CN103984019A - 局部相关加权地震波束合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种局部相关加权地震波束合成方法，取两个延时后的地震记录中对应道上的某一时窗内的数据作互相关；根据相关系数的大小确定时窗内是否为有效信号以及有效信号之间的时差，分析时窗内有效信号主频和周期，将时差大于四分之一周期相关系数设置为0，得到一组由相关系数组成的权值；利用该权值对延时后的记录进行加权，得到局部相关加权后的地震记录；将所有局部相关加权后的地震记录作线性叠加，得到局部相关加权后的波束定向结果。有效的解决了现有地震波束合成过程中，在主波束方向外产生的信号畸变或假的同相轴的问题，充分保留和加强了原始记录中的有效信号。显著提高了信噪比，提高了野外工作效率，降低了野外工作成本。

Description

局部相关加权地震波束合成方法

技术领域：

本发明涉及一种地震勘探方法，尤其是针对现有地震波束合成过程中，在主波束方向外地震信号出现畸变而提出的局部相关加权的波束合成方法。

背景技术：

波束定向的思想最早源于相控雷达领域。由于波束定向的方法能够有效加强目标体上的有效信号，很快被引进地震勘探领域。

CN1560651公开了一种《相控阵地震勘探方法》，它采用多个可控震源按均匀间距共线方式排列。通过控制各个可控震源的延时或相位差，使得各个可控震源发出的扫描信号在地下某一方向同相叠加，震动信号加强。通过改变各震源的延时和相位差，从而实现地震波束的定向，使定向地震勘探成为可能。采用相控阵地震勘探方法，为陡倾斜地质体的地震勘探提供了一种有效方法，实现了定向地震勘探，此外还能提高地震勘探深度及地震勘探分辨率，解决了组合地震中震源台数不能过多的问题。

CN101320095公开了一种《单震源定向照明地震信号合成方法》，在测线上设计1个以上乃至n个奇数等间距炮点，同时在该测线上还布设有1个以上乃至N个等道间距检波点，通过可控震源取得炮点1单炮地震数据，移动炮点，取得炮点2单炮地震数据，移动炮点，取得炮点3单炮地震数据，以此方式类推取得乃至n个炮点的单炮地震数据，将延时后的单炮地震数据做线性叠加，合成具有方向性的定向照明地震信号，该信号对应定向地震波场。单震源定向照明地震信号合成方法与相控地震信号相比，信号的信噪比得到改善，具有需要震源数目少，工作成本低，操作简单，克服了多个激震器不一致性的问题。

CN101339252《基于单震源的定向照明地震勘探方法》。按传统地质勘探方法确定偏移距、道间距，共线布置检波器阵列，依据同一组内各炮点的偏移距不同，不同组序号相差n的m个炮点偏移距相同的方法，采集整个剖面的单炮地震数据，对属于同一组的单炮地震数据按编号顺序依次作等间隔延时，将延时后的单炮地震数据做线性叠加，合成具有方向性的定向照明地震信号，该信号对应定向地震波场，利用常规地震数据处理方法就能得到基于单震源的定向照明地震剖面。经试验，与普通单震源地震勘探方法相比，合成定向照明地震波场方向可根据目标产状人为控制，对于陡倾角目标体勘探效果更好；与相控地震方法相比，具有工作成本低，操作简单的优点。

在地震勘探方面，地震波波束定向的实现主要采用两种不同的方式，一种是在采集过程中，利用多个震源，采用相控阵方式，直接激发定向地震波束；另一种是在地震勘探数据预处理过程中，利用单震源定向照明地震信号合成方法合成定向地震波束。这两种方法都是通过延时、叠加的方法实现主波束方向上有效信号的加强，但在使用过程中又遇到另一个问题，即由于检波器排列较长或研究的目标信号较浅时，定向地震波束的主波束难以覆盖整个接收排列，使得主波束方向外出现信号波形的畸变，这就会使后期地震处理和解释出现较大的偏差。

发明内容：

本发明的目的就在于针对定向地震波束不能覆盖接收排列而出现的波形畸变的问题，提供一种局部相关加权地震波束合成方法。

本发明的主要思想是：地震波束合成的实质是多个等间隔延时记录垂直叠加的过程，经过延时后的地震记录之间存在相关性，主波束方向上有效信号对应一致，主波束方向外的有效信号对应不一致。首先，通过取两个延时后的地震记录中对应道上的某一时窗内的数据，并作互相关；其次，根据相关系数的大小，确定时窗内是否为有效信号以及有效信号之间的时差，分析时窗内有效信号主频和周期，并将时差大于四分之一周期的相关系数设置为0，得到一组由相关系数组成的权值；然后，利用该权值对延时后的记录进行加权，得到局部相关加权后的地震记录；最后，将所有局部相关加权后的地震记录作线性叠加，得到局部相关加权后的波束定向结果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

局部相关加权地震波束合成方法，包括以下步骤：

a、输入n炮炮点连续的地震记录，记为U₁(t,x)、U₂(t,x)、…、U_m(t,x)、…、U_n-1(t,x)、U_n(t,x)，n取为大于2的奇数，其中

b、保持第m炮记录U_m(t,x)不变，其他炮记录利用延时参数τ₁和道分选参数λ，依次作等间隔延时和等道数分选，延时和分选结果为U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)、U₂(t-(m-2)τ₁,x+(m-2)λ)、…、U_m(t,x)、…、U_n-1(t+(m-2)τ₁,x-(m-2)λ)、U_n(t+(m-1)τ₁,x-(m-1)λ)，其中d₁为炮间距，d₂为道间距，k取正整数；

c、以U_m(t,x)为基准，取数据U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)。记U_m(t,x)和U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)的第一道数据为s_m,1和s_1,1，以时窗T选取s_m,1和s_1,1的数据s_m,1(T)和s_1,1(T)，T不小于一个有效子波信号的周期；

d、将s_m,1(T)和s_1,1(T)作互相关，可得最大相关系数和r₁对应的时差Δt₁；

e、设定最大相关系数阈值ε，若r₁＞ε，则求取时窗内数据的主频f₁，若此时则令r₁＝0，反之，r₁不变；若r₁≤ε，则令Δt₁＝0；

f、使时窗中心沿地震记录道移动，重复步骤c～e，s_m,1和s_1,1的最大相关系数曲线r和对应的时差曲线Δt，r＝(r₁,r₂,…,r_p)，Δt＝(Δt₁,Δt₂,…,Δt_p)；

g、进而得到加权系数然后，用此权系数w对s_1,1加权，得到：

$\widetilde{s_{\mathrm{1,1}}}=w\·s_{\mathrm{1,1}};$

h、重复步骤c～g，对U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)的所有道数据进行局部相关加权，得到加权后的记录

i、重复步骤c～h，对延时后的其他地震记录作局部相关加权，得到对应的加权记录…、 $\widetilde{U_n}(t+(m-1){\mathrm{\τ}}_1,x-(m-1)\mathrm{\λ});$

j、最后将所有加权后的记录作线性叠加，输出经过局部相关加权后的波束定向结果 $U=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\widetilde{U_i}(t-(m-i){\mathrm{\τ}}_1,x+(m-i)\mathrm{\λ}).$

有益效果：经试验，本发明公开的局部相关加权地震波束合成方法，有效的解决了现有地震波束合成过程中，在主波束方向外产生的信号畸变或假的同相轴的问题，充分保留和加强了原始记录中的有效信号。显著提高了信噪比，提高了野外工作效率，降低了野外工作成本。

附图说明：

图1现有地震波束定向结果

图2局部相关加权地震波束定向结果

具体实施方式：

下面结合附图和实施例做进一步的详细说明：

局部相关加权地震波束合成方法，包括以下步骤：

a、输入n炮炮点连续的地震记录，记为U₁(t,x)、U₂(t,x)、…、U_m(t,x)、…、U_n-1(t,x)、U_n(t,x)，n取为大于2的奇数，其中

b、保持第m炮记录U_m(t,x)不变，其他炮记录利用延时参数τ₁和道分选参数λ，依次作等间隔延时和等道数分选，延时和分选结果为U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)、U₂(t-(m-2)τ₁,x+(m-2)λ)、…、U_m(t,x)、…、U_n-1(t+(m-2)τ₁,x-(m-2)λ)、U_n(t+(m-1)τ₁,x-(m-1)λ)，其中d₁为炮间距，d₂为道间距，k取正整数；

c、以U_m(t,x)为基准，取数据U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)。记U_m(t,x)和U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)的第一道数据为s_m,1和s_1,1，以时窗T选取s_m,1和s_1,1的数据s_m,1(T)和s_1,1(T)，T不小于一个有效子波信号的周期；

d、将s_m,1(T)和s_1,1(T)作互相关，可得最大相关系数和r₁对应的时差Δt₁；

e、设定最大相关系数阈值ε，若r₁＞ε，则求取时窗内数据的主频f₁，若此时则令r₁＝0，反之，r₁不变；若r₁≤ε，则令Δt₁＝0；

f、使时窗中心沿地震记录道移动，重复步骤c～e，s_m,1和s_1,1的最大相关系数曲线r和对应的时差曲线Δt，r＝(r₁,r₂,…,r_p)，Δt＝(Δt₁,Δt₂,…,Δt_p)；

g、进而得到加权系数然后，用此权系数w对s_1,1加权，得到：

$\widetilde{s_{\mathrm{1,1}}}=w\·s_{\mathrm{1,1}};$

h、重复步骤c～g，对U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)的所有道数据进行局部相关加权，得到加权后的记录

i、重复步骤c～h，对延时后的其他地震记录作局部相关加权，得到对应的加权记录…、 $\widetilde{U_n}(t+(m-1){\mathrm{\τ}}_1,x-(m-1)\mathrm{\λ});$

j、最后将所有加权后的记录作线性叠加，输出经过局部相关加权后的波束定向结果 $U=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\widetilde{U_i}(t-(m-i){\mathrm{\τ}}_1,x+(m-i)\mathrm{\λ}).$

以辽宁某地地震勘探为例：

以n＝5，τ₁＝2ms，λ＝1，对5炮地震记录进行局部相关加权波束定向，但局部相关加权波束合成方法不受本实例中给出的参数的限制。

局部相关加权波束合成方法，包括以下步骤：

a、输入n＝5炮炮点连续地震记录，记为U₁(t,x)、U₂(t,x)、U₃(t,x)、U₄(t,x)、U₅(t,x)；

b、保持第m＝3炮记录U₃(t,x)不变，U₁(t,x)、U₂(t,x)、U₄(t,x)和U₅(t,x)，延时参数τ₁＝2ms，道分选参数λ＝1，(d₁＝d₂k取1)，依次作等间隔延时和等道数分选，延时和分选结果为U₁(t-2τ₁,x+2λ)、U₂(t-τ₁,x+λ)、U₃(t,x)、U₄(t+τ₁,x-λ)、U₅(t+2τ₁,x-2λ)；

c、以U₃(t,x)为基准，取数据U₁(t-2τ₁,x+2λ)，记U₃(t,x)和U₁(t-2τ₁,x+2λ)的第一道数据为s_3,1和s_1,1，以时窗T＝40ms选取s_3,1和s_1,1的数据s_3,1(T)和s_1,1(T)；

d、将s_3,1(T)和s_1,1(T)作互相关，可得最大相关系数和r₁对应的时差Δt₁；

e、设定最大相关系数阈值ε＝0.1，若r₁＞ε，则求取时窗内数据的主频f₁＝45Hz，若此时则令r₁＝0，反之，则不变；若r₁≤ε，则令Δt₁＝0；

f、使时窗中心沿地震记录道移动，重复步骤c～e，s_3,1和s_1,1的最大相关系数曲线r和对应的时差曲线Δt，r＝(r₁,r₂,…,r_p)，Δt＝(Δt₁,Δt₂,…,Δt_p)；

g、进而得到加权系数然后，用此权系数w对s_1,1加权，得到：

$\widetilde{s_{\mathrm{1,1}}}=w\·s_{\mathrm{1,1}};$

h、重复步骤c～g，对U₁(t-2τ₁,x+2λ)的所有道数据进行局部相关加权，得到加权后的记录

i、重复步骤c～h，对延时后的其他地震记录作局部相关加权，得到对应的加权记录

j、最后将所有加权后的记录作线性叠加，输出经过局部相关加权后的波束定向结果 $U=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}\widetilde{U_i}(t-(3-i){\mathrm{\τ}}_1,x+(3-i)\mathrm{\λ}).$

Claims (1)

1.一种局部相关加权地震波束合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、输入n炮炮点连续的地震记录，记为U₁(t,x)、U₂(t,x)、…、U_m(t,x)、…、U_n-1(t,x)、U_n(t,x)，n取为大于2的奇数，其中

b、保持第m炮记录U_m(t,x)不变，其他炮记录利用延时参数τ₁和道分选参数

λ，依次作等间隔延时和等道数分选，延时和分选结果为：

U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)、U₂(t-(m-2)τ₁,x+(m-2)λ)、...、U_m(t,x)、...、U_n-1(t+(m-2)τ₁,x-(m-2)λ)、U_n(t+(m-1)τ₁,x-(m-1)λ)，其中d₁为炮间距，d₂为道间距，k取正整数；

c、以U_m(t,x)为基准，取数据U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)。记U_m(t,x)和U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)的第一道数据为s_m,1和s_1,1，以时窗T选取s_m,1和s_1,1的数据s_m,1(T)和s_1,1(T)，T不小于一个有效子波信号的周期；

d、将s_m,1(T)和s_1,1(T)作互相关，可得最大相关系数和r₁对应的时差Δt₁；

e、设定最大相关系数阈值ε，若r₁＞ε，则求取时窗内数据的主频f₁，若此时则令r₁＝0，反之，r₁不变；若r₁≤ε，则令Δt₁＝0；

f、使时窗中心沿地震记录道移动，重复步骤c～e，s_m,1和s_1,1的最大相关系数曲线r和对应的时差曲线Δt，r＝(_r1,r₂,…,r_p)，Δt＝(Δt₁,Δt₂,…,Δt_p)；

g、进而得到加权系数然后，用此权系数w对s_1,1加权，得到：

$\widetilde{s_{\mathrm{1,1}}}=w\·s_{\mathrm{1,1}};$

h、重复步骤c～g，对U₁(t-(m-1)τ₁,x+(m-1)λ)的所有道数据进行局部相关加权，得到加权后的记录

i、重复步骤c～h，对延时后的其他地震记录作局部相关加权，得到对应的加权记录...、 $\widetilde{U_n}(t+(m-1){\mathrm{\τ}}_1,x-(m-1)\mathrm{\λ});$

j、最后将所有加权后的记录作线性叠加，输出经过局部相关加权后的波束定向结果 $U=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\widetilde{U_i}(t-(m-i){\mathrm{\τ}}_1,x+(m-i)\mathrm{\λ}).$