CN105093282A - 基于频率约束的能量置换面波压制方法 - Google Patents

Abstract

本发明给出了一种基于频率约束的能量置换面波压制方法。包括：对含面波数据做频率扫描和频谱分析，以确定面波的频带范围；将面波频宽范围内信号与面波频宽范围外信号从原始资料中分离出来；根据面波与有效信号在能量方面的差异，分别对分离出来的面波频宽范围内、外数据沿时间轴逐道做多时窗均方根振幅增益分析，求取各时窗内增益算子；在含有面波的某个时窗内，通过增益算子置换方式，采用较大的增益算子对面波频宽内信号做反增益计算，面波强能量压制到与有效信号具有相同能量级的强度；最后通过数学计算就可得到面波压制后的地震数据。本发明的方法最大程度地压制了面波干扰，具有结果的可靠性；操作简单易实现；低频信息的保护。

Description

基于频率约束的能量置换面波压制方法

技术领域

本发明属于油气勘探地震资料处理方法领域，是一种几乎不损失有效信号低频信息的基于频率约束的能量置换面波压制方法。

现有技术

地震勘探中广泛存在的一种规则干扰波，具有低频、低速、衰减较慢的特点。面波的存在，影响资料的信噪比、分辨率，如果叠前不对其进行有效地压制，最终必然会影响到整个资料处理的质量。在压制面波的同时，如何避免对有效信号的损害尤其是对低频信号的损害，一直是地震资料处理的重要内容。

根据面波的特性，目前已经提出了许多种压制面波的方法，如低截频滤波、区域滤波、内切除、F-K滤波，Radon变换等。这些方法都具有各自的特点并取得了明显的效果，但它们只是侧重考虑某一方面的特性或依据某种假设条件，都有其局限性。如低截频滤波会严重损失中深层的低频有效波信息；区域滤波虽然避免了低截频滤波对面波区域外信号的影响，但对区域内的有效低频信号也进行了滤波处理且有边界效应；内切除在切除面波的同时，也将包含在面波中的有效信息切除掉，不可再恢复；F-K滤波要求有规则的空间采样间隔，只适用于地层倾角较缓的地区，对于复杂条件下的面波去除效果不佳，混波现象严重；Radon变换是依据有效波和噪音的视速度符号和大小的不同来达到压制噪音的目的，面波虽然是一种规则的线性噪音，但是它在地震记录上的分布从浅到深会出现严重的扫帚状特征，它的速度和频率从浅到深都有变化，将含有面波的地震数据变换到Radon域，面波并不是一个点，从而也很难完全去除。

而随着油气勘探工作的不断深化，地震资料处理中对地震低频信息重要性的认识越来越深入。低频信息在高陡构造成像、拓展频带、以及叠前反演等方面具有重要意义，在数据处理过程中如何最大限度的保护好低频信息显得越来越重要。

发明内容

本发明的目的是在充分分析面波的频率特征的基础上，针对现有面波衰减方法在处理过程中极容易误伤低频信息的现状，提供一种最大限度保护低频有效信息的基于频率约束的能量置换面波压制方法。

本发明的总体技术路线

基于频率约束的能量置换面波压制方法去除面波，其实质就是依据面波与有效信号在频率及能量两方面的差异，在面波频带范围内，对面波能量进行有效压制，而不像滤波技术对面波进行滤除。这样，在有效压制面波的同时，有效信号的低频成分几乎不会有任何损失。

本发明总体技术方案包括以下内容：

1)对含面波数据做频率扫描和频谱分析，以确定面波的频带范围；

2)将面波频宽范围内信号与面波频宽范围外信号从原始资料中分离出来；

3)根据面波与有效信号在能量方面的差异，分别对分离出来的面波频宽范围内、外数据沿时间轴逐道做多时窗均方根振幅增益分析，求取各时窗内增益算子；

4)在含有面波的某个时窗内，通过增益算子置换方式，采用较大的增益算子对面波频宽内信号做反增益计算，面波强能量压制到与有效信号具有相同能量级的强度；

5)最后通过数学计算就可得到面波压制后的地震数据。

基于上述方案的进一步细化方案是：

(1)对含有典型面波的单炮数据针对面波区域作频谱分析，以确定面波的频带范围；

(2)通过滤波方法将面波频宽范围内信号从含面波原始单炮数据中分离出来，得到面波频宽范围内单炮信号数据，将含面波的原始单炮地震数据与分离得到的面波频宽范围内单炮信号数据相减，得到面波频宽范围外单炮信号数据，从而实现面波频宽范围内、外单炮数据分离；

(3)根据面波与有效信号在能量方面的差异，分别对面波频宽范围外有效信号和面波频宽范围内数据利用均方根增益沿时间轴逐道做多时窗均方根振幅增益分析，同时计算出各时窗内每个地震道的增益算子，公式(1)；

第i个时窗内增益算子A_i由下式定义：

$A_i=\frac{B}{\sqrt{\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}X\underset{j}{2}}{N}}}---\left(1\right)$

式中B为用户指定预期要输出的均方根振幅值；N为时窗_i内样点数；X_j为时窗i内第j个样点振幅值；

(4)在相同时窗内，取面波和面波频宽范围外有效波中每一个时窗内相对较大的增益算子，进行增益算子置换；利用置换后各时窗内较大的增益算子，对面波频宽范围内单炮信号利用均方根增益做反增益计算，面波强能量就会受到极大压制，而面波频宽范围外有效信号振幅保持不变，实现压制面波；

(5)将先前分离出的面波频宽范围外有效信号与面波频宽范围内经过能量置换后的信号相加，得到面波压制后的单炮地震数据。

其中步骤1)确定面波的频带范围为1-11Hz。

发明效果

本发明的基于频率约束的能量置换面波压制方法最大程度地压制了面波干扰，有着其他方法不具备的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：

一、方法效果的可靠性。该方法综合考虑面波与有效信号在频率及能量两方面的差异，在面波频宽内对面波进行压制，效果明显。

二、操作简单易实现。该方法流程及参数设置简单，运算速度快，不依据任何假设，不受常规面波压制方法应用的限制。

三、低频信息的保护。在压制面波的同时最大限度地保留了地震信号的低频成分，保持了有效信号的频宽，为高陡构造成像、拓展频带、以及叠前反演等提供了数据保障。

附图说明

图1为常见含面波野外原始单炮及面波区域某时窗内(黑框所示)频谱分析图。

图2中左图为图1中含面波原始单炮数据经信号分离后得到的面波频宽范围内信号数据，右图为面波频宽范围外信号数据。

图3中左图为含面波单炮，中间图表为某含面波地震道面波区域内(左虚线所示，1300-1330ms时间段)振幅值；右图表为面波区域外某地震道(右虚线所示，1300-1330ms时间段)振幅值。

图4左图为一系列时窗内面波频宽范围内某地震道增益算子值，右图为相同时窗内同一地震道面波频宽范围外有效信号所对应的增益算子值。

图5为应用本发明压制面波前(上图)后(下图)单炮效果。

图6为本发明基于频率约束的能量置换面波压制方法的一中实施例流程图。

图7为采用区域滤波法对图1所示单炮压制面波后(上图)单炮效果及面波压制后原面波区域的频谱分析图(下图)。

图8为采用基于频率约束的能量置换面波压制方法对图1所示单炮压制面波后(上图)单炮效果及面波压制后原面波区域的频谱分析图(下图)。

图9中(a、b、c、d)分别为采用本面波压制方法压制面波后又经一系列后续处理得到实例中某高陡构造区域叠前时间偏移剖面分频成像效果图。

实施实例

本实施例以XX油田YD地区三维地震资料为目标靶区，应用本方法对该资料进行处理，以验证本方法的效果，具体流程图见图6。该实际资料采用32线10炮观测系统采集，地震资料时间长度7000ms，时间采样间隔为2ms，采样点数3500，每线道数为324道。采用上述方法对该资料进行处理。

1)首先进入步骤1，对定义观测系统后含有典型面波的单炮数据针对面波区域做频谱分析，以确定面波的频带范围，该区面波优势频宽(-18DB)为1-11Hz，如图1所示。

2)然后依据步骤2，将面波频宽范围内信号从含面波原始单炮数据中分离出来，得到面波频宽范围内信号数据，将含面波的原始地震数据与分离得到的面波频宽范围内信号数据相减，得到面波频宽范围外信号数据，从而实现面波频宽范围内、外数据分离，如图2所示。

3)依据步骤3，利用公式(1)分别对面波频宽范围外有效信号单炮数据和面波频宽范围内单炮数据利用均方根增益沿时间轴逐道做多时窗均方根振幅增益分析，同时计算出各时窗内每个地震道的增益算子，如图4所示。

4)依据步骤4，保留面波频宽范围内、外单炮数据各时窗内相对较大的增益算子，即所谓增益算子置换。

5)依据步骤5-6，利用置换后的增益算子，对面波频宽范围内单炮数据使用均方根增益做反增益计算，达到压制面波的目的，将先前分离出面波频宽范围外单炮信号与面波频宽范围内经过能量置换后的单炮信号相加，就可得到面波压制后的单炮地震数据，如图5所示。

6)图7是采用常用的区域滤波法压制面波效果图，左图为采用区域滤波法对图1所示含面波单炮压制面波后单炮效果，右图为对经区域滤波后原面波区域(黑框内)做的频谱分析。区域滤波法利用面波频率低的特性，对面波区域进行低截频滤波，以达到压制面波的目的，该方法虽然避免了低截频滤波对面波区域外信号的影响，但对面波区域内有效低频信号也进行了滤波处理。从应用效果分析，区域滤波法可对面波进行很好地压制，但这是以牺牲面波区域内有效信号的低频能量为代价的且往往有边界效应，从区域滤波后原面波区域的频谱分析图可以看出，8.5Hz以下低频信息基本没被保留下来。

7)图8为采用基于频率约束的能量置换面波压制方法压制面波效果图，左图为采用本方法对图1所示含面波单炮压制面波后单炮效果，右图为对原面波区域(黑框内)经面波压制后做的频谱分析。经效果对比分析可以得出，基于频率约束的能量置换面波压制方法不仅保证了面波压制效果，且信号的低频成分基本上不受影响，从频谱分析图可以看到，优势频带(-18DB)低频可达1.6Hz，而区域滤波法压制面波则明显损失了资料的低频信息，优势频带(-18DB)低频为8.5Hz。

8)图9为采用本面波压制方法压制面波后又经一系列后续处理该实验区某高陡构造区域叠前时间偏移剖面分频成像效果图。对该高陡构造区域，当低频信息(低截频4Hz以下)比较丰富时，陡断面的成像非常清晰，而随着低频信息的逐步减少，陡断面的成像开始变得模糊不清，当低截频高于8Hz时，断面已经基本不能得到很好的成像。由此可见，低频信息的丰富与否，对资料的成像，尤其是对高陡构造的成像，影响非常严重。

通过以上实施例进一步说明，本发明的基于频率约束的能量置换面波压制方法在很好压制面波的同时，对资料的低频信息基本上不产生任何损失，其技术优势相比其他方法，就显得更为突出。

Claims (3)

1.基于频率约束的能量置换面波压制方法，其特征是：

1)对含面波数据做频率扫描和频谱分析，以确定面波的频带范围；

2)将面波频宽范围内信号与面波频宽范围外信号从原始资料中分离出来；

3)根据面波与有效信号在能量方面的差异，分别对分离出来的面波频宽范围内、外数据沿时间轴逐道做多时窗均方根振幅增益分析，求取各时窗内增益算子；

4)在含有面波的某个时窗内，通过增益算子置换方式，采用较大的增益算子对面波频宽内信号做反增益计算，面波强能量压制到与有效信号具有相同能量级的强度；

5)最后通过数学计算就可得到面波压制后的地震数据。

2.根据权利要求1所述的基于频率约束的能量置换面波压制方法，其特征是：

(1)对含有典型面波的单炮数据针对面波区域作频谱分析，以确定面波的频带范围；

(2)通过滤波方法将面波频宽范围内信号从含面波原始单炮数据中分离出来，得到面波频宽范围内单炮信号数据，将含面波的原始单炮地震数据与分离得到的面波频宽范围内单炮信号数据相减，得到面波频宽范围外单炮信号数据，从而实现面波频宽范围内、外单炮数据分离；

(3)根据面波与有效信号在能量方面的差异，分别对面波频宽范围外有效信号和面波频宽范围内数据利用均方根增益沿时间轴逐道做多时窗均方根振幅增益分析，同时计算出各时窗内每个地震道的增益算子，公式(1)；

第i个时窗内增益算子A_i由下式定义：

$A_i=\frac{B}{\sqrt{\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}X\underset{j}{2}}{N}}}---\left(1\right)$

式中B为用户指定预期要输出的均方根振幅值；N为时窗i内样点数；X_j为时窗i内第j个样点振幅值；

(4)在相同时窗内，取面波和面波频宽范围外有效波中每一个时窗内相对较大的增益算子，进行增益算子置换；利用置换后各时窗内较大的增益算子，对面波频宽范围内单炮信号利用均方根增益做反增益计算，面波强能量就会受到极大压制，而面波频宽范围外有效信号振幅保持不变，实现压制面波；

(5)将先前分离出的面波频宽范围外有效信号与面波频宽范围内经过能量置换后的信号相加，得到面波压制后的单炮地震数据。

3.根据权利要求1或2所述的基于频率约束的能量置换面波压制方法，其特征是：步骤1)确定面波的频带范围为1-11Hz。