CN103217709B - 一种提高地震数据信噪比和分辨率的面波衰减方法 - Google Patents
一种提高地震数据信噪比和分辨率的面波衰减方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及地球物理勘探技术，是一种物探地震数据处理中提高地震数信噪比和分辨率的面波衰减方法。本发明根据面波和反射波在频率分布、空间分布范围、以及能量等方面的差异，首先检测出面波在时间和空间上的分布范围，再根据面波的固有特征对确定的面波进行分析，以确定面波能量的频率分布特征，并根据这种特征对其进行加权压制，从而实现地震数据的信噪比和分辨率的提高。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术，是一种物探地震数据处理中提高地震数据信噪比和分辨率的面波衰减方法。
背景技术
在野外地震数据采集中，地表情况经常比较复杂：有河流，山川，草原，洼地，沼泽，戈壁，沙漠等等，地表的复杂性导致了地震数据中的面波在频率分布范围，以及振幅强弱特征上差别很大，部分面波分布范围达到8HZ-22HZ，这个频率范围经常是地震数据处理中必须保护的频带范围。
在物探地震数据处理技术中，目前使用的面波衰减方法主要是根据面波频率比较低的典型特征，采用高通滤波的方法对面波进行处理，达到衰减面波的目的。这种高通滤波衰减面波的方法，采用同一个高通滤波算子，进行单个地震道滤波，滤波时不区分有效信号和面波，同时也不考虑面波时间空间域振幅频率的变化，这样会造成面波频带范围内的有效信号被衰减。这种面波衰减方法不适合面波能量较弱，频率偏高，面波振幅频率随时空域变化较大的面波衰减，一旦有效信号也随面波一起被衰减，就很难达到面波衰减后提高地震数据信噪比和分辨率的目的。
发明内容
本发明目的在于提供一种处理效率高、地震数据信噪比高的提高地震数据信噪比和分辨率的面波衰减方法。
本发明实现过程包括以下处理步骤：
(1)采集单道地震数据，形成地震数据中的炮集记录；
(2)根据炮集记录，估算面波视速度V，用面波的视速度计算出面波在每个地震道中首先出现的时间Time；
步骤(2)所述的计算面波首先出现时间的公式为：Time＝(Offset*1000)/V，
式中：Offset为每个地震道偏移炮点的距离，单位为米,V为估计的面波视速度，单位为米/秒，Time的单位为毫秒。
所述的面波视速度用面波的最大视速度，以保证每个地震道的面波都被包括在大于面波首先出现的时间Time的区域内。
(3)将每个地震道的面波首先出现的时间Time连在一起形成一条直线，这条直线将每个地震道分为非面波区域和面波区域，非面波区域没有面波干扰，有效信号比较强。
步骤(3)所述的非面波区域是小于面波首先出现时间Time的区域，就是在直线分界线的上方区域；面波区域是大于等于面波首先出现时间Time的区域，就是在直线分界线的下方区域。
(4)按步骤(3)确定的非面波区域与面波的区域范围，通过对面波区域的面波和非面波区域的有效信号进行频率振幅谱分析，分别确定面波主频和有效地震信号的主频；
(5)根据地震数据采样率确定面波衰减的时间窗长度；
步骤(4)所述的面波衰减的时间窗长度采样率为4毫秒，时间窗长度为25个样点。
步骤(4)所述的面波衰减的时间窗长度采样率为2毫秒时间窗长度为50个样点。
步骤(4)所述的面波衰减的时间窗长度采样率为1毫秒时间窗长度为100个样点。
(6)根据步骤(5)确定的时间窗长度，用面波区域地震道的时间长度除以步骤(5)确定的时间窗长度，把面波区域分成若干个时间窗；
步骤(6)所述的面波区域地震道的时间长度是用地震道长度减去步骤(4)中的面波首先出现位置的时间长度，面波首先出现位置就是步骤(3)的直线与每个地震道的交点处。
(7)从最靠近面波首先出现时间Time的非面波区域选取一段地震数据，地震数据的长度与步骤(5)所确定的长度相同，对这段数据做富士变换，根据步骤(4)获得的反射波主频与面波主频范围，在这个主频范围内计算这段地震数据的反射波主频平均振幅值和面波主频的平均振幅值，然后计算出面波主频平均振幅值与反射波主频平均振幅值的比值ratio；
步骤(7)中选取一段地震数据的时间长度为50-100毫秒。
(8)按照步骤(7)的方法处理面波区域内的所有时间窗，然后把面波区域内每个时间窗的比值ratio(n)都与面波区域外的比值ratio作比较，确定面波时间窗段有无面波存在，其中n为时间窗序号，如果ratio(n)大于ratio说明有面波存在，需要衰减，如果ratio(n)小于或者等于ratio就不用衰减；
(9)根据需要衰减面波的强弱和力度确定衰减面波的衰减系数，如果这个时间窗有面波存在，就把这个窗的地震数据面波主频范围内的振幅值乘以衰减系数，衰减系数越小面波衰减能力越强，相反面波衰减能力越弱，然后把衰减后频率域的数据做反富士变换，完成面波压制。最后再把面波区域所有划分出的时间窗都按上面的步骤完成，对所有地震数据就完成了面波压制。
步骤(9)所述的面波的衰减系数大于零小于1。
本发明不但能衰减面波，还能更好地保护面波频带的有效信号，达到面波衰减后提高地震数据信噪比和分辨率的目的。实际地震数据试用表明，本发明不仅能提高地震数据的信噪比和分辨率，而且还能够避免有效信号被衰减。
附图说明
图1是面波衰减前炮集记录面波区域频谱分析；
图2是面波衰减前炮集记录；
图3是图2炮集数据用高通滤波进行面波衰减后炮集记录；
图4是图2炮集数据本发明面波衰减后炮集记录；
图5是图2炮集记录面波区域地震数据频带范围10HZ-35HZ放大显示；
图6是图3炮集记录面波区域地震数据频带范围10HZ-35HZ放大显示；
图7是图4炮集记录面波区域地震数据频带范围10HZ-35HZ放大显示。
具体实施方式
本发明根据面波和反射波在频率分布、空间分布范围、以及能量等方面的差异，首先检测出面波在时间和空间上的分布范围，再根据面波的固有特征对确定的面波进行分析，以确定面波能量的频率分布特征，并根据这种特征对其进行加权压制，从而实现地震数据的信噪比和分辨率的提高。
本发明的一种提高地震数据信噪比和分辨率的面波衰减方法，通过野外地震数据采集，形成地震数据中的炮集记录，从炮集的面波频率振幅谱上分析这个数据面波频带范围，估算面波的视速度，计算面波在每个地震道中首先出现的时间。见步骤(2)和步骤(3)。然后分别对面波和有效信号进行频率振幅谱分析，确定面波主频和反射波的主频见步骤(4)。主频确定后根据地震数据采样率确定计算时间窗长度。见步骤(5)。在确定的非面波区域选择一个时间窗，见步骤(7)的100毫秒，对这个时间窗的地震数据做富士变换，先计算出以反射波主频为中心的那段频带的平均振幅值，见步骤(6)，再计算出以面波主频为中心的那段频带的平均振幅值，然后求面波平均振幅值与反射波平均振幅值的比，记为ratio见步骤(7)。作为衡量是否存在面波的标准。按照同样的方法处理面波区域内的所有时间窗，然后把面波区域内的ratio(1)，ratio(2),ratio(3),…ratio(n)都与面波区域外的ratio比较，其中1，2，3，4为时间窗序号见步骤(8)，如果面波区域内的ratio(n)大于ratio那么就认为那个时间窗范围内有面波存在，然后把这个时间窗处于面波主频范围内的振幅值乘以一个小于1的比例系数，比例系数越小面波衰减能力越强，相反面波衰减能力越弱，然后把这个面波衰减时间窗频率域的数据做反富士变换，就完成了面波压制；
本发明具体实现过程包括以下处理步骤：
(1)采集单道地震数据，形成地震数据中的炮集记录，见附图1；
(2)对炮集记录根据面波的视速度1000米/秒,计算面波在每个地震道中首先出现的时间Time。
(3)根据步骤(2)求得的每个地震道面波首先出现时间Time，划分面波区域和非面波区域，把每个地震道的Time连接起来构成面波区域，见附图2，直线以下，也就是三角形区以内为面波区域，三角形区以外为非面波区域。
(4)通过对面波和有效信号进行频率振幅谱分析，分别确定面波主频范围为4HZ-22HZ，反射波主频范围为15HZ-30HZ；
(5)根据地震数据采样率确定计算时间窗长度。这个地震数据采样率为4毫秒，时间窗长度确定为25个样点，及每个地震道面波衰减时间窗长为100毫秒；
(6)根据步骤(5)确定的时间窗长度100毫秒，按步骤(3)确定的面波区域，把面波区域分成若干个时间窗，每个时间窗的长度为100毫秒；
(7)首先从最靠近分界线Time的非面波区域选取100毫秒长的一段地震数据做富士变换，根据步骤(4)估算出的反射波主频与面波主频，计算出反射波主频的平均振幅值3168.5，面波主频的平均振幅值205.4，最后计算面波主频平均振幅值与反射波主频平均振幅值的比ratio＝2145.4/3168.5,ratio大约为0.677，0.677就作为衡量是否存在面波的标准。
(8)按照同样的方法处理面波区域内的所有时间窗，然后把面波区域内的ratio(1)＝0.641，ratio(2)＝0.752,ratio(3)＝0.796,…ratio(n)都与面波区域外的ratio＝0.677比较，其中1，2，3，4为时间窗序号，ratio(1)小于ratio，本发明认为没有面波，不用衰减，而ratio(2),ratio(3)都大于ratio，就认为这两个时间窗段有面波存在，然后选定0.5为衰减系数，把这两个时间窗处于4HZ-22HZ频段的振幅值乘以0.5，再做反富士变换，就完成了面波压制。实施例的面波分析数据只是地震数据炮记录的其中一个地震道，对每个炮集的每个地震道都必须采取相同的方法进行面波分析和衰减，才能完成对整个炮记录的面波压制。
图1是面波衰减前炮集记录面波区域频率振幅谱分析，从频率振幅谱图上可以看出，这个地震数据面波能量相对较弱，从炮记录上看，时空域内面波振幅频率差别很大，且频率偏高，面波最大频率达到27HZ，这种情况已经不适合采用高通滤波的方法来衰减面波。
对比图2，图3，图4可知，这两种方法基本上都达到了衰减面波的目的。其中：
图2是面波衰减前炮集记录；
图3是图2炮集数据用高通滤波进行面波衰减后炮集记录；
图4是图2炮集数据本发明面波衰减后炮集记录；
但是如果对比图5，图6，图7，可以看见图6方框内，有效信号已经被衰减，同相轴不清楚，而图5与图6中方框内的同相轴清楚而且连续，这个实例很好地证明了高通滤波在面波衰减的同时，有效信号被衰减。而本发明在衰减面波的同时很好地保护了有效信号。
其中：
图5是图2炮集记录面波区域地震数据频带范围10HZ-35HZ放大显示；
图6是图3炮集记录面波区域地震数据频带范围10HZ-35HZ放大显示；
图7是图4炮集记录面波区域地震数据频带范围10HZ-35HZ放大显示。
这说明高通滤波衰减面波的方法对于这类面波能量较弱，频率偏高，面波振幅频率时空域变化较大的地震数据的面波衰减不能很好地保护有效信号，很难达到高效提高地震数据信噪比和分辨率的目的。而本发明的一种提高地震数据信噪比和分辨率的面波衰减方法，不但能衰减面波，还能更好地保护面波频带的有效信号，达到面波衰减后提高地震数据信噪比和分辨率的目的。
理论和实际地震数据试用表明，本发明的一种高效提高地震数据信噪比和分辨率的面波衰减方法优点在于不仅能提高地震数据的信噪比和分辨率，而且还能很好地保护有效信号。
Claims (10)
1.一种提高地震数据信噪比和分辨率的面波衰减方法，其特征在于包括以下处理步骤：
(1)采集单道地震数据，形成地震数据中的炮集记录；
(2)根据炮集记录，估算面波视速度V，用面波的视速度计算出面波在每个地震道中首先出现的时间Time；
(3)将每个地震道的面波首先出现的时间Time连在一起形成一条直线，这条直线将每个地震道分为非面波区域和面波区域，非面波区域没有面波干扰，有效信号比较强；
(4)按步骤(3)确定的非面波区域与面波的区域范围，通过对面波区域的面波和非面波区域的有效信号进行频率振幅谱分析，分别确定面波主频和有效地震信号的主频；
(5)根据地震数据采样率确定面波衰减的时间窗长度；
(6)根据步骤(5)确定的时间窗长度，用面波区域地震道的时间长度除以步骤(5)确定的时间窗长度，把面波区域分成若干个时间窗；
(7)从最靠近面波首先出现时间Time的非面波区域选取一段地震数据，地震数据的长度与步骤(5)所确定的长度相同，对这段数据做富士变换，根据步骤(4)获得的反射波主频与面波主频范围，在这个主频范围内计算这段地震数据的反射波主频平均振幅值和面波主频的平均振幅值，然后计算出面波主频平均振幅值与反射波主频平均振幅值的比值ratio；
(8)按照步骤(7)的方法处理面波区域内的所有时间窗，然后把面波区域内每个时间窗的比值ratio(n)，都与面波区域外的比值ratio作比较，确定面波时间窗段有无面波存在，其中n为时间窗序号，如果ratio(n)大于ratio说明有面波存在，需要衰减，如果ratio(n)小于或者等于ratio就不用衰减；
(9)根据需要衰减面波的强弱和力度确定衰减面波的衰减系数，如果这个时间窗有面波存在，就把这个窗的地震数据面波主频范围内的振幅值乘以衰减系数，衰减系数越小面波衰减能力越强，相反面波衰减能力越弱，然后把衰减后频率域的数据做反富士变换，完成面波压制；最后再把面波区域所有划分出的时间窗都按上面的步骤完成，对所有地震数据就完成了面波压制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)的计算面波首先出现时间的公式为：Time＝Offset*1000/V；
式中：Offset为每个地震道偏移炮点的距离，单位为米,V为估计的面波视速度，单位为米/秒，Time的单位为毫秒。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于面波视速度必须选用面波的最大视速度，以保证每个地震道的面波都被包括在大于面波首先出现的时间Time的区域内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)的非面波区域是小于面波首先出现时间Time的区域，就是在直线分界线的上方区域；面波区域是大于等于面波首先出现时间Time的区域，就是在直线分界线的下方区域。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)的面波衰减的时间窗长度采样率为4毫秒，时间窗长度为25个样点。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)的面波衰减的时间窗长度采样率为2毫秒时间窗长度为50个样点。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)的面波衰减的时间窗长度采样率为1毫秒时间窗长度为100个样点。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(6)的面波区域地震道的时间长度是用地震道长度减去步骤(4)中的面波首先出现位置的时间长度，面波首先出现位置就是步骤(3)的直线与每个地震道的交点处。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(7)中选取一段地震数据的时间长度为50-100毫秒。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(9)的面波的衰减系数大于零小于1。
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