CN104345344B - 一种微震监测数据谐波干扰压制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微震监测数据谐波干扰压制方法及装置，该方法包括：采集微地震数据，将每个检波点记录的地震数据分选在一起作为一个共检波点道集；将共检波点道集中的每一记录道作FFT变换，获取频域地震数据；利用频域地震数据获得振幅谱；对所述振幅谱的每个频率采样进行多道中值滤波，获得第一次中值滤波后的振幅谱；对第一次中值滤波后的振幅谱的每一记录道进行多点中值滤波，获得第二次中值滤波后的振幅谱；利用第一次中值滤波后的振幅谱和所述第二次中值滤波后的振幅谱获得滤波因子；利用滤波因子对频域地震数据进行滤波处理，并将滤波处理后的结果进行逆FFT变换，得到谐波干扰压制后的时间域微地震数据。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探的数据处理技术领域，特别涉及一种微震监测数据谐波干扰压制方法及装置。
背景技术
在非常规油气水力压裂工程或地热利用工程中，通过微地震监测可以得到岩石破裂时产生的声发射事件,对这些事件的定位可以揭示地下岩石破裂的空间分布等信息,为水力压裂等工程的参数优化和效果评估等提供最直接的帮助。
目前有很多微震监测方法，无论是进行井中监测还是地面排列监测，得到的数据一般信噪比较低，有效的微地震信号一般能量较弱且持续时间短，而各种干扰波则一般持续时间长，且具有明显的频率域分布特征。目前还没有针对性较强的微震记录去噪方法，大部分是沿用地震勘探中的滤波方法，在滤波压制噪声的同时对微震信号也有明显的压制作用，从而降低了微震定位的精度。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提出一种微震监测数据谐波干扰压制方法及装置，本技术方案在频率域对稳态谐波干扰进行统计并压制，达到提高信噪比，突出微震事件能量，提高微震定位精度的目的。
为实现上述目的，本发明提供了一种微震监测数据谐波干扰压制方法，该方法包括：
采集微地震数据，将每个检波点记录的地震数据分选在一起作为一个共检波点道集；
将所述共检波点道集中的每一记录道作FFT变换，获取频域地震数据X(x,f)；其中，x表示采样点所在记录道的道号，f表示采样点对应的频率；
利用所述频域地震数据X(x,f)获得振幅谱A(x,f)；
对所述振幅谱A(x,f)的每个频率采样进行多道中值滤波，获得第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)；
对第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)的每一记录道进行多点中值滤波，获得第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)；
利用所述第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)和所述第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)获得滤波因子；
利用所述滤波因子对所述频域地震数据进行滤波处理，并将滤波处理后的结果进行逆FFT变换，得到谐波干扰压制后的时间域微地震数据。
优选地，所述滤波因子为：
F(x,f)＝A2(x,f)/A1(x,f)
其中，F(x,f)为滤波因子。
优选地，所述振幅谱为：
A(x,f)＝sqrt(Xr 2(x,f)+Xi 2(x,f))
其中，Xr(x,f)、Xi(x,f)分别为频域地震数据X(x,f)的实部和虚部。
优选地，所述采集微地震数据的步骤包括：
通过地面多条排列或井中多级检波器采集单分量或三分量微地震数据；
将连续记录的微地震数据按固定长度分割为多个文件存储。
为实现上述目的，本发明还提供了一种微震监测数据谐波干扰压制装置，该装置包括：
共检波点道集获取单元，用于采集微地震数据，将每个检波点记录的地震数据分选在一起作为一个共检波点道集；
频域地震数据获取单元，用于将所述共检波点道集中的每一记录道作FFT变换，获取频域地震数据X(x,f)；其中，x表示采样点所在记录道的道号，f表示采样点对应的频率；
振幅谱获取单元，用于利用所述频域地震数据X(x,f)获得振幅谱A(x,f)；
第一中值滤波单元，用于对所述振幅谱A(x,f)的每个频率采样进行多道中值滤波，获得第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)；
第二中值滤波单元，用于对第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)的每一记录道进行多点中值滤波，获得第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)；
滤波因子获取单元，用于利用所述第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)和所述第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)获得滤波因子；
时间域微地震数据获取单元，用于利用所述滤波因子对所述频域地震数据进行滤波处理，并将滤波处理后的结果进行逆FFT变换，得到谐波干扰压制后的时间域微地震数据。
优选地，所述滤波因子获取单元得到的滤波因子为：
F(x,f)＝A2(x,f)/A1(x,f)
其中，F(x,f)为滤波因子。
优选地，所述振幅谱获取单元得到的振幅谱为：
A(x,f)＝sqrt(Xr 2(x,f)+Xi 2(x,f))
其中，Xr(x,f)、Xi(x,f)分别为频域地震数据X(x,f)的实部和虚部。
优选地，所述共检波点道集获取单元包括：
采集模块，用于通过地面多条排列或井中多级检波器采集单分量或三分量微地震数据；
存储模块，用于将连续记录的微地震数据按固定长度分割为多个文件存储。
上述技术方案具有如下有益效果：
(1)通过共检波点道集的频谱进行滤波器设计和谐波干扰压制，符合谐波干扰在每个检波点相对稳定的特点，方法针对性强。
(2)在频率域对频谱进行中值滤波，避免了微震信号对滤波器设计的影响，也保证了微震信号在滤波时不受压制。
(3)算法计算简单，运算效率高；
(4)谐波干扰压制后，微地震事件能量更加突出，易于识别。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种微震监测数据谐波干扰压制方法流程图；
图2为本发明提出的一种微震监测数据谐波干扰压制装置框图；
图3为本实施例地面监测数据的一个检波点记录示意图；
图4为本实施例的地面监测数据的一个检波点记录的频谱图；
图5为本实施例的地面监测数据的一个检波点记录干扰压制后获得的时间域微地震数据示意图；
图6为基于图5的时间域微地震数据的频谱图；
图7为本实施例的地面监测数据的一个微地震记录压制前的示意图；
图8为基于图7的微地震记录压制后的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术方案的工作原理为：通过FFT变换在频率域针对谐波干扰的特点设计针对性的滤波器，并逐道进行谐波压制，通过两次对频谱的中值滤波保证了设计滤波器的稳定性和有效性，干扰压制后微震能量相对突出，信噪比得到提高。
基于上述工作原理，本发明提出的一种微震监测数据谐波干扰压制方法，如图1所示。该方法包括：
步骤101)：采集微地震数据，将每个检波点记录的地震数据分选在一起作为一个共检波点道集；
步骤102)：将所述共检波点道集中的每一记录道作FFT变换，获取频域地震数据X(x,f)；其中，x表示采样点所在记录道的道号，f表示采样点对应的频率；
步骤103)：利用所述频域地震数据X(x,f)获得振幅谱A(x,f)；
步骤104)：对所述振幅谱A(x,f)的每个频率采样进行多道中值滤波，获得第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)；
步骤105)：对第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)的每一记录道进行多点中值滤波，获得第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)；
步骤106)：利用所述第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)和所述第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)获得滤波因子；
步骤107)：利用所述滤波因子对所述频域地震数据进行滤波处理，并将滤波处理后的结果进行逆FFT变换，得到谐波干扰压制后的时间域微地震数据。
优选地，所述滤波因子为：
F(x,f)＝A2(x,f)/A1(x,f)
其中，F(x,f)为滤波因子。
优选地，所述振幅谱为：
A(x,f)＝sqrt(Xr 2(x,f)+Xi 2(x,f))
其中，Xr(x,f)、Xi(x,f)分别为频域地震数据X(x,f)的实部和虚部。
优选地，所述采集微地震数据的步骤包括：
通过地面多条排列或井中多级检波器采集单分量或三分量微地震数据；
将连续记录的微地震数据按固定长度分割为多个文件存储。
基于上述工作原理，本发明还提出了一种微震监测数据谐波干扰压制装置。如图2所示，该装置包括：
共检波点道集获取单元201，用于采集微地震数据，将每个检波点记录的地震数据分选在一起作为一个共检波点道集；
频域地震数据获取单元202，用于将所述共检波点道集中的每一记录道作FFT变换，获取频域地震数据X(x,f)；其中，x表示采样点所在记录道的道号，f表示采样点对应的频率；
振幅谱获取单元203，用于利用所述频域地震数据X(x,f)获得振幅谱A(x,f)；
第一中值滤波单元204，用于对所述振幅谱A(x,f)的每个频率采样进行多道中值滤波，获得第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)；
第二中值滤波单元205，用于对第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)的每一记录道进行多点中值滤波，获得第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)；
滤波因子获取单元206，用于利用所述第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)和所述第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)获得滤波因子；
时间域微地震数据获取单元207，用于利用所述滤波因子对所述频域地震数据进行滤波处理，并将滤波处理后的结果进行逆FFT变换，得到谐波干扰压制后的时间域微地震数据。
优选地，所述滤波因子获取单元206得到的滤波因子为：
F(x,f)＝A2(x,f)/A1(x,f)
其中，F(x,f)为滤波因子。
优选地，所述振幅谱获取单元203得到的振幅谱为：
A(x,f)＝sqrt(Xr 2(x,f)+Xi 2(x,f))
其中，Xr(x,f)、Xi(x,f)分别为频域地震数据X(x,f)的实部和虚部。
优选地，所述共检波点道集获取单元201包括：
采集模块，用于通过地面多条排列或井中多级检波器采集单分量或三分量微地震数据；
存储模块，用于将连续记录的微地震数据按固定长度分割为多个文件存储。
下面通过一个实例进行详述本技术方案。
本技术方案在中国南部某区块进行了实施，针对压裂井在地面部署了12个方向的放射状测线进行采集，采集数据150GB，通过本方法处理得到了合理可靠的定位结果，说明了方法的可行性和实用性。具体实现步骤详述如下：
1)通过地面12条排列，采集单分量地面微地震数据，并将连续记录数据按固定长度20秒分割为多个文件存储；
2)将监测数据按检波点分选，即将每个检波点记录的数据分选在一起作为一个共检波点道集s(x,t)；如图3所示，为本实施例地面监测数据的一个检波点记录示意图。
3)对每个共检波点道集的每个记录道做FFT变换得到频域微地震数据X(x,f)；其中，用Xr(x,f)、Xi(x,f)分别代表频域微地震数据X(x,f)的实部和虚部；
4)求取X(x,f)的振幅谱；如图4所示，为本实施例的地面监测数据的一个检波点记录的频谱图；
5)对A(x,f)的每一个频率采样进行多道中值滤波得到A1(x,f)；
6)对A1(x,f)的每一道从低频到高频进行多点中值滤波得到去除谐波频率的A2(x,f)；
7)求取滤波因子；其中，F(x,f)＝A2(x,f)/A1(x,f)，F(x,f)表示滤波因子；
8)对X(x,f)用滤波因子F(x,f)进行滤波得到滤波后记录Y(x,f)；即：
Y(x,f)＝X(x,f)·F(x,f)
9)将Y(x,f)进行反FFT变换就得到了谐波干扰压制后的时间域地震记录；如图5所示，为本实施例的地面监测数据的一个检波点记录干扰压制后获得的时间域微地震数据示意图；时间域微地震数据对应的频谱如图6所示；
10)重复步骤3)到步骤9)就得到了谐波干扰压制后的全部微地震记录，再按记录号进行分选，就完成了处理过程。
如图7所示，为本实施例的地面监测数据的一个微地震记录压制前的示意图；如图8所示，为基于图7的微地震记录压制后的示意图。对比图7和图8可知，经过以上的处理过程之后，我们得到了比较理想的定位结果，该方法充分考虑了有效信号的频率特性，通过谐波干扰压制后得到了高品质的微地震记录，与压制前相比信噪比明显提高，更易于识别。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微震监测数据谐波干扰压制方法，其特征在于，该方法包括：
采集微地震数据，将每个检波点记录的地震数据分选在一起作为一个共检波点道集；
将所述共检波点道集中的每一记录道作FFT变换，获取频域地震数据X(x,f)；其中，x表示采样点所在记录道的道号，f表示采样点对应的频率；
利用所述频域地震数据X(x,f)获得振幅谱A(x,f)；
对所述振幅谱A(x,f)的每个频率采样进行多道中值滤波，获得第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)；
对第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)的每一记录道进行多点中值滤波，获得第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)；
利用所述第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)和所述第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)获得滤波因子；
利用所述滤波因子对所述频域地震数据进行滤波处理，并将滤波处理后的结果进行逆FFT变换，得到谐波干扰压制后的时间域微地震数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤波因子为：
F(x,f)＝A2(x,f)/A1(x,f)
其中，F(x,f)为滤波因子。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振幅谱为：
A(x,f)＝sqrt(Xr 2(x,f)+Xi 2(x,f))
其中，Xr(x,f)、Xi(x,f)分别为频域地震数据X(x,f)的实部和虚部。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集微地震数据的步骤包括：
通过地面多条排列或井中多级检波器采集单分量或三分量微地震数据；
将连续记录的微地震数据按固定长度分割为多个文件存储。
5.一种微震监测数据谐波干扰压制装置，其特征在于，该装置包括：
共检波点道集获取单元，用于采集微地震数据，将每个检波点记录的地震数据分选在一起作为一个共检波点道集；
频域地震数据获取单元，用于将所述共检波点道集中的每一记录道作FFT变换，获取频域地震数据X(x,f)；其中，x表示采样点所在记录道的道号，f表示采样点对应的频率；
振幅谱获取单元，用于利用所述频域地震数据X(x,f)获得振幅谱A(x,f)；
第一中值滤波单元，用于对所述振幅谱A(x,f)的每个频率采样进行多道中值滤波，获得第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)；
第二中值滤波单元，用于对第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)的每一记录道进行多点中值滤波，获得第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)；
滤波因子获取单元，用于利用所述第一次中值滤波后的振幅谱A1(x,f)和所述第二次中值滤波后的振幅谱A2(x,f)获得滤波因子；
时间域微地震数据获取单元，用于利用所述滤波因子对所述频域地震数据进行滤波处理，并将滤波处理后的结果进行逆FFT变换，得到谐波干扰压制后的时间域微地震数据。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述滤波因子获取单元得到的滤波因子为：
F(x,f)＝A2(x,f)/A1(x,f)
其中，F(x,f)为滤波因子。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述振幅谱获取单元得到的振幅谱为：
A(x,f)＝sqrt(Xr 2(x,f)+Xi 2(x,f))
其中，Xr(x,f)、Xi(x,f)分别为频域地震数据X(x,f)的实部和虚部。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述共检波点道集获取单元包括：
采集模块，用于通过地面多条排列或井中多级检波器采集单分量或三分量微地震数据；
存储模块，用于将连续记录的微地震数据按固定长度分割为多个文件存储。
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