一種壓制地震面波的聚束濾波方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及地震、地質勘探技術處理領域，尤其涉及一種壓制地震面波的聚束濾 波方法。
【背景技術】
[0002] 常規的反射地震數據處理方法包括靜校正、濾波、反褶積、動校正，偏移、疊加等， 這些處理的目的是為了消除面波、多次波、隨機噪聲等信號的干擾，提高信噪比，從而提取 地下介質的有效信號。其中面波、多次波等相干噪聲對有效信號的干擾最大，尤其是淺層地 震勘探中，面波強度往往遠大于地震反射波，如何濾除面波的干擾成為工程地震反射數據 處理中最大的困難。
[0003] 目前在實際應用當中比較有效的面波主要包括基于數學變換的消除方法，如F_k 濾波、K-L變換法、小波變等，而這些方法或多或少都有其不足之處。如F-k域濾波方法，其 原理簡單、運算量較小，將時間域地震信號變換到頻率-波數域后，由于面波的傳播速度較 慢、頻率較低且具有頻散現象等特征、信號成掃把狀，可以明顯將其與反射波區分開來，但 是在包含噪聲較多的復雜信號中，特征表現的并不明顯，往往很難將面波濾除干凈，而殘余 的面波能量較強，依然會對速度分析、動校正的效果產生巨大影響。
[0004] 聚束濾波方法是根據已知條件，在初始模型的基礎之上，按照面波、多次波等地震 波在實際介質中的傳播規律模擬出地震信號，從而將其完全分離。該方法不依賴原始信號 的信噪比，因此適用于噪聲較強的復雜情況；同時根據其算法特征，可應用于不規則觀測系 統的數據處理。
【發明內容】
[0005] 針對目前處理地震數據中遇到的面波干擾問題，尤其是淺層工程地震數據處理過 程中，淺層有效反射信號大部分淹沒在面波中，常用的濾波處理方法存在較大的缺陷，有的 方法在濾掉面波的能力不足，有的方法濾波后損傷了有效信號，降低了在后期的處理解釋 精度，不利于精細化程度較高的工程地震資料處理解釋；本發明提供一種工程地震反射數 據處理壓制面波的聚束濾波方法，利用聚束的思想，解決了淺層地震反射處理過程中的面 波和相關干擾問題，提供一種壓制地震面波的聚束濾波方法，且所提供的方法能夠有效地 去除面波，不損傷原有效反射信號。該聚束濾波方法沒有因數字化導致的假變換，把變換 域里的采樣和截斷問題轉化為模型擬合問題。它根據數據來調整模型，使聚束濾波模型能 夠考慮振幅和相位隨炮檢距的變化。因而，聚束濾波方法特別有利于避免畸變。
[0006] 為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：
[0007] -種壓制地震面波的聚束濾波方法，濾除工程地震數據中的面波干擾，它包括以 下步驟：
[0008] 1)讀入待濾波處理數據，即讀入工程地震數據待濾波處理，并進行傅里葉變換；
[0009] 2)分析有效信號和面波干擾信號的分布情況；
[0010] 3)確定各信號不同頻率的振幅、時間延遲；
[0011] 4)參數輸入濾波器、輸出濾波后的數據；
[0012] 5)判斷輸出數據是否滿足要求，如不滿足，返回至步驟3,如果滿足要求，濾波結 束。
[0013] 一種壓制地震面波的聚束濾波方法，所述步驟2)具體包括以下步驟：
[0014] 2. 1)分析有效反射波與面波的頻率、速度分布范圍；
[0015] 2. 2)對地震記錄進行頻散曲線提取，確定面波速度與頻率的對應關系；
[0016] 2. 3)根據反射波速度譜，確定反射波的速度變化范圍。
[0017] 一種壓制地震面波的聚束濾波方法，所述步驟3)是將As分解為兩部分，即有效波 Bp、面波Cv
【主權項】
1. 一種壓制地震面波的聚束濾波方法，其特征在于，濾除工程地震數據中的面波干擾， 它包括以下步驟： 1) 讀入待濾波處理數據，即讀入工程地震數據待濾波處理，并進行傅里葉變換； 2) 分析有效信號和面波干擾信號的分布情況； 3) 確定各信號不同頻率的振幅、時間延遲； 4) 參數輸入濾波器、輸出濾波后的數據； 5)判斷輸出數據是否滿足要求，如不滿足，返回至步驟3,如果滿足要求，濾波結束。
2. 根據權利要求1所述的一種壓制地震面波的聚束濾波方法，其特征在于，所述步驟 2)具體包括以下步驟： 2. 1)分析有效反射波與面波的頻率、速度分布范圍； 2.2)對地震記錄進行頻散曲線提取，確定面波速度與頻率的對應關系； 2. 3)根據反射波速度譜，確定反射波的速度變化范圍。
3.根據權利要求1所述的一種壓制地震面波的聚束濾波方法，所述步驟3)是將As分 解為兩部分，即有效波Bp、面波Cv X=Bp^t CM- (1) 其中B、C分別代表有效波（反射波）的反射系數序列和面波的脈沖序列經傅里葉變換 后的結果；具體包括以下步驟： 3. 1)利用2. 2中確定的不同頻率面波的速度vf，結合最小偏移距s、道間距A d等觀測 系統參數，確定各頻率面波在第k道的時間延遲tfk; tfk= (s+(k-l)Ad)/vf 3. 2)利用2. 3得到的反射波速度，初步確定反射波在各道的時間延遲； 3. 3)根據傳播距離與地層性質等因素，分別確定反射波與面波的球面擴散與介質吸收 衰減參數，計算每一道反射波與面波振幅； 其中反射波與傳播距離成反比，系數為1 /r、面波衰減相對較慢，與傳播距離的開方成 反比，系數為1/V7,其中r為傳播距離； 反射波與面波的介質吸收系數均為P0，其中r為傳播距離、P為吸收系數。P根據 實際介質吸收系數確定； 初始振幅可根據雷克子波不同頻率所對應的幅值Af確定，因此，第k道反射波振幅義/
* -n (3 為< =，第k道反射波振幅< ^r的確定： 對于反射波
，h為估計的反射面厚度； 對于面波：r2=s+(k_l)Ad。
4.根據權利要求1所述的一種壓制地震面波的聚束濾波方法，所述步驟4)參數輸入濾 波器、輸出濾波后的數據，并設定約束條件：①無有效信號P的畸變；②面波噪聲v為零或 最小響應；兩個約束條件表不為： HPA=G (2) 其中G= (1_(\XM)，A= (B，C)，1^為單位0矩陣，為零矩陣，L與M分別表示反射 波與面波個數；具體包括以下步驟： 4. 1)將步驟3中確定的反射波與面波的振幅與時間延遲組成矩陣A，代入濾波器：
進行計算，輸出得到濾波后的數據； 其中G= (1^，0^)，= (B，C)，Lxd單位零矩陣，0^M為零矩陣，L與M分別表示 反射波與面波個數，B、C、X分別代表反射波、面波的反射系數序列矩陣與實際地震數據經過 傅里葉變換后的結果中某一頻率&部分；
為了得到B、C、在進行傅里葉變換前，需要對3. 3中的振幅值按照各道各頻率進行排 列，對應矩陣中的位置為3. 1、3. 2中所得的時間延遲計算得到，即 At 其中tfk為時間延遲、At為地震數據采樣間隔，int表示取整； 對于不同頻率分別求得多/。，再對涉求傅里葉反變換即可得到濾波后的有效信號。
5. 根據權利要求1所述的一種壓制地震面波的聚束濾波方法，所述步驟5)采用 Lagrange乘子法，能獲得濾波器， Hp=G(AVA)_1AV(3) 這里Q=E[uu]H，E表示估計值，上標H表示共軛轉置；將濾波后的數據與原始數據進 行對比，判斷是否滿足要求，如不滿足則改變參數并返回步驟⑶，具體包括以下步驟： 5. 1)將濾波后的數據與原始數據進行對比，判斷是否滿足要求，如不滿足則改變參數 并返回步驟3。
6. 根據權利要求1所述的一種壓制地震面波的聚束濾波方法，所述步驟⑴的地震信號 記錄可以處理自由觀測方式采集的記錄，地震數據可以用反射序列與子波卷積的形式進行 表示為： x(k,t) =RkJ (t)*w(t)+u (4) Rkj(t)為第k道第j個信號的反射系數序列，w為子波，u是均值為0的隨機噪聲； 進行傅里葉變換后，X(k，f) =Akj(f)s(f)+u (5)
X為頻率域地震數據，A、s分別表示對反射系數序列和子波經傅里葉變換后的結果。
7. 根據權利要求1所述的一種壓制地震面波的聚束濾波方法，所述步驟⑶利用確定的 不同頻率面波的速度Vf，結合最小偏移距s、道間距Ad等觀測系統參數，確定各頻率面波 在第k道的時間延遲tfk; tfk= (s+(k-l)Ad)/vf (7) 利用反射波速度譜，確定反射波的速度變化范圍，初步確定反射波在各道的時間延遲； 根據傳播距離與地層性質等因素，分別確定反射波與面波的球面擴散與介質吸收衰減參 數，計算每一道反射波與面波振幅； 其中反射波與傳播距離成反比，系數為1 /r、面波衰減相對較慢，與傳播距離的開方成 反比，系數為|/|，其中r為傳播距離； 反射波與面波的介質吸收系數均為P0，其中r為傳播距離、P為吸收系數。P根據 實際介質吸收系數確定； 初始振幅可根據雷克子波不同頻率所對應的幅值Af確定，因此，第k道反射波振幅^4
%
，第k道反射波振幅<夕
r的確定： 對于反射波： 2，h為估計的反射面厚度； 對于面波：r2=s+(k_l)Ad。
8.根據權利要求1所述的一種壓制地震面波的聚束濾波方法，所述步驟⑷，將步驟3中 確定的反射波與面波的振幅與時間延遲代入濾波器：
進行計算，輸出得到濾波后的數據； 其中G= (1^，0^)，= (B，C)，Lxd單位零矩陣，0^M為零矩陣，L與M分別表示 反射波與面波個數，B、C、X分別代表反射波、面波的反射系數序列矩陣與實際地震數據經過 傅里葉變換后的結果中某一頻率部分： 對上式展開
為了得到B、C，在進行傅里葉變換前，對3. 3中的振幅值按照各道各頻率進行排列，對 應矩陣中的位置為3. 1、3. 2中所得的時間延遲計算得到，S卩: At 其中tfk為時間延遲、At為地震數據采樣間隔，int表示取整； 對于不同頻率分別求得^"，再對#求傅里葉反變換，即可得到濾波后的有效信號。
【專利摘要】本發明涉及地震地質勘探技術領域，公開一種壓制地震面波的聚束濾波方法，是分析待濾波的工程地震數據，獲取該地震記錄中面波的分布情況，確定信號在不同頻率的振幅和延遲時間，獲取相適宜的濾波器參數，通過濾波器的作用，將其面波和有效信號分離開。即首先分析地震記錄的瑞雷面波每一個頻率的空間、時間、振幅分布，通過頻散曲線提取等方法，得到瑞雷面波的傳播特征，然后對面波的脈沖序列經傅里葉變換后的結果進行估計、合并，利用確定的參數構造一個面波聚束濾波器，對濾波輸出數據求傅里葉反變換即可得到濾波后的有效信號。該方法適用于噪聲較強的復雜情況及不規則觀測系統的數據處理具有不依賴原始信號的信噪比，不損傷有效信號成分的特性。
【IPC分類】G01V1-36
【公開號】CN104614769
【申請號】CN201510059142
【發明人】黨如姣, 李洋, 洪開榮, 潘明亮, 楊克思, 彭桂彬, 李廣超, 朱培民, 路耀邦, 張宏偉, 尹龍, 史繼堯, 李文俊, 宋妍
【申請人】中鐵隧道集團有限公司, 中鐵隧道集團科學技術研究院有限公司, 中國地質大學（武漢）
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月5日