专利名称：一种压制可控震源谐波干扰的方法
技术领域：
本发明涉及石油地震勘探数据采集技术，是针对陆上可控震源激发采集的原始地震记录中存在的谐波干扰进行压制的方法。
背景技术：
石油地震勘探数据采集工作中第一步是要用人工方法激发地震波。对地震波的激发有一些基本的要求。但为了适应各种地表条件及具体工作方法的特点，所用震源及激发方法又是多种多样的。对激发地震波要有足够强的能量，因为，在石油勘探中，要用地震反射查明地下几千米深度范围的一整套地层的构造形态，地震波从震源出发，传到地下再反射回地面。传播这样长的距离，没有足够的能量是不行的。要产生足够能量的信号有两种方法，一是增加信号的振幅，二是延长信号的持续时间。目前陆上地震数据采集主要使用炸药和可控震源两种震源激发向地下传播的信号，对于炸药，可以采用一系列措施增加激发信号的振幅，但不能延长信号的持续时间。对于可控震源，可以延长信号的持续时间，但很难增大振幅。炸药激发地震数据采集时是在近地表层引爆炸药，爆炸产生的一个很强的力信号，它可以看作是一个振幅很大的脉冲，具有很宽的频谱，这个脉冲在大地传播过程中高频部分被衰减吸收，变成一个有限带宽的子波，它携带着地下地质信息从地下返回地面，被布设在地面的检波器记录下来，这就是炸药激发地震数据采集的地震记录。实践证明，在油气田地震勘探中使用炸药震源，有着良好的效果，突出的优点是具有较强的能量。但是，炸药震源也暴露出很多缺点，比如爆炸产生的大部分能量损耗在对岩石的破坏上；产生不适应于地层传播的频率成分；钻炮井和使用炸药所需费用较大；缺水、表层为砾石、流砂、沼泽等钻井困难地区施工不方便；工业区，人口稠密区不宜使用炸药；最重要的是炸药安全风险高，环保性差。为了克服上述的不利因素，可控震源逐渐成为地震数据采集的主要震源。 可控震源与常规的炸药震源相比，它具有很多优势。首先，可控震源可以根据地层特性选择最适应于地层传播的频带作为扫描频带，从而不产生地层不传播的振动频率；其次，可控震源工作时，不消耗能量来破坏岩石；最后，由于它是采用的相关分析原理，所以可以避免许多干扰，这些突出的优点使得它在地震数据采集中得到广泛的应用。可控震源激发地震数据采集的方法与炸药不同。可控震源系统由一个扫描信号发生器、一个震源和一个相关器三部分组成。当用可控震源激发进行地震数据采集时，扫描信号发生器首先产生一个均勻振幅、视频率逐渐变化的长的电信号，称之为扫描信号、参考扫描、参考信号或先导扫描。震源把扫描信号转化成力信号，通过震源平板的振动把力信号发射到地下。通过可控震源进行地震数据采集时检波器记录到的地面振动不是一个有限带宽的子波与地下反射系数序列的褶积结果，它不是真正意义上的地震记录，还需要通过相关的办法把经过大地传播扫描信号的变成一个有限带宽的子波，这个过程通过相关器来完成。相关器把检波器接收到地震数据(未相关记录或相关前纪录)与参考信号互相关，将来自地下反射的长扫描信号压缩成短有限带宽子波与反射系数序列褶积结果(相关记录)，在这个过程中信号的峰值振幅增强了。可控震源系统的三个组成部分构成了可控震源进行地震数据采集的三个环节，其中第三个环节可以在野外采集时完成，也可以在室内资料处理阶段完成。可控震源地震数据采集的三个环节中，无论哪一个环节都离不开扫描信号，它是可控震源所产生的向地下传播的子波，所以它的特性将很大程度上影响单炮记录的质量。可控震源采集时主要通过设计几个重要的参数来确定扫扫描信号，他们是扫描信号长度Ls，起止频率之和1，频率函数f(t)，震源的出力F。扫描信号可以表示为s(t)= Fsin(f(t)*t)，式中的t代表时间，f(t)决定了扫描信号的类型。当f(t)为一常数时，s(t) 为一正弦信号；当f⑴=f^at时，s(t)为线性扫描信号，a = (fe_fs)/L是扫描速率， 为线性扫描的起始频率；当f(t)为指数或幂形式时，s(t)为非线性扫描信号。线性扫描是生产中使用最多扫描方式，它分升频和降频两种方式，当f (t) = f\+at时称为线性升频扫描，当f (t) = frat时称为线性降频扫描。由扫描信号知可控震源采集时产生的能量大小
为
权利要求
1.一种压制可控震源谐波干扰的方法，特征是提供以下技术步骤1)野外采集地震数据，取一道相关前的地震数据进行短时傅里叶变换，把时域信号变换到时频域；2)将相关前时频域信号X[n，m]中的时间采样序号η和频率采样序号m作为直角坐标系的两个坐标轴，进行坐标变换，使基波与时间轴平行
2.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤1)所述的短时傅里叶变换为
3.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤幻所述坐标变换首先按下面C3)式计算旋转角，然后按下面(4)和( 式对X[n，m]中所有坐标变换前的点(n，m)计算坐标变换后的点(nz，mz)，就完成了 X[n, m]到Xz[nz, mj的坐标变换；坐标变换旋转角度为
4.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤幻所述的谐波干扰和信号分离按下述方法完成①利用Householder变换将\变为对称的三对角矩阵A，计算公式为 A = UtXzV(6)式中 是坐标变换后未相关的时频域地震数据，UT是U的转置，U = U1M2 K uk，k = min{N, M_l}, V = V1 · v2 K vl, 1 = min{M, N_2}，U 的每一个变换 Uj (j = 1，2K k)是将)(z 中第j列主对角线以下的元素变为0;V的每一个变换Vi (i = 1,2K 1)是将)(ζ中第i行中与主对角线紧邻的右次对角线元素右边的元素变为0，经(6)式计算得到如下对称三对角矩阵A:
5.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤4)所述坐标反变换按下式对)(z[nz，mJ中所有点( ，mz)计算点(n, m)，就完成了 Xz[nz, mj到X[n, m]的坐标反变换；
6.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤幻所述的短时傅里叶反变换按下面式完成
7.根据权利要求1所述的方法，特点是步骤6)所述去除谐波干扰的时域数据按下面 (15)式或(16)式完成若步骤4)保留的是去除谐波干扰的数据，则χ" [k] = χ' [k](15)若步骤4)保留的是谐波干扰的数据，则χ" [k] = x[k]-x' [k](16)(15)式和(16)式中X" [k]就是去除谐波干扰的时域地震数据。
8.根据权利要求1或4所述的方法，特点是所述的三对角阵A的对角线元素就是三对角阵A的特征值XiJi =^,( = 1，2，Λ，Μ)，Xi对应得左特征向量Pi根据矩阵ZzZ求取， λ i对应得右特征向量Vi根据矩阵f足求取，其中<是\的转置。
9.根据权利要求1或4所述的方法，特点是所述谐波干扰和信号分离或者保留信号，或者保留谐波干扰；若保留信号则将前S个奇异值及对应的特征向量保留，然后将其余的M-S个奇异值及其对应的特征向量赋为0 ；若保留谐波干扰则将前S个奇异值及对应的特征向量赋0，然后将其余的M-S个奇异值及其对应的特征向量保留。
10.根据权利要求9所述的谐波干扰和信号分离奇异值个数S是1或2或3。
11.根据权利要求1或4所述的方法，特点是所述的重构每个奇异值对应的数据按下面公式
全文摘要
本发明是针对陆上可控震源激发采集的原始地震记录中存在的谐波干扰进行压制的方法。取一道相关前的地震数据进行短时傅里叶变换，把时域信号变换到时频域；将相关前时频域信号中的时间采样序号和频率采样序号作为直角坐标系的两个坐标轴，进行坐标变换，使基波与时间轴平行对谐波干扰和信号进行分离，做时频域的坐标反变换，再做短时傅里叶反变换得到去除谐波干扰的时域数据，对所有野外采集未相关的地震数据处理后，相关得到谐波干扰压制后的相关地震数据。本发明避免了频率波数域内滤波方法的不足，通过可控震源采集高品质地震数据。
文档编号G01V1/36GK102478671SQ20101056048
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者唐东磊, 夏建军, 郭勇 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司