CN110737022A - 一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法，该方法将任一道集的全部数据划分黑三角区内数据、黑三角区外数据，黑三角区内数据是以噪音为主，黑三角区外数据是以信号为主，两者的互相关系数反应了噪音与信号的相关程度。黑三角区内的噪音主要是破坏信号的振幅，噪音对信号的相位影响较小，利用黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数对黑三角区内数据的振幅谱进行压制，充分考虑了“黑三角”区能量强的特点，既消除了噪音又极大地降低了有效波的损失。

Description

一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法
技术领域
本发明属于勘探领域，尤其涉及一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法。
背景技术
可控震源地震采集技术的采用，对国内沙漠地区物探技术的进步具有重要意义，一是推动国内沙漠地区地震采集技术的进步；二是推动高效环保经济激发技术的应用，与井炮激发相比，可控震源生产效率高，施工成本低，且更具环保性。但可控震源地震资料却仍存在噪音干扰、频宽和相位等诸多方面的不足，可控震源的激发产生的强能量的面波及非线性的强干扰噪音，在道集上表现为很强的发育全频带“黑三角”区噪音。
针对沙漠区可控震源激发地震资料噪音的特点，人们提出了不同的消除这种噪音影响的方法：基于低频率特点的高通滤波，在消除面波影响的同时，也损伤了和面波频带重叠的有效波；李学刚等采用提高覆盖次数压制规则干扰、声波去噪、优选动态扫描参数降低道集交涉干扰及谐波干扰压制技术来压制可控震源噪音。林娟等采用模型法滑动扫描谐波干扰压制和独立同步扫描邻炮干扰压制。葛川庆等应用F-K相干噪音消除、道组合消除相干噪声和高精度径向道扫描消除相干噪声这三种方法进行去噪。Seriff等率先探讨了可控震源与地面耦合时出现的高次谐波畸变问题；随后，Sallas通过分析测井接收点的可控震源信号，并结合理论推导，对可控震源平板与地面耦合时产生的高次谐波畸变进行了更深入研究，提出采用平板加速度信息抑制谐波畸变产生的方法，提高了激发信号的可靠性和稳定性。Schrodt、Martin等和Reust分别从井下接收的远场子波，硬、软地表可控震源耦合等方面，讨论了可控震源谐波畸变的相位变化问题，得到“出力越大，地面越坚硬，则可控震源的谐波畸变越重”的结论。这些滤波方法由于理论本身的局限，主要利用面波频率和视速度特点，没有充分利用“黑三角”区能量强的特点，不可避免地产生一些人为的假象或消除不干净或者损失有效波的现象。
发明内容
为解决现有技术中没有充分利用“黑三角”区能量强的特点，致使噪音消除不干净或损失有效波的技术问题，本发明提供一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法，具体方案如下：
一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法，将任一道集的全部数据划分黑三角区内数据、黑三角区外数据，并计算黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数；
利用黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数对黑三角区内数据的振幅谱进行压制。
进行中，在不同频率处，将黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数乘以黑三角区内数据的振幅谱，以实现对黑三角区内数据的振幅谱的压制。
进行中，计算黑三角区内数据与全部数据的互相关系数以及黑三角区外数据与全部数据的互相关系数，通过黑三角区内数据与全部数据的互相关系数以及黑三角区外数据与全部数据的互相关系数的大小关系判断区域划分是否合理。
进行中，以任一互相关系数对应的各区域数据的振幅谱为基础计算该互相关系数。
进行中，将任一互相关系数对应的各区域数据的振幅谱对频率求导，利用对应的各区域数据的振幅谱对频率的导数进行互相关以建立该互相关系数对应的互相关函数，并通过对应的互相关函数计算该互相关系数。
进行中，各区域数据的振幅谱和相位谱通过FFT获得。
进行中，结合黑三角区内数据的相位谱和被压制后的黑三角区内数据的振幅谱进行IFFT。
与现有技术相比，本发明提供的一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法，该方法将任一道集的全部数据划分黑三角区内数据、黑三角区外数据，黑三角区内数据是以噪音为主，黑三角区外数据是以信号为主，两者的互相关系数反应了噪音与信号的相关程度。黑三角区内的噪音主要是破坏信号的振幅，噪音对信号的相位影响较小，利用黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数对黑三角区内数据的振幅谱进行压制，充分考虑了“黑三角”区能量强的特点，既消除了噪音又极大地降低了有效波的损失。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明实施例中黑三角区噪音压制前后CMP道集对比；
图2为本发明实施例中黑三角区噪音压制前后频谱分析对比；
图3A为本发明实施例中噪音压制前的剖面，图3B本发明实施例中噪音压制后的剖面。
在附图中，相同的部件采用相同的附图标记，附图并未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明。
本实施例提供一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法，其特征在于，将任一道集的全部数据划分黑三角区内数据、黑三角区外数据，并计算黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数；利用黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数对黑三角区内数据的振幅谱进行压制。
与现有技术相比，本实施例提供的一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法，该方法将任一道集的全部数据划分黑三角区内数据、黑三角区外数据，黑三角区内数据是以噪音为主，黑三角区外数据是以信号为主，两者的互相关系数反应了噪音与信号的相关程度。黑三角区内的噪音主要是破坏信号的振幅，噪音对信号的相位影响较小，利用黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数对黑三角区内数据的振幅谱进行压制，充分考虑了“黑三角”区能量强的特点，既消除了噪音又极大地降低了有效波的损失。
本实施例中将任一道集的全部数据划分黑三角区内数据、黑三角区外数据，实际上是得到了三个区域的数据，一个区域是黑三角区内数据，该数据以噪音为主，一个区域是黑三角区外数据，该数据以信号为主，还有一区域是包含了黑三角区内数据和黑三角区外数据的整个区域的数据，也就是该道集的全部数据。
优选的，对上述黑三角区内数据、黑三角区外数据和全部数据分别进行FFT，得到各自的相位谱和振幅谱，其中：
黑三角区外数据的振幅谱和相伴谱的表达式如下：
Figure BDA0001737447800000041
Figure BDA0001737447800000042
式(1)和式(2)中，|Fs(ω)|为黑三角区外数据的振幅谱；为黑三角区外数据的相位谱；Rs为黑三角区外数据经FFT所得的实部；Is为黑三角区外数据经FFT所得的虚部。
黑三角区内数据的振幅谱和相伴谱的表达式如下：
Figure BDA0001737447800000044
Figure BDA0001737447800000045
式(3)和式(4)中，|Fn(ω)|为黑三角区内数据的振幅谱；
Figure BDA0001737447800000046
为黑三角区内数据的相位谱；Rn为黑三角区内数据经FFT所得的实部；In为黑三角区内数据经FFT所得的虚部。
全部数据的振幅谱和相伴谱的表达式如下：
Figure BDA0001737447800000048
式(5)和式(6)中，|Fa(ω)|为全部数据的振幅谱；为全部数据的相位谱；Ra为全部数据经FFT所得的实部；Ia为全部数据经FFT所得的虚部。
分别将式(1)、式(3)、式(5)三个振幅谱对频率ω求导，得到各区域数据的振幅谱对频率ω的导数，表达式如下：
Figure BDA00017374478000000411
Figure BDA00017374478000000412
式(7)、式(8)和式(9)中，Fsd(ω)为黑三角区外数据的振幅谱对频率ω的导数；Fnd(ω)为黑三角区内数据的振幅谱对频率ω的导数；Fad(ω)为全部数据的振幅谱对频率ω的导数。
通过式(7)、式(8)和式(9)进行互相关建立各区域数据的互相关函数，其中，黑三角区外数据与全部数据(即整个道集)互相关函数Rsa(m)为：
Rsa(m)＝∑Fsd(ω)*Fad(ω+m) (10)
黑三角区内数据与全部数据(即整个道集)互相关函数Rna(m)为：
Rna(m)＝∑Fnd(ω)*Fad(ω+m) (11)
黑三角区内数据与黑三角区外数据互相关函数Rns(m)为：
Rns(m)＝∑Fnd(ω)*Fsd(ω+m) (12)
通过式(10)可得到黑三角区外数据与全部数据的互相关系数；通过式(11)可得到黑三角区内数据与全部数据的互相关系数；通过式(12)可得到黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数。具体如何利用互相关函数计算获得互相关系数，为本领域的公知常识，此处不再展开。
黑三角区的能量较强，区别较为明显，通常本领域技术人员根据经验足以将黑三角区从整个道集中大致划分出来。然为使噪音压制结果更为准确，需对关于黑三角区的区域划分进行较正。
优选的，通过黑三角区内数据与全部数据的互相关系数以及黑三角区外数据与全部数据的互相关系数的大小关系判断区域划分是否合理。具体地，如本实施例中的图1所示为某一CMP道集的数据，按上述方法计算所得黑三角区外数据与全部数据的互相关系数为70％，黑三角区内数据与全部数据的互相关系数为36％，黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数为8.6％。
在实际操作时，黑三角区外数据与全部数据的互相关系数大于黑三角区内数据与全部数据的互相关系数的两倍以上，或者接近于黑三角区内数据与全部数据的互相关系数的两倍时，可认为关于黑三角区的区域划分是合理的。此处黑三角区外数据与全部数据的互相关系数(70％)明显大于黑三角区内数据与全部数据的互相关系数(36％)，且黑三角区外数据与全部数据的互相关系数(70％)接近于黑三角区内数据与全部数据的互相关系数(36％)的两倍，因而本实施例中关于黑三角区的区域划分是合理的。如果算得的黑三角区外数据与全部数据的互相关系数以及黑三角区内数据与全部数据的互相关系数不满足上述要求，则认为关于黑三角区域的划分，即黑三角区内数据和黑三角区外数据的划分不合理，需对该道集的全部数据重新划分黑三角区内数据和黑三角区外数据，并计算相应的互相关系数，直至区域划分合理。
优选的，确认区域划分合理后，利用黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数对黑三角区内数据的振幅谱进行压制。具体为，在不同频率处，将黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数与黑三角区内数据的振幅谱|Fn(ω)|相乘，得到被压制后的黑三角区内数据的振幅谱，从而对噪音进行压制。进一步的，结合黑三角区内数据的相位谱
Figure BDA0001737447800000061
和被压制后的黑三角区内数据的振幅谱进行IFFT。由于信号的相位谱受影响较小，相位谱比振幅谱更接近原始数据，故结合黑三角区内数据的相位谱
Figure BDA0001737447800000062
和被压制后的黑三角区内数据的振幅谱进行IFFT，使还原出的数据与信号更为接近。
图1、图2和图3是利用本实施例中的上述方法对选取的某沙漠地区可控震源激发地震资料进行处理和分析的结果。如图1所示，可控震源激发地震资料信噪比很低，三角区噪音发育严重，难以分辨有效同相轴，经过噪音压制，黑三角区有效信号得到了很好恢复。图2为去噪前后的频谱分析对比，可见，经过噪音压制，没有伤害有效频带能量，低频、高频端能量均得到有效提升。图3A、图3B形成了噪音压制前后叠加剖面对比，可见，经过噪音压制，剖面分辨率及信噪比均得到了提高。
在其它实施例中，还可以对黑三角区外不同道的振幅在不同频率叠加并归一化作为参照标准。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在逻辑或结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种可控震源激发地震资料黑三角区噪音的压制方法，其特征在于，将任一道集的全部数据划分黑三角区内数据、黑三角区外数据，并计算黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数；
利用黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数对黑三角区内数据的振幅谱进行压制。
2.根据权利要求1所述的压制方法，其特征在于，在不同频率处，将黑三角区内数据与黑三角区外数据的互相关系数乘以黑三角区内数据的振幅谱，以实现对黑三角区内数据的振幅谱的压制。
3.根据权利要求1所述的压制方法，其特征在于，计算黑三角区内数据与全部数据的互相关系数以及黑三角区外数据与全部数据的互相关系数，通过黑三角区内数据与全部数据的互相关系数以及黑三角区外数据与全部数据的互相关系数的大小关系判断区域划分是否合理。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的压制方法，其特征在于，以任一互相关系数对应的各区域数据的振幅谱为基础计算该互相关系数。
5.根据权利要求4所述的压制方法，其特征在于，将任一互相关系数对应的各区域数据的振幅谱对频率求导，利用对应的各区域数据的振幅谱对频率的导数进行互相关以建立该互相关系数对应的互相关函数，并通过对应的互相关函数计算该互相关系数。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的压制方法，其特征在于，各区域数据的振幅谱和相位谱通过FFT获得。
7.根据权利要求6所述的压制方法，其特征在于，结合黑三角区内数据的相位谱和被压制后的黑三角区内数据的振幅谱进行IFFT。
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