本发明所要解决的技术问题是提供一种计算简单、效果显著的直接在时 间域内一种
消除地震记录信号中单频干扰的方法。
本发明的消除地震记录信号中单频干扰的方法,包括以下步骤:
(1)采集地震数据中的原始
波形Si;
(2)在时间剖面上利用深层时间段确定单频强干扰波yi的振幅、频率和 时延,作为整道地震记录上的单频强干扰波yi。
(3)原始波形Si减去的单频强干扰波yi,得到去除单频强干扰波yi的地 震记录。
设单频强干扰波的频率、振幅和时延在整个地震记录道内是稳定不变的, 且为常数,则可以使用余弦函数来表示强单频干扰波yi,其表达式为:
yi=A cos 2πf(i+τ)Δt (I)
式中,A、f分别是强单频干扰波的振幅、频率,τ是时延的样点数(实数), Δt是地震记录的时间
采样间隔。
本发明所述的消除地震记录信号中单频干扰的方法,在时间剖面上,深层 高频有效波的能量比浅层弱得多,因此利用深层时间段来估算单频强干扰波 的振幅、频率和时延,以其作为整道地震记录上的单频强干扰波。
本发明所述的消除地震记录信号中单频干扰的方法,使用频率扫描和快 速时延扫描,估算单频强干扰波的频率和时延,然后采用最小二乘法估算强 单频干扰波的振幅。为此建立目标函数:
式中Si是原始地震记录。对于给定的f、τ,振幅A的标定为:由
则 有
对于一个单频干扰波,当频率f具有Δf的误差时,引起的振幅误差Δy:
|Δy|=|cos(2πft+φ)-cos(2π(f+Δf)t+φ)|
≤2π|Δf|T (IV)
式中T是地震记录长度。当T给定,相对误差|Δy|越小,频率扫描步长Δf要求 越小。当相对误差|Δy|给定时,T越大,要求Δf越小。
对于原始地震记录Si和单频干扰波yi,其互相关值函数为:
k=0,1,2,…,M;M是单频干扰波一个周期的样点数。
Di=Si-yi (VI)
其中Di为消除单频干扰波后的地震记录,i=0,1,2,…,N;N是地震记 录的样点数。
本发明所述的消除地震记录信号中单频干扰的方法,具体计算步骤:
(1)振幅A=1,对于一个给定的频率f和一个给定的时延样点数τ,计 算单频波yi;
(2)计算单频波yi和地震记录Si的互相关值;
(3)对于不同的时延样点数τ,重复(1)和(2);
(4)对于不同的频率f,重复(1)、(2)和(3);
(5)通过计算得到一系列互相关值。在这些互相关值中,其最大互相关 值所对应的频率f和时延样点数τ,就是需要识别的单频干扰波的频率和时 延;
(6)确定了频率和时延样点数之后,计算单频干扰波的振幅A;
(7)确定出单频干扰波振幅A、频率f和时延样点数τ之后,就可以确 定单频干扰波yi
(8)从原始地震记录Si中减去单频干扰波yi,就得到消除单频干扰波的 地震记录Di。
本发明所述的消除地震记录信号中单频干扰的方法,在多个单频强干扰波 存在时,分别对振幅进行标定。由于还存在其它单频强干扰波频率成分的影 响,采用逐个估算频率、时延,整体进行振幅标定,从原始地震记录中减去 各个单频强干扰波,得到去除单频强干扰波的地震记录。
本发明所述的消除地震记录信号中单频干扰的方法,在实际地震记录 中干扰波的能量从浅层到深层都很强,并且基本上保持不变;而频率从浅至 深在不同炮点—检波点对上表现出不同的特征,有些
地震道记录间频率具有 轻微的变化,有些地震道记录的频率基本保持不变。在处理地震道记录间频 率的细微变化时,使用分时窗进行
相位微调,弥补频率的变化。
本发明由于采用了在时间域内识别和压制单频干扰波的方法,在去除单 频干扰波频率分量时,对于其它频率成分没有任何损害,是消除单频干扰波 最有效的方法。本发明使用深层地震数据来估计单频干扰波,最有效地估算 单频干扰波的能量,这样可以达到最大限度地压制单频干扰波频率成分,而 使该频率分量上的有效波不受到损害,本发明一次可以消除多个单一频率成 分的干扰波。
附图说明
图1是合成地震数据去噪前后效果对比曲线图。
图2是图1中曲线对应的
频谱,图2(a)~图2(d)分别是图1(1)~图1(4)的频 谱。
图3是吉林得惠地区DH97-551测线238~240三个共检波点道集去噪前后 对比;(a)是去噪前实际共检波点道集;(b)是时间域单频干扰波压制后的共检波 点道集;(c)是使用陷频滤波处理的结果;(d)是(a)减去(b)获得的检测到的干 扰波。
图4是图3左边检波点道集第47炮的频谱;(a)是去噪前0~4000ms之间 的频谱,(b)是(a)压制单频干扰之后0~4000ms之间的频谱,(c)是使用陷频滤 波处理后0~4000ms之间的频谱,(d)是去噪前1000~5000ms之间的频谱,(e) 是(d)压制单频干扰之后1000~5000ms之间的频谱,(f)是使用陷频滤波处理后 1000~5000ms之间的频谱。
图5是图3左边检波点道集第66炮的频谱;(a)是去噪前0~4000ms之间 的频谱,(b)是(a)压制单频干扰之后0~4000ms之间的频谱,(c)是使用陷频滤 波处理后0~4000ms之间的频谱,(d)是去噪前1000~5000ms之间的频谱,(e) 是(d)压制单频干扰之后1000~5000ms之间的频谱,(f)是使用陷频滤波处理后 1000~5000ms之间的频谱。
图6是图3左边检波点道集第97炮的频谱;(a)是去噪前0~4000ms之间 的频谱,(b)是(a)压制单频干扰之后0~4000ms之间的频谱,(c)是使用陷频滤 波处理后0~4000ms之间的频谱,(d)是去噪前1000~5000ms之间的频谱,(e) 是(d)压制单频干扰之后1000~5000ms之间的频谱,(f)是使用陷频滤波处理后 1000~5000ms之间的频谱。
实施例1
首先使用理论合成数据进行试算。理论合成数据采用一个实际地震道与一 个余弦波之和。余弦波使用公式
yi=A cos 2πf(i+τ)Δt
表1是使用的参数和估计的参数,Δt=1ms。其曲线如图1(1)所示,它的振幅 值是实际地震记录最大值的10倍;图1(2)是实际地震记录;图1(3)是合成地 震记录;图1(4)是压制余弦波之后的记录;图1(5)是图1(3)减去图1(4)得到的 结果。图2是图1中曲线对应的频谱,图2(a)~图2(d)分别是图1(1)~图1(4) 的频谱。频率和时延与理论值完全相同,振幅与实际余弦曲线的振幅非常吻 合,由表1和图1(1)、图1(5)、图1(2)和图1(4)也说明了这一点。由图2可以 看出去除余弦波之后的频谱和原来的频谱完全相同,并且对其它频率成分完 全没有影响。这说明时间域压制单频干扰波对有效波的频率成分并无任何伤 害,而对单频干扰波可以进行有效地压制。
表1 理论和估计的余弦波参数
实施例2
图3是吉林DH97-551测线238~240三个共检波点道集去噪前后对比。(a) 是去噪前的共检波点道集,地震记录长度5000ms,采样间隔1ms,由于显示 的原因仅仅显示了0~3000ms。它们包含着很强的50Hz、150Hz和250Hz附 近的干扰波;利用本发明的方法,对整个地震记录的第一个地震道,采用处 理步骤如下。
(1)使用余弦函数表示单频干扰波:
yi=A cos 2πf(i+τ)Δt
假定振幅A=1,对于一个给定的频率f=49和一个给定的时延样点数τ=-10, 计算单频干扰波yi;(2)按照公式(V)
计算单频干扰波yi和地震记录Si的互相关值,得4.0869877E-02;
(3)对于不同的时延样点数τ,重复上述步骤(1)和(2);
τ=-9,-8,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,其互相关值分别为: 3.2209899E-02,2.0521143E-02,6.9008162E-03,-7.3712384E-03, -2.0951703E-02 -3.2560639E-02,-4.1104794E-02,-4.5781288E-02, -4.6152521E-02, -4.2185634E-02 -3.4254335E-02, -2.3102779E-02, -9.7767795E-03, 4.4713090E-03, 1.8300671E-02 3.0408451E-02, 3.9653976E-02, 4.5167949E-02, 4.6433918E-02, 4.3335274E-02;
(4)对于不同的频率f=49.10000,…,50.75000,50.76001,重复(1)、 (2)和(3),计算单频干扰波yi和地震记录Si的互相关值,
f=49.10000,τ=-10,-9,-8,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 相应互相关值如下:
6.7580990E-03 5.8480510E-03 4.3864916E-03 2.5109590E-03
3.9767419E-04 -1.7544422E-03 -3.7413104E-03 -5.3744023E-03
-6.4990064E-03 -7.0089619E-03 -6.8572643E-03 -6.0593178E-03
-4.6901926E-03 -2.8781486E-03 -7.9380051E-04 1.3664699E-03
3.3984883E-03 5.1092333E-03 6.3365391E-03 6.9648116E-03
6.9350386E-03。
……
f=50.75000;τ=-10,-9,-8,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10;相应 互相关值如下:
-0.8930656 -0.9433048 -0.8985438 -0.7633697
-0.5513317 -0.2836466 1.2807953E-02 0.3081073
0.5723280 0.7786924 0.9063877 0.9426674
0.8840300 0.7364399 0.5146803 0.2409458
-5.7257727E-02 -0.3498072 -0.6070489 -0.8029225
-0.9176968。
f=50.76001;τ=-10,-9,-8,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10;相应 互相关值如下:
-0.9401604 -0.9062703 -0.7811372 -0.5773233
-0.315240 -2.1211326E-02 0.2750931 0.5436558
0.7572537 0.8943203 0.9411385 0.8931347
0.7552116 0.5412051 0.2725508 -2.3752213E-02
-0.3177807 -0.5797381 -0.7830797 -0.9072938
-0.9399734。
(5)在上述互相关值中,其最大互相关值0.9991087所对应的频率f和 时延样点数τ,就是所需要的单频干扰波的频率和时延,最终计算确定频率f= 50.74701,时延τ=12.140。
(6)确定了频率f和时延样点数τ之后,按照最小二乘方法推导出的公 式(III)
计算单频干扰波的振幅A=0.14054E+17;
(7)确定出单频干扰波振幅A、频率f和时延样点数τ之后,按照公式 (I)就可以确定出单频干扰波yi=0.14054×1017×cos101.49402π(i+12.140) Δt。
(8)按照公式(VI)从原始地震记录Si中减去单频干扰波yi,得出消除 单频干扰波的地震记录。通过上述过程的处理,得出该道经过单频干扰波压 制后的结果。然后对地震记录的每一个地震道,重复第一个地震道的处理步 骤进行处理,得出每一个地震道经过单频干扰波压制后的结果。
图3(b)是时间域单频干扰波压制后的共检波点道集,其中50Hz和150Hz 干扰波压制效果显著,250Hz也得到一定的压制;(c)是使用陷频滤波处理的 结果,陷频的带宽为8Hz,即50Hz、150Hz和250Hz的陷频范围分别是46~ 54、146~154和246~254Hz,算子长度是300ms()。浅层有一定的压制效果, 而深层剩余单频干扰波比有效波的能量还强;(d)是(a)减去(b)获得的检测到的 干扰波。
图4是图3左边检波点道集第47炮的频谱。(a)是去噪前0~4000ms之 间的频谱,(b)是(a)压制单频干扰之后0~4000ms之间的频谱,(c)是使用陷频 滤波处理后0~4000ms之间的频谱,(d)是去噪前1000~5000ms之间的频谱, (e)是(d)压制单频干扰之后1000~5000ms之间的频谱,(f)是使用陷频滤波处 理后1000~5000ms之间的频谱。信号比单频干扰波能量强得多。
图5是图3左边检波点道集第66炮的频谱。(a)是去噪前0~4000ms之间 的频谱,(b)是(a)压制单频干扰之后0~4000ms之间的频谱,(c)是使用陷频滤 波处理后0~4000ms之间的频谱,(d)是去噪前1000~5000ms之间的频谱,(e) 是(d)压制单频干扰之后1000~5000ms之间的频谱,(f)是使用陷频滤波处理后 1000~5000ms之间的频谱。信号与单频干扰波能量相当。
图6是图3左边检波点道集第97炮的频谱。(a)是去噪前0~4000ms之间 的频谱,(b)是(a)压制单频干扰之后0~4000ms之间的频谱,(c)是使用陷频滤 波处理后0~4000ms之间的频谱,(d)是去噪前1000~5000ms之间的频谱,(e) 是(d)压制单频干扰之后1000~5000ms之间的频谱,(f)是使用陷频滤波处理后 1000~5000ms之间的频谱。信号比单频干扰波能量弱得多。
从图4(b)、图4(e)、图5(b)、图5(e)、图6(b)、图6(e)压制干扰波之后的振 幅谱,可见这些干扰波得到了有效压制,其它频率成分的有效波不但没有受 到影响,而且在干扰波存在的频率成分上有效波也保存完好。图4(c)、图4(f)、 图5(c)、图5(f)、图6(c)、图6(f)分别是陷频处理后的频谱。图4(c)、图4(f) 中的单频干扰波已经得到有效的压制,而图5(c)、图5(f)、图6(c)、图6(f)单 频干扰波得到一定的压制,但是在50Hz上还明显地存在残留单频干扰波,同 时也压制了单频干扰波附近的有效波能量。