CN105068119B - 低频地震数据中的面波的衰减方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低频地震数据的面波衰减方法及其装置，该方法包括：获取地震数据，对低频端地震数据进行时频分析，以获得该低频端地震数据中的面波的特征；根据该面波的特征检测至少一个地震道上的面波噪声与频率的变化关系及该面波噪声对应的频率位置和地震道位置，以检测出该面波噪声；根据该变化关系、该频率位置及该地震道位置定义一多变量函数；根据多个设定噪声衰减值对该多变量函数进行模拟，将模拟后的该多变量函数作为该面波噪声的噪声衰减系数；利用该噪声衰减系数对该低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除该面波噪声；对去除该面波噪声后地震数据进行重构。本发明可以对低频面波进行压制并能保护有效信号。
Description
技术领域
本发明涉及地震数据处理技术领域，尤其涉及一种低频地震数据中的面波的衰减方法及其装置。
背景技术
近些年来的理论研究和实践表明，从地震数据中获得高频地震信号的成本很高，与此相比，获得低频地震信号仅需要较小的代价。因此，在地震数据采集、处理及解释等过程中，低频地震有效信号的保护和利用越来越受到重视，在地震数据的处理阶段尤其突出。
然而，地震数据中的低频地震有效信号往往和典型的低频噪声(即面波)混杂在一起。现有的针对面波的压制技术，例如高通滤波、区域滤波、自适应面波压制，只是通过简单的滤波技术对地震数据中的低频面波进行压制，在滤除面波的同时，常常会损失大量的低频地震有效信号。
发明内容
本发明提供一种低频地震数据中的面波的衰减方法及其装置，以解决上述一项或多项缺失。
本发明提供一种低频地震数据的面波衰减方法，所述方法包括：获取地震数据，对低频端地震数据进行时频分析，以获得所述低频端地震数据中的面波的特征，所述低频端地震数据是地震频率在一设定地震频率以下的地震数据；根据所述面波的特征检测至少一个地震道上的面波噪声与频率的变化关系及所述面波噪声对应的频率位置和地震道位置，以检测出所述面波噪声；根据所述变化关系、所述频率位置及所述地震道位置定义一多变量函数；根据多个设定噪声衰减值对所述多变量函数进行模拟，将模拟后的所述多变量函数作为所述面波噪声的噪声衰减系数；利用所述噪声衰减系数对所述低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除所述面波噪声；对去除所述面波噪声后地震数据进行重构。
一个实施例中，所述设定地震频率为11Hz或12Hz或13Hz。
一个实施例中，所述面波的特征包括不同时间及不同频率处的面波能量信息。
一个实施例中，根据所述面波噪声对应的时间位置定义所述多变量函数。
一个实施例中，对于一设定的所述时间位置，在所述面波噪声所在的区域，所述噪声衰减系数为Mk(i,j,x)/Pk(i,j,x)，在不是所述面波噪声所在的区域，所述噪声衰减系数为1，其中，Pk(i,j,x)为含面波噪声的振幅包络；Mk(i,j,x)为含所述地震数据中反射波的包络中值，i为时间序号，j为地震道序号，x为炮检距序号，k为地震频率序号。
一个实施例中，在所述利用所述噪声衰减系数对所述低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除所述面波噪声之前，包括：对所述噪声衰减系数进行平滑处理。
一个实施例中，所述多变量函数是频率、时间及炮检距的函数。
一个实施例中，在所述对去除所述面波后地震数据进行重构之后，包括：通过时频变换将重构后的所述地震数据转换至时空域。
本发明提供一种低频地震数据的面波衰减装置，所述装置包括：面波特征分析单元，用于获取地震数据，对低频端地震数据进行时频分析，以获得所述低频端地震数据中的面波的特征，所述低频端地震数据是地震频率在一设定地震频率以下的地震数据；面波检测单元，用于根据所述面波的特征检测至少一个地震道上的面波噪声与频率的变化关系及所述面波噪声对应的频率位置和地震道位置，以检测出所述面波噪声；多变量函数生成单元，用于根据所述变化关系、所述频率位置及所述地震道位置定义一多变量函数；衰减系数生成单元，用于根据多个设定噪声衰减值对所述多变量函数进行模拟，将模拟后的所述多变量函数作为所述面波噪声的噪声衰减系数；面波噪声衰减单元，用于利用所述噪声衰减系数对所述低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除所述面波噪声；地震数据重构单元，用于对去除所述面波噪声后地震数据进行重构。
一个实施例中，所述设定地震频率为11Hz或12Hz或13Hz。
一个实施例中，所述面波的特征包括不同时间及不同频率处的面波能量信息。
一个实施例中，所述多变量函数生成单元，还用于根据所述面波噪声对应的时间位置定义所述多变量函数。
一个实施例中，对于一设定的所述时间位置，在所述面波噪声所在的区域，所述噪声衰减系数为Mk(i,j,x)/Pk(i,j,x)，在不是所述面波噪声所在的区域，所述噪声衰减系数为1，其中，Pk(i,j,x)为含面波噪声的振幅包络；Mk(i,j,x)为含所述地震数据中反射波的包络中值，i为时间序号，j为地震道序号，x为炮检距序号，k为地震频率序号。
一个实施例中，所述装置还包括一平滑处理单元，用于对所述噪声衰减系数进行平滑处理。
一个实施例中，所述多变量函数是频率、时间及炮检距的函数。
一个实施例中，所述装置还包括频率-时空转换单元，用于通过时频变换将重构后的所述地震数据转换至时空域。
本发明通过时频分析技术先检测出低频面波噪音，再通过给定衰减系数对低频面波噪音进行压制。其中用于衰减面波噪声的噪声衰减系数是频变的，处理参数随频率而变化。本发明只衰减低频端的噪音，其它频段的信息保持不变。使用本发明的方法或装置对地震数据进行面波衰减后，低频面波可以得到很好的压制，而且低频端的有效信号成分基本没有损失。
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。在附图中：
图1是本发明实施例的低频地震数据的面波衰减方法的流程示意图；
图2A是一包含低频面波噪声的理论单炮记录示意图；
图2B是图2A中理论单炮记录对应的频谱示意图；
图3是本发明一实施例的低频地震数据的面波衰减方法的流程示意图；
图4是本发明一实施例的低频地震数据的面波衰减方法的流程示意图；
图5A是图2A中理论单炮记录通过9Hz高通滤波后的地震记录示意图；
图5B是图5A中滤波后理论单炮记录的频谱示意图；
图6A是图2A中理论单炮记录通过13Hz高通滤波后的地震记录示意图；
图6B是图6A中滤波后理论单炮记录的频谱示意图；
图7A是图2A中理论单炮记录通过本发明一实施例的面波衰减方法进行面波衰减后的地震记录示意图；
图7B是图7A中滤波后理论单炮记录的频谱示意图；
图8A是一实际三维地震数据的地震记录示意图；
图8B是图8A中的炮记录根据本发明一实施例的面波衰减方法进行面波衰减后的地震记录示意图；
图9是本发明实施例的低频地震数据的面波衰减装置的结构示意图；
图10是本发明一实施例的低频端地震数据的面波衰减装置的示意图；
图11是本发明一实施例的低频端地震数据的面波衰减装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例的面波衰减方法，首先通过时频分析技术检测出低频面波噪声，然后通过设定噪声衰减系数对低频面波噪声进行压制，其中的衰减系数随频率发生变化。
图1是本发明实施例的低频地震数据的面波衰减方法的流程示意图。如图1所示，面波衰减方法包括步骤：
S101：获取地震数据，对低频端地震数据进行时频分析，以获得所述低频端地震数据中的面波的特征，所述低频端地震数据是地震频率在一设定地震频率以下的地震数据；
S102：根据所述面波的特征检测至少一个地震道上的面波噪声与频率的变化关系及所述面波噪声对应的频率位置和地震道位置，以检测出所述面波噪声；
S103：根据所述变化关系、所述频率位置及所述地震道位置定义一多变量函数；
S104：根据多个设定噪声衰减值对所述多变量函数进行模拟，将模拟后的所述多变量函数作为所述面波噪声的噪声衰减系数；
S105：利用所述噪声衰减系数对所述低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除所述面波噪声；
S106：对去除所述面波噪声后地震数据进行重构。
本发明实施例的面波衰减方法，只对低频端的面波噪声进行衰减，其它频段的信息保持不变。经过本发明实施例的方法进行面波衰减后的地震数据，低频面波可以得到很好的压制，但低频端的有效信号成分基本没有损失。
在上述步骤S101中，该设定地震频率可以根据频谱中面波噪声的分布情况进行选择。例如，如图2A和图2B所示，由面波噪声201和低频端地震数据202对比可以看出，频谱中的面波噪声201主要集中在12Hz以下，则该设定频率可以是12Hz。
在其他实施例中，该设定频率可以是11Hz或13Hz等。
在上述步骤S101和S102中，该面波的特征可以包括不同时间及不同频率处的面波能量信息。
本发明实施例的面波衰减方法中，由于获得面波的特征时考虑了时间因素，所得面波的特征划分更精细，有利于更好的去除面波噪声，减少有效信号的损失。
在上述步骤S103中，除了根据面波噪声与频率的变化关系、所述频率位置及所述地震道位置定义上述多变量函数，还可以根据该面波噪声对应的时间位置定义该多变量函数。
本发明实施例的面波衰减方法，通过考虑多方面的因素，包括与频率的变化关系、频率位置、地震道及时间位置，可以准确剔除面波噪声，保留有效信号。
在上述步骤S103中，得到的多变量函数可以是频率、时间及炮检距的函数。其中，炮检距可由地震道中的信息得到。
本发明实施例中，该多变量函数综合考虑了多种面波噪声的因变量，更利于在上述步骤S104中，模拟出更符合该设定噪声衰减值的多变量函数。
图3是本发明一实施例的低频地震数据的面波衰减方法的流程示意图。如图3所示，在上述步骤S105之前，图1所示的面波衰减方法还可以包括步骤：
S107：对所述噪声衰减系数进行平滑处理。
本发明实施例的面波衰减方法，对衰减系数进行平滑处理后，在对低频端的地震数据去除噪声，可以更加准确地对低频面波噪声进行压制。
图4是本发明一实施例的低频地震数据的面波衰减方法的流程示意图。如图4所示，在上述步骤S106之后，图1所示的面波衰减方法还可以包括步骤：
S108：通过时频变换将重构后的所述地震数据转换至时空域。
通过上述步骤S108，从而得到时空域的地震数据，便于研究人员对地震数据中的有效信号进行分析。
在一个具体实施例中，地震数据的中的地震反射波的传播方程为：
其中，U(f,t)为地震反射波传播时间t秒后的频谱，A(f)为t＝0时刻的频谱，Q为品质因子。
而低频面波噪声有着与上述地震反射波完全不同的分布规律，对比公式(1)，检测面波的时间位置，计算得到噪声衰减系数：
其中，Pk(i,j,x)为含面波数据的振幅包络，Mk(i,j,x)为含反射波数据的包络中值，i为时间序号，j为道序号，x为炮检距序号，k为频率序号，k为正整数。
对噪声衰减系数进行积分滤波，达到平滑处理的目的。
利用上述求得的噪声衰减系数公式(2)对地震数据进行面波噪声衰减，得到衰减面波后的地震数据：
X′k(i,j,x)＝Xk(i,j,k)·αk(i,j,x) (3)，
其中，Xk(i,j,k)为输入的地震数据，X′k(i,j,x)为频率k上衰减面波后地震数据，i为时间序号，j为道序号，x为炮检距序号。
对每一地震道上不同频率成分去除面波噪声后的地震数据进行地震数据重构，从而达到去除整个数据中低频面波的目的，其中，重构公式为：
其中，X′k(i,j,x)为频率k上衰减面波后地震数据，i为时间序号，j为道序号，x为炮检距序号，k为频率，k为正整数，k＝1…L，L为正整数，L≥1。
图5A是图2A中理论单炮记录通过9Hz高通滤波后的地震记录示意图，图5B是图5A中滤波后理论单炮记录的频谱示意图，图6A是图2A中理论单炮记录通过13Hz高通滤波后的地震记录示意图，图6B是图6A中滤波后理论单炮记录的频谱示意图。如图5A和图5B所示，由9Hz滤波后剩余的面波噪声501和滤波后的低频端地震数据502对比可以看出，当高通滤波所用频率为9Hz时，面波噪声几乎没有衰减，如图6A和图6B所示，由13Hz滤波后剩余的面波噪声601和滤波后的低频端地震数据602对比可以看出，当高通滤波所用频率增加至13Hz时，面波噪声几乎被全部衰减掉，但是13Hz以下的地震有效信号也基本被消除。
图7A是图2A中理论单炮记录通过本发明一实施例的面波衰减方法进行面波衰减后的地震记录示意图，图7B是图7A中滤波后理论单炮记录的频谱示意图，图8A是一实际三维地震数据的地震记录示意图，图8B是图8A中的炮记录根据本发明一实施例的面波衰减方法进行面波衰减后的地震记录示意图。如图7A、图7B、图8A及图8B所示，由图7A地震记录和图7B中的面波衰减后的低频端地震数据702对比，及实际三维地震数据面波衰减前的面波噪声801和面波衰减后的地震数据802对比可以看出，经过本发明实施例的面波衰减方法对图2A和图2B中的地震数据进行面波噪声衰减后，面波噪声基本被消除干净，但地震数据中的低频端的有效被完整保存下来。
本发明的低频地震数据的面波衰减方法，只对地震数据中低频端的面波噪声进行衰减。本发明实施例中用于面波噪声衰减的面波衰减系数随地震频率变化，从而低频面波可以得到很好的压制，但低频端地震数据的有效信号成分不会受到损失。
基于与图1所示的低频地震数据的面波衰减方法相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种低频地震数据的面波衰减装置，如下面实施例所述。由于该低频地震数据的面波衰减装置解决问题的原理与低频地震数据的面波衰减方法相似，因此该低频地震数据的面波衰减装置的实施可以参见多表情匹配账户认证方法的实施，重复之处不再赘述。
图9是本发明实施例的低频地震数据的面波衰减装置的结构示意图。如图9所示，低频地震数据的面波衰减装置包括面波特征分析单元901、面波检测单元902、多变量函数生成单元903、衰减系数生成单元904、面波噪声衰减单元905、地震数据重构单元906。
面波特征分析单元901与面波检测单元902连接，面波检测单元902与多变量函数生成单元903连接，多变量函数生成单元903与衰减系数生成单元904连接，衰减系数生成单元904与面波噪声衰减单元905连接，面波噪声衰减单元905与地震数据重构单元906连接。
面波特征分析单元901用于获取地震数据，对低频端地震数据进行时频分析，以获得该低频端地震数据中的面波的特征，该低频端地震数据是地震频率在一设定地震频率以下的地震数据。
面波检测单元902用于根据该面波的特征检测至少一个地震道上的面波噪声与频率的变化关系及该面波噪声对应的频率位置和地震道位置，以检测出该面波噪声。
多变量函数生成单元903用于根据该面波噪声与频率的变化关系、该频率位置及该地震道位置定义一多变量函数。
衰减系数生成单元904用于根据多个设定噪声衰减值对该多变量函数进行模拟，将模拟后的多变量函数作为该面波噪声的噪声衰减系数。
面波噪声衰减单元905用于利用上述噪声衰减系数对上述低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除上述面波噪声。
地震数据重构单元906用于对去除面波噪声后地震数据进行重构。
本发明实施例的低频地震数据的面波衰减装置，通过多变量函数生成单元生成多变量函数为基础，对低频端地震数据进行面波衰减，可以较好消除面波噪声，并保留有效信号。
一个实施例中，图9面波特征分析单元901中的设定地震频率可以是11Hz或12Hz或13Hz，具体数值可视需要而定。
一个实施例中，上述面波特征分析单元901分析得到的面波的特征包括不同时间及不同频率处的面波能量信息。因含有不同时间的面波的特征信息，所以面波的特征分类更细，更利于剔除面波噪声。
一个实施例中，上述多变量函数生成单元903还用于根据所述面波噪声对应的时间位置定义所述多变量函数。多变量函数考虑的影响面波的因素更全面，更利于完全去除面波噪声。
一个具体实施例中，对于一设定的时间位置，在面波噪声所在的区域，噪声衰减系数为Mk(i,j,x)/Pk(i,j,x)，在不是面波噪声所在的区域，噪声衰减系数为1。其中，Pk(i,j,x)为含面波噪声的振幅包络；Mk(i,j,x)为含所述地震数据中反射波的包络中值，i为时间序号，j为地震道序号，x为炮检距序号，k为地震频率序号。
图10是本发明一实施例的低频端地震数据的面波衰减装置的示意图，如图10所示，图9所示的面波衰减装置还可包括一平滑处理单元907。平滑处理单元907一端与衰减系数生成单元904连接，另一端与面波噪声衰减单元905连接。该平滑处理单元907用于对所述噪声衰减系数进行平滑处理。对衰减系数进行平滑处理后，在对低频端的地震数据去除噪声，可以更加准确地对低频面波噪声进行压制。
一个实施例中，多变量函数生成单元903定义的多变量函数是频率、时间及炮检距的函数。
图11是本发明一实施例的低频端地震数据的面波衰减装置的示意图，如图11所示，图9所示的面波衰减装置还可包括频率-时空转换单元908。频率-时空转换单元908与地震重构单元906连接。该频率-时空转换单元908用于通过时频变换将重构后的所述地震数据转换至时空域，以得到去除面波噪声后的地震数据。
本发明的低频地震数据的面波衰减装置，通过衰减系数生成单元生成的噪声衰减系数对地震数据中低频端的面波噪声进行衰减。用于面波噪声衰减的面波衰减系数随地震频率变化，从而低频面波可以得到很好的压制，但低频端地震数据的有效信号成分不会受到损失。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，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例而已，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)
1.一种低频地震数据的面波衰减方法，其特征在于，所述方法包括：
获取地震数据，对低频端地震数据进行时频分析，以获得所述低频端地震数据中的面波的特征，所述低频端地震数据是地震频率在一设定地震频率以下的地震数据，所述面波的特征包括不同时间及不同频率处的面波能量信息；
根据所述面波的特征检测至少一个地震道上的面波噪声与频率的变化关系及所述面波噪声对应的频率位置和地震道位置，以检测出所述面波噪声；
根据所述变化关系、所述面波噪声对应的时间位置、所述频率位置及所述地震道位置定义一多变量函数；
根据多个设定噪声衰减值对所述多变量函数进行模拟，将模拟后的所述多变量函数作为所述面波噪声的噪声衰减系数；
利用所述噪声衰减系数对所述低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除所述面波噪声；
对去除所述面波噪声后地震数据进行重构；
其中，所述多变量函数是频率、时间及炮检距的函数；
对于一设定的所述时间位置，在所述面波噪声所在的区域，所述噪声衰减系数为Mk(i,j,x)/Pk(i,j,x)，在不是所述面波噪声所在的区域，所述噪声衰减系数为1，
其中，Pk(i,j,x)为含面波噪声的振幅包络；Mk(i,j,x)为含所述地震数据中反射波的包络中值，i为时间序号，j为地震道序号，x为炮检距序号，k为地震频率序号。
2.如权利要求1所述的低频地震数据的面波衰减方法，其特征在于，所述设定地震频率为11Hz或12Hz或13Hz。
3.如权利要求1所述的低频地震数据的面波衰减方法，其特征在于，在所述利用所述噪声衰减系数对所述低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除所述面波噪声之前，包括：
对所述噪声衰减系数进行平滑处理。
4.如权利要求1所述的低频地震数据的面波衰减方法，其特征在于，在所述对去除所述面波后地震数据进行重构之后，包括：
通过时频变换将重构后的所述地震数据转换至时空域。
5.一种低频地震数据的面波衰减装置，其特征在于，所述装置包括：
面波特征分析单元，用于获取地震数据，对低频端地震数据进行时频分析，以获得所述低频端地震数据中的面波的特征，所述低频端地震数据是地震频率在一设定地震频率以下的地震数据，所述面波的特征包括不同时间及不同频率处的面波能量信息；
面波检测单元，用于根据所述面波的特征检测至少一个地震道上的面波噪声与频率的变化关系及所述面波噪声对应的频率位置和地震道位置，以检测出所述面波噪声；
多变量函数生成单元，用于根据所述变化关系、所述面波噪声对应的时间位置、所述频率位置及所述地震道位置定义一多变量函数；
衰减系数生成单元，用于根据多个设定噪声衰减值对所述多变量函数进行模拟，将模拟后的所述多变量函数作为所述面波噪声的噪声衰减系数；
面波噪声衰减单元，用于利用所述噪声衰减系数对所述低频端地震数据中所有的面波噪声进行衰减以去除所述面波噪声；
地震数据重构单元，用于对去除所述面波噪声后地震数据进行重构；
其中，所述多变量函数是频率、时间及炮检距的函数；
对于一设定的所述时间位置，在所述面波噪声所在的区域，所述噪声衰减系数为Mk(i,j,x)Pk(i,j,x)，在不是所述面波噪声所在的区域，所述噪声衰减系数为1，
其中，Pk(i,j,x)为含面波噪声的振幅包络；Mk(i,j,x)为含所述地震数据中反射波的包络中值，i为时间序号，j为地震道序号，x为炮检距序号，k为地震频率序号。
6.如权利要求5所述的低频地震数据的面波衰减装置，其特征在于，所述设定地震频率为11Hz或12Hz或13Hz。
7.如权利要求5所述的低频地震数据的面波衰减装置，其特征在于，所述装置还包括一平滑处理单元，用于对所述噪声衰减系数进行平滑处理。
8.如权利要求5所述的低频地震数据的面波衰减装置，其特征在于，所述装置还包括频率-时空转换单元，用于通过时频变换将重构后的所述地震数据转换至时空域。
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|---|---|
| CN105068119A (zh) | 2015-11-18 |
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