发明步骤1)步骤2)所述的野外采集是互相关前或互相关后的共激发点地震数据集。

步骤2)所述的相应激发点的包括不同阶的谐波能量的力信号和仅仅包括基波谐波能量的扫描信号，通过野外地震数据采集得到。

本发明步骤1)步骤4)所述的滤波处理是用频率域的算子与频率域的待滤除谐波干扰的地震数据做复数乘法。

本发明既可以对互相关前的数据，又可以对互相关后的数据进行谐波干扰压制的方法；对互相关前的数据，互相关和谐波干扰压制处理一起实现。本发明可以同时压制整数阶谐波和分数阶谐波。本发明节省计算机资源，运算效率高。

附图说明

图1是本发明的方法对整数阶谐波压制效果验证的理论数据结果，

上：压制谐波前的共激发点集(虚线框中为谐波干扰能量)，

下：压制谐波后的共激发点集(虚线框中谐波干扰能量已被有效压制)；

图2是本发明的方法对分数阶谐波压制效果验证的理论数据结果，

上：压制谐波前的共激发点集(虚线框中为谐波干扰能量)，

下：压制谐波后的共激发点集(虚线框中谐波干扰能量已被有效压制)；

图3是本发明的方法对实际数据谐波压制效果验证结果，

上：压制谐波干扰前的共激发点集(虚线框中有很强的谐波干扰)，

下：压制谐波干扰后的共激发点集(虚线框中谐波干扰已被有效压制)。

具体实施方式

本发明所提供的谐波干扰压制方法的具体实施方式为：

1)激发地震可控震源和采集地震数据-在采集的同时，可以对所采集的地震数据做互相关处理，也可以不做，之后对所采集地震数据做预处理。

步骤1)所述的预处理是指对地震数据进行置标签、定义观测系统等处理。

2)根据地震数据中相应激发点的包括基波和不同阶谐波能量的力信号和仅代表基波能量的扫描信号来产生用于压制该共激发点地震数据集的谐波干扰能量的频率域滤波算子：

对互相关后的地震数据，按照下式产生频率域滤波算子：

$O_1=\frac{S}{W}---\left(3\right)$

式中：

O₁-----代表所得的用于压制谐波能量的频率域滤波算子；

S-----代表对应当前共激发点数据集的包括基波和不同阶的谐波能量的力信号；

W-----代表整个工区的扫描信号。

对互相关前的地震数据，按照下式产生频率域滤波算子：

$C_1=\frac{S\·\stackrel{\‾}{S}}{W}---\left(4\right)$

式中：

C₁-----代表所得的用于压制谐波能量以及相关处理的频率域滤波算子；

S-----代表对应当前共激发点数据集的包括基波和不同阶的谐波能量的力信号；

-----代表对应当前共激发点数据集的包括基波和不同阶的谐波能量的力信号的共轭；

W-----代表整个工区的扫描信号；

步骤2)所述的野外采集所得到的，可以是互相关前的或互相关后的共激发点地震数据。

步骤2)所述的相应激发点的包括基波和不同阶的谐波能量的力信号和仅仅包括基波能量的扫描信号，都可以在野外地震数据采集得到。

3)对当前共激发点集地震数据的第一道做快速傅里叶变换，得该道的频率域数据。

4)用前面得到的频率域滤波算子对频率域的该道的地震数据进行滤波处理，从而达到滤除或压制该道地震数据中的谐波干扰能量的目的。

步骤4)所述的滤波处理是用频率域的算子与频率域的待滤除谐波干扰的地震数据做复数乘法。

5)对滤波处理后的该道地震数据做反傅里叶变换得到时间域的、压制谐波干扰后的该道的地震数据。

6)将上步得到的时间域数据记录并保存。

7)对当前共激发点集地震数据的其余道依此重复步骤2)至6)，直至完成当前共激发点集地震数据的所有地震道。

8)对下一个共激发点集地震数据重复步骤2)至7)，直至完成整个地震数据的压制谐波干扰的处理。

发明应用实施例1：

1)产生一个包括浅、中、深层反射以及薄层的水平层状地质模型，模型参数见下表。

地层序号	地层底面埋深(米)	地层速度(米/秒)	地层密度(克/立方厘米)	地层品质因子
					1	-100.0	1950.0	1.5	80.0
2	-1000.0	2500.0	2.0	150.0
					3	-2500.0	2800.0	2.3	260.0
4	-3500.0	3100.0	2.5	340.0
					5	-3600.0	3600.0	2.6	450.0
6	-5000.0	4500.0	2.3	500.0
					7	-5300.0	5000.0	2.8	999.0

2)产生一个包括基波和2至9阶(整数阶)谐波能量的、代表可控震源采集中向地下发射的信号。该信号的起始扫描频率为8赫兹，终止扫描频率为64赫兹，起始端和终止端都加300毫秒长的线性镶边。谐波的振幅以前一级振幅的25％记，即二次谐波的振幅为一次谐波(基波)振幅的25％，三次谐波的振幅为二次谐波振幅的25％，依次类推。

3)通过射线追踪获得同一激发点的不同接收点对上述地质模型的直达波、第一至第六层底面的折射波和反射波的传播时间。

4)对第二步所产生的发射信号，按照第三步所得的传播时间加Q吸收和几何扩散衰减，但都未加反射系数(或者说反射系数都设定为1.0)之后放到相应的接收点的相应时间。如此完成对所有地震道的所有传播时间的处理，得到包括基波及2至9阶谐波干扰以及Q吸收和几何扩散效应的、互相关前的共激发点集理论模拟数据。用本应用实例步骤2)中的基波作为扫描信号对该共激发点集理论模拟数据做互相关处理，得图1上图所示的互相关后的带有2至9阶谐波干扰以及几何扩散衰减和地层Q吸收作用的理论模拟地震数据。

5)对步骤4)所得的互相关前的理论模拟数据执行上文“具体实施方式”中所给的实现步骤的操作，以实现对该数据的谐波干扰的压制。由于输入数据为互相关前的，所以使用的是(4)式所给出的算子。在“具体实施方式”步骤2)中所用的力信号是本应用实例步骤2)中所产生的信号，在“具体实施方式”步骤2)中所用的“代表整个工区的扫描信号”是本应用实例步骤2)中所描述的基波信号。图1下图所示是压制谐波干扰以及互相关后的数据。

6)将互相关及压制谐波干扰后的数据输出到计算机外部存储介质。

由图1可以看到，本发明的方法可以完全压制整数阶谐波干扰，并且不受地层Q吸收以及几何扩散等效应等的影响。

发明应用实施例2：

除步骤2)所加的谐波为0.5阶(分数阶)谐波外，其该应用实例的理论模拟数据的产生方法与应用实例1完全相同。0.5阶谐波的振幅依然取基波振幅的25％。图2上图所示的互相关后的带有0.5阶谐波干扰以及几何扩散衰减和地层Q吸收作用的理论模拟地震数据。

对本例所产生的互相关前的理论模拟数据实施与应用实例1相同的处理步骤-当然所用的“力信号”和“扫描信号”都得做相应改变。得图2下图所示是的压制谐波干扰以及互相关后的数据。

对比图2中的上、下两图可以看到，本发明的方法可以完全压制分数阶谐波干扰，并且不受地层Q吸收以及几何扩散等效应图的影响。

发明应用实施例3：

本例的目的在于对本发明在实际数据上的应用效果以及应用效率进行验证、分析。

首先，对该互相关前的实际数据完成常规时间域互相关处理。图3中上图所示，是该实际数据中的一个单炮记录，可以看到虚线框中很强的谐波干扰。

之后，对该互相关前的实际数据执行上文“具体实施方式”中所给的实现步骤的操作，完成谐波干扰压制。其中所用到的“力信号”和“扫描信号”都已在野外地震采集中得到。图3中下图所示，是上图单炮数据压制谐波干扰后的结果，可以看到虚线框中的谐波干扰已得到很好的压制。

该实际数据道长19秒，扫描信号长12秒，采样间隔2毫秒；每炮281道，共1120炮。用本发明完成所有文件的互相关及谐波压制，在Dec1003单机机上耗时约5000秒。

由该实际数据应用实例可以看出，本发明对实际数据具有良好的应用效果，运算效率也很高；因此可以适应大规模野外采集的现场处理的要求。

Claims (2)

1.一种滤波法可控震源数据谐波干扰压制方法，其特征在于包括如下步骤：

1)激发地震可控震源和采集地震数据并做预处理；

所述的预处理包括对地震数据，进行置标签、定义观测系统处理；

2)根据地震数据集中相应激发点的力信号和扫描信号确定频率域的、用于压制谐波的滤波算子：

对互相关后的地震数据，按照下式得到频率域滤波算子：

$O_1=\frac{S}{W}---\left(1\right)$

式中：

O₁为所得的用于压制谐波能量的频率域滤波算子；

S为对应当前激发点集的力信号；

W为整个工区的扫描信号；

对互相关前的地震数据，按照设得到率域滤波算子：

$C_1=\frac{S\·\stackrel{\‾}{S}}{W}---\left(2\right)$

式中：

C₁为所得的用于压制谐波能量以及相关处理的的频率域滤波算子；

S为对应当前激发点集的力信号；

为对应当前激发点集的力信号的共轭；

W为整个工区的扫描信号；

所述的野外采集是互相关前或互相关后的共激发点地震数据集；

所述的相应激发点的包括不同阶的谐波能量的力信号和仅仅包括基波谐波能量的扫描信号，通过野外地震数据采集得到；

3)对当前共激发点集地震数据的第一道做快速傅里叶变换，得该道的频率域数据；

4)用频率域滤波算子对频率域的共激发点集地震数据进行滤波处理滤除或压制谐波干扰；

5)将滤波处理后的数据做反傅里叶变换得到时间域的、压制谐波干扰后的该道的地震数据；

6)将上步得到的时间域数据记录保存；

7)对激发点集地震数据的其余道依此重复步骤2)至6)，直至完成当前共激发点集地震数据的所有地震道；

8)对下一个共激发点集地震数据重复步骤2)至7)，直至完成整个地震数据压制谐波干扰的处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤4)所述的滤波处理是用频率域的算子与频率域的待滤除谐波干扰的地震数据做复数乘法。

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