CN1981212B - 利用复变道分集滤波器来衰减地震数据中的噪声的方法 - Google Patents

Abstract

公开一种用于衰减地震数据中的噪声的方法。该方法包括：对于至少一条地震道的至少一部分计算道包络(10)，由该道包络生成滤波包络(12)，以及将该滤波包络变换成滤波道(14)。在一个实施例中，被用于生成滤波包络的滤波器算子的长度相反地与要被保存在滤波道中的最大频率有关。

Description

利用复变道分集滤波器来衰减地震数据中的噪声的方法

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦政府资助的研究或研发的声明

不适用。

发明背景

发明领域

本发明通常涉及地震数据采集领域。更特别地，本发明涉及用于处理地震数据以减小噪声影响的方法。

背景技术

地震勘测数据被用来推断地球地表下的结构和被用来推断地球地表下的岩层的组成。通过在接近地球表面的所选择的位置处部署地震能量源和在接近地震能量源附近的地球表面的所选择的位置处部署一个或多个地震接收器来采集地震勘测数据。该源可以是爆炸物、气枪或水枪、振动器或这类装置的阵列。在不同时刻激励地震能量源，并相对于由一个或多个地震接收器所检测到的信号的时间作记录。

地震能量通常从源向下辐射，直到该地震能量到达地表下的一个或多个地表下声阻抗边界为止。向上反射地震能量，经地球地层返回，直到该地震能量被一个或多个接近地球表面的接收器检测到为止。通过在地震勘测船后面拖曳接近水面的气枪、水枪或这类枪的阵列，地震勘测也从诸如海洋的水体的表面进行(海洋地震勘测)。地震接收器由相同的船只或不同的船只拖曳。不管地震勘测数据是在地面上还是在水体上被记录，所检测到的地震能量的记录都被用来推断地球地表下的岩石的结构和组成。通常，根据所反射的地震能量从源到一个或多个接收器的传播时间来推断结构。可根据地震能量传播时间和所检测到的地震能量的特征(诸如其振幅、相位和频率内容)来推断组成。

为了准确地推断地球地表下的地表下结构和组成，地震数据记录应该是如实际上的那样不受噪声的影响。噪声可能由多个来源中的任何一种产生，这些来源包括数据记录系统中的各个部件中的电子噪声和来自外部来源的“突发”噪声，该外部来源包括海洋勘测时的地震船和基于地面的地震勘测时的钻井和/或其他工业设备。在本技术领域中公知用于衰减存在于地震勘测数据中的各种类型噪声的影响的多种方法。本技术领域中公知的一些方法包括衰减地震数据记录中的某些分量，诸如在所选频率范围以外或具有落在所选范围或数值以外(或在所选阈值以上或以下)的地震数据的振幅范围或其他特征的分量。

本技术领域中公知的用于处理地震数据以减小噪声影响的一些方法(例如K(道混合(tracemix))、F-K(频率-波数)和Tau-p(倾斜叠加(slant stack)))易受道间静态(trace-to-trace statics)的影响。需要的是一种减小地震数据中的噪声影响的稳定方法，该方法对道间静态具有减小的敏感度。

发明概要

本发明的一个方面是一种用于衰减地震数据中的噪声的方法。按照本发明的这个方面的方法包括对于至少一条地震道的至少一部分计算道包络。由该道包络生成滤波包络。然后，将该滤波包络变换成滤波道。

从以下的说明和所附的权利要求中，本发明的其他方面和优点将是显而易见的。

附图简述

图1示出按照本发明的方法的一个实施例的流程图。

图2A示出基于反射模型的综合地震勘测数据，该反射模型包括三个反射事件和两个噪声突发。

图2B示出在应用本技术领域中公知的噪声衰减技术之后的图1A的综合地震勘测。

图2C示出在通过按照本发明的方法的一个实施例进行处理之后的图1A的综合地震勘测。

图3A示出在处理之前的炮(shot)记录(相对于时间和接收器的位置所记录的地震数据的道显示)。

图3B示出在按照本发明的一个实施例进行滤波之后的图3A的炮记录。

图4A示出在应用按照本发明的方法之前的所叠加的记录段。

图4B示出在应用按照本发明的一个实施例的滤波器之后的所叠加的记录段。

图5A-1、5A-2和5A-3分别示出按照本技术领域中公知的方法所处理的综合地震事件、振幅和相位谱。

图5B-1、5B-2和5B-3分别示出利用按照本发明的噪声衰减的图5A的综合地震事件、振幅和相位谱。

图6示出被配置来读取按照本发明的计算机程序的通用可编程计算机。

详细说明

在按照本发明的方法的一个实施例中，地震数据在时域中被处理。接下来的说明根据数字采样的地震数据来解释，数字采样的地震数据意味着，地震数据作为一组表示所选时刻的地震信号的振幅的号码被存储、检索和处理，这组号码通常相对于地震能量源的激励时间被编入索引。应理解的是，在此所描述的过程也可用于以类似形式表示的地震数据。

首先，并且也参照图1中的流程图，在8处示出的地震数据能被转换到复变道域，在10处示出。对于由S(t)表示的时域中的地震道，其中S表示地震信号在任何时刻t的振幅，复变道包络(E(t))能通过下式由信号S(t)和其复共轭S^*(t)来确定：

$E\left(t\right)=\sqrt{S{\left(t\right)}^2+S^{*}{\left(t\right)}^2},---\left(1\right)$

其中，复共轭S^*(t)表示地震信号S(t)的希尔伯特(Hilbert)变换或者可替换地表示经受90度相移的信号S(t)。

然后，可以利用复变道分集滤波器(diversity filter)来滤波复变道包络E(t)，如在12所示。可以把该滤波器设置到预选的窗口长度(所选的用于处理数字采样的数据的数字样本的数目)。该滤波器长度通常相反地与期望要被保存在滤波过程中的初始地震信号S(t)中的最高频率分量有关。复变道分集滤波器算子的一个实施例能由其最终的滤波道包络(F(t))来限定。按照以下表达式能计算滤波道包络F(t)：

$F\left(t\right)=\sqrt{\frac{N}{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{E{\left(t\right)}^2}}},---\left(2\right)$

其中，N表示滤波器窗口中的道样本的数目。

在计算滤波复变道包络之后，通过按照以下表达式确定滤波包络的复共轭逆运算能计算表示在所选时刻的滤波地震信号振幅的滤波数据道(S_F(t))：

$S_F\left(t\right)=\frac{F\left(t\right)}{\sqrt{1+[\frac{1}{{\left[\frac{S\left(t\right)}{S^{*}\left(t\right)}\right]}^2}}}.---\left(3\right)$

在图1中的14处示出计算滤波道。

在另一实施例中，地震数据可被变换到偏移域(offset domain)中。被变换到偏移域中的地震数据表示地震信号相对于地震能量源与由其利用该信号的地震传感器中的特定一个传感器之间的距离的振幅。能以类似于上面针对时域所描述的方式来处理偏移域地震数据。由S(x)表示所变换的地震信号，S(x)是相对于偏移的振幅。由S^*(x)表示域变换过的地震信号的复共轭。如在前面的实施例中那样，首先能通过下式确定域变换过的地震数据的复共轭包络：

$E\left(x\right)=\sqrt{S{\left(x\right)}^2+S^{*}{\left(x\right)}^2}.---\left(4\right)$

然后，诸如通过按照下式计算滤波包络来滤波该包络：

$F\left(x\right)=\sqrt{\frac{N}{\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{E{\left(x\right)}^2}}}.---\left(5\right)$

最后，能按照下式将滤波道计算为滤波包络的逆运算：

$S_F\left(x\right)=\frac{F\left(x\right)}{\sqrt{1+\left[\frac{1}{{\left[\frac{S\left(x\right)}{S^{*}\left(x\right)}\right]}^2}\right]}}.---\left(6\right)$

在一些实施例中，如在图1中的16处所示的那样，并且特别是对于被变换到偏移域中的数据，可以在执行复共轭变换(在10处示出)之前通过将地震信号带通滤波到所选数目的通带中来预处理这些地震信号。这些通带通常将是相互邻接或相互重叠的，以便不将任何特定的频率分量从按照本发明所处理的地震数据中排除。带通滤波的一个例子包括将地震数据带通滤波到在5-35Hz、35-55Hz、55-75Hz和75-95Hz的范围中的通带中。在一些实施例中，带通滤波过的地震数据的分析可以帮助确定包络滤波器算子的长度。带通滤波过的地震数据的分析也可以改进源自地表下的结构的地震数据中的事件的保存和改进从地震数据中的噪声去除。

现在，将参照图2A、2B和2C来解释利用按照本发明的方法处理地震数据的例子结果。图2A表示综合地震记录段，该综合地震记录段示出对于地球地表下的模型的综合地震道，该模型包括在20、22和24处示出的三个反射事件。图2A中的每条道表示已通过地震接收器接收到的信号，该地震接收器被定位在与图中的道的坐标位置相对应的表面位置处。为简单起见，图2A中的事件20、22、24被示为平的，然而，这些事件也可包括正常的时差(NMO)，其中事件发生在与源到接收器的距离有关的时刻。图2A中的道也示出两个在26和28处示出的明显的噪声事件。

图2B示出在利用简单的带通滤波器(以滤出具有在滤波器通带以外的频率的分量)进行处理之后的图2A的综合地震记录段。值得注意地，第二事件22已通过该带通滤波器被去除，而噪声突发22仍旧保留在该记录段中。

图2C示出在应用按照本发明以及如参照图1所解释的方法之后的与图2A中所示的记录段相同的记录段。值得注意地，两个噪声突发26、28已基本上被消除，而所有三个事件20、22、24保留在处理过的记录段中。

将参照图3A和3B解释按照本发明所处理的地震数据的另一例子。图3A示出“原始的”炮记录，这意味着在多个间隔开的地震接收器中的每一个地震接收器处所作的振幅记录相对于时间的曲线图。图3B示出在按照本发明进行处理之后的图3A的炮记录。

同样地，图4A和4B分别示出在按照本发明进行处理之前和之后的进行叠加之后的地震数据。

现在，将参照图5A-1、5A-2和5A-3以及图5B-1、5B-2和5B-3来解释按照本发明的处理与现有技术相比对于道之间的静态变化如何相对不灵敏的例子。图5A-1示出综合地震段，该综合地震段包括在2.00秒双向反射时间处的单个反射事件，该双向反射时间包括两个有噪声的接收器道，并且已按照现有技术的噪声衰减方法被滤波。图5A-1中的道的振幅和相位谱分析分别显现在图5A-2和5A-3中。另外，从左向右横向延伸的道已增加了由下式表示的综合静态幅移R(x)：

R(x)＝A(x)sin(x)，                    (7)

其中，A(x)表示与偏移x成比例的振幅标量(从左向右增加)，而sin(x)是偏移值的正弦。因此，振幅静态是其在振幅上随偏移的增加而增加的正弦值。值得注意地，两个有噪声的道看来似乎覆盖这些结果(在这种情况下为功率频谱)。

比较起来，图5B-1中所示的道已按照如参照图1所解释的方法那样被滤波。图5B-1中的道包括与图5A-1中的道相同的两个有噪声的通道和相同的静态幅移。值得注意地，在多道处理过程之后，基本上保留了静态幅移，而这两个有噪声的道具有在那里基本上被衰减的噪声。对于图5B-1中的道的相对应的振幅和相位谱分别在图5B-2和5B-3中被示出。

通过适当编程的通用计算机可执行上述按照本发明的各方面的方法的实施例。在图6中示出具有中央处理器50的这样的计算机的例子。处理器50被耦合到诸如键盘的用户输入装置54并被耦合到诸如阴极射线管(CRT)或平板液晶显示器(LCD)的显示器52。按照本发明的这个方面的计算机程序可以驻留在多个类型的计算机可读介质中的任何一种上，诸如驻留在可插到CD读取器56中的光盘62、可插入到软盘驱动器58中的磁“软”盘64上，或者，该程序可以驻留在处理器50内或远离处理器50的硬盘驱动器60中。该程序包括可操作来使可编程计算机执行上面参照图1所描述的数据处理序列的逻辑。其中存储计算机程序的特定实施例并不意味着限制本发明的范围。

虽然已参考有限数目的实施例说明了本发明，但受益于本公开内容的本领域技术人员应认识到，能想到并不偏离如在此所公开的本发明的范围的其他实施例。因此，本发明的范围应仅受限于所附的权利要求。

Claims (4)

1.一种用于衰减地震数据中的噪声的方法，该方法包括：

使用地震传感器，响应于地震能量源的激励来测量地震信号；

相对于时间以电子方式记录所测量的地震信号，以生成地震道；

对于至少一条地震道的至少一部分计算复变道包络；

由该复变道包络生成滤波包络；以及

将该滤波包络变换成滤波道。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一条道的至少一部分表示相对于时间的地震信号振幅。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一条道的至少一部分表示相对于偏移的地震信号振幅。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，被用于生成所述滤波包络的算子的长度相反地与要被保存在所述滤波道中的最大频率有关。

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