CN107015273B - 一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压缩方法及装置，属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法及装置。包括：曲线提取步骤，用于利用S变换提取输入的道数据的频散曲线；波速确定步骤，根据所频散曲线分析确定围岩横波速度和煤层横波速度；厚度确定步骤，计算各种厚度对应的理论群速度频散曲线并与实际数据频散谱进行匹配，匹配最佳的频散曲线对应的厚度即为最佳煤层厚度；相位校正步骤，根据理论频散曲线对每个时间样点处的所有频率进行相位校正，变换回时间域即可得到该样点的时间域幅值。因此，本发明具有如下优点：不用区分直达波和反射波，既能压缩直达Love型槽波，也能压缩反射Love型槽波。
Description
技术领域
本发明涉及一种压缩方法及装置，属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法及装置。
背景技术
在矿井地震中，由于煤层速度和围岩速度差异较大的原因，使得在地震波波场中广泛存在有Love型槽波。与常见体波的波场不同，这种波场有强频散特性，使得波场波列很长，往往可达100ms以上，且传播路径越长波列也越长，致使波场的能量分散，严重降低了记录的信噪比，特别是反射槽波的信噪比(因为反射槽波通常传播路径较长)；长的波列也使得反射波成像的空间分辨率很低；此外强频散特性使得不同频率的波场速度也不同，影响成像精度。
现有技术中，主要采用反褶积和频谱翘曲法对Love型槽波进行压缩。
反褶积方法用于只能实现对振幅谱的校正，Love型槽波主要是相位的差异导致的，所以很难用反褶积的方法真正实现对波场的压缩，特别是反射波与直达波的波列长度、波形差异明显，且时间越滞后，这种差异越明显，更难实现压缩。
频谱翘曲法主要思路为将随频率变化的波数进行泰勒展开进行二阶近似，然后导出的反频散滤波器，能实现对直到槽波和反射槽波的压缩作用，但由于是近似，效果仍然有限。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法及装置。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，包括：
曲线提取步骤，用于利用S变换提取输入的道数据的频散曲线；
波速确定步骤，根据所频散曲线分析确定围岩横波速度和煤层横波速度；
厚度确定步骤，计算各种厚度对应的理论群速度频散曲线并与实际数据频散谱进行匹配，匹配最佳的频散曲线对应的厚度即为最佳煤层厚度；
相位校正步骤，根据理论频散曲线对每个时间样点处的所有频率进行相位校正，变换回时间域即可得到该样点的时间域幅值。
优化的，上述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，所述曲线提取步骤中，基于下式进行S变换：
式中，f为中心频率，τ为高斯窗中心处的时间，t为时间
变换后经过τ＝x/u，得到频散谱A(u＝x/τ,f)，其中u为群速度，x为炮检距离。
优化的，上述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，所述波速确定步骤中，将折射横波的速度认定为围岩的横波速度，将频散谱上最大频率对应的群速度作为煤层横波速度。
优化的，上述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，所述厚度确定步骤中，基于下式计算理论频散曲线与实际频散的匹配性：
式中，d为煤层厚度，u(d)表示煤层厚度d时频率点f对应的群速度，Maxf为最大频率，A(u(d),f)为在频率为f，群速度为u(d)时对应的频散谱值
优化的，上述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，所述相位校正步骤中，
计算输入道h(t)的傅里叶变换H(ω)；对H(w)进行相位校正，基于下式对校正后的H(w)反变换回时间域得压缩后的时间域信号
式中vs2为波速，c(ω)为相速度。
优化的，上述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，所述波速度为煤层横波速度、埃里相速度中的一种；所述相速度为最佳煤厚计算出的频率对应的相速度、基阶相速度中的一种。
优化的，上述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，建立观测系统后，将待处理数据一次输入逐道处理；循环计算各输入道，直到所有道计算完毕后输入成segy文件。
一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩装置，包括：
曲线提取模块，用于利用S变换提取输入的道数据的频散曲线；
波速确定模块，根据所频散曲线分析确定围岩横波速度和煤层横波速度；
厚度确定模块，计算各种厚度对应的理论群速度频散曲线并与实际数据频散谱进行匹配，匹配最佳的频散曲线对应的厚度即为最佳煤层厚度；
相位校正模块，根据理论频散曲线对每个时间样点处的所有频率进行相位校正，变换回时间域即可得到该样点的时间域幅值。
因此，本发明具有如下优点：不用区分直达波和反射波，既能压缩直达Love型槽波，也能压缩反射Love型槽波；可指定压缩给定阶数的Love型槽波。
附图说明
图1为本发明的技术流程图；
图2为不同煤厚的群速度频散曲线的匹配度示例图；
图3为最佳匹配煤厚的群速度频散曲线与实际数据频散谱的对比；
图4-1为模拟数据压缩前效果图；
图4-2为模拟数据压缩后效果图；
图5-1为实际数据的压缩前效果图；
图5-2为实际数据的压缩后效果图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法包括以下步骤：
(1)、将地震数据建立观测系统后按道依次输入，逐道进行压缩处理；
(2)、对输入道数据利用S变换提取其频散曲线；
(3)、分析确定围岩横波速度和煤层横波速度；
(4)、计算各种厚度对应的理论群速度频散曲线并与实际数据频散谱进行匹配，匹配最佳的频散曲线对应的厚度即为最佳煤层厚度；
(5)、根据理论频散曲线对每个时间样点出的所有频率进行相位校正，变换回时间域即可得到该样点的时间域幅值；
(6)、循环样点即可得到整个压缩后的输出道数据。
下面结合图1对本实施例的基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法具体流程进行详细说明：
(1)、建立观测系统后，将待处理数据一次输入逐道处理；
(2)、对输入道数据h(t)利用S变换提取其群速度频散曲线，S变换具体公式为：
式中，f为中心频率，τ为高斯窗中心处的时间，t为时间；
变换后经过τ＝x/u，得到频散谱A(u＝x/τ,f)，其中u为群速度，x为炮检距离。
(3)、分析确定围岩横波速度和煤层横波速度，主要依据为折射横波的速度即可认定为围岩的横波速度vs1，通常范围在1800m/s～2500m/s左右，而煤层横波速度vs2为频散谱上最大频率对应的群速度；
(4)、计算不同厚度对应的理论群速度频散曲线(如图3)，根据下式计算理论频散曲线与实际频散的匹配性：
式中，d为煤层厚度，u(d)表示煤层厚度d时频率点f对应的群速度，Maxf为最大频率；A(u(d),f)为在频率为f，群速度为u(d)时对应的频散谱值。
(5)、计算输入道h(t)的傅里叶变换H(ω)；
(6)、在频率域，对H(w)进行相位校正并反变换回时间域得压缩后的时间域信号具体公式为：其中vs2为煤层横波速度，c(ω)为步骤(4)最佳煤厚d(如图2)计算出的频率ω对应的相速度。
(7)、重复2-6循环计算其它输入道，直到所有道计算完毕后输入成segy文件。
其中步骤6公式中的vs2可以改成其它任意速度，其意义在于将所有频率的相位校正到vs2对应的相位处。如此处可改为埃里相速度，则该变换会将所有频率的相位向埃里相频率的相位校正，压缩后槽波波至时间将处于埃里相速度对应的时间位置，反射波同样也会校正到反射波的埃里相位置处；如果在(6)中计算的理论群速度频散曲线c(ω)是基阶相速度，则压缩的是基阶Love槽波，若是其它阶相速度，则压缩的是其它阶的相速度。
本实施例对Love型槽波的压缩效果比较理想，压缩后的槽波波形的相位一致性和波形一致性较好(如图4-1、图4-2的理论数据测试和图5-1、图5-2的实际数据测试)。
由于槽波波场的强频散特性，不同时刻的槽波波形是不一致的，也即槽波波场不符合褶积模型，因而常规反褶积技术是不适用的；频谱翘曲法是一种纯相位滤波器，这种滤波的核心是在频率进行抛物线变换，也即在频率域通过抛物线对频散关系进行近似，压缩效果受近似程度影响；相比于前两者，本发明是基于槽波频散机理出发导出的，可获得最佳结果，具有如下优点：不用区分直达波和反射波，既能压缩直达Love型槽波，也能压缩反射Love型槽波；可指定压缩给定阶数的Love型槽波。
本发明在关键的压缩步骤中并没有对直达波和反射波进行区分，但恰如此本发明既能压缩直达Love型槽波，也能压缩反射Love型槽波。此外本发明可指定压缩给定阶数的Love型槽波。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，其特征在于，包括：
曲线提取步骤，用于利用S变换提取输入的道数据的实际数据频散曲线；
波速确定步骤，根据所述频散曲线分析确定围岩横波速度和煤层横波速度；
厚度确定步骤，计算各种厚度对应的理论群速度频散曲线并与实际数据频散曲线进行匹配，匹配最佳的理论群速度频散曲线对应的厚度即为最佳煤层厚度；
相位校正步骤，根据理论频散曲线对每个时间样点处的所有频率进行相位校正，变换回时间域即可得到该样点的时间域幅值。
2.根据权利要求1所述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，其特征在于，所述曲线提取步骤中，基于下式进行S变换：
式中，f为中心频率，τ为高斯窗中心处的时间，t为时间
变换后经过τ＝x/u，得到频散谱A(u＝x/τ,f)，其中u为群速度，x为炮检距离。
3.根据权利要求1所述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，其特征在于，所述波速确定步骤中，将折射横波的速度认定为围岩的横波速度，将频散谱上最大频率对应的群速度作为煤层横波速度。
4.根据权利要求1所述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，其特征在于，所述厚度确定步骤中，基于下式计算理论群速度频散曲线与实际频散曲线的匹配性：
式中，d为煤层厚度，u(d)表示煤层厚度d时频率点f对应的群速度，Maxf为最大频率，A(u(d),f)为在频率为f，群速度为u(d)时对应的频散谱值。
5.根据权利要求1所述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，其特征在于，所述相位校正步骤中，
计算输入道h(t)的傅里叶变换H(ω)；对H(w)进行相位校正，基于下式对校正后的H(w)反变换回时间域得压缩后的时间域信号
式中vs2为波速，c(ω)为相速度。
6.根据权利要求5所述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，其特征在于，所述波速度为煤层横波速度、埃里相速度中的一种；所述相速度为最佳煤厚计算出的频率对应的相速度、基阶相速度中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法，其特征在于，建立观测系统后，将待处理数据一次输入逐道处理；循环计算各输入道，直到所有道计算完毕后输入成segy文件。
8.一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩装置，其特征在于，包括：
曲线提取模块，用于利用S变换提取输入的道数据的实际数据频散曲线；
波速确定模块，根据所述频散曲线分析确定围岩横波速度和煤层横波速度；
厚度确定模块，计算各种厚度对应的理论群速度频散曲线并与实际数据频散曲线进行匹配，匹配最佳的理论群速度频散曲线对应的厚度即为最佳煤层厚度；
相位校正模块，根据理论频散曲线对每个时间样点处的所有频率进行相位校正，变换回时间域即可得到该样点的时间域幅值。
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