CN107526103B - 地震资料处理方法及其阙值和有效信号频率的求取方法 - Google Patents

地震资料处理方法及其阙值和有效信号频率的求取方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种地震资料处理方法及其阙值和有效信号频率的求取方法。所述阙值求取方法包括获取地震资料预定时窗内的频谱曲线；计算频谱曲线上不同频率的叠加频谱，然后对叠加频谱进行求导，得到叠加频谱变化率曲线；选取叠加频谱变化率曲线上叠加频谱变化率最大值所对应的频率作为阈值。所述有效信号频率求取方法包括根据所述阙值确定出有效频带范围。所述地震资料处理方法采用所述地震资料处理中有效信号频率的求取方法求取有效信号频率。本发明能够定量的得到阙值大小，使得求取的阙值更加准确有效；并且能够有效地将噪声与有效信号区分开来，求取的有效频率更为准确、可靠，从而保证了地震资料处理与解释的准确性。

Description

地震资料处理方法及其阙值和有效信号频率的求取方法
技术领域
本发明属于石油地震勘探地震资料处理领域，具体地说，涉及一种地震资料处理中阙值的求取方法、地震资料处理中有效信号频率的求取方法以及地震资料处理方法。
背景技术
当前，在石油勘探领域，噪声是影响地震资料品质的一个重要因素，噪声越多、越强，对有效信号的影响越大，叠加产生的地质剖面也就越差。在整个地震资料处理的过程中，如果能有效地压制噪声，保护有效信号，处理结果就能较为真实的还原地质形态面貌，这对于地震解释分析是有利的。但是由于野外采集到的地震资料中，噪声通常会与有效信号混杂在一起，因此需要选取一个阙值将噪声与有效信号区分开来，这对于地震处理的过程质量控制也是十分有必要的。
而在阙值的求取过程中，通常是根据经验人为地进行噪声与有效信号的划分，从而确定阙值大小。这种判定方法很模糊、很主观，并且阙值的取值缺乏定量的判定和严密的计算，因此，在这种情况下，处理效果往往会大打折扣。
因此，需要一种地震资料处理中阙值和有效频率的求取方法来对地质勘探过程中产生的地震数据进行有效地处理和准确的解释。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一是解决在地震资料处理过程中确定阙值大小时的随机性与不准确性，缺乏定量判定和严密计算的技术问题。
总体来讲，本发明通过对时窗内数据进行傅里叶变换得到频谱曲线，频谱曲线进行叠加求和后，进而计算叠加频谱曲线的变化率的方式求取阙值。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种地震资料处理中阙值的求取方法，所述方法可以包括以下步骤：获取地震资料预定时窗内的频谱曲线；计算所述频谱曲线上不同频率的叠加频谱，然后对所述叠加频谱进行求导，得到叠加频谱变化率曲线；选取所述叠加频谱变化率曲线上叠加频谱变化率最大值所对应的频率作为阈值。
在本发明的地震资料处理中阙值的求取方法的一个示例性实施例中，所述获取地震资料预定时窗内的频谱曲线的步骤可以包括：在地震资料上选取一个时窗；对所选时窗内的地震资料进行傅里叶变换，以将所选时窗内的地震资料由时间域变换到频率域，得到频谱曲线。其中，可以通过等式(1)对所选时窗内的地震资料进行傅里叶变换：
在等式(1)中，x(t)为所选时窗的地震资料，t表示时间，单位为秒，w表示频率，单位为Hz，
在本发明的地震资料处理中阙值的求取方法的一个示例性实施例中，可以通过等式(2)计算所述频谱曲线上不同频率的叠加频谱：
Ew＝∑X(w)w＝w1,w2,…,wmax 等式(2)
在等式(2)中，Ew为频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1,w2,…,wmax表示频谱曲线上的不同频率，wmax表示频谱曲线上频率的最大值。
在本发明的地震资料处理中阙值的求取方法的一个示例性实施例中，可以通过等式(3)对所述叠加频谱进行求导，得到叠加频谱变化率曲线：
在等式(3)中，Kw为频谱曲线上不同频率的叠加频谱的一次偏导数，Ew为频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1,w2,…,wmax表示频谱曲线上的不同频率，wmax表示频谱曲线上频率的最大值。
本发明的目的之一是为了实现有效信号和噪声分离的定量判定的技术问题。
为了实现上述目的，本发明另一方面提供了一种地震资料处理中有效信号频率(又称为有效信号、有效频率)的求取方法，所述方法可以包括以下步骤：获取地震资料预定时窗内的频谱曲线；将所述频谱曲线上最大振幅对应的频率确定为主频，并根据所述主频将所述频谱曲线划分为第一段频谱曲线和第二段频谱曲线，其中，第一段频谱曲线的频率小于所述主频，第二段频谱曲线的频率大于所述主频；计算所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，然后对所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱进行求导，得到第一段叠加频谱变化率曲线；选取所述第一段叠加频谱变化率曲线上叠加频谱变化率最大值所对应的频率作为第一阈值；计算所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，然后对所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱进行求导，得到第二段叠加频谱变化率曲线；选取所述第二段叠加频谱变化率曲线上叠加频谱变化率最大值所对应的频率作为第二阈值；将所述第一阈值和所述第二阈值之间的频率确定为有效信号频率。
在本发明的地震资料处理中有效信号频率的求取方法的一个示例性实施例中，所述获取地震资料预定时窗内的频谱曲线的步骤可以包括：在地震资料上选取一个时窗；对所选时窗内的地震资料进行傅里叶变换，以将所选时窗内的地震资料由时间域变换到频率域，得到频谱曲线。其中，可以利用等式(1)对所选时窗内的地震资料进行傅里叶变换。
在本发明的地震资料处理中有效频率的求取方法的一个示例性实施例中，可以通过等式(4)计算所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱E′w，通过等式(5)计算所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱E″w：
E′w＝∑X(w)w＝w1′,w′2,…,w′max 等式(4)
在等式(4)中，E'w为所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1′,w′2,…,w′max为所述第一段频谱曲线上的不同频率，w′max表示所述第一段频谱曲线上频率的最大值；
E″w＝∑X(w)w＝w1″,w″2,…,w″max 等式(5)
在等式(5)中，E″w为所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1″,w2″,…,w″max为所述第二段频谱曲线上的不同频率，w″max表示所述第二段频谱曲线上频率的最大值。
在本发明的地震资料处理中有效频率的求取方法的一个示例性实施例中，可以通过等式(6)对所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱进行求导，得到第一段叠加频谱变化率曲线：
在等式(6)中，K′w为所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱的一次偏导数，E′w为所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1′,w′2,…,w′max为所述第一段频谱曲线上的频率，w′max表示所述第一段频谱曲线上频率的最大值。
通过等式(7)对所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱进行求导，得到第二段叠加频谱变化率曲线：
在等式(7)中，K″w为所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱的一次偏导数，E″w为所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1″,w″2,…,w″max为所述第二段频谱曲线上的频率，w″max表示所述第二段频谱曲线上频率的最大值。
本发明再一方面提供了一种地震资料处理方法。所述地震资料处理方法采用如上所述的地震资料处理中有效信号频率的求取方法求取有效信号频率。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果包括：(1)本发明通过严密的计算，定量的得到阙值大小，解决了人为进行噪声与有效信号的划分时，确定阙值的随机性与不准确性，使得求取的阙值更加准确有效；(2)本发明能够有效地将噪声与有效信号区分开来，与以往人为判定和划分相比，本发明求取有效频率的方法更为准确，也更为可靠；(3)本发明能够很好的应用于地震采集数据质量评价和处理过程中质量控制，从很大程度上保证了地震资料处理与解释的准确性。
具体实施方式
在以下详细描述中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的地震资料处理方法及地震资料处理中阙值和有效频率的求取方法。
本发明主要目的在于解决地震采集数据处理过程中，人为进行噪声与有效信号的划分，确定阙值大小时的随机性与不准确性，缺乏定量判定和严密计算的技术问题，从而提供一种更优的阙值选取方法和有效频率的求取方法。
本发明的主要技术思路是：首先，在地震资料上选取一个时窗，对时窗内的数据进行快速傅里叶变换，将数据由时间域变到频率域。其次，将最大振幅对应频率确定为主频，把频谱曲线分为两段，把小于主频的频谱定义为第一段曲线，把大于主频的频谱定义为第二段曲线。再次，在第一段频谱曲线上计算不同频率的叠加频谱。最后，对叠加频谱进行一次导数求取，建立频率与频谱变化率的曲线关系，寻找频谱导数最大的频率，此频率值即为所求阙值。同理，第二段频谱曲线阙值求取方法与上相同，两个阙值确定完毕后，阙值之间的频率即为有效信号频率，阙值之外的为噪声频率。
与以往人为选择求取阙值的方法不同，本发明通过开时窗计算频谱曲线，在频谱曲线上进行叠加求和，进而计算叠加频谱曲线变化率的方式求取阙值。此方法能有效分离出噪声与有效信号频率，保证了阙值的准确性。
在本发明的一个示例性实施例中，地震资料处理中阙值的求取方法可以包括以下步骤：
(1)在地震资料上选取一个时窗，设所选时窗内的地震资料(地震记录)x(t)有m道，每道有n个采样点，对所选时窗内的数据进行傅里叶变换，将地震资料由时间域变换到频率域，即将地震资料变换为频谱曲线。其中，傅里叶变换可以通过等式(1)进行，等式(1)为：
在等式(1)中，x(t)为所选时窗的地震资料，t表示时间，单位为秒，w表示频率，单位为Hz，
(2)将步骤(1)得到的频谱曲线不同频率的频谱叠加起来，计算不同频率对应的叠加频谱。其中，频谱曲线不同频率的频谱可以通过等式(2)叠加，等式(2)为：
Ew＝∑X(w)w＝w1,w2,…,wmax
在等式(2)中，Ew为不同频率对应的叠加频谱，w表示频率，w1,w2,…,wmax表示频谱曲线上的不同频率，wmax表示频谱曲线上频率的最大值。
(3)将步骤(2)得到的不同频率对应的叠加频谱进行求导，建立一次倒数与频率之间的关系，得到叠加频谱变化率曲线。其中，该步骤可以通过等式(3)进行求导，等式(3)为：
在等式(3)中，Kw为不同频率对应的叠加频谱的一次偏导数，Ew为不同频率对应的叠加频谱，w表示频率，w1,w2,…,wmax表示频谱曲线上的不同频率，wmax表示频谱曲线上频率的最大值。
(4)根据步骤(3)得到的叠加频谱变化率曲线，得到叠加频谱变化率曲线变化率的最大值所对应的频率，该最大值所对应的频率即为所选时窗内的阈值，也为噪声与有效信号之间的阙值频率。
在本发明的另一个示例性实施例中，地震资料处理中有效信号频率的求取方法可以包括以下步骤：
第一步，在地震资料上选取一个时窗，设所选时窗内的地震资料(地震记录)x(t)有m道，每道有n个采样点，对所选时窗内的数据进行傅里叶变换，将地震资料由时间域变换到频率域，即将地震资料变换为频谱曲线。其中，傅里叶变换可以通过等式(1)进行
第二步，将第一步中的频谱曲线上最大振幅对应频率确定为主频，通过主频将频谱曲线分为两段。把小于主频的频谱曲线定义为第一段频谱曲线，把大于主频的频谱曲线定义为第二段频谱曲线。
第三步，对于第一段频谱曲线，将第一段频谱曲线不同频率的频谱叠加起来，得到第一段频谱曲线不同频率对应的叠加频谱。其中，第一段频谱曲线不同频率的频谱可以通过等式(4)叠加，等式(4)为：
E′w＝∑X(w)w＝w1′,w′2,…,w′max
在等式(4)中，E′w为第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1′,w′2,…,w′max为第一段频谱曲线上的频率，w′max表示第一段频谱曲线上频率的最大值。
第四步，对第三步得到的第一段频谱曲线不同频率的叠加频谱进行求导，建立一次导数与频率之间的关系，得到第一段叠加频谱变化率曲线。其中，该步骤可以通过等式(6)进行求导，等式(6)为：
在等式(6)中，K′w为第一段不同频率对应的叠加频谱的一次偏导数，E′w为第一段频谱曲线上不同频率对应的叠加频谱，w表示频率，w1′,w′2,…,w′max为所述第一段频谱曲线上的频率，w′max表示第一段频谱曲线上频率的最大值。
第五步，根据第一段叠加频谱变化率曲线，得到第一段叠加频谱变化率曲线变化率的最大值所对应的频率，第一段叠加频谱变化率曲线变化率的最大值所对应的频率为所选时窗内的第一阈值。
第六步，对于第二段频谱曲线，将第二段频谱曲线不同频率的频谱叠加起来，得到第二段频谱曲线不同频率对应的叠加频谱。其中，第二段频谱曲线不同频率的频谱可以通过等式(5)叠加，等式(5)为：
E″w＝∑X(w)w＝w1″,w″2,…,w″max
在等式(5)中，E″w为第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w″1,w″2,…,w″max为第二段频谱曲线上的频率，w″max表示第二段频谱曲线上频率的最大值。
第七步，对第六步得到的第二段频谱曲线不同频率的叠加频谱进行求导，建立一次导数与频率之间的关系，得到第二段叠加频谱变化率曲线。其中，该步骤可以通过等式(7)进行求导，等式(7)为：
在等式(7)中，K″w为第二段不同频率对应的叠加频谱的一次偏导数，E″w为第二段频谱曲线上不同频率对应的叠加频谱，w表示频率，w″1,w″2,…,w″max为所述第二段频谱曲线上的频率，w″max表示第二段频谱曲线上频率的最大值。
第八步，根据第二段叠加频谱变化率曲线，得到第二段叠加频谱变化率曲线变化率的最大值所对应的频率，第二段叠加频谱变化率曲线变化率的最大值所对应的频率为所选时窗内的第二阈值。
第九步，第五步确定的第一阈值和第八步确定的第二阈值之间的频率范围为所选时窗内的有效频率(也可称为有效信号频率)，阈值之外的频率范围为噪声频率。
本发明再一方面提供了一种地震资料处理方法。所述地震资料处理方法采用如上所述的地震资料处理中有效信号频率的求取方法求取有效信号频率。
本发明能高效的将有效信号和噪声频率分离开来，准确计算出阙值大小，确定出有效频带范围，构建方法简便易行。
需要说明的是，在本发明的方法中，随着频率的变化，叠加频谱也随之变化。Ew、E′w或E″w反映了频率增大时不同频率的叠加频谱；而Kw、K'w或K″w反应了随着频率的增大，叠加频谱的变化情况，即叠加频谱的变化率。由于地震干扰和噪声频率大多集中在低频段，而有效信号频率大多集中在中高频段，在叠加频谱曲线上，随着频率的增大，频率段逐渐由噪声过渡到有效信号，此时，由于噪声和有效信号之间强弱关系的不同，在叠加频谱上会发生变化率的改变，这种改变通过Kw、K'w或K″w来量化。当叠加频谱一次偏导数曲线(也可以称为叠加频谱变化率曲线)值最大时，即Kw、K'w或K″w最大时，叠加频谱变化率达到最大，此时对应的频率，即为所选时窗内噪声与有效信号之间的阙值频率。
综上所述，本发明通过严密的计算，定量的得到阙值大小，解决了人为进行噪声与有效信号的划分时，确定阙值的随机性与不准确性，使得求取的阙值更加准确有效。本发明能够有效地将噪声与有效信号区分开来，与以往人为判定和划分相比，本发明求取有效频率的方法更为准确，也更为可靠。本发明的阙值和有效信号频率求取方法能够很好的应用于地震采集数据质量评价和处理过程中质量控制，从很大程度上保证了地震资料处理与解释的准确性。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (7)

1.一种地震资料处理中阙值的求取方法，其特征在于，所述求取方法包括以下步骤：
获取地震资料预定时窗内的频谱曲线；
通过等式(2)计算所述频谱曲线上不同频率的叠加频谱，然后通过等式(3)对所述叠加频谱进行求导，得到叠加频谱变化率曲线；
选取所述叠加频谱变化率曲线上叠加频谱变化率最大值所对应的频率作为阙值，
其中，
所述等式(2)为：Ew＝∑X(w) w＝w1,w2,…,wmax，
在等式(2)中，Ew为频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1,w2,…,wmax表示频谱曲线上的不同频率，wmax表示频谱曲线上频率的最大值，
所述等式(3)为：
在等式(3)中，Kw为频谱曲线上不同频率的叠加频谱的一次偏导数，Ew为频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w1,w2,…,wmax表示频谱曲线上的不同频率，wmax表示频谱曲线上频率的最大值。
2.根据权利要求1所述的地震资料处理中阙值的求取方法，其特征在于，所述获取地震资料预定时窗内的频谱曲线的步骤包括：
在地震资料上选取一个时窗；
对所选时窗内的地震资料进行傅里叶变换，以将所选时窗内的地震资料由时间域变换到频率域，得到频谱曲线。
3.根据权利要求2所述的地震资料处理中阙值的求取方法，其特征在于，通过等式(1)对所选时窗内的地震资料进行傅里叶变换，
在等式(1)中，x(t)为所选时窗的地震资料，t表示时间，w表示频率，
4.一种地震资料处理中有效信号频率的求取方法，其特征在于，所述求取方法包括以下步骤：
获取地震资料预定时窗内的频谱曲线；
将所述频谱曲线上最大振幅对应的频率确定为主频，并根据所述主频将所述频谱曲线划分为第一段频谱曲线和第二段频谱曲线，其中，第一段频谱曲线的频率小于所述主频，第二段频谱曲线的频率大于所述主频；
通过等式(4)计算所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱E′w，然后通过等式(6)对所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱进行求导，得到第一段叠加频谱变化率曲线；
选取所述第一段叠加频谱变化率曲线上叠加频谱变化率最大值所对应的频率作为第一阙值；
通过等式(5)计算所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱E″w，然后通过等式(7)对所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱进行求导，得到第二段叠加频谱变化率曲线；
选取所述第二段叠加频谱变化率曲线上叠加频谱变化率最大值所对应的频率作为第二阙值；
将所述第一阙值和所述第二阙值之间的频率确定为有效信号频率，
其中，
等式(4)为E′w＝∑X(w) w＝w′1,w′2,…,w′max，
在等式(4)中，E′w为所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w′1,w′2,…,w′max为所述第一段频谱曲线上的频率，w′max表示所述第一段频谱曲线上频率的最大值，
所述等式(5)为E″w＝∑X(w) w＝w″1,w″2,…,w″max，
在等式(5)中，E″w为所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w″1,w″2,…,w″max为所述第二段频谱曲线上的频率，w″max表示所述第二段频谱曲线上频率的最大值，
所述等式(6)为
在等式(6)中，K′w为所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱的一次偏导数，E′w为所述第一段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w′1,w′2,…,w′max为所述第一段频谱曲线上的频率，w′max表示所述第一段频谱曲线上频率的最大值，
所述等式(7)为
在等式(7)中，K″w为所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱的一次偏导数，E″w为所述第二段频谱曲线上不同频率的叠加频谱，w表示频率，w″1,w″2,…,w″max为所述第二段频谱曲线上的频率，w″max表示所述第二段频谱曲线上频率的最大值。
5.根据权利要求4所述的地震资料处理中有效信号频率的求取方法，其特征在于，所述获取地震资料预定时窗内的频谱曲线的步骤包括：
在地震资料上选取一个时窗；
对所选时窗内的地震资料进行傅里叶变换，以将所选时窗内的地震资料由时间域变换到频率域，得到频谱曲线。
6.根据权利要求5所述的地震资料处理中有效信号频率的求取方法，其特征在于，通过等式(1)对所选时窗内的地震资料进行傅里叶变换：
在等式(1)中，x(t)为所选时窗的地震资料，t表示时间，w表示频率，
7.一种地震资料处理方法，其特征在于，所述地震资料处理方法采用如权利要求4至6中任意一项所述的地震资料处理中有效信号频率的求取方法求取有效信号频率。
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