CN103499834A - 恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法和装置，该方法包括：获取低频检波器输出的第一地震数据和模拟检波器输出的第二地震数据，其中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，低频检波器和模拟检波器接收到的是同源地震信号；根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率；根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复。本发明解决了现有技术中地震数据中的低频信号难以有效恢复的技术问题，达到了有效恢复地震数据中的低频信号的技术效果。

Description

恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及地震勘测技术领域，特别涉及一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法和装置。

背景技术

低频信号由于其特有的穿透能力和稳定性，在复杂构造成像和地震反演方面都起着非常重要的作用。然而，常规地震勘探应用的模拟检波器的自然频率一般为10Hz，对于10Hz以下的地震数据信号衰减较为严重，因此，如何实现对地震数据中的低频信号的有效恢复是应用模拟检波器实现地震勘探的关键。

然而，目前针对如何有效实现对地震数据中的低频信号的恢复尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法和装置，以至少解决现有技术中难以有效恢复地震数据中的低频信号的技术问题。

本发明实施例提供了一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法，包括：获取低频检波器输出的第一地震数据和模拟检波器输出的第二地震数据，其中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，低频检波器和模拟检波器接收到的是同源地震信号；根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率；根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复。

在一个实施例中，根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，包括：确定第一地震数据和第二地震数据是否具有相同的数据格式；如果数据格式不相同，则将第一地震数据和第二地震数据转换为相同的数据格式；对相同数据格式的第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正；确定进行时差校正后的第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；根据功率谱密度比得到模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，对相同数据格式的第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正，包括：按照以下公式计算第一地震数据和第二地震数据之间的时差：

$Z\left(t\right)=X\left(t\right)\⊗\left(t\right)$

Z(ω)=FFT[Z(t)]

δ(ω)=arctan(imag(Z(ω)，real(Z(ω))

δt(ω)=δ(ω)/ω

其中，Z(t)表示第一地震数据和第二地震数据的互相关，X(t)表示第一地震数据，Y(t)表示第二地震数据，

表示相关运算，Z(ω)表示对Z(t)进行傅里叶变换后得到的结果，FFT[]表示傅里叶变换，ω表示角频率，δ(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时的相位差，δt(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时第一地震数据和第二地震数据之间的时差；根据计算得到的时差，对第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正。

在一个实施例中，根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，包括：确定第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；绘制第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比曲线，将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线进行对比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线进行对比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，包括：将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线相重合的曲线段对应的频率最小值，作为模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，在确定第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比之后，所述方法还包括：根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，按照以下公式计算得到用于对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复的反滤波函数：

$h\left(\mathrm{\ω}\right)=1/\sqrt{\mathrm{PSDR}\left(\mathrm{\ω}\right)}=1/\sqrt{{\mathrm{PSD}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{PSD}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中，h(ω)表示反滤波函数，PSDR(ω)表示第一地震数据和第二地震数据的功率谱密度比，PSD₁(ω)表示第一地震数据的功率谱密度，PSD₂(ω)表示第二地震数据的功率谱密度。

在一个实施例中，根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，包括：计算所述模拟检波器所在的观测区中的多个模拟检波器可恢复信号的最低频率；对多个模拟检波器对应的可恢复信号的最低频率进行拟合，得到应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率；根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复，包括：根据得到的应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率对该观测区中的模拟检波器输出的第二地震数据中的低频信号进行恢复。

在一个实施例中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，包括：在所述模拟检波器为一个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在以该模拟检波器为圆心，半径小于预定的阈值的区域内；或者，在所述模拟检波器为多个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在所述多个模拟检波器所在位置所构成的几何图形的中心位置。

本发明实施例还提供了一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置，包括：获取模块，用于获取低频检波器输出的第一地震数据和模拟检波器输出的第二地震数据，其中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，低频检波器和模拟检波器接收到的是同源地震信号；确定模块，用于根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率；恢复模块，用于根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复。

在一个实施例中，确定模块包括：第一确定单元，用于确定第一地震数据和第二地震数据是否具有相同的数据格式；转换单元，用于在确定出数据格式不相同的情况下，将第一地震数据和第二地震数据转换为相同的数据格式；校正单元，用于对相同数据格式的第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正；第二确定单元，用于确定进行时差校正后的第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；获取单元，用于根据功率谱密度比得到模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，所述校正单元包括：计算子单元，用于按照以下公式计算第一地震数据和第二地震数据之间的时差：

$Z\left(t\right)=X\left(t\right)\⊗Y\left(t\right)$

Z(ω)=FFT[Z(t)]

δ(ω)=arctan(imag(Z(ω)，real(Z(ω))

δt(ω)=δ(ω)/ω

其中，Z(t)表示第一地震数据和第二地震数据的互相关，X(t)表示第一地震数据，Y(t)表示第二地震数据，

表示相关运算，Z(ω)表示对Z(t)进行傅里叶变换后得到的结果，FFT[]表示傅里叶变换，ω表示角频率，δ(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时的相位差，δt(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时第一地震数据和第二地震数据之间的时差；校正子单元，用于根据计算得到的时差，对第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正。

在一个实施例中，所述确定模块包括：第三确定单元，用于确定第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；第四确定单元，用于绘制第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比曲线，将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线进行对比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，所述第四确定单元具体用于将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线相重合的曲线段对应的频率最小值，作为模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，所述确定模块还包括：计算单元，用于根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，按照以下公式计算得到用于对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复的反滤波函数：

$h\left(\mathrm{\ω}\right)=1/\sqrt{\mathrm{PSDR}\left(\mathrm{\ω}\right)}=1/\sqrt{{\mathrm{PSD}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{PSD}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中，h(ω)表示反滤波函数，PSDR(ω)表示第一地震数据和第二地震数据的功率谱密度比，PSD₁(ω)表示第一地震数据的功率谱密度，PSD₂(ω)表示第二地震数据的功率谱密度。

在一个实施例中，所述确定模块具体用于计算所述模拟检波器所在的观测区中的多个模拟检波器可恢复信号的最低频率；对多个模拟检波器对应的可恢复信号的最低频率进行拟合，得到应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率；所述恢复模块具体用于根据得到的应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率对该观测区中的模拟检波器输出的第二地震数据中的低频信号进行恢复。

在一个实施例中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值包括：在所述模拟检波器为一个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在以该模拟检波器为圆心，半径小于预定的阈值的区域内；或者，在所述模拟检波器为多个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在所述多个模拟检波器所在位置所构成的几何图形的中心位置。

在本发明实施例中，通过布设的与模拟检波器之间的距离小于预设的阈值的低频检波器来接收同源地震信号，然后根据模拟检波器与低频检波器输出的地震数据的功率谱密度比确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，在确定出模拟检波器可恢复信号的最低频率后再对模拟检波器输出的地震数据中的低频信号进行恢复。因为预先确定了可恢复信号的最低频率，从而使得恢复出的低频信号更为准确。通过上述方式解决了现有技术中地震数据中的低频信号难以有效恢复的技术问题，达到了有效恢复低频地震信号的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法的处理流程图；

图2是本发明实施例的恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法的处理流程图一个具体实例的流程图；

图3是本发明实施例的低频检波器布设的示意图；

图4是本发明实施例的恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置的结构示意图；

图5是本发明实施例的恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置的具体的结构示意图；

图6是本发明实施例的恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置的具体的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供了一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101：获取低频检波器输出的第一地震数据和模拟检波器输出的第二地震数据，其中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，低频检波器和模拟检波器接收到的是同源地震信号；

步骤102：根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率；

步骤103：根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复。

在上述实施例中，通过布设的与模拟检波器之间的距离小于预设的阈值的低频检波器来接收同源地震信号，然后根据模拟检波器与低频检波器输出的地震数据的功率谱密度比确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，在确定出模拟检波器可恢复信号的最低频率后再对模拟检波器输出的地震数据中的低频信号进行恢复。因为预先确定了可恢复信号的最低频率，从而使得恢复出的低频信号更为准确。通过上述方式解决了现有技术中地震数据中的低频信号难以有效恢复的技术问题，达到了有效恢复低频地震信号的技术效果。

考虑到在实施的过程中，模拟检波器与布设的低频检波器的数据格式有可能是不同的，例如布设的低频检波器采用的时序的数据格式记录数据，而模拟检波器采用的是道序的数据格式记录数据。在这种情况下，为了实现对数据的有效处理，就需要对低频检波器和模拟检波器的数据进行格式转换，以实现数据格式的统一。在一个实施例中，上述步骤102中，根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率可以包括：先确定第一地震数据和第二地震数据是否具有相同的数据格式；如果数据格式不相同，则将第一地震数据和所述第二地震数据转换为相同的数据格式，然后，再根据相同格式的第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率。

同时，因为不同的仪器在获取相同数据的时候会产生一定的时差，为了使得测量的结果更为准确，在计算之前可以先对得到的数据进行时差校正（又可以称为T0时校正），即，先对相同数据格式的第一地震数据和第二地震之间的时差进行校正；然后再确定进行时差校正后的第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，根据该功率谱密度比得到模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在本例中，具体的对第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正可以包括：

1）按照以下公式计算第一地震数据和第二地震数据之间的时差：

$Z\left(t\right)=X\left(t\right)\⊗Y\left(t\right)$

Z(ω)=FFT[Z(t)]

δ(ω)=arctan(imag(Z(ω)，real(Z(ω))

δt(ω)=δ(ω)/ω

其中，Z(t)表示第一地震数据和第二地震数据的互相关，其中，X(t)表示第一地震数据，Y(t)表示第二地震数据，表示相关运算，Z(ω)表示对Z(t)进行傅里叶变换后得到的结果，FFT[]表示傅里叶变换，ω表示角频率，δ(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时的相位差，δt(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时第一地震数据和第二地震数据之间的时差。

2）根据计算得到的δt(ω)对第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正。

在一个实施例中，在上述步骤102中，对第一地震数据和第二地震数据进行处理，得到所述模拟检波器可恢复信号的最低频率，可以包括：确定第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；绘制第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比曲线，将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线进行对比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率。具体的，可以是将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线相重合的曲线段对应的频率最小值，作为模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在确定了第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，可以按照以下公式计算得到用于对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复的反滤波函数：

$h\left(\mathrm{\ω}\right)=1/\sqrt{\mathrm{PSDR}\left(\mathrm{\ω}\right)}=1/\sqrt{{\mathrm{PSD}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{PSD}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中，h(ω)表示反滤波函数，PSDR(ω)表示第一地震数据和第二地震数据的功率谱密度比，PSD₁(ω)表示第一地震数据的功率谱密度，PSD₂(ω)表示第二地震数据的功率谱密度。

值得注意的是，上述根据功率谱密度比计算得到用于低频信号恢复的反滤波函数仅是一个较佳的实现方式，也可以采用理论上常用的反滤波函数进行低频信号的恢复。

在具体实施时，考虑到在一个观测区内可能会存在多个模拟检波器，如果对每个模拟检波器都采用自身对应的可恢复信号的最低频率，那么实现过程将会较为复杂，同时计算量也会很庞大。在一个实施例中，可以获取在观一个测区中对应不同偏移距的多个模拟检波器的可恢复信号的最低频率，然后通过对该观测区全区的统一评估和拟合得到一个可以应用于整个观测区的可恢复信号的最低频率，并将这个可恢复信号的最低频率应用于整个观测区中的模拟检波器输出的地震数据的低频信号的补偿和恢复。例如，在上述步骤102至步骤103可以采用如下方式实现：计算所述模拟检波器所在的观测区中的多个模拟检波器的可恢复信号的最低频率；对多个模拟检波器的可恢复信号的最低频率进行拟合，得到应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率；根据得到的用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率对该观测区中的模拟检波器输出的第二地震数据中的低频信号进行恢复。

模拟检波器在布设的时候，有时候是单独布设的，有时候是布设多个模拟检波器组成一个模拟检波器串，考虑到这些方面，在布设低频检波器用于采集同源信号的时候可以按照以下方式进行：

1）在模拟检波器为一个模拟检波器的情况下，低频检波器和所述模拟检波器布置在同一空间点，其中，所谓的布置在同一空间点可以是低频检波器布置在以该模拟检波器为圆心，半径小于预定的阈值的区域内；

2）在模拟检波器为多个模拟检波器组成的模拟检波器串的情况下，低频检波器布置在所述多个模拟检波器所在位置所构成的几何图形的中心位置。

通过上述方式可以有效实现模拟检波器和低频检波器的同点位布设（即模拟检波器和低频检波器之间的距离小于预设的阈值），使得模拟检波器和低频检波器可以同步接收同源数据。同时，在模拟检波器是模拟检波器串的时候，不需要为模拟检波器串中的每个模拟检波器都布设一个低频检波器，从而减少了实现的复杂性。

低频信号由于其特有的穿透能力和稳定性在复杂构造成像和地震反演方面起着非常重要的作用。现有技术中，无法有效确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，从而使得在对地震数据中的低频信号进行恢复时，恢复得到的数据可能和实际数据存在较大的差别。在上述实施例中，利用低频检波器与模拟检波器接收的同源信号的功率密度谱之间的关系，实现对模拟检波器接收的地震数据中可恢复低频信号的临界频率（即模拟检波器可恢复信号的最低频率）的确定，并根据确定的临界频率应用频率域反滤波实现对模拟检波器输出的地震数据中的低频信号的恢复，实现了低成本的宽频带的地震勘探。

下面结合一个具体的实施例对上述发明进行具体描述，值得注意的是，下面的实施例仅是本发明的一个具体实例，并不构成对本发明不当的限定。

在本例中，恢复模拟检波器地震数据中低频信号的方法可以如图2所示，包括以下步骤：

步骤201：低频检波器与模拟检波器对同源地震信号进行采集：

在该步骤201中，是应用低频检波器和模拟检波器实现对地震数据的同步采集，其中，低频检波器按一定密度与模拟检波器同点位布设，并实现低频检波器和模拟检波器对同源地震数据的同步接收。其中，低频检波器的布设需要覆盖不同的偏移距，布设密度需要考虑到地震信号随偏移距的变化，同时兼顾地形、地貌等的变化，将低频检波器按一定密度与模拟检波器同时布设在同一空间点或在模拟检波器串组合中心，实现对同源数据的同步接收。例如，可以按照如图3所示的距离和密度布设低频检波器，即，在50Km的范围内，布置18个间隔0.12Km的4.5Hz的低频检波器，再布置13个间隔1.02Km的4.5Hz的低频检波器，然后再布置30个间隔0.12Km的4.5Hz的低频检波器，最后再布置24个间隔1.02Km的4.5Hz的低频检波器。值得注意的是，上述布设低频滤波器的距离和密度可以是布设人员根据当地的地表条件的情况，经过多次的实验确定的。为了能够很好地控制模拟检波器接收的地震数据的频带，在地表条件变化较快的测试段可以布设相对密集的低频检波器。

步骤202：原始地震数据预处理与匹配：

对低频检波器与模拟检波器同步接收的同源数据，加载相同的观测系统。通过低频数据对模拟检波器接收的同源地震数据，进行低频信号标定时两者必须具有相同的数据格式、相同的T0时及相同系统的观测系统信息。在数据采集的过程中，模拟检波器与低频检波器对地震数据一般是采用不同的仪器进行记录的，从而导致两者之间具有不同的系统时钟和记录格式，在应用低频检波器接收的地震数据对模拟检波器接收的地震数据进行低频信号标定前，必须将两者转换成统一的格式。然后，加载相同的观测系统信息，并对低频检波器获取的低频数据进行T0时校正。在一个实例中，可以按照以下公式1至4应用同源数据的互相关来确定低频检波器和模拟检波器之间的T0时差，通过T0时差校正后，就可以消除两者之间的T0时差，从而使得计算得到的结果更为精确。

$Z\left(t\right)=X\left(t\right)\⊗Y\left(t\right)---\left(1\right)$

Z(ω)=FFT[Z(t)]              （2）

δ(ω)=arctan(imag(Z(ω)，real(Z(ω))                （3）

δt(ω)=δ(ω)/ω                     （4）

其中，公式（1）为同源的低频检波器输出的地震数据与模拟检波器输出的地震数据之间的互相关性，其中，X(t)为低频检波器输出的低频地震数据，Y(t)为模拟检波器输出的地震数据，

表示相关运算，公式（2）为公式（1）输出结果的傅里叶变换，FFT[]表示一维的傅里叶变换，ω为角频率，公式（3）为X(t)与Y(t)在角频率为ω时的相位差，公式（4）为求取X(t)与Y(t)在角频率为ω时的时差。

步骤203：模拟检波器地震数据中低频信号的标定：

采用反滤波或者反褶积处理方法恢复地震数据中的低频信号是一种低成本且较为有效的方法。然而，模拟检波器本身的自噪音水平在低频段和高频段远远高于地震信号响应的幅值，如果需要成功实现模拟检波器接收的地震数据对低频信号的补偿处理就需要精确估算出检波器在低频端的临界频率（即，模拟检波器可恢复信号的最低频率），否则就会造成检波器自噪音被极端放大或低频信号补偿不足。在本例中，给出了一种应用模拟检波器与低频检波器接收的同源数据之间的功率谱密度比（PowerSpectrum Density Ratio，简称为PSDR）确定模拟检波器地震数据中可恢复信号的最低频率。具体的，当低频检波器和模拟检波器输出的数据中外部信号远强于自噪音水平时，模拟检波器与低频检波器接收的同源数据之间的功率谱密度比为两者理论响应的比值或近似等于两者理论响应的比值，当检波器自噪音水平接近或超过外部信号强度时，模拟检波器与低频检波器接收的同源数据之间的功率谱密度比就会偏离理论值，通过这个原理就可以准确地估算出模拟检波器地震数据中可靠的最低可恢复低频信号的频率，从而实现对模拟检波器地震数据可利用低频信号的标定。在具体实施时，对于地震勘探应用的数字检波器，其最低的稳定响应频率一般可以达到1赫兹，对于1赫兹以上的外部信号其响应为一特定的常数，这样完全可以应用数字检波器实现对模拟检波器地震数据中1赫兹以上的低频信号进行标定。进一步的，还可以按照公式（5），应用同源的低频检波器输出的地震数据与模拟检波器输出的地震数据的PSDR得到反滤波函数：

$h\left(\mathrm{\ω}\right)=1/\sqrt{\mathrm{PSDR}\left(\mathrm{\ω}\right)}=1/\sqrt{{\mathrm{PSD}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{PSD}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)}---\left(5\right)$

在上述公式（5）中，h(ω)为反滤波函数，PSDR(ω)为低频检波器与模拟检波器输出数据功率谱的密度比，PSD₁(ω)为模拟检波器输出数据的功率谱密度，PSD₂(ω)为低频检波器输出数据的功率谱密度。在具体实施时，也可以采用理论上的反滤波函数进行低频信号的恢复，然而，采用本发明实施例所确定的反滤波函数进行低频信号的恢复效果更好。

通过上述方法得到某地区数字检波器与模拟检波器输出不同偏移距的同源数据的PSDR曲线，对比曲线确定出无论在哪个偏移距段，PSDR曲线在2～10赫兹之间（即，PSDR曲线的拐点）与模拟检波理论响应曲线吻合，这样就可以准确而快速地确定模拟检波器输出数据中可恢复信号的最低频率在1.5～2.0赫兹之间。

步骤204：模拟检波器地震数据中低频信号的补偿、恢复：

通过上述步骤203可以得到模拟检波器输出的不同偏移距的地震数据中具有可靠信噪比的最低信号频率和反滤波函数。然后，通过全观测区的统一评估和拟合得到一个应用于全区的统一的最低信号频率和反滤波函数，然后通过该最低信号频率和反滤波函数在频率域对全区的模拟检波器输出的地震数据中低频信号进行补偿与恢复。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置，如下面的实施例所述。由于恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置解决问题的原理与恢复模拟检波器地震数据中低频信号的方法相似，因此恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置的实施可以参见恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图4是本发明实施例的恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置的结构示意图，如图4所示，包括：获取模块401、确定模块402、恢复模块403，下面对该结构进行说明。

获取模块401，用于获取低频检波器输出的第一地震数据和模拟检波器输出的第二地震数据，其中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，低频检波器和模拟检波器接收到的是同源地震信号；

确定模块402，用于根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率；

恢复模块403，用于根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复。

在一个实施例中，如图5所示，确定模块402包括：第一确定单元501，用于确定第一地震数据和第二地震数据是否具有相同的数据格式；转换单元502，用于在确定出数据格式不相同的情况下，将第一地震数据和第二地震数据转换为相同的数据格式；校正单元503，用于对相同数据格式的第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正；第二确定单元504，用于确定进行时差校正后的第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；获取单元505，用于根据该功率谱密度比得到模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，校正单元包括：计算子单元，用于按照以下公式计算第一地震数据和第二地震数据之间的时差：

$Z\left(t\right)=X\left(t\right)\⊗Y\left(t\right)$

Z(ω)=FFT[Z(t)]

δ(ω)=arctan(imag(Z(ω)，real(Z(ω))

δt(ω)=δ(ω)/ω

其中，Z(t)表示第一地震数据和第二地震数据的互相关，X(t)表示第一地震数据，Y(t)表示第二地震数据，

表示相关运算，Z(ω)表示对Z(t)进行傅里叶变换后得到的结果，FFT[]表示傅里叶变换，ω表示角频率，δ(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时的相位差，δt(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时第一地震数据和第二地震数据之间的时差；

校正子单元，用于根据计算得到的时差，对第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正。

在一个实施例中，如图6所示，确定模块402包括：第三确定单元601，用于确定第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；第四确定单元602，用于绘制第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比曲线，将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线进行对比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，第四确定单元具体用于将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线相重合的曲线段对应的频率最小值，作为模拟检波器可恢复信号的最低频率。

在一个实施例中，确定模块402还包括：计算单元，用于根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，按照以下公式计算得到用于对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复的反滤波函数：

$h\left(\mathrm{\ω}\right)=1/\sqrt{\mathrm{PSDR}\left(\mathrm{\ω}\right)}=1/\sqrt{{\mathrm{PSD}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{PSD}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中，h(ω)表示反滤波函数，PSDR(ω)表示第一地震数据和第二地震数据的功率谱密度比，PSD₁(ω)表示第一地震数据的功率谱密度，PSD₂(ω)表示第二地震数据的功率谱密度。

在一个实施例中，确定模块402具体用于计算所述模拟检波器所在的观测区中的多个模拟检波器可恢复信号的最低频率；对多个模拟检波器对应的可恢复信号的最低频率进行拟合，得到应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率；恢复模块403具体用于根据得到的用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率对该观测区中的模拟检波器输出的第二地震数据中的低频信号进行恢复。

在一个实施例中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值可以是按照以下两种规则之一布置的：

1）在所述模拟检波器为一个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在以该模拟检波器为圆心，半径小于预定的阈值的区域内；

2）在所述模拟检波器为多个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在所述多个模拟检波器所在位置所构成的几何图形的中心位置。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：通过布设的与模拟检波器之间的距离小于预设的阈值的低频检波器来接收同源地震信号，然后根据模拟检波器与低频检波器输出的地震数据的功率谱密度比确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，在确定出模拟检波器可恢复信号的最低频率后再对模拟检波器输出的地震数据中的低频信号进行恢复。因为预先确定了可恢复信号的最低频率，从而使得恢复出的低频信号更为准确。通过上述方式解决了现有技术中地震数据中的低频信号难以有效恢复的技术问题，达到了有效恢复低频地震信号的技术效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法，其特征在于，包括：

获取低频检波器输出的第一地震数据和模拟检波器输出的第二地震数据，其中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，低频检波器和模拟检波器接收到的是同源地震信号；

根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率；

根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，包括：

确定第一地震数据和第二地震数据是否具有相同的数据格式；

如果数据格式不相同，则将第一地震数据和第二地震数据转换为相同的数据格式；

对相同数据格式的第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正；

确定进行时差校正后的第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；

根据功率谱密度比得到模拟检波器可恢复信号的最低频率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对相同数据格式的第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正，包括：

按照以下公式计算第一地震数据和第二地震数据之间的时差：

$Z\left(t\right)=X\left(t\right)\⊗Y\left(t\right)$

Z(ω)=FFT[Z(t)]

δ(ω)=arctan(imag(Z(ω)，real(Z(ω))

δt(ω)=δ(ω)/ω

其中，Z(t)表示第一地震数据和第二地震数据的互相关，X(t)表示第一地震数据，Y(t)表示第二地震数据，

表示相关运算，Z(ω)表示对Z(t)进行傅里叶变换后得到的结果，FFT[]表示傅里叶变换，ω表示角频率，δ(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时的相位差，δt(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时第一地震数据和第二地震数据之间的时差；

根据计算得到的时差，对第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，包括：

确定第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；

绘制第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比曲线，将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线进行对比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线进行对比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，包括：

将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线相重合的曲线段对应的频率最小值，作为模拟检波器可恢复信号的最低频率。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在确定第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比之后，所述方法还包括：

根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，按照以下公式计算得到用于对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复的反滤波函数：

$h\left(\mathrm{\ω}\right)=1/\sqrt{\mathrm{PSDR}\left(\mathrm{\ω}\right)}=1/\sqrt{{\mathrm{PSD}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{PSD}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中，h(ω)表示反滤波函数，PSDR(ω)表示第一地震数据和第二地震数据的功率谱密度比，PSD₁(ω)表示第一地震数据的功率谱密度，PSD₂(ω)表示第二地震数据的功率谱密度。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于：

根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率，包括：计算所述模拟检波器所在的观测区中的多个模拟检波器可恢复信号的最低频率；对多个模拟检波器对应的可恢复信号的最低频率进行拟合，得到应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率；

根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复，包括：根据得到的应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率对该观测区中的模拟检波器输出的第二地震数据中的低频信号进行恢复。

8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，包括：

在所述模拟检波器为一个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在以该模拟检波器为圆心，半径小于预定的阈值的区域内；

或者，在所述模拟检波器为多个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在所述多个模拟检波器所在位置所构成的几何图形的中心位置。

9.一种恢复模拟检波器地震数据低频信号的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取低频检波器输出的第一地震数据和模拟检波器输出的第二地震数据，其中，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值，低频检波器和模拟检波器接收到的是同源地震信号；

确定模块，用于根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率；

恢复模块，用于根据所述最低频率，对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，确定模块包括：

第一确定单元，用于确定第一地震数据和第二地震数据是否具有相同的数据格式；

转换单元，用于在确定出数据格式不相同的情况下，将第一地震数据和第二地震数据转换为相同的数据格式；

校正单元，用于对相同数据格式的第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正；

第二确定单元，用于确定进行时差校正后的第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；

获取单元，用于根据功率谱密度比得到模拟检波器可恢复信号的最低频率。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述校正单元包括：

计算子单元，用于按照以下公式计算第一地震数据和第二地震数据之间的时差：

$Z\left(t\right)=X\left(t\right)\⊗Y\left(t\right)$

Z(ω)=FFT[Z(t)]

δ(ω)=arctan(imag(Z(ω)，real(Z(ω))

δt(ω)=δ(ω)/ω

其中，Z(t)表示第一地震数据和第二地震数据的互相关，X(t)表示第一地震数据，Y(t)表示第二地震数据，

表示相关运算，Z(ω)表示对Z(t)进行傅里叶变换后得到的结果，FFT[]表示傅里叶变换，ω表示角频率，δ(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时的相位差，δt(ω)表示X(t)和Y(t)在角频率为ω时第一地震数据和第二地震数据之间的时差；

校正子单元，用于根据计算得到的时差，对第一地震数据和第二地震数据之间的时差进行校正。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

第三确定单元，用于确定第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比；

第四确定单元，用于绘制第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比曲线，将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线进行对比，确定模拟检波器可恢复信号的最低频率。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第四确定单元具体用于将绘制的功率谱密度比曲线与理论的功率谱密度比曲线相重合的曲线段对应的频率最小值，作为模拟检波器可恢复信号的最低频率。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述确定模块还包括：

计算单元，用于根据第一地震数据与第二地震数据的功率谱密度比，按照以下公式计算得到用于对所述第二地震数据中的低频信号进行恢复的反滤波函数：

$h\left(\mathrm{\ω}\right)=1/\sqrt{\mathrm{PSDR}\left(\mathrm{\ω}\right)}=1/\sqrt{{\mathrm{PSD}}_1\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{PSD}}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}$

其中，h(ω)表示反滤波函数，PSDR(ω)表示第一地震数据和第二地震数据的功率谱密度比，PSD₁(ω)表示第一地震数据的功率谱密度，PSD₂(ω)表示第二地震数据的功率谱密度。

15.如权利要求9至14中任一项所述的装置，其特征在于：

所述确定模块具体用于计算所述模拟检波器所在的观测区中的多个模拟检波器可恢复信号的最低频率；对多个模拟检波器对应的可恢复信号的最低频率进行拟合，得到应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率；

所述恢复模块具体用于根据得到的应用于所述观测区中所有模拟检波器的可恢复信号的最低频率对该观测区中的模拟检波器输出的第二地震数据中的低频信号进行恢复。

16.如权利要求9至14中任一项所述的装置，其特征在于，低频检波器和模拟检波器之间的距离小于预设的阈值包括：

在所述模拟检波器为一个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在以该模拟检波器为圆心，半径小于预定的阈值的区域内；

或者，在所述模拟检波器为多个模拟检波器的情况下，所述低频检波器布置在所述多个模拟检波器所在位置所构成的几何图形的中心位置。

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