专利名称：一种基于稀疏反演的滑动扫描谐波压制方法
技术领域：
本发明涉及石油勘探中可控震源滑动扫描采集技术领域，是用于去除可控震源滑动扫描采集数据中存在的谐波污染的一种基于稀疏反演的滑动扫描谐波压制方法。
背景技术：
在陆上采用可控震源进行采集时，由于可控震源与地表的非线性耦合、可控震源本身的非线性因素以及不充分的回馈系统等原因，往往可观测到力信号和接收记录均存在谐波畸变。如果采用降频扫描方式，力信号的基波分量与接收记录互相关，谐波干扰存在于记录的续至位置，那么强初至的谐波干扰往往会影响反射波的识别；而采用升频扫描方式，力信号的基波分量与接收记录互相关，谐波干扰存在于记录的前端，这样强初至的谐波干扰就不会影响反射波。因此在野外施工时，往往采用升频线性扫描方式。1970年A. J. Seriff等人提出滑动扫描记录中谐波的性质与特点以及各种压制谐 波的尝试，其中大部分针对理论数据进行处理。滑动扫描采集就是在前一组可控震源扫描的数据记录结束之前，后一组准备就绪的可控震源在仪器设定的时间间隔(滑动时间)之后开始扫描，其中滑动时间不能小于记录长度，仪器对接收到的原始母记录进行处理，首先根据TB时间按照每炮的记录长度切分出每炮的原始记录，然后用参考信号与各炮的原始记录相关，输出相关后的单炮记录。因此，它是一种利用多组可控震源进行连续或重叠扫描的采集技术，因其能够缩短单一振次的采集时间而提高采集效率。然而，可控震源常规采集方法通过升频扫描在很大程度上可以减弱谐波污染的影响，但在可控震源滑动扫描作业时则必须正视后续扫描对前一扫描产生的谐波污染影响，被迫在采集效率与数据品质之间寻求平衡——一方面延长滑动时间，减少谐波干扰的影响，但降低了采集效率；另一方面则容忍一定程度的谐波污染，可以显著提高生产效率，但谐波污染使数据品质受到影响。因而，成为影响其广泛应用的瓶颈问题。
发明内容
本发明目的在于提过一种解决可控震源滑动扫描记录中存在的谐波污染问题，提高数据品质的基于稀疏反演的滑动扫描谐波压制方法。本发明通过以下具体步骤实现I)可控震源采集地震数据，滑动扫描相关前数据和力信号，首先从最后一炮开始处理，对最后一炮的力信号利用短时傅立叶变换在时频域进行分离，分离出基波、二次谐波、三次谐波成分，将分离出的基波分量与相关前记录作互相关，得到相关后记录Xtl (t)；2)以一道为例，从相关后记录中取绝对值最大Xniax，从序列中搜寻IxtlU) I >a x_，形成以为中心的一段区域，确定可控震源的强初至；其中Xmax为绝对值最大，a为< I的常数；3)利用从力信号中分离出的基波分量进行自相关得到零相位子波，利用该子波在相关后记录中进行匹配追踪，得到初至的稀疏化反射系数，得到相关前记录强初至的基波分量;4)从相关前记录中减去强初至的基波分量得到剩余记录趣，将其与力信号的I阶谐波S1⑴进行互相关，得到相关后记录X1⑴；5)对相关后记录X1 (t)，用I阶谐波自相关得到的子波W1 (t)在强初至区域内采用匹配追踪方法，得到一阶谐波的初至系数，从而得到强初至在相关前记录中的I阶谐波分量;6)从步骤4)中得到的剩余记录J⑴中减去步骤5)得到的强初至一阶谐波分量，得到另一个剩余记录，按照从步骤4)到步骤5)提取一阶谐波分量的方法，提取出强初至在相关前记录中的2阶、3阶等更高阶谐波分量；7)采用步骤3)得到的相关前记录强初至的基波分量和步骤5)和步骤6)得到的I阶、2阶等高阶谐波分量，按照采集的滑动时间，从前炮中在相应位置减去这些谐波分量， 得到没有谐波污染的相关前记录；8)把步骤7)得到的没有谐波污染的相关前记录和从前炮力信号中提取出的基波分量进行互相关，就得到前炮压制谐波后的相关后正常单炮记录。本发明通过谐波压制达到了和模拟的无谐波理论数据相差无几的程度，能很好的把主要的谐波污染成分提取出来，并很好的压制掉，从时频分析结果看，I次、2次一直到5次以内的高频的谐波成分都被明显压制(图2所示)。经过压制处理后的单炮记录(图4所示)与原始单炮比质量品质显著提高，消除了中深层的强的高频谐波污染，这些谐波污染都集中在近偏移距范围(如图5所示)。
图I是前一炮某道时频记录，上面的是该道的时间域记录，下面是对应的时频分析；图2是前一炮去谐波后某道时频，此处仅去除了 5次以内的谐波，上面的是该道的时间域记录，下面是对应的时频分析；图3是去除谐波前单炮记录，近偏移距中深层可见高频的谐波污染；图4是去除谐波后单炮记录，去掉5次以内谐波污染后； 图5是去除的谐波显示，去掉的5次以内的谐波在单炮上的显示。
具体实施例方式以下结合附图详细说明本发明。在滑动扫描记录中的谐波噪音呈现为后续扫描对前面扫描记录的污染，因此，可以把滑动扫描连续记录中后续扫描在听时间之后的扫描认为是未被谐波污染的记录，作为谐波压制处理的起始炮，沿着实际采集时间逆向进行处理。本发明是对滑动扫描未相关记录中的谐波进行分解并去除。本发明实施流程如下(I)采集的可控震源滑动扫描地震数据包括滑动扫描相关前数据和每炮对应的力信号。首先从最后一炮开始处理，力信号位于辅助道对最后一炮的力信号利用短时傅立叶变换在时频域进行分离，分离出基波、二次谐波、三次谐波成分，并将分离出的基波分量与相关前记录作互相关，得到相关后的记录Xtl (t);(2)以一道为例，从相关后记录中取绝对值最大Xmax，从序列中搜寻Ixtl (t) I >a Xmax，确定初至范围；其中X_为绝对值最大，a为< I的常数，可以根据数据特点取a的大小，比如0. 9 ;经过这样搜索后的区域形成了以X_为中心的一段区域，这个区域就为本炮的本道的强初至区域。(3)利用第一步中从力信号中分离出的基波分量进行自相关得到零相位子波，利用该子波在相关后记录中进行匹配追踪，得到初至的稀疏化反射系数，具体方法为用零相位子波和相关后道记录作互相关，找到相关最大的点，提取该样点值，然后再搜索第2相关最大的点，提取其样点值，如此，陆续提取一系列离散的样点值，这样的样点值序列就是稀疏化的基波的初至反射系数序列。有了反射系数，用第一步中得到的力信号的基波成分和反射系数褶积，就得到相关前记录强初至的基波分量；
(4)从相关前记录中减去第3步得到的强初至的基波分量，得到剩余记录趣，将决0与力信号的I阶谐波S1U)进行互相关，得到相关后记录X1 (t);(5)对相关后记录X1 (t)，用第一步中得到的I阶谐波进行自相关得到子波W1 (t)，利用Wl(t)对相关后记录Xl(t)在强初至区域内同第3步得到基波的初至系数一样，采用匹配追踪方法，得到一阶谐波的初至系数，从而得到强初至在相关前记录中的I阶谐波分量；(6)从第4步中得到的剩余记录j⑴中减去第(5)步得到的强初至一阶谐波分量，得到另一个剩余记录，按照从第(4)-到第(5)步提取一阶谐波分量的方法，提取出强初至在相关前记录中的2阶、3阶等更高阶谐波分量；(7)有了第(3)步得到的相关前记录强初至的基波分量和第(5)第(6)步得到的I阶、2阶等高阶谐波分量，按照采集的滑动时间，从前炮中在相应位置减去这些谐波分量，得到没有谐波污染的相关前记录；(8)把第(7)步得到的没有谐波污染的相关前记录和从前炮力信号中提取出的基波分量进行互相关，就得到前炮压制谐波后的相关后正常单炮记录(图4所示)。本发明在实验数据上的应用，主要采集参数如下表所示采集参数表
震源组数__4||_
扫描长度__12s_
I动时间 ^ 7s
记录长度 7s_
扫描频率 10--72Hz —记录长度 7s
道距__25m_
炮距2
I数]97道(281个记录道、16个辅助~
I据类型未相关数据(SEGD格式)对采集的数据进行分析，现场采集得到的数据中的辅助道包括如下4个内容参考信号、力信号、重锤信号、平板信号；选相关前的近炮点道进行时频分析(如图1)，可见来自后面一炮的谐波污染。相关后单炮中深层存在很强的谐波能量(如图3)，由于高频谐波衰减很快，所以，谐波污染主要集中在近近炮检距范围内。实施本发明后，从时频分析结果看，I次、2次一直到5次以内的高频的谐波成分都被明显压制(图2所示)。经过压制处理后的单炮记录(图4所示 )与原始单炮比质量品质显著提高，消除了中深层的强的高频谐波污染，这些谐波污染都集中在近偏移距范围(如图5所示)。本发明谐波压制达到了和模拟的无谐波理论数据相差无几的程度，能很好的把主要的谐波污染成分提取出来，并很好的压制掉。
权利要求
1.一种基于稀疏反演的滑动扫描谐波压制方法，特点是通过以下具体步骤实现 1)可控震源采集地震数据，滑动扫描相关前数据和力信号； 2)以一道为例，从相关后记录中取绝对值最大Xmax，从序列中搜寻|X(1(t)|> a Xmax，形成以为中心的一段区域，确定可控震源的强初至； 其中=Xmax为绝对值最大，a为< I的常数； 3)利用从力信号中分离出的基波分量进行自相关得到零相位子波，利用该子波在相关后记录中进行匹配追踪，得到初至的稀疏化反射系数，得到相关前记录强初至的基波分量; 4)从相关前记录中减去强初至的基波分量得到剩余记录J⑴，将其与力信号的I阶谐波81(0进行互相关，得到相关后记录X1⑴； 5)对相关后记录X1(t)用I阶谐波自相关得到的子波W1 (t)在强初至区域内采用匹配追踪方法，得到一阶谐波的初至系数，从而得到强初至在相关前记录中的I阶谐波分量； 6)从步骤4)中得到的剩余记录j⑴中减去步骤5)得到的强初至一阶谐波分量，得到另一个剩余记录，按照从步骤4)到步骤5)提取一阶谐波分量的方法，提取出强初至在相关前记录中的2阶、3阶或3阶以上高阶谐波分量； 7)采用步骤3)得到的相关前记录强初至的基波分量和步骤5)和步骤6)得到的I阶、2阶或3阶以上高阶谐波分量，按照采集的滑动时间，从前炮中在相应位置减去这些谐波分量，得到没有谐波污染的相关前记录； 8)把步骤7)得到的没有谐波污染的相关前记录和从前炮力信号中提取出的基波分量进行互相关，就得到前炮压制谐波后的相关后正常单炮记录。
2.根据权利要求I所述的方法，步骤I)所述的滑动扫描相关前数据和力信号是首先从最后一炮开始处理，对最后一炮的力信号利用短时傅立叶变换在时频域进行分离，分离出基波、二次谐波、三次谐波成分，将分离出的基波分量与相关前记录作互相关，得到相关后记录 Xtl (t)。
全文摘要
一种基于稀疏反演的滑动扫描谐波压制方法，把滑动扫描连续记录中后续扫描在听时间之后的扫描认为是未被谐波污染的记录，作为谐波压制处理的起始炮，沿着实际采集时间逆向进行处理，就得到前炮压制谐波后的相关后正常单炮记录。本发明能很好的把主要的谐波污染成分提取出来并明显压制，经过压制处理后的单炮记录与原始单炮比质量品质显著提高，消除了中深层的强的高频谐波污染。
文档编号G01V1/36GK102798894SQ20111014036
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者尚永生, 梁晓峰, 张慕刚, 汪长辉, 周恒 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
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
