专利名称：基于基追踪算法的面波分离与压制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于压制地震资料面波干扰的面波基追踪算法分离与压制方法。
背景技术：
面波是陆上地震勘探遇到最多的相干干扰波。它的特点是能量强；频率低，一般 为几赫兹 30赫兹；速度低，为横波传播速度的0. 9倍，视速度一般为100 1000m/S，其 中以200 500m/s的视速度最为常见。面波的时距曲线为直线。由于介质的频散效应和 吸收衰减作用，面波的能量会随着深度和传播距离的增加而迅速衰减，同时，其频率由高向 低变化，形成“扫帚状”，即发生频散。在地震资料处理中通常利用面波与反射波的频率差 异和速度差异来去除面波。过去采用的模拟滤波器进行滤波存在严重的缺点，如结构复杂、 改变特性较困难、存在不需要的相移等。后来广泛采用了数字滤波方法来消除它，如一维 滤波(康冶，于承业，贾卧等.f_x域去噪方法研究[J].石油地球物理勘探，2003，38 O) 136-138)、F-K滤波(闫立志，景新义，李刚.F-K滤波在噪音减去法中的作用[J].海洋地 质动态，2006，22 (10) :28-32)、τ -ρ变换(曾有良.Radon变换波场分离技术研究.中国石 油大学硕士研究生学位论文，2007. 4)和小波变换(罗国安，杜世通.小波变换及信号重建 在压制面波中的应用[J].石油地球物理勘探，1996，31 (3) =337-349)等。这些方法虽然见 到了一定的处理效果，但仍然存在两方面的不足①经滤波处理后，受面波干扰影响的地震 信号与未受影响的地震信号能量相差悬殊。若在叠前不进行必要的处理，则对速度参数的 提取、对振幅随炮检距变化关系的处理以及叠加等均会带来较大的误差，而最终影响地震 剖面的质量。②在消除面波干扰的同时也消掉了与面波干扰同频带的有效信号。这对于分 析中、深层反射信号和提高地震记录的分辨率都是极为不利的。S. Mallat和Z. Zhang于1993年首次提出了信号在过完备库上分解的思想，并 引入了 匹配追踪算法(Matching Pursuit, MP) (Mallat S, Zhang Ζ. Matching pursuits withtime-frequency dictionaries [J]. IEEE Trans Signal Process. 1993,41 (12) 3397-3415)，1998年，D. Donoho等人又另辟蹊径，提出了基追踪算法(Basis Pursuit, BP) (S. Chen, D.Donoho and Μ. Saunders,"Atomic decomposition by basis pursuit", SIAM Journal onScientific Computing, 1998，20 (1) :33-61)，此方法采用表示系数的范数作为 信号稀疏性的度量，通过最小化U范数将信号稀疏表示问题定义为一类有约束的极值问 题，进而转化为线性规划问题进行求解。此方法提出后，随之就出现了相关的应用，如信号 去噪、特征识别和医学图像处理等，尽管已经有学者将基追踪算法应用到了地震资料去噪 方面，但大多是去除随机噪声，对于将其应用到面波的识别及提取就少之甚少。根据地震信 号的特性将此方法应用到地震资料面波压制中，为获得高分辨率的地震资料提供了新的研 究方向。

发明内容
本发明的目的是提供一种基于基追踪算法的面波分离与压制方法，该方法能够有4效的压制面波，并且在压制面波的同时对有效信号的损伤较小。本发明所述的基于基追踪算法的面波分离与压制方法，包括如下步骤(1) Ricker原子过完备原子库的形成按时间采样间隔Δ T得到大小为MXN的地震剖面F，其中M为每道地震信号的采 样点数，N为地震剖面的道数。对地震剖面的每道地震信号{Fi;i = 1，2，3，K，N}做离散傅 里叶变换，利用傅里叶变换频谱图并根据Δ T确定地震剖面F的模拟频率范围为0 fmax。 选用Ricker原子构造稀疏分解用的过完备原子库D，一个Ricker原子的表达式如下gr (r) = (1-2π2/\ - u)2 )β-π1/2(,-)2其中，t = 0，ΔΤ，2ΔΤ，...，(Μ_1) Δ Τ，主频参数f为区间(0，fmax]上的整数，位 移参数u为区间
上的整数。η = MXffflax,由η个原子gY构成过完备原子库D = {gY I γ = (f, u), f = 1,2, L，fmax, u = 0,1, L，M-1}(2)利用基追踪算法对地震剖面F的每道地震信号进行稀疏分解对地震剖面F的每道地震信号{F” i = 1，2，3，K，N}利用基追踪算法进行稀疏分 解，并记录每道地震信号Fi分解后得到的原子所对应的分解系数和参数
权利要求
1. 一种基于基追踪算法的面波分离与压制方法，其特征在于包括如下步骤(1)Ricker原子过完备原子库的形成按时间采样间隔Δ T得到大小为MXN的地震剖面F，其中M为每道地震信号的采样点 数，N为地震剖面的道数。对地震剖面的每道地震信号{Fi;i = 1，2，3，K，N}做离散傅里叶 变换，利用傅里叶变换频谱图并根据八1~确定地震剖面？的模拟频率范围为0 之 。选用 Ricker原子构造稀疏分解用的过完备原子库D，一个Ricker原子的表达式如下其中，t = 0，ΔΤ，2ΔΤ，...，(M-I) Δ Τ，主频参数f为区间(0，fmax]上的整数，位移参 数u为区间
上的整数。η = MXfmax，由η个原子gY构成过完备原子库 D = {gY I y = (f, u), f = 1,2, L，fmax, u = 0,1, L，M-1}(2)利用基追踪算法对地震剖面F的每道地震信号进行稀疏分解对地震剖面F的每道地震信号{F”i = 1，2，3，K，N}利用基追踪算法进行稀疏分解，并 记录每道地震信号Fi分解后得到的原子所对应的分解系数和参数 Ip7^Ylj )= [priJ jy,Uy )| i = 1,2,3,K ,N;j = 1，2,3K , )其中，j为过完备原子库中原子的序号；(3)重要原子筛选对第⑵步的分解结果进行重要原子筛选，筛选过程如下设置系数阈值初始值 ^； =max=1,2,L ,NJ = l’2,L , }，找出并记录下每道地震信号Fi分解结果中分解系数满足的原子所对应的分解系数和参数ip'r, {p'y,，fij，\prij \>PrJ = U，八,}其中η' i为从第i道分解结果中筛选出来的原子个数。计算笱=1;/^^^，F' i7=1 J J玄[〈巧,^〉—〈巧·,厂.〉]为重建后第i道地震信号，设置重建误差《^二^Ξl^-^xl00%。如果mis/=1< 0.01 %，结束筛选过程，分解系数满足的原子作为第i道地震信号Fi筛选出的重要原子；否则Λ’=^，重复以上过程。(4)设置主频阈值和能量阈值ρλ从第(3)步筛选出来的重要原子中求出绝对值最大的分解系数对应原子的主频值fm， 根据面波的频谱分布特性设置主频阈值范围6 = 0±l)fm。再求出第三步筛选出的分解系数绝对值的平均值凡=—^ΣΣ\ρχ.，设置能量阈值Pa = Pa ； PyijNxni /=1 j=i1(5)面波的分离与压制根据(4)步中设定的主频阈值和能量阈值ρλ，对C3)步中筛选出来的每一道地震 信号Fi的重要原子进行面波对应原子的筛选，取原子[/ = 1,2,Λ， ’ j为组成第i道地震信号中面波的原子，其中WJ对应的分解系数和主频参数满足I^.，y;||/^|^A;·/^/J。由原子jf |y = U,A ,‘j重建建第i道面波成份扦，用原始剖面的第i道地震信 号减去该道的面波成份F" i得到压制面波后的第i道地震信号F' “ i = Fi-F" ”
全文摘要
本发明涉及一种基于基追踪算法的面波分离与压制方法；该方法首先根据地震剖面的实际频率范围及地震信号的结构特征自适应地建立过完备原子库，利用基追踪算法对地震剖面的每道地震信号进行稀疏分解，并从中筛选出能近似重建地震信号的重要原子，然后，根据筛选出的重要原子自适应地设置能量阈值和主频阈值范围，以从每道地震信号分解结果中找出组成面波的原子，用地震信号减去面波原子重建的面波成分得到压制面波后的地震信号；该方法具有自适应匹配信号的特点，能够同时体现地震信号时域和频域的局部特性，与一维傅里叶变换滤波压制面波的方法相比，能有效地压制面波，同时对有效信号造成的损伤较小。
文档编号G01V1/28GK102043165SQ20101026969
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者周黎霞, 尹忠科, 崔永福, 彭更新, 桂丽华, 段文胜 申请人:中国石油天然气股份有限公司