CN104345341A - 一种基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，属于油气地震勘探领域。本方法包括：(1)输入地震数据，所述地震数据是需要处理的地震采集单炮数据；(2)设计时窗；(3)在步骤(2)设计的时窗内对所述地震数据进行分频处理；(4)在不同时窗、不同的频带内计算时窗内的平均振幅值；(5)设计振幅门槛值；(6)强幅分析；(7)面波区域约束判别与处理；(8)效果分析，如果合适，则转入步骤(9)，如果不合适，则返回步骤(5)；(9)将经过处理后的地震数据再通过小波反变换后形成的数据输出。本发明有效的保护了全局低频信息，同时在面波区域内更加有效的消除面波，提高了信噪比。

Description

一种基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法

技术领域

本发明属于油气地震勘探领域，具体涉及一种基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法。

背景技术

面波是陆上地震勘探中最常见的干扰波之一，与有效信号相比它的能量往往强几倍甚至几十倍，视速度低能量强，频率主要分布在10Hz以内。随着传播距离增大面波振幅延续时间变长，产生频散形成扫帚状分布。面波压制处理方法的选择和应用对地震资料的处理有很大的影响。

地震资料面波处理方法主要有：

1、带通滤波法。依据面波的低频在10Hz以内，设计一个高通滤波器，滤波器的低频为10Hz，对数据进行滤波处理，此时高于这个频率的成份通过，低于这个频率的成份被滤掉了，实现面波处理。这一方法简单，但方法本身在滤去面波的同时，也将低于10Hz的有效成分给滤掉了，损失了一些有用的信息。

2、FXCNS压制面波法。FXCNS预测相干噪音是在给定频率的数据上进行的，根据最小平方误差准则，分别估计每个频率的相干噪音。利用频率和速度两个参数限制噪音范围，对指定范围以外的信号影响较小，能压制空间采样不规则噪音，适用范围广。缺点是在垂直测线方向接收点非常稀疏，不利于相干噪音预测和压制。

3、FK压制面波方法。该方法是对地震数据进行二维傅里叶变换得到F-K谱，在这个谱内面波低频与有效波是分开的，根据这一特性在F-K谱内将面波谱能量进行消除处理后，再进行二维傅里叶反变换得到消除面波的数据。当数据采样过大时FK变换易产生假频，反变换后信号产生失真。

4、自适应面波衰减法。利用时频分析的方法，根据面波和反射波在频率分布特征、空间分布范围、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，然后根据面波的频率特征，对其进行分频加权压制。缺陷是单炮之间的主频存在较大差异时，应采用不同的参数进行压制，否则对有效信号会产生较大损害。

5、基于频率衰减特性面波压制法。在地震记录上确定面波带，针对不同的炮检距选用不同的低切频，在面波带里进行高通滤波。面波的压制在面波带里进行，能够较有效地衰减面波带里的面波能量。该方法实现起来难度很大形成不了生产能力。

以上这些方法具有各自的优缺点，基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法更具优势，能够拟补其它方法的不足，并未见相应的研究文献。

目前消除面波的方法大多都没有考虑在去掉面波的同时也要保留面波频率内的有效地震成分。多数方法对有效信号产生一些改变或被消除，不利于后期的精确处理成像。尤其是地震资料处理的重点由叠后转到叠前，叠前AVO处理及属性分析对地震数据的保幅性要求高，在面波压制过程中确保面波去除的同时，尽可能不损害有效信息，为后续的保幅处理、属性提取等岩性研究工作打下良好资料基础。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，能够在有效消除地震面波的同时保留面波频率内的有效地震成分，采取区域约束机制不破坏面波区域外的接近面波频率的有效信息，利于后期的成像精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，包括：

(1)输入地震数据，所述地震数据是需要处理的地震采集单炮数据；

(2)设计时窗；

(3)在步骤(2)设计的时窗内对所述地震数据进行分频处理；

(4)在不同时窗、不同的频带内计算时窗内的平均振幅值；

(5)设计振幅门槛值；

(6)强幅分析；

(7)面波区域约束判别与处理；

(8)效果分析，如果合适，则转入步骤(9)，如果不合适，则返回步骤(5)；

(9)将经过处理后的地震数据再通过小波反变换后形成的数据输出。

所述步骤(2)是这样实现的：

根据面波起始时间作为分频开始时间，设计接近一个反射子波长度的时窗，所述时窗的长度为400-500ms。

所述步骤(3)是这样实现的：

在时窗内利用下面的小波变换公式对地震数据进行分频处理，将低频面波变换出来：

$\mathrm{Wf}(s,u)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}f\left(x\right)\sqrt{s}\mathrm{\ψ}\left(s(x-u)\right)\mathrm{dx}.$

所述步骤(4)是这样实现的：

利用下式进行振幅强度分析，求取时窗内的平均振幅：

$E_{\mathrm{ftk}}=\frac{1}{n_{\mathrm{ftk}}}\underset{i=1}{\overset{n_{\mathrm{ftk}}}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{iftk}}$

上式中：n_ftk为时窗内所含有的道数，E_ftk是频带f时窗t内k道的平均振幅，A_iftk是频带f时窗t内k道第i个采样点的振幅。

所述步骤(5)是这样实现的：

利用平均振幅对所有采样值进行统计分析，选取能够包含80％采样点数的振幅值作为振幅门槛值；所述统计分析是采用累计叠加统计分析法，对采样点逐点进行统计来实现的。

所述步骤(6)是这样实现的：首先在时窗内进行平均振幅计算，利用平均振幅对所有采样值进行统计分析，选取能够包含80％采样点数的振幅值作为振幅门槛值，将大于这个门槛值的振幅作为强振幅。

所述步骤(7)是这样实现的：

分析步骤(1)输入的地震数据中的单炮，确定能够代表绝大多数的单炮，对该单炮进行分析得到其面波分布，然后设计一个包含其面波的区域，将该区域作为约束区域；

在所述时窗内逐点提取振幅强度值，根据振幅强度分别采用压制因子公式计算，在所述约束区域的约束下对地震数据进行处理更新，具体如下：

对超过振幅门槛值的样点，通过压制因子公式计算得到新的振幅值，并用该新的振幅值替换原来的振幅值。

所述压制因子公式如下：

设频带f时窗t内的压制因子H_ftk为：

$H_{\mathrm{ftk}}=\left\{\begin{array}{cc}1& A_{\mathrm{iftk}}\≤R_{\mathrm{ftk}}{E}_{\mathrm{ftk}}\\ \mathrm{\α}{E}_{\mathrm{ftk}}/A_{\mathrm{iftk}}& A_{\mathrm{iftk}}\≥R_{\mathrm{ftk}}{E}_{\mathrm{ftk}}\end{array}\right.$

式中：α为压制系数，R_ftk为频带f时窗t内的振幅门槛值(即压制面波门槛值)。

所述步骤(8)中的所述效果分析具体如下：

对经过步骤(7)处理后的面波，在面波区域内去掉面波后，如果能够保留有效波，并且区域内的有效波与周边的有效波特征基本一致，则判断为合适，否则为不合适；所述有效波特征包括频率、振幅及双曲特征。

所述步骤(9)中的小波反变换具体如下：采用下面的小波反变换公式对数据进行处理：

$f\left(t\right)=\frac{1}{c_4}\∫\∫\frac{1}{a^2}\mathrm{Wf}(a,b)\mathrm{\ψ}\left(\frac{t-b}{a}\right)\mathrm{dadb}$

上式中：f(x)为输入的地震数据，ψ(x)为基本小波，a为尺度因子，b为平移因子，s为尺度因子的倒数，u等于b，Wf(s，u)为变换后的小波，f(t)为变换后的地震数据，C为矩阵。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用区域约束后，面波存在区域外没有去除任何有效成分，有效的保护了全局低频信息，同时在面波区域内更加有效的消除面波，提高信噪比。去除面波后地震波组特征更加清楚，易于构造解释及其后期研究

附图说明

图1a是原始记录。

图1b是去掉面波后记录。

图1c是未加区域约束的去除部分。

图1d是使用区域约束的去除部分。

图2是本发明方法的步骤框图。

图3a是原始炮。

图3b是低频分离炮。

图3c是分离出来的信息。

图4a是图1a的能量属性。

图4b是图1b的能量属性。

图4c是图1d的能量属性。

图5a是图1a的频谱属性。

图5b是图1b的频谱属性。

图5c是图1d的频谱属性。

图6a是本发明方法实施例1中的原始采集单炮。

图6b是本发明方法实施例1中的分离面波后单炮。

图6c是本发明方法实施例1中的分离出来的面波。

图7a是本发明方法实施例1中的带面波的叠加剖面效果。

图7b是本发明方法实施例1中的分离面波后的叠加剖面效果。

图8a是本发明方法实施例2中的原始采集单炮。

图8b是本发明方法实施例2中的分离面波后的单炮。

图8c是本发明方法实施例2中的分离出来的面波。

图9a是本发明方法实施例2中的带面波的叠加剖面效果。

图9b是本发明方法实施例2中的分离面波后的叠加剖面效果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明方法根据地震面波与周围有效信号相比具有低频高能的特点，进行压制分离时，在设计的时窗内，通过频率分频分析及能量计算，在面波分布区域约束下进行面波分离处理，得到分离面波干扰能量的地震数据。

如图2所示，本发明具体包括以下步骤：

a、输入地震数据

输入需要处理的地震采集单炮数据。

b、时窗设计

根据资料采集的记录上的面波起始时间作为分频开始时间，设计接近一个反射子波长度的时窗，一般为400-500ms(通常子波长度在300-400ms之间，为使时窗完全包含子波，设计时窗稍大于子波长度，为400-500ms)。

c、分频处理

在设计的时窗内利用小波变换对地震数据进行分频处理：

利用小波变换公式：

$\mathrm{Wf}(s,u)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}f\left(x\right)\sqrt{s}\mathrm{\ψ}\left(s(x-u)\right)\mathrm{dx}$

对数据进行分频处理，将低频面波变换出来(即利用上式进行分频处理，然后根据下面所述的分界值将低于分界值的选择出来)，经步骤g判别与处理后的数据，采用小波反变换公式：

$f\left(t\right)=\frac{1}{c_4}\∫\∫\frac{1}{a^2}\mathrm{Wf}(a,b)\mathrm{\ψ}\left(\frac{t-b}{a}\right)\mathrm{dadb}$

再通过小波反变换后输出。

上式中：f(x)为输入地震数据，ψ(x)为基本小波，a为尺度因子，b为平移因子，s为尺度因子的倒数，u等于b，Wf(s，u)为变换后的小波，f(t)为变换后的地震数据，C为矩阵。

分频时要根据资料的面波特点，确定面波最高频率值作为分频的一个分界值，这是由于不同地区的地震面波频率存在差异，一般情况下面波在10hz以下，不同地区可能存在1-3hz的差异。

d、计算平均振幅

在不同时窗(时窗长度不变，只在时间轴上滑动)不同的频带内利用下式进行振幅强度分析，求取时窗内的平均振幅。

$E_{\mathrm{ftk}}=\frac{1}{n_{\mathrm{ftk}}}\underset{i=1}{\overset{n_{\mathrm{ftk}}}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{iftk}}$

式中：n_ftk为时窗内所含有的道数，E_ftk是频带f时窗t内k道的平均振幅，A_iftk是频带f时窗t内k道第i个采样点的振幅。

e、设计振幅门槛值

利用平均振幅值对数据所有采样值进行统计分析(采用累计叠加统计分析法，逐点进行统计)，选取能够包含80％(低绝对值)采样点数的振幅值(80％是指总采样点数量的80％)，作为判别振幅门槛值(在下面g判别与处理步骤中用到)。

f、设计约束区域范围

分析处理资料范围内的单炮，确定能够代表绝大多数的单炮资料(代表绝大多数的单炮的接收道数全，整体能量适中不强不弱，面波特征明显)，对该单炮分析面波分布，设计一个包含面波的区域(该区域与面波区域一致，也就是正好把面波包含在内)，在进行以下处理时采用该区域进行约束(处理时仅在面波约束区域内进行处理)。

g、判别与处理

在设计的时窗内逐点(是指采样点)提取振幅强度值，根据振幅强度分别采用压制因子公式计算，在设计约束区域的约束下对数据进行处理更新(对超过门槛值的样点，采用通过压制因子公式计算得到新的振幅值，并把这个新的振幅值替换原来的值)。

(效果分析：观察判断低频面波是否被压制干净？在面波区域内的有效信息保留下来？单炮整体能量一致，同相波组连续，面波以外区域资料没有受到影响)。

设频带f时窗t内的压制因子H_ftk为：

$H_{\mathrm{ftk}}=\left\{\begin{array}{cc}1& A_{\mathrm{iftk}}\≤R_{\mathrm{ftk}}{E}_{\mathrm{ftk}}\\ \mathrm{\α}{E}_{\mathrm{ftk}}/A_{\mathrm{iftk}}& A_{\mathrm{iftk}}\≥R_{\mathrm{ftk}}{E}_{\mathrm{ftk}}\end{array}\right.$

式中：α为压制系数，R_ftk为频带f时窗t内的压制面波门槛值。

h、形成新数据

通过以上系列计算处理，将地震面波压制、衰减后的地震数据(经步骤g判别与处理后的数据，再通过小波反变换后的数据)输出，以备后期进一步的应用。

原始单炮中发育较强的面波，面波振幅表现为高能低频，频率在10Hz以下，见图1a，经该发明方法处理后面波能量得到了很好地消除，见图1b。图1c是未加区域约束的去除成分，可以看到在面波区域外的一些低频有效成分也被去除掉了，而采用区域约束后(见图1d)在面波区域外没有去除成分，从而保护了有效的低频信息。这是由于在面波区外隐含着频率与能量近似面波的波形信息，分频时同时分列出来被当作面波处理了。区域约束面波处理是本发明的一个重要内容之一。

为了说明针对低频面波的分频处理效果，选取了一个存在高频干扰的单炮进行了处理，可以看出高频干扰道还保留下来，见图3b。由此可以看出分频方法是有效的。

从图4a到图4c对图3a、图3b、图3c的资料进行的能量属性分析看出：带有面波资料的能量属性(图4a)低频能量很强；消除面波的能量属性低频能量消除(图4b)；分离出来的面波能量属性仅含有面波低频(图4c)。

从图5a到图5c对图3a、图3b、图3c资料进行的频谱属性分析也可以看出：带有面波资料的频谱属性(图5a)含有低频部分；消除面波的频谱属性低频消除(图5b)；分离出来的面波仅含有面波低频的(图5c)。

实例1：某油区1地震勘探采集单炮资料，见图6a。按照图2处理流程进行，分离面波后单炮，见图6b，分离出来的面波见图6c。可见图6b单炮里的面波被有效地分离出来，为后期的处理能够奠定高信噪比基础。分别采用原始单炮资料进行叠加处理得到带有面波叠加，见图7a，采用分离面波后的单炮资料进行叠加得到消除面波后的叠加，见图7b，剖面面波低频干扰消除信噪比提高，地震波组特征清楚，易于构造解释及其后期研究。

实例2：某油区2地震勘探采集单炮资料，见图8a。按照图2处理流程进行，分离面波后单炮，见图8b，分离出来的面波见图8c。可见图8a中单炮里的面波被有效地分离出来，为后期的再处理奠定了基础。分别采用原始单炮资料进行叠加处理得到带有带面波叠加，见图9a，采用分离面波后的单炮资料进行叠加得到消除面波后的叠加，见图9b。剖面面波低频干扰消除信噪比提高，地震波组特征清楚，易于构造解释及其后期研究。

本发明的目的是在有效消除地震面波的同时保留面波频率内的有效低频地震成分，该方法基于地震面波具有低频高能的特点，通过频率分频分析及能量计算，在面波分布区域约束下进行面波分离处理，得到分离面波干扰能量的地震数据。。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)输入地震数据，所述地震数据是需要处理的地震采集单炮数据；

(2)设计时窗；

(3)在步骤(2)设计的时窗内对所述地震数据进行分频处理；

(4)在不同时窗、不同的频带内计算时窗内的平均振幅值；

(5)设计振幅门槛值；

(6)强幅分析；

(7)面波区域约束判别与处理；

(8)效果分析，如果合适，则转入步骤(9)，如果不合适，则返回步骤(5)；

(9)将经过处理后的地震数据再通过小波反变换后形成的数据输出。

2.根据权利要求1所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述步骤(2)是这样实现的：

根据面波起始时间作为分频开始时间，设计接近一个反射子波长度的时窗，所述时窗的长度为400-500ms。

3.根据权利要求2所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述步骤(3)是这样实现的：

在时窗内利用下面的小波变换公式对地震数据进行分频处理，将低频面波变换出来：

$\mathrm{Wf}(s,u)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}f\left(x\right)\sqrt{s}\mathrm{\ψ}\left(s(x-u)\right)\mathrm{dx}.$

4.根据权利要求3所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述步骤(4)是这样实现的：

利用下式进行振幅强度分析，求取时窗内的平均振幅：

$E_{\mathrm{ftk}}=\frac{1}{n_{\mathrm{ftk}}}\underset{i=1}{\overset{n_{\mathrm{ftk}}}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{iftk}}$

上式中：n_ftk为时窗内所含有的道数，E_ftk是频带f时窗t内k道的平均振幅，A_iftk是频带f时窗t内k道第i个采样点的振幅。

5.根据权利要求4所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述步骤(5)是这样实现的：

利用平均振幅对所有采样值进行统计分析，选取能够包含80％采样点数的振幅值作为振幅门槛值；所述统计分析是采用累计叠加统计分析法，对采样点逐点进行统计来实现的。

6.根据权利要求5所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述步骤(6)是这样实现的：

首先在时窗内进行平均振幅计算，利用平均振幅对所有采样值进行统计分析，选取能够包含80％采样点数的振幅值作为振幅门槛值，将大于这个门槛值的振幅作为强振幅。

7.根据权利要求6所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述步骤(7)是这样实现的：

分析步骤(1)输入的地震数据中的单炮，确定能够代表绝大多数的单炮，对该单炮进行分析得到其面波分布，然后设计一个包含其面波的区域，将该区域作为约束区域；

在所述时窗内逐点提取振幅强度值，根据振幅强度分别采用压制因子公式计算，在所述约束区域的约束下对地震数据进行处理更新，具体如下：

对超过振幅门槛值的样点，通过压制因子公式计算得到新的振幅值，并用该新的振幅值替换原来的振幅值。

8.根据权利要求7所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述压制因子公式如下：

设频带f时窗t内的压制因子H_ftk为：

$H_{\mathrm{ftk}}=\left\{\begin{array}{cc}1& A_{\mathrm{iftk}}\≤R_{\mathrm{ftk}}{E}_{\mathrm{ftk}}\\ \mathrm{\α}{E}_{\mathrm{ftk}}/A_{\mathrm{iftk}}& A_{\mathrm{iftk}}\≥R_{\mathrm{ftk}}{E}_{\mathrm{ftk}}\end{array}\right.$

式中：α为压制系数，R_ftk为频带f时窗t内的振幅门槛值。

9.根据权利要求8所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述步骤(8)中的所述效果分析具体如下：

对经过步骤(7)处理后的面波，在面波区域内去掉面波后，如果能够保留有效波，并且区域内的有效波与周边的有效波特征基本一致，则判断为合适，否则为不合适；所述有效波特征包括频率、振幅及双曲特征。

10.根据权利要求9所述的基于区域约束的分频段能量地震面波处理方法，其特征在于：所述步骤(9)中的小波反变换具体如下：采用下面的小波反变换公式对数据进行处理：

$f\left(t\right)=\frac{1}{c_4}\∫\∫\frac{1}{a^2}\mathrm{Wf}(a,b)\mathrm{\ψ}\left(\frac{t-b}{a}\right)\mathrm{dadb}$

上式中：f(x)为输入的地震数据，ψ(x)为基本小波，a为尺度因子，b为平移因子，s为尺度因子的倒数，u等于b，Wf(s，u)为变换后的小波，f(t)为变换后的地震数据，C为矩阵。