CN102338886A

CN102338886A - 一种有效衰减三分量地震记录中面波的极化滤波方法

Info

Publication number: CN102338886A
Application number: CN2010102314787A
Authority: CN
Inventors: 陈海峰
Original assignee: China National Petroleum Corp; BGP Inc
Current assignee: China National Petroleum Corp; BGP Inc
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-07-14
Also published as: CN102338886B

Abstract

本发明是地震资料处理有效衰减三分量地震记录中面波的极化滤波方法。先确定面波的分布范围，对三分量资料低通滤波；利用垂直分量与水平分量存在90度的相位差进行三分量资料的希尔伯特变换，消除垂直分量与水平分量的相位差；再通过希尔伯特变换构成复数道，复数道奇异值分解得到主本征图像，然后利用面波与有效波在频带和能量上的差异约束初始模型，得到可靠的面波模型；最后从原始记录中自适应减去，实现了面波的有效衰减。本发明方法实现简便、稳定且适应性强。

Description

一种有效衰减三分量地震记录中面波的极化滤波方法

技术领域

本发明涉及地震资料处理技术，是一种有效衰减三分量地震记录中面波的极化滤波方法。

背景技术

陆上多分量地震勘探是单点三分量数字检波器接收，能真实的记录地下全波场信息，充分的提供地震全波场资料。由于陆上地震勘探近地表环境变化复杂，数字检波器接收动态范围大、单点接收野外无组合和真实的记录低频和高频的波场信息，野外采集的多分量资料一般信噪比较低。面波是陆上地震勘探无法回避的一种强能量低频干扰，在三分量地震勘探资料中的垂直分量(Z)和两个相互垂直的水平分量(X、Y)上随时间变化，呈椭圆偏振特征，而三分量记录中的纵波和转换波在三分量记录上却呈线性偏振。面波在三分量地震记录上与常规的勘探(纵波勘探)记录上一样，与有效信号相比具有低频、低速和能量强的特征，只是三分量勘探资料完整的记录了面波的波场信息，在地震记录上呈“扫帚”状分布，有效反射信号淹没其中，特别是对于水平分量记录的转换波，其视速度较反射纵波低，大量转换波落在面波区。如果不对面波加以有效压制，则对转换波的速度分析以及静校正的计算造成很大的影响。即使在三分量的垂直分量上，面波的能量也较常规勘探野外组合记录的面波能量强。

常规压制的面波方法，比如：区域滤波、叠前相干滤波、局域FK等，应用于三分量数据处理上是有一定局限的。高通滤波能一定程度的压制面波，但同时也损失了一部分有效信号，特别是转换波，其主频较低。F-K滤波理论上能有效的衰减视速度与有效信号差异的线性干扰，但面波在单个分量记录上能量变化大，频散特征明显，视速度变化范围大，直接在单个分量上应用F-K滤波，效果往往不甚理想。在常规的单个分量处理中，为了在压制面波干扰的同时，最大程度的保护有效信号。区域滤波法、自适应面波能量衰减法和小波变换面波压制法等已取得很好的效果，但它们都是真对常规的纵波资料的，应用到三分量资料上仍有一定的局限性。

发明内容

本发明提供了一种有效衰减三分量记录中面波的极化滤波方法，该方法只是在单点三分量地震资料上处理，不受空间假频的影响，能有效衰减三分量地震资料中每个分量上的面波干扰。

本发明通过以下技术方案实现，具体步骤包括：

1)在野外采集三分量地震数据，经预处理，定义面波区，确定面波主频和终止频率，有效波主频和有效波带宽，滤波门槛值，极化分析时窗长度，极化分析时窗重叠百分比；

步骤1)所述的预处理是将野外采集的三分量地震数据加载观测系统。

步骤1)所述的定义面波区是通过面波最大视速度定义随偏移距变化的面波起始时间，或直接定义随偏移距变化的面波起始时间。

步骤1)所述的定确定面波主频，有效波主频是指利用频谱分析确定三分量中的面波主频和终止频率，有效波主频，滤波门槛值是利用频谱分析确定三分量中面波主频带和有效波主频带内的能量比。

2)利用面波主频和面波终止频率确定面波滤波器，利用有效波主频和有效波带宽确定带通滤波器；

步骤2)所述的利用面波主频和面波终止频率确定滤波器的面波滤波器是低通滤波器也可是带通滤波器。

3)输入一单点三分量地震数据，对三分量地震数据应用面波滤波器滤波，得到面波三分量数据，对三分量地震数据应用带通滤波器滤波得到有效波三分量数据；

4)对步骤3)的面波三分量数据进行90度相移，得到相移后的面波三分量数据；

步骤2)所述的进行90度相移是指对三分量数据中的垂直分量进行90度相移，

上述的垂直分量进行90度相移是用希尔伯特一次变换实现，水平分量不变；或者，

对三分量数据中的水平分量进行-90度相移，应用希尔伯特一次变换实现，垂直分量不变。

5)对相移后的面波三分量数据，进行希尔伯特变换，得到面波复数三分量数据；

6)对面波复数三分量数据，自面波起始时间，按时窗长度，重叠的滑动时窗进行复数奇异值分解，每个时窗取奇异值分解的主本征图像得到三分量模型数据，时窗重叠部分线性插值；

步骤6)所述的每个时窗取奇异值分解的本征图像是取可由复数奇异值分解得到的第一本征图像，或第一本征图像与第二本征图像之和。

7)对三分量模型数据进行与步骤4)相对应的反相移，得到面波模型三分量数据；

8)利用以下公式计算面波区每个时间样点的面波模型与有效信号的能量比值PATIO(t)；

RATIO (t) = \frac{\sqrt{MX {(t)}^{2} + HMX {(t)}^{2} + MY {(t)}^{2} + HMY {(t)}^{2} + MZ {(t)}^{2} + HMZ {(t)}^{2}}}{\sqrt{RX {(t)}^{2} + HRX {(t)}^{2} + RY {(t)}^{2} + HRY {(t)}^{2} + RZ {(t)}^{2} + HRZ {(t)}^{2}}} \cdot \frac{RB}{EF}

式中，MX、MY和MZ是面波模型三分量数据，RX、RY和RZ是有效波三分量数据，符号H表示希尔伯特变换，GF是面波主频，EF是面波终止频率，RF是有效波主频，RB是有效波带宽；

9)若时间样点的能量比值小于滤波门槛值，将面波模型三分量数据的样点的值置为0，得到最终的面波模型三分量数据；

10)从原始三分量地震数据中减去最终的面波模型三分量数据，实现了面波衰减。

步骤10)从原始三分量地震数据中减去是指按最小平方准则自适应减去。

本发明是根据面波的椭圆极化特性，通过构建复数道矩阵和对该矩阵SVD分解，求取特征值与特征向量，得到本征图像，适于计算椭圆极化的面波，计算结果稳定，利于识别和剔除面波，提高资料的信噪比；选择合适的滑动重叠时窗，可以大大的减少计算量，并保持了分析精度。

本发明利用面波椭圆偏振特性，去除面波的方法不受空间采样间隔的限制，避免了空间假频的影响，既适用于高密度的单点接收的多分量记录也适用于大道距的多分量记录。针对面波区处理，有效滤除面波后，矢量保真性好，面波区有效信号得到恢复，振幅保持好，更有利于后续的成像和反演。

附图说明

图1是利用极化滤波衰减面波前三分量记录；

图2是利用极化滤波衰减面波后三分量记录。

具体实施方式

本发明提供了一种利用极化滤波有效衰减陆上多分量勘探资料中面波的方法，综合利用了面波相对有效信号低频、低速、强能量和空间椭圆偏振的特点。

先确定面波的分布范围，对三分量资料低通滤波；恰当利用垂直分量与水平分量存在90度的相位差的特征，进行三分量资料的希尔伯特变换，消除垂直分量与水平分量存在的相位差；再通过希尔伯特变换构成复数道，复数道奇异值分解得到主本征图像，即面波初始模型；然后利用面波与有效波在频带和能量上的差异约束初始模型，得到可靠的面波模型；最后从原始记录中自适应减去就实现了面波的有效衰减。

本发明的实现原理如下：

三分量数据的复矩阵奇异值分解

对正交的三分量D(t)＝(x(t)，y(t)，z(t))数据，其希尔波特变换HD(t)＝(hx(t)，hy(t)，hz(t))，构成复数道S(t)＝D(t)+jHD(t)，进行奇异值分解：

S = {UWV}^{T}

= Σ_{I}^{3} σ_{i} u_{i} v_{i}^{T}

= E_{1} + E_{2} + E_{3}

式中，U是地震数据在记录坐标轴上的投影旋度，地震数据的量度由特征值控制；W是一个对角矩阵，元素σ_i是特征值，且σ₁≥σ₂≥σ₃；V是极化主平面的矢量v_i；E_i称为本征图像，E₁，E₂和E₃分别代表了地震数据在极化主平面上的分量，由于面波能量强，E₁基本代表了面波的主能量分量，这样在面波主频带内奇异值分解，利用E₁建立面波模型，就能有效的衰减三分量记录中的面波。

本发明在采集的多分量资料上采用以下步骤应用：

1)在野外采集三分量地震数据(X、Y和Z)，经预处理，采用面波最大视速度1200m/s定义面波区，确定面波主频为10Hz和终止频率是15Hz，有效波主频为30Hz和带宽是10Hz，滤波门槛值是1.5，分析时窗长度是0.1s，时窗重叠百分比为25；

2)利用面波主频和终止频率确定滤波器，利用有效波主频和带宽确定带通滤波器；

4)对步骤3)应用面波滤波器滤波，得到的面波三分量数据中的垂直分量进行90度相移，得到相移后的面波三分量数据；

步骤6)所述的每个时窗取奇异值分解的本征图像是指取可由复数奇异值分解得到的第一本征图像。

8)利用公式(1)计算面波区每个时间样点的面波模型与有效信号的能量比值；

步骤8)中的公式(1)：

能量比值：

RATIO (t) = \frac{\sqrt{MX {(t)}^{2} + HMX {(t)}^{2} + MY {(t)}^{2} + HMY {(t)}^{2} + MZ {(t)}^{2} + HMZ {(t)}^{2}}}{\sqrt{RX {(t)}^{2} + HRX {(t)}^{2} + RY {(t)}^{2} + HRY {(t)}^{2} + RZ {(t)}^{2} + HRZ {(t)}^{2}}} \cdot \frac{RB}{EF}

式中，MX、MY和MZ是面波模型三分量数据，RX、RY和RZ是有效波三分量数据，符号H表示希尔伯特变换，GF是面波主频，EF是面波终止频率，RF是有效波主频，RB是有效波带宽，t是样点时间。

9)若时间样点的能量比值小于滤波门槛值，将面波模型三分量数据的该样点的值置为0，这样通过能量约束，保护了有效信号，得到最终的面波模型三分量数据；

10)从原始三分量地震数据中减去最终的面波模型三分量数据，即实现了面波的有效衰减。

图1从左至右分别是未进行面波衰减的X分量，Y分量和Z分量记录，图2是按本方法有效衰减面波后的三分量记录。三个分量上的面波都得到了很好的衰减，特别是面波区界定的明显，没有影响到面波区以外的有效信号，面波区的有效信号恢复出来，并确保三分量记录的矢量保真性。

本发明在单点三分量上应用，不受空间假频的影响，不用准备专门的道集，在多分量处理流程上也不受限制，方法实现简便、稳定且适应性强。

Claims

1.一种有效衰减三分量记录中面波的极化滤波方法，特征是通过以下技术方案实现，具体步骤包括：

1)在野外采集三分量地震数据，经预处理后定义面波区，确定面波主频和终止频率，有效波主频和有效波带宽，滤波门槛值，极化分析时窗长度，极化分析时窗重叠百分比；

RATIO (t) = \frac{\sqrt{MX {(t)}^{2} + HMX {(t)}^{2} + MY {(t)}^{2} + HMY {(t)}^{2} + MZ {(t)}^{2} + HMZ {(t)}^{2}}}{\sqrt{RX {(t)}^{2} + HRX {(t)}^{2} + RY {(t)}^{2} + HRY {(t)}^{2} + RZ {(t)}^{2} + HRZ {(t)}^{2}}} \cdot \frac{RB}{EF}

10)从原始三分量地震数据中减去最终的面波模型三分量数据，实现面波衰减。

2.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤1)所述的预处理是将野外采集的三分量地震数据加载观测系统。

3.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤1)所述的定义面波区是通过面波最大视速度定义随偏移距变化的面波起始时间，或直接定义随偏移距变化的面波起始时间。

4.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤1)所述的确定面波主频，有效波主频是指利用频谱分析确定三分量中的面波主频和终止频率，有效波主频，滤波门槛值是利用频谱分析确定三分量中面波主频带和有效波主频带内的能量比。

5.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤2)所述的利用面波主频和面波终止频率确定滤波器的面波滤波器是低通滤波器也可是带通滤波器。

6.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤4)所述的进行90度相移是指对三分量数据中的垂直分量进行90度相移，

7.根据权利要求1或6所述的方法，特征是上述的垂直分量进行90度相移是用希尔伯特一次变换实现，水平分量不变；或者，

8.根据权利要求1所述的方法，特征是对三分量数据中的水平分量进行-90度相移，应用希尔伯特一次变换实现，垂直分量不变。

9.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤6)所述的每个时窗取奇异值分解的本征图像是取可由复数奇异值分解得到的第一本征图像，或第一本征图像与第二本征图像之和。

10.根据权利要求1所述的方法，特征是步骤10)从原始三分量地震数据中减去是指按最小平方准则自适应减去。