CN102368094A - 一种地球物理勘探中的矩形窗带通保幅滤波数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是物探技术中矩形窗带通保幅滤波数据处理方法，采用插值方法将重磁资料网格化，利用低精度的重磁资料补充镶边，快速傅氏正变换，在波数域计算两个初始带通滤波频率响应函数，对两个初始的滤波器进行补偿并相乘获得矩形窗带通滤波器，经过快速傅氏反变换，获得带通滤波后的重磁资料，反镶边处理提取原数据大小的带通滤波后的重磁数据。本发明滤波器在通带内信号保幅，在阻带内信号完全抑制，能够压制重磁异常低频背景和高频噪声，特别适合突出在波数域为矩形窗的中频有用信号。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术领域，具体是一种地球物理勘探中的矩形窗带通保幅滤波数据处理方法。
背景技术
地球物理勘探包括重力、磁力、电法、地震勘探等，重力、磁力是发展最早、理论成熟、应用广泛的两种地球物理方法。重力、磁力方法覆盖面积广、经济快速，广泛应用于油气、固体矿产资源勘探、区域与深部构造研究、环境与工程勘察等各个领域。重力、磁力勘探包括数据采集、处理与解释三部分。
数字滤波是在数字信号情况下对信号作滤波处理，在信号数字处理中，低通、高通、带通滤波是最常用的最基本的滤波，可以在频率域和时间域设计这些滤波器。
频域滤波是在频域上选定某一范围，使这一范围内的信号通过或去除，可通过FFT变换及FFT反变换对信号进行处理。时域滤波是在时域上根据所需要的信号用褶积滤波或递归的方法对信号进行数字处理。
理想的带通滤波器使某一频率范围内的所有信号无损通过，而让该频率范围以外的信号被完全阻止。理想的带通滤波器有以下两个特征：其一，带宽在通带以内的信号可以无失真地通过滤波器；其二，滤波器的通带和阻带是截然分开的。
其实，这种理想滤波器在实际中并不存在，它们只是一种分析问题的模型，实际应用中的滤波器都只是理想滤波器的某种近似。理想的频率响应是不可能实现的，由于它的波数响应是突变的，因此，滤波器产生的吉布斯现象不能有效地压制干扰，突出有用信号，而且还可能使有效信号的频谱产生畸变。
实际应用中，选用一个连续函数来模拟带通滤波器可以有效消除吉布斯现象。一般情况下，连续函数在通带和阻带之间有一部分频率衰减的区域，这部分区域的信号只是受到了部分衰减。理想的带通滤波器设计的要求就是这个连续函数应该有较陡的边界，从而使衰减区域尽可能的小，以便该滤波器能最大限度接近完美通带的设计。
根据局部异常与区域异常的波谱差异，Dean(1958)，Byerly(1965)，Fraser等(1966)根据重磁异常的波谱特征来设计数字滤波器。Darby和Davies(1967)，Fuller(1967)，以及Zurflueh(1967)设计二维滤波器来对网格化的重磁数据提取剩余重磁异常。
在波数域中，对于压制信号中的高频成分来说，现有的充分光滑的函数，虽然能起很大的压制作用，但同时也会在一定程度上压制中频和低频成分，这种对中频和低频成分的压制，却不希望发生。为了减小这种对中、低频成分的压制，使有用信号的畸变尽可能降到最小，侯重初(1979，1981)(侯重初，一种压制干扰的频率滤波方法，物探与化探，1979，NO.5；侯重初，补偿圆滑滤波方法，石油物探，1981，NO.2。)提出了一种称为补偿圆滑的低通滤波方法，该方法是针对解释重力和磁力异常时常常需要压制高频干扰而研究的。
补偿圆滑滤波是针对压制重磁高频干扰而提出的一个低通滤波器(功能有限)，而数字处理中更重要是突出某一频段的信号，亦即需要一个有不同滤波窗口的带通滤波器。除了补偿圆滑滤波之外的其它滤波器的主要问题有三个，一是滤波器不是一个连续函数，也即通带与阻带之间突然间断，从而造成吉布斯现象；二是不适合突出在波数域为矩形窗的中频有用信号；三是滤波器的通带与阻带之间的衰减区域比较大，通带与阻带没有截然分开，滤波器在通带内信号不保幅，在阻带内信号没有完全抑制，不仅影响后续的定性分析，更为严重的是影响定量分析。目前，地球物理资料保幅的处理已越来越重要。
发明内容
本发明目的是提供一种在通带内信号保幅，在阻带内信号完全抑制的地球物理勘探中的矩形窗带通保幅滤波数据处理方法。
本发明通过如下步骤实现：
1)在工区利用重力仪或磁力仪在野外采集重力或磁力资料；
2)对野外采集的重磁资料进行各种常规校正及改正；
3)采用插值方法将重磁资料网格化，形成规则网重磁资料fa(x，y)，其中x、y分别为重磁资料的平面网格点坐标；
4)利用低精度的重磁资料补充镶边；将规则网重磁资料fa(x，y)转变为其线数和点数扩大为2的整数幂重磁资料fb(x，y)；
5)利用快速傅氏正变换(FFT)将镶边后的重磁资料fb(x，y)变换到波数域，获得fb(x，y)的频谱Fb(u，v)，Fb(u，v)＝FFT[fb(x，y)]，其中u、v分别为x和y方向的波数；
6)用下列公式计算两个初始的滤波器：
其中：β为正有理数，u0、v0分别为x和y方向的中心波数；
7)用下列公式分别对两个初始的滤波器进行补偿：
其中：n、m分别为u、v方向的补偿次数，为正整数；
步骤7)中所述的补偿次数n，m，1≤n≤30，1≤m≤30。
8)在波数域，计算矩形窗带通滤波频率响应函数：
9)在波数域，将频谱Fb(u，v)与带通滤波频率响应函数
相乘：
10)经过快速傅氏反变换(IFFT)，获得带通滤波后的重磁资料fc(x，y)，fc(x，y)＝IFFT[Fc(u，v)]
11)反镶边处理，即从fc(x，y)中提取原数据大小的带通滤波后的重磁数据fd(x，y)。
本发明滤波器在通带内信号保幅，在阻带内信号完全抑制，该滤波器的通带与阻带之间的衰减区域非常小，能够压制重磁异常低频背景和高频噪声，突出中频有用信号，特别适合突出在波数域为矩形窗的中频有用信号。
本发明滤波器通带内的信号具有保幅特征，由于滤波器是个连续函数，因而，不存在由于滤波器的突变产生的吉布斯现象。
本发明不仅可以用于重磁资料的数据处理，也可用于电法、地震等地球物理资料的处理。
附图说明
图1是1D矩形窗波谱特征。随着补偿次数n的增加，滤波器的频带逐渐变宽。
图2是2D矩形窗波谱特征。
图3是本发明某工区滤波后航磁剩余异常与钻井叠合图。
具体实施方式
利用航空磁力仪采集1/5万高精度航磁资料，按照本发明内容所述的步骤对航磁资料进行处理，即：
1)在工区利用航空磁力仪在野外采集航磁资料；
2)对野外采集的航磁资料进行各种常规校正及改正；
3)利用插值方法将航磁资料网格化，形成规则网航磁资料fa(x，y)，其中x、y分别为航磁资料的平面网格点坐标；网格化数据大小为491行×622列。
4)镶边处理：利用低精度的航磁资料进行补充镶边；将规则网航磁资料fa(x，y)转变为其线数和点数扩大为2的整数幂航磁资料fb(x，y)；为了达到最好的镶边效果，利用该区其它航磁资料进行补充镶边，将规则网航磁资料fa(x，y)转变为其线数和点数扩大为2的整数幂航磁资料fb(x，y)；镶边后网格化数据大小为512行×1024列；
5)利用快速傅氏正变换(FFT)将镶边后的航磁资料fb(x，y)变换到波数域，获得fb(x，y)的频谱Fb(u，v)，Fb(u，v)＝FFT[fb(x，y)]，其中u、v分别为x和y方向的波数；
6)用下列公式计算两个初始的滤波器：
其中：β为正有理数，u0、v0分别为x和y方向的中心波数；
7)用下列公式分别对两个初始的滤波器进行补偿：
其中：n、m分别为u、v方向的补偿次数，为正整数；
步骤7)中所述的补偿次数n，m，1≤n≤30，1≤m≤30。
图1是一维矩形窗波谱特征。随着补偿次数的增加，滤波器的通带逐渐变宽。
8)在波数域，计算矩形窗带通滤波频率响应函数：
图2是二维矩形窗带通保幅滤波器的波谱特征，从图中可以看到，滤波器的滤波区域为一个矩形，滤波器是一个带通滤波器，通带与阻带之间的衰减区域非常小，因而滤波器具有保幅特征。
9)在波数域，将频谱Fb(u，v)与带通滤波频率响应函数
相乘，即：
10)经过快速傅氏反变换(IFFT)，获得带通滤波后的航磁资料fc(x，y)，fc(x，y)＝IFFT[Fc(u，v)]
11)反镶边处理，即从fc(x，y)中提取原数据大小的带通滤波后的航磁数据fd(x，y)。fd(x，y)数据大小为491行×622列；
图3为渤海湾盆地某工区利用本方法获得的航磁剩余异常图，该图反映了该区火成岩的分布。通过该区15口钻井资料的对比发现，航磁正异常与钻井钻遇到的火山岩吻合良好，符合率在85％以上，验证了航磁资料的成果。
上述离散数据网格化、镶边处理、反镶边处理的过程，本专业技术领域分析人员能熟练完成。本发明所涉及的技术也可用于其它地球物理资料的数据处理以及信号数字处理领域。
Claims (2)
1.一种地球物理勘探中的矩形窗带通保幅滤波数据处理方法，特点是通过如下步骤实现：
1)在工区利用重力仪或磁力仪在野外采集重力或磁力资料；
2)对野外采集的重磁资料进行各种常规校正及改正；
3)采用插值方法将重磁资料网格化，形成规则网重磁资料fa(x，y)，其中x、y分别为重磁资料的平面网格点坐标；
4)利用低精度的重磁资料补充镶边；将规则网重磁资料fa(x，y)转变为其线数和点数扩大为2的整数幂重磁资料fb(x，y)；
5)利用快速傅氏正变换(FFT)将镶边后的重磁资料fb(x，y)变换到波数域，获得fb(x，y)的频谱Fb(u，v)，Fb(u，v)＝FFT[fb(x，y)]，其中u、v分别为x和y方向的波数；
6)用下列公式计算两个初始的滤波器：
其中：β为正有理数，u0、v0分别为x和y方向的中心波数；
7)用下列公式分别对两个初始的滤波器进行补偿：
其中：n、m分别为u、v方向的补偿次数，为正整数；
8)在波数域，计算矩形窗带通滤波频率响应函数：
9)在波数域，将频谱Fb(u，v)与带通滤波频率响应函数
相乘：
10)经过快速傅氏反变换(IFFT)，获得带通滤波后的重磁资料fc(x，y)，fc(x，y)＝IFFT[Fc(u，v)]
11)反镶边处理，即从fc(x，y)中提取原数据大小的带通滤波后的重磁数据fd(x，y)。
2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤7)中所述的补偿次数n，m，1≤n≤30，1≤m≤30。
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