CN110579805A - 一种基于自适应增益限反q滤波的地震资料处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，包括以下步骤：S1.输入地震资料包含的所有地震数据；S2.选择一道地震数据作为输入信号，通过时频分析求取输入信号不同时间点有效频带的截止频率；S3.通过不同时间有效频带的截止频率算出对应的自适应增益限，得到的振幅补偿函数；S4.根据输入信号的品质，选择吸收衰减补偿的实现方式；S5.对吸收衰减补偿后的结果沿着频率方向求和，得到补偿后的时间域信号；S6.重复步骤S2～S5，依次对地震资料中包含的每一道地震数据进行补偿。本发明可以根据需要灵活的调节振幅补偿函数和合理的选择吸收衰减补偿的实现方式，且自适应增益限可以自适应于地震资料有效频带的截止频率，从而提高地震资料的分辨率。

Description

一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法
技术领域
本发明属于地震资料数字处理领域，特别是涉及一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法。
背景技术
地震波在地层中传播时，要经受地层Q滤波对地震波造成的与频率和传播时间有关的能量衰减和速度频散；因此随传播时间增大，地震波分辨率逐渐降低且相位畸变越来越严重。因此，我们可以利用反Q滤波来提高地震资料的分辨率。
针对反Q滤波，这种方法能够有效的校正畸变的相位，而且是无条件稳定的，但是振幅补偿函数是一与频率和旅行时相关的e指数函数，在资料处理过程中经常导致数值非稳定性问题，从而难以获得高分辨率的结果。
为了控制反Q滤波的数值非稳定性问题，James and Knight(2003)和王仰华(2006)分别提出稳定因子法反Q滤波。稳定因子法反Q滤波能够控制数值非稳定性问题，但是以上方法的增益限是时不变的，与地震资料无关；若增益限太小，深层分辨率将降低；若增益限太大，提高分辨率的同时也会放大高频噪音。
发明内容
本发明在现有技术的基础上，提出一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，可以根据需要灵活的调节振幅补偿函数和合理的选择吸收衰减补偿的实现方式，且自适应增益限可以自适应于地震资料有效频带的截止频率，从而提高地震资料的分辨率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，包括以下步骤：
S1.输入地震资料包含的所有地震数据；
S2.选择一道地震数据作为输入信号，通过时频分析求取输入信号不同时间点有效频带的截止频率；
S3.通过不同时间有效频带的截止频率算出对应的自适应增益限，得到的振幅补偿函数；
S4.若输入信号信噪比较高，选用频率域的实现方法实现吸收衰减补偿，若输入信号的信噪比较低，选用时频域的实现方法实现吸收衰减补偿；
S5.对吸收衰减补偿后的结果沿着频率方向求和，得到补偿后的时间域信号；
S6.重复步骤S2～S5，依次对地震资料中包含的每一道地震数据进行补偿。
进一步地，所述步骤S2包括以下子步骤：
S201.选择一道地震数据作为输入信号，进行时频分析，得到输入信号的时频谱S(t,f)；
S202.计算t时刻时频谱S(t,f)的模Gt(f)，并求出t时刻的时频谱模Gt(f)的最大值Gt(fp)：
其中，Max[]表示取最大值；|·|表示取模运算；
S203.计算地震资料有效频带的截止频率fd(t)：
其中，d是Gt(f)的最大动态范围，单位分贝，通常由用户设定；Lt(f)表示所有满足的频率成分。
优选地，一般情况下，用户设定的最大动态范围其中AMAX表示设备可准确记录到的数据的最大值，AMIN表示设备可准确记录到的数据的最小值。
进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：
S301.计算自适应增益限C(t)和稳定因子δ3：
式中，p，a，b是用户预设的参数，p为实数且p＞1；a、b为实数且b≥a≥0；Q为地层品质因子，将步骤S2得到的fd(t)作为频率f带入中进行计算，得到γ[t,fd(t)]，由于fd(t)为有效频带的截止频率，即希望进行吸收衰减补偿的有效频带的最大频率，故令γ[t,fd(t)]表征任意时间t的振幅补偿函数的最大值，即自适应增益限C(t)；
S302.获取得到的振幅补偿函数：
其中，B3(t,f)为自适应增益限反Q滤波振幅补偿函数。
进一步地，所述步骤S4中，判断输入信号信噪比高低的方式如下：
S201.测量输入信号中包含的信号能量Psignal和噪音能量Pnoise；
S202.计算输入信号的信噪比SNR：
S203.判断信噪比SNR是否大于预设阈值；
若是，则输入信号的信噪比较高；
若否，则输入信号的信噪比较低。
进一步地，所述步骤S4中，选用频率域的实现方法进行吸收衰减补偿的公式如下：
A(0,f)为输入信号的频谱，h1(t)为频率域处理后的时域信号，Re[]表示取复信号的实部；
选用时频域的实现方法行吸收衰减补偿的公式如下：
式中，Nt是Re[H(t,f)]≠0的总数，h2(t)为时频域处理后的时域信号。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过引入三个参数p，a，b，可以根据需要灵活的调节振幅补偿函数，保证了本发明在吸收衰减补偿过程中的灵活性；
(2)本发明可以根据地震资料品质的差异，合理的选择在计算效率更高的频率域或抗噪性更好的时频域进行吸收衰减补偿，保证了本发明在吸收衰减补偿过程中的高效性和稳定性。
(3)本发明所用的自适应增益限能够自适应于地震数据有效频带的截止频率，能够充分补偿有效频带范围内损失的能量，压制有效频带范围外的高频背景噪音，保证了本发明的吸收衰减补偿的准确性；
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为无噪的合成信号与不同处理方法的处理结果示意图；
图3为添加的随机噪音的条件下不同处理方法的处理结果示意图；
图4为实施例中输入剖面一及本发明处理结果示意图；
图5为实施例中输入剖面二及本发明处理结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
本发明对地震资料进行时频分析求取有效频带的截止频率，根据有效频带的截止频率计算自适应增益限，然后确定该方法的振幅补偿函数，选择频率域或者时频域的实现方式后，对输入信号进行自适应增益限的反Q滤波，即可得到补偿后的时域信号。
一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法的基本思想：若没有地层Q效应的吸收衰减，深、浅层反射波具有波形相似性；地层Q效应使得在不同时刻的地震波的频率成分按一定的规律进行衰减，结合地震资料有效频带的变化规律对其乘以时频变的振幅补偿项，使得深浅层反射波的波形具有相似性即可完成补偿，具体地：
如图1所示，一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，包括以下步骤：
S1.输入地震资料包含的所有地震数据；
S2.选择一道地震数据作为输入信号，通过时频分析求取输入信号不同时间点有效频带的截止频率；在本申请的实施例中，采用改进的短时傅里叶变换进行时频分析，时频谱S(t,f)表示为：
其中，τ为时移因子，z(t)为输入信号经过Hilbert变换后的解析信号，w(t)为窗函数；
S3.通过不同时间有效频带的截止频率算出对应的自适应增益限，得到的振幅补偿函数；
S4.若输入信号信噪比较高，选用频率域的实现方式实现吸收衰减补偿，若输入信号的信噪比较低，选用时频域的实现方式实现吸收衰减补偿；
S5.对吸收衰减补偿后的结果沿着频率方向求和，得到补偿后的时间域信号；
S6.重复步骤S2～S5，依次对地震资料中包含的每一道地震数据进行补偿。
经过以上处理过程以后，得到了分辨率和信噪比均比较理想的地震剖面，与原始的输入相面相比，处理后的剖面减弱了地层Q效应的影响，精细的刻画了该区域的构造特征；
在本申请的实施例中，图2示出了无噪的合成信号与不同处理方法的处理结果示意图，图2(a)为无噪的合成信号；图2(b)为地层Q效应的结果；图2(c)为稳定因子法反Q滤波的结果；图2(d)为本发明反Q滤波的结果；可见本发明在频率域的实现效果优于稳定因子法；图3为添加的随机噪音的条件下不同处理方法的处理结果示意图，图3(a)为添加的随机噪音；图3(b)为将图3(a)添加到图2(b)的结果；图3(c)为稳定因子法反Q滤波的结果；图3(d)为本发明反Q滤波的结果可见本发明在时频域实现的效果优于稳定因子法。图4为实施例中输入剖面一及本发明处理结果示意图；在本申请的实施例中，图4(a)为输入剖面一；图4(b)为本发明(频率域)的处理结果；图5为输入剖面二及本发明处理结果示意图，图5(a)为输入剖面二；图5(b)为本发明(时频域)处理结果；可见，经过本发明处理过程以后，得到了分辨率和信噪比均比较理想的地震剖面。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.输入地震资料包含的所有地震数据；
S2.选择一道地震数据作为输入信号，通过时频分析求取输入信号不同时间点有效频带的截止频率；
S3.通过不同时间有效频带的截止频率算出对应的自适应增益限，得到的振幅补偿函数；
S4.若输入信号信噪比较高，选用频率域的实现方式实现吸收衰减补偿，若输入信号的信噪比较低，选用时频域的实现方式实现吸收衰减补偿；
S5.对吸收衰减补偿后的结果沿着频率方向求和，得到补偿后的时间域信号；
S6.重复步骤S2～S5，依次对地震资料中包含的每一道地震数据进行补偿。
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：
S201.选择一道地震数据作为输入信号，进行时频分析，得到输入信号的时频谱S(t,f)；
S202.计算t时刻时频谱S(t,f)的模Gt(f)，并求出t时刻的时频谱模Gt(f)的最大值Gt(fp)：
其中，Max[]表示取最大值；|·|表示取模运算；
S203.计算地震资料有效频带的截止频率fd(t)：
其中，d是Gt(f)的最大动态范围，单位分贝；Lt(f)表示所有满足的频率成分。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下子步骤：
S301.计算自适应增益限C(t)和稳定因子δ3：
式中，p，a，b是用户预设的参数，p为实数且p＞1；a、b为实数且b≥a≥0；Q为地层品质因子，将步骤S2得到的fd(t)作为频率f带入中进行计算，得到γ[t,fd(t)]，由于fd(t)为有效频带的截止频率，即希望进行吸收衰减补偿的有效频带的最大频率，故令γ[t,fd(t)]表征任意时间t的振幅补偿函数的最大值，即自适应增益限C(t)；
S302.获取得到的振幅补偿函数：
其中，B3(t,f)为自适应增益限反Q滤波振幅补偿函数。
4.根据权利要求1所述的一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，其特征在于：
所述步骤S4中，判断输入信号信噪比高低的方式如下：
S201.测量输入信号中包含的信号能量Psignal和噪音能量Pnoise；
S202.计算输入信号的信噪比SNR：
S203.判断信噪比SNR是否大于预设阈值；
若是，则输入信号的信噪比较高；
若否，则输入信号的信噪比较低。
5.根据权利要求1所述的一种基于自适应增益限反Q滤波的地震资料处理方法，其特征在于：所述步骤S4中，选用频率域的实现方法进行吸收衰减补偿的公式如下：
A(0,f)为输入信号的频谱，h1(t)为频率域处理后的时域信号，Re[]表示取复信号的实部；
选用时频域的实现方法行吸收衰减补偿的公式如下：
式中，Nt是Re[H(t,f)]≠0的总数，h2(t)为时频域处理后的时域信号。
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