CN105319591A - 基于径向道变换的svd自适应面波压制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气勘探地震资料处理领域，是一种以保护低频信息为基础的面波压制方法。基于径向道变换的SVD（奇异值分解）自适应面波压制方法，其实质就是先利用径向道变换使面波频带向更低频率范围移动，然后利用低通滤波在径向道域得到低频面波信号。但是由于分离出的面波中还存在部分低频有效信号，所以再利用SVD（奇异值分解）将面波中有效低频信号分离出来，最后从原始数据中将面波减去。为了尽可能消除径向道变换插值带来的误差，对整个数据先进行一次径向道变换，这样可以根据面波的视速度合理选择作用范围，减小对面波范围之外有效信号的影响。利用该方法可以在不损失有效低频信号的前提下减去面波干扰，为后期叠前反演等特殊处理打下基础。

Description

基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法

技术领域

本发明属于油气勘探地震资料处理技术领域，特别是一种以保护低频信息为基础的基于径向道变换的SVD(SVD-奇异值分解)自适应面波压制方法。

现有技术

面波是地震勘探中广泛存在的一种规则干扰波,具有低频、低速、高能量、横向衰减较慢的特点。目前在资料处理过程中大多采用高通滤波的方法来压制它,但这同时也对和面波处于同一频带的信号成分造成损害。一般消除面波的方法是利用面波和反射波的频率差异及视速度差异，如一维滤波和F-K滤波。但因面波的频带往往和反射信号的频带有重叠，即便是F-K域滤波也不能只对与有效信号相同频带的噪声进行压制，其实在滤波的同时也对有效波的低频成分造成了损害，而且斜坡长(陡度小)的滤波响应在反褶积或谱白化处理后，面波往往又被突出出来。

近年来,不断有人尝试用新的方法来消除面波,如线性调频理论、tau-p变换法、外科手术式的切除法等，这些都有一定程度的改进,其中以切除法效果较好。该方法是先作FFT，自动分离出其低频分量，再作IFFT，建立内切除时窗,并用加权减去法剔除面波的主要能量，其必要条件为原始单炮上面波的振幅必须比有效波强得多。但该方法在切除时仍然会把属于该频带的一些有效信号一起切去。

另外,也有学者提出在野外数据采集阶段采用不等间距接收方式,以便使室内处理时可以不采用普通的二维滤波,而采用高保真云面波技术，这样就在消除面波的同时保留信号的低频成分,达到使地震资料频谱向低频端展宽的目的,从而提高了记录的分辨率；近几年，利用小波变换与特征值分析结合去面波也取得一定效果，该方法以较低频率处面波的能量强于反射波、在小频率范围和小空间范围内面波能量变化缓慢为假设条件,利用小波变换进行频带分解,用面波的视速度对面波作线性时移,再使面波逐道相干,最后利用KL分解的方法来提取面波。但是对面波做人为时移时需要人为干涉，可操作性差，并且面波发生频散，很难做线性时移，同时部分有效波相干性也得到提高，用KL分解时会造成有效信息损失。

由于面波的频率特征，很多面波衰减方法在处理过程中极容易误伤有效信息，造成与面波频带重合的有效低频成分的丢失。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。低频信息在改善深部地层成像质量、速度分析、叠前反演以及“低频伴影”直接油气检测等方面具有重要意义，在数据处理过程中如何最大限度地保护好低频信息显得越来越重要。

发明目的

本发明目的就是针对上述问题，提供一种最大限度保护低频有效信息的基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法。

发明内容

本发明为了解决上述问题而提出的技术方案包括：

(1)该方法所采用的技术路线

基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法，其实质就是先利用径向道变换使面波频带向更低频率范围移动，然后利用低通滤波在径向道域得到低频面波信号(可以将低通滤波频率设置得相对小点)，再利用SVD将上一步得到的面波信号中的有效低频信号分离出来，最后从原始数据中将面波减去。为了尽可能消除径向道变换插值带来的误差，可以对整个数据先进行一次径向道变换，该方法可以根据面波的视速度合理选择作用范围，减小对面波范围之外信号的影响。利用该方法可以在不损失有效低频信号的前提下减去面波干扰，为后期叠前反演等特殊处理打下基础。

基于上述技术路线的基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法，包括：

步骤101：选择含有典型面波的原始单炮记录作为输入数据；

步骤102：对输入的含有典型面波的原始单炮记录针对面波区域作频谱分析，以确定面波的频带范围；

步骤103：选择合理的速度扫描范围以及扫描步长对原始单炮记录作一次径向道正变换；

步骤104：对步骤103得到的数据做一次径向道反变换，消除径向道变换过程中插值造成的影响；

步骤105：设置低通滤波器，在径向道域进行低通滤波，得到含有少量低频有效信号的面波噪声；利用最大面波视速度作为径向道变换的速度扫描约束，即径向道正变换后径向道域只存在最大面波视速度范围内的信号，这样就只在面波存在的范围进行径向道变换；

步骤106：对步骤105得到的数据作径向道反变换，还原到时间域信号；

步骤107：对步骤106得到的时间域信号作SVD分解，利用面波和有效信号相干性不同将面波中的有效低频信号分离出来；

步骤108：利用奇异值拐点法确定奇异值范围，利用确定出的奇异值范围对分离后的面波进行剩余干扰SVD重构，得到不含有效低频信号的面波成分；

步骤109：用步骤104得到的数据与步骤108分离出来的面波信号相减，得到面波压制后的数据；

步骤110：输出最终去噪结果。

上述方法中，步骤102确定的面波频带范围是1-10Hz。

步骤104中所述径向道反变换主要是消除在步骤109相减过程中造成的误差影响，因为步骤103中的径向道正变换和步骤106中的径向道反变换需要沿x方向进行两点线性插值才能将地震道振幅从炮检距-双程旅行时坐标系变换到视速度-双程旅行时坐标系，所以步骤103、106引入插值误差。

当步骤104对整个单炮数据做一次径向道反变换后，再利用步骤109做数据相减时就可以抵消插值带来的影响。

径向道正变换、径向道反变换公式如式1：

$\left\{\begin{array}{c}R\left\{S(x,t)\right\}=S^{,}(v,t^{,})\\ R^{-1}\left\{s^{,}\left({v,t}^{,}\right)\right\}=S(x,t)\end{array}\right\}\→\left\{\begin{array}{c}{t}^{,}=t-t_0\\ v=\left({x-x}_0\right)/\left({t-t}_0\right)\end{array}\right\}$

(式1)

式中，R为径向道正变换标志，R^-1为径向道反变换标志，S为原始数据，

S’为变换后数据，x为炮检距，t为双程旅行时，v为视速度，t’为平移后的双程旅行时，(x₀,t₀)为坐标原点。

发明效果

基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法最大程度地压制了面波干扰，有着其他技术不具备的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：

第一、技术效果的可靠性。该方法综合考虑面波与有效信号在频率及相干性两方面的差异，在面波视速度范围内对面波进行压制，并且利用数据转换将面波频率变小，更利于面波的预测，效果明显。

第二、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。

第三、低频信息的保护。利用SVD进行低频保护，在压制面波的同时最大限度地保留了地震信号的有效低频成分，保持了有效信号的频宽，为改善深部地层成像质量、速度分析、叠前反演以及“低频伴影”直接油气检测等提供了数据保障。

附图说明

图1为基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法流程图。

图2为原始含面波单炮记录及频谱图,a)为含面波原始单炮记录，b)为对应单炮记录的频谱图。

图3为径向道域低频滤波压制面波单炮效果，a)为含面波原始单炮，b)为径向道域低频滤波压制面波单炮，c)为压制的面波区。

图4为径向道域低频滤波前后对比图，a)为低频滤波前，b)为低频滤波后。

图5为基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法压制面波单炮效果，a)为含面波原始单炮，b)为径向道变换的SVD自适应面波压制方法压制面波单炮，c)为压制的面波区。

图6为区域滤波压制面波效果及压制后的频谱，a)为含面波原始单炮，b)为低截频滤波后单炮，c)为区域滤波后的频谱。

图7为不同方法面波压制后频谱对比，a)为基于径向道变换SVD面波压制方法，b)为径向道域低频滤波，c)为区域滤波法。

图8为奇异值选取对比图，a)为去除第一个奇异值的结果，b)为去除前三个奇异值的结果，c)为去除前五个奇异值的结果。

图9为奇异值分布图。

具体实施方式

本实施例以XX油田XX地区三维地震资料中的一个单炮记录，说明实际应用效果，具体流程图见图1。该单炮记录时间长度3000ms，时间采样间隔为4ms，采样点数751，有71道数据。采用上述方法对该记录进行处理：

步骤101：选择含有典型面波的原始单炮记录作为输入数据，如图2a)所示；

步骤102：对输入的含有典型面波的原始单炮记录针对面波区域作频谱分析，以确定面波的频带范围，确定的面波频带范围是1-10Hz，如图2b)所示。；

步骤103：选择合理的速度扫描范围以及扫描步长对原始单炮记录作一次径向道正变换；

步骤104：对步骤103得到的数据做一次径向道反变换，用来消除径向道变换过程中插值造成的影响；

步骤105：设置低通滤波器，在径向道域进行低通滤波，得到含有少量低频有效信号的面波噪声，如图3所示；利用最大面波视速度作为径向道变换的速度扫描约束，即径向道正变换后径向道域只存在最大面波视速度范围内的信号，这样就只在面波存在的范围进行径向道变换，径向道域低频滤波前后对比如图4所示；

步骤106：对步骤105得到的数据作径向道反变换，还原到时间域信号；

步骤107：对步骤106得到的时间域信号作SVD分解，利用面波和有效信号相干性不同将面波中的有效低频信号分离出来；

步骤108：利用奇异值拐点法确定奇异值范围，利用确定出的奇异值范围对分离后的面波进行剩余干扰SVD重构，得到不含有效低频信号的面波成分，如图5c)所示；

步骤109：用步骤104得到的数据与步骤108分离出来的面波信号相减，得到面波压制后的数据，如图5b)所示；

步骤110：输出最终去噪结果。

图6是采用常用的区域滤波法压制面波效果图，图6a)为未经面波压制的原始单炮，图6b)为采用区域滤波法压制面波后单炮效果，图6c)为对经区域滤波后原面波区域做的频谱分析。区域低截频滤波是目前最常用的面波压制方法，该方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，但对区域内的有效低频信号也进行了滤波处理，区域内的低频信息损失较大且有边界效应，图6b)采用(0-1-7-9)梯形低截频滤波。可以看出，区域低截频滤波以后还残留部分面波，同时牺牲面波区域内的有效信号，从区域滤波后的频谱上可以看出：8Hz以下低频信息基本没被保留下来，并且还存在部分面波成分；

7)图7是区域滤波去面波后频谱、径向道域低频滤波后频谱以及基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法压制面波后频谱分析的对比，可以发现，同样利用(0-1-7-9)梯形低截频滤波，在径向道域去除的面波比区域低截频滤波效果要好的多，从频谱上可以看出，利用径向道变换可以使面波频率降低，这样面波去除的更彻底，但仅仅利用径向道域低频滤波也会损失低频有效信号，而基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法在径向道域低频滤波基础上利用SVD去除面波中的有效信号，不仅保证了面波压制效果，还可以很好地保护低频信号，相对于区域滤波去除面波技术有了很大的提高；

8)图8对SVD方法奇异值选择进行探讨，从图8可以看出，当只去除第一个奇异值时，面波去除效果最好，随着去除奇异值个数的增多，面波去除效果逐渐变差。这里提出一种奇异值拐点法确定去除的奇异值的个数，即寻找相邻两个奇异值发生突变的点作为分隔点，去除分隔点之前的奇异值，保留之后的奇异值；

9)下面对使用该方法需要注意的两点进行说明：一点是径向道域低频滤波范围的选择，另一点是SVD奇异值个数的选择。

A.径向道域低频滤波范围：

使用该方法进行面波去除之前需要对含面波数据进行简单频谱分析，确定面波的频带范围，如图2所示，使用的单炮记录面波范围为低于10Hz，在这里，我们选择(0-1-7-9)的梯形滤波器，原因是经过径向道变换后面波频率会降低，可以选择低于面波真实频率10％-20％的频率值作为滤波器参考值。

B.SVD奇异值个数的选择：

上面提到一种奇异值拐点法确定奇异值个数的方法，即取第一个奇异值作为基准点，用其他奇异点与基准点做比较，选择突变点。这里我们使用的是第一个奇异点，如图9，第一个与第二奇异值发生突变。

在消除低频面波影响的同时，如何更大程度地保护好有效信号的低频成分，在不断追求高精度勘探的今天，就显得越来越重要。而本文提出的基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法在很好压制面波的同时，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，显得更为突出。

Claims (5)

1.基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法，其特征是：首先利用径向道变换使面波频带向更低频率范围移动；然后利用低通滤波在径向道域得到低频面波信号；再利用SVD将面波中有效低频信号分离出来；最终从带面波的地震数据中将面波噪声减去。

2.根据权利要求1所述的基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法，其特征是包括：

步骤101：选择含有典型面波的原始单炮记录作为输入数据；

步骤102：对输入的含有典型面波的原始单炮记录针对面波区域作频谱分析，以确定面波的频带范围；

步骤103：选择合理的速度扫描范围以及扫描步长对原始单炮记录作一次径向道正变换；

步骤104：对步骤103得到的数据做一次径向道反变换，消除径向道变换过程中插值造成的影响；

步骤105：设置低通滤波器，在径向道域进行低通滤波，得到含有少量低频有效信号的面波噪声；利用最大面波视速度作为径向道变换的速度扫描约束，即径向道正变换后径向道域只存在最大面波视速度范围内的信号，这样就只在面波存在的范围进行径向道变换；

步骤106：对步骤105得到的数据作径向道反变换，还原到时间域信号；

步骤107：对步骤106得到的时间域信号作SVD分解，利用面波和有效信号相干性不同将面波中的有效低频信号分离出来；

步骤108：利用奇异值拐点法确定奇异值范围，利用确定出的奇异值范围对分离后的面波进行剩余干扰SVD重构，得到不含有效低频信号的面波成分；

步骤109：用步骤104得到的数据与步骤108分离出来的面波信号相减，得到面波压制后的数据；

步骤110：输出最终去噪结果。

3.根据权利要求2所述的基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法，其特征是：步骤102中确定的面波频带范围是1-10Hz。

4.根据权利要求2所述的基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法，其特征是：在步骤103、106引入插值误差，即步骤103中的径向道正变换和步骤106中的径向道反变换需要沿x方向进行两点线性插值，将地震道振幅从炮检距-双程旅行时坐标系变换到视速度-双程旅行时坐标系。

5.根据权利要求2或3、4所述的基于径向道变换的SVD自适应面波压制方法，其特征是：所述径向道正变换、径向道反变换公式如式1：

$\left\{\begin{array}{c}R\left\{S(x,t)\right\}=S^{,}(v,t^{,})\\ R^{-1}\left\{s^{,}\left({v,t}^{,}\right)\right\}=S(x,t)\end{array}\right\}\→\left\{\begin{array}{c}{t}^{,}=t-t_0\\ v=\left({x-x}_0\right)/\left({t-t}_0\right)\end{array}\right\}$

(式1)

式中，R为径向道正变换标志，R^-1为径向道反变换标志，S为原始数据，

S’为变换后数据，x为炮检距，t为双程旅行时，v为视速度，t’为平移后的双程旅行时，(x₀,t₀)为坐标原点。