基于自適應(yīng)匹配濾波算子的可控震源諧波壓制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及地震資料處理領(lǐng)域，特別是設(shè)及到一種基于自適應(yīng)匹配濾波算子的可 控震源諧波壓制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著可控震源地震勘探的出現(xiàn)，人們很早就認(rèn)識(shí)了諧波，由于滑動(dòng)掃描出現(xiàn)之前 的掃描方式中，諧波干擾對(duì)數(shù)據(jù)品質(zhì)的影響很小，幾乎可W忽略，所W諧波壓制技術(shù)發(fā)展緩 慢。為了提高生產(chǎn)效率，出現(xiàn)了滑動(dòng)掃描等高效采集技術(shù)，由于人們進(jìn)一步追究采集速度， 滑動(dòng)時(shí)間越來越小，諧波干擾影響也就越來越大，因此壓制諧波干擾的技術(shù)不斷更新，特別 是國(guó)外，近些年提出了一系列壓制諧波干擾的方法。如：野外采集中普遍使用的變頻變相位 掃描技術(shù)，該技術(shù)是基于掃描信號(hào)和諧波崎變信號(hào)的極性特征，在采集過程中通過改變掃 描信號(hào)的初始振動(dòng)相位，之后采用先相關(guān)后疊加的方式可W對(duì)諧波干擾進(jìn)行有效的壓制， 但是該方法針對(duì)諧波出現(xiàn)的具體位置來選擇合適的參數(shù)壓制諧波，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，質(zhì) 量監(jiān)控也很難進(jìn)行。Li等人（1994)基于線性頻率掃描方式，提出了純相移濾波（PPSM)方 法來壓制諧波干擾，該方法簡(jiǎn)單高效直觀穩(wěn)定，特別適用于VSP資料，但不適用于滑動(dòng)掃描 記錄。對(duì)此，黃建平等人（2012)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種可W適用于滑動(dòng)掃描技術(shù)的相 移濾波法，該方法能夠有效的壓制本炮干擾，但是對(duì)于鄰炮干擾的壓制效果不是很好。
[0003] 在可控震源地震勘探過程中，可控震源在向地下傳輸掃描信號(hào)的同時(shí)，由于種種 因素，諧波干擾不可避免?；谏鲜鲈蛟诳煽卣鹪催M(jìn)行地震勘探時(shí)，必然存在諧波干擾。 而諧波的存在對(duì)可控震源地震數(shù)據(jù)后續(xù)的處理、成像和解釋帶來了巨大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種效果好，精度高，能夠很好地達(dá)到可控震源數(shù)據(jù)處理的 要求的基于自適應(yīng)匹配濾波算子的可控震源諧波壓制方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的：基于自適應(yīng)匹配濾波算子的可控震 源諧波壓制方法，該基于自適應(yīng)匹配濾波算子的可控震源諧波壓制方法包括：步驟1，用傳 統(tǒng)預(yù)測(cè)濾波法對(duì)諧波干擾進(jìn)行預(yù)測(cè)；步驟2,用偽多道匹配方法對(duì)步驟1中預(yù)測(cè)的諧波進(jìn)行 自適應(yīng)修正，結(jié)合傳統(tǒng)的多道匹配和約束道均衡方法，得到擴(kuò)展的偽多道匹配濾波方法；步 驟3,從原始記錄中減去步驟2中經(jīng)過修正后的預(yù)測(cè)出的諧波，得到諧波壓制后的記錄。
[0006] 本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 步驟1包括：
[0008]A)采用相移法分離地面力信號(hào)求取Pm，令 Μ pj
[0009] Ρ= 視=2 封1
[0010]其中Ρ為預(yù)測(cè)濾波算子，Μ為諧波的階次，Hm為m次諧波的相位譜，Η1為基波的相 位譜，Ρm為m次諧波振幅與基波振幅的比值；
[0011]B)對(duì)諧波干擾進(jìn)行預(yù)測(cè)和壓制：
[001引其中，Η是諧波干擾，D為頻率域的炮記錄，Hm是m次諧波的相位譜，Η1為基波的相 位譜，R為地震震動(dòng)向大地施加的外力，ai為基波的振幅。
[0016] 步驟2包括W下步驟：
[0017] a)假設(shè)初始地震記錄為P，有效波記錄為P。，真實(shí)的諧波干擾為m，則
[0018] p〇=p-m
[0019] 假設(shè)預(yù)測(cè)的諧波分量為m。，用a表示濾波因子，則真實(shí)的諧波干擾可由下式求得：
[0020] m=a*m〇
[0021] 則有效波記錄可表示為：
[0022] p〇=p-a*m〇 [002引計(jì)算濾波因子a:
[0024]e(a) =I|p-Ma| |2
[002引其中Μ為預(yù)測(cè)諧波噪音的矩陣表示形式，e(a)為a的最小化目標(biāo)函數(shù)；
[0026] b)在最小二乘意義下通過計(jì)算基于L2模的諧波自適應(yīng)相減的濾波因子a來最小 化預(yù)測(cè)的諧波信號(hào)與實(shí)際諧波信號(hào)的差，在一個(gè)可滑動(dòng)的窗口中匹配預(yù)測(cè)的諧波干擾，使 用多道方程式，
[0027]
[002引其中，p(t)是原始地震記錄，nil(t)是預(yù)測(cè)的第i道諧波干擾，曰1似是多道匹配因 子，N是匹配的道數(shù)，Pe(t)為預(yù)測(cè)濾波后的地震記錄；
[0029] 根據(jù)約束道均衡的方法，將單道擴(kuò)展為四道，其表達(dá)式為：
[0030]
[0031] 其中：Pn(t)為預(yù)測(cè)濾波后的地震記錄，mH(t)表示諧波的希爾伯特變換道，*的 和為m(t)和lAt)導(dǎo)數(shù)道，W康示每一道的濾波算子；
[0032] 采用權(quán)積算子來調(diào)整上式：
[0033]
[0034] 其中：ρ〇ω為預(yù)測(cè)濾波后的地震記錄，《的郝為m(t)和lAd導(dǎo)數(shù)道，fn(t) 為各道頻率表達(dá)式，mH(t)表示諧波的希爾伯特變換道；
[0035] 結(jié)合傳統(tǒng)的多道匹配和約束道均衡方法，得到擴(kuò)展的偽多道匹配濾波方法：
[0036]
[0037] 其中*〇α)為預(yù)ii濾波后的地震記錄，'"(f)和沁《灼為m(t)和lAt)導(dǎo)數(shù)道， 片,1似為偽多道道頻率表達(dá)式V(t)表示諧波的希爾伯特變換道。
[0038] 本發(fā)明中的基于自適應(yīng)匹配濾波算子的可控震源諧波壓制方法，針對(duì)可控震源諧 波干擾，提出了自適應(yīng)匹配預(yù)測(cè)濾波諧波壓制技術(shù)。采用該方法壓制諧波的地震數(shù)據(jù)殘余 諧波能量很少，并且不會(huì)減少有效波的能量。該方法的效果好，精度高，能夠很好地達(dá)到可 控震源數(shù)據(jù)處理的要求，為后續(xù)反演成像研究提供良好的技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0039] 圖1為諧波崎變信號(hào)的模擬；
[0040] 圖2為本發(fā)明的基于自適應(yīng)匹配濾波算子的可控震源諧波壓制方法的一具體實(shí) 施例的流程圖；
[0041] 圖3為本發(fā)明模擬試算的某工區(qū)速度模型；
[0042] 圖4為可控震源滑動(dòng)掃描正演模擬多炮記錄相關(guān)前的原始記錄；
[0043] 圖5為可控震源滑動(dòng)掃描正演模擬多炮記錄相關(guān)后的相關(guān)記錄；
[0044] 圖6為采用本發(fā)明方法進(jìn)行諧波壓制后的炮記錄；
[0045] 圖7為采用本發(fā)明方法壓制掉的諧波；
[0046] 圖8為傳統(tǒng)預(yù)測(cè)濾波算法壓制諧波的結(jié)果；
[0047] 圖9為采用預(yù)測(cè)濾波法壓制掉的諧波；
[0048] 圖10為采用本發(fā)明提出的諧波壓制方法得到的第二炮炮諧波壓制結(jié)果；
[0049] 圖11為采用本發(fā)明提出的諧波壓制方法得到的第Ξ炮炮諧波壓制結(jié)果；
[0050] 圖12為采用本發(fā)明提出的諧波壓制方法得到的第四炮炮諧波壓制結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施 例，并配合附圖所示，作詳細(xì)說明如下。
[0052] 本文中假設(shè)使用的是正弦掃描信號(hào)，掃描信號(hào)的表達(dá)式如式（1)所示：
[0053] 乂〇) = ^5山[2;7'約(>)+巧] ()<f<：T (1)
[0054] 式中，曰1為振幅隨時(shí)間的表達(dá)式，Φ1為初始相位，T為掃描周期，U)為頻率表 達(dá)式，斬，α)可由瞬時(shí)頻率積分得到
[0055] 我們給出k次諧波的表達(dá)式如式似所示：
[0056] 式.(y) = <7,' siii[2乃的（/) +矜*'] 0 < / < 7' (2)
[0057] 諧波崎變信號(hào)（如圖1所示）由基波信號(hào)和各次諧波信號(hào)組成，因此我們將諧波 崎變信號(hào)由下式表不：
[0058]
(3)
[0059] 如圖2所示，圖2為本發(fā)明的基于自適應(yīng)匹配濾波算子的可控震源諧波壓制方法 的流程圖。
[0060]在步驟101，用傳統(tǒng)預(yù)測(cè)濾波法對(duì)諧波干擾進(jìn)行預(yù)測(cè)。諧波崎變信號(hào)由基波信號(hào)和 各次諧波信號(hào)組成，因此我們將諧波崎變信號(hào)由下式表示：
[0061]
(3)
[006引式中，am為振幅隨時(shí)間的表達(dá)式，Φm為初始相化T為掃描周期，t為時(shí)間，巧，判 為頻率表達(dá)式，令(汾=8站把巧餅+趴J，式做可W簡(jiǎn)化為式（4)所示的基波信號(hào) 和各次諧波信號(hào)的和的形式。
[0063]
C4：)
[0064] 將該諧波崎變信號(hào)與反射系數(shù)做權(quán)積運(yùn)算，就可W得到含有諧波干擾：
[00巧]
(目）
[006引其中：dW為含諧波干擾的炮記錄，曰1為振幅隨時(shí)間的表達(dá)式，t為時(shí)間，dm(t)為 諧波分量產(chǎn)生的炮記錄表達(dá)式，么n( )==sin(2i70,,,U) +W.H)，' * '為權(quán)積運(yùn)算符號(hào)，r(t) 為反射系數(shù)，
為地面力信