專利名稱：基于基追蹤算法的面波分離與壓制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于壓制地震資料面波干擾的面波基追蹤算法分離與壓制方法。
背景技術(shù)：
面波是陸上地震勘探遇到最多的相干干擾波。它的特點(diǎn)是能量強(qiáng)；頻率低，一般 為幾赫茲 30赫茲；速度低，為橫波傳播速度的0. 9倍，視速度一般為100 1000m/S，其 中以200 500m/s的視速度最為常見。面波的時(shí)距曲線為直線。由于介質(zhì)的頻散效應(yīng)和 吸收衰減作用，面波的能量會(huì)隨著深度和傳播距離的增加而迅速衰減，同時(shí)，其頻率由高向 低變化，形成“掃帚狀”，即發(fā)生頻散。在地震資料處理中通常利用面波與反射波的頻率差 異和速度差異來去除面波。過去采用的模擬濾波器進(jìn)行濾波存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 改變特性較困難、存在不需要的相移等。后來廣泛采用了數(shù)字濾波方法來消除它，如一維 濾波(康冶，于承業(yè)，賈臥等.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濾波(閆立志，景新義，李剛.F-K濾波在噪音減去法中的作用[J].海洋地 質(zhì)動(dòng)態(tài)，2006，22 (10) :28-32)、τ -ρ變換(曾有良.Radon變換波場分離技術(shù)研究.中國石 油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2007. 4)和小波變換(羅國安，杜世通.小波變換及信號(hào)重建 在壓制面波中的應(yīng)用[J].石油地球物理勘探，1996，31 (3) =337-349)等。這些方法雖然見 到了一定的處理效果，但仍然存在兩方面的不足①經(jīng)濾波處理后，受面波干擾影響的地震 信號(hào)與未受影響的地震信號(hào)能量相差懸殊。若在疊前不進(jìn)行必要的處理，則對(duì)速度參數(shù)的 提取、對(duì)振幅隨炮檢距變化關(guān)系的處理以及疊加等均會(huì)帶來較大的誤差，而最終影響地震 剖面的質(zhì)量。②在消除面波干擾的同時(shí)也消掉了與面波干擾同頻帶的有效信號(hào)。這對(duì)于分 析中、深層反射信號(hào)和提高地震記錄的分辨率都是極為不利的。S. Mallat和Z. Zhang于1993年首次提出了信號(hào)在過完備庫上分解的思想，并 引入了 匹配追蹤算法(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等人又另辟蹊徑，提出了基追蹤算法(Basis Pursuit, BP) (S. Chen, D.Donoho and Μ. Saunders,"Atomic decomposition by basis pursuit", SIAM Journal onScientific Computing, 1998，20 (1) :33-61)，此方法采用表示系數(shù)的范數(shù)作為 信號(hào)稀疏性的度量，通過最小化U范數(shù)將信號(hào)稀疏表示問題定義為一類有約束的極值問 題，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題進(jìn)行求解。此方法提出后，隨之就出現(xiàn)了相關(guān)的應(yīng)用，如信號(hào) 去噪、特征識(shí)別和醫(yī)學(xué)圖像處理等，盡管已經(jīng)有學(xué)者將基追蹤算法應(yīng)用到了地震資料去噪 方面，但大多是去除隨機(jī)噪聲，對(duì)于將其應(yīng)用到面波的識(shí)別及提取就少之甚少。根據(jù)地震信 號(hào)的特性將此方法應(yīng)用到地震資料面波壓制中，為獲得高分辨率的地震資料提供了新的研 究方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于基追蹤算法的面波分離與壓制方法，該方法能夠有4效的壓制面波，并且在壓制面波的同時(shí)對(duì)有效信號(hào)的損傷較小。本發(fā)明所述的基于基追蹤算法的面波分離與壓制方法，包括如下步驟(1) Ricker原子過完備原子庫的形成按時(shí)間采樣間隔Δ T得到大小為MXN的地震剖面F，其中M為每道地震信號(hào)的采 樣點(diǎn)數(shù)，N為地震剖面的道數(shù)。對(duì)地震剖面的每道地震信號(hào){Fi;i = 1，2，3，K，N}做離散傅 里葉變換，利用傅里葉變換頻譜圖并根據(jù)Δ T確定地震剖面F的模擬頻率范圍為0 fmax。 選用Ricker原子構(gòu)造稀疏分解用的過完備原子庫D，一個(gè)Ricker原子的表達(dá)式如下gr (r) = (1-2π2/\ - u)2 )β-π1/2(,-)2其中，t = 0，ΔΤ，2ΔΤ，...，(Μ_1) Δ Τ，主頻參數(shù)f為區(qū)間(0，fmax]上的整數(shù)，位 移參數(shù)u為區(qū)間
上的整數(shù)。η = MXffflax,由η個(gè)原子gY構(gòu)成過完備原子庫D = {gY I γ = (f, u), f = 1,2, L，fmax, u = 0,1, L，M-1}(2)利用基追蹤算法對(duì)地震剖面F的每道地震信號(hào)進(jìn)行稀疏分解對(duì)地震剖面F的每道地震信號(hào){F” i = 1，2，3，K，N}利用基追蹤算法進(jìn)行稀疏分 解，并記錄每道地震信號(hào)Fi分解后得到的原子所對(duì)應(yīng)的分解系數(shù)和參數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種基于基追蹤算法的面波分離與壓制方法，其特征在于包括如下步驟(1)Ricker原子過完備原子庫的形成按時(shí)間采樣間隔Δ T得到大小為MXN的地震剖面F，其中M為每道地震信號(hào)的采樣點(diǎn) 數(shù)，N為地震剖面的道數(shù)。對(duì)地震剖面的每道地震信號(hào){Fi;i = 1，2，3，K，N}做離散傅里葉 變換，利用傅里葉變換頻譜圖并根據(jù)八1~確定地震剖面？的模擬頻率范圍為0 之 。選用 Ricker原子構(gòu)造稀疏分解用的過完備原子庫D，一個(gè)Ricker原子的表達(dá)式如下其中，t = 0，ΔΤ，2ΔΤ，...，(M-I) Δ Τ，主頻參數(shù)f為區(qū)間(0，fmax]上的整數(shù)，位移參 數(shù)u為區(qū)間
上的整數(shù)。η = MXfmax，由η個(gè)原子gY構(gòu)成過完備原子庫 D = {gY I y = (f, u), f = 1,2, L，fmax, u = 0,1, L，M-1}(2)利用基追蹤算法對(duì)地震剖面F的每道地震信號(hào)進(jìn)行稀疏分解對(duì)地震剖面F的每道地震信號(hào){F”i = 1，2，3，K，N}利用基追蹤算法進(jìn)行稀疏分解，并 記錄每道地震信號(hào)Fi分解后得到的原子所對(duì)應(yīng)的分解系數(shù)和參數(shù) Ip7^Ylj )= [priJ jy,Uy )| i = 1,2,3,K ,N;j = 1，2,3K , )其中，j為過完備原子庫中原子的序號(hào)；(3)重要原子篩選對(duì)第⑵步的分解結(jié)果進(jìn)行重要原子篩選，篩選過程如下設(shè)置系數(shù)閾值初始值 ^； =max=1,2,L ,NJ = l’2,L , }，找出并記錄下每道地震信號(hào)Fi分解結(jié)果中分解系數(shù)滿足的原子所對(duì)應(yīng)的分解系數(shù)和參數(shù)ip'r, {p'y,，fij，\prij \>PrJ = U，八,}其中η' i為從第i道分解結(jié)果中篩選出來的原子個(gè)數(shù)。計(jì)算笱=1;/^^^，F(xiàn)' i7=1 J J玄[〈巧,^〉—〈巧·,廠.〉]為重建后第i道地震信號(hào)，設(shè)置重建誤差《^二^Ξl^-^xl00%。如果mis/=1< 0.01 %，結(jié)束篩選過程，分解系數(shù)滿足的原子作為第i道地震信號(hào)Fi篩選出的重要原子；否則Λ’=^，重復(fù)以上過程。(4)設(shè)置主頻閾值和能量閾值ρλ從第(3)步篩選出來的重要原子中求出絕對(duì)值最大的分解系數(shù)對(duì)應(yīng)原子的主頻值fm， 根據(jù)面波的頻譜分布特性設(shè)置主頻閾值范圍6 = 0±l)fm。再求出第三步篩選出的分解系數(shù)絕對(duì)值的平均值凡=—^ΣΣ\ρχ.，設(shè)置能量閾值Pa = Pa ； PyijNxni /=1 j=i1(5)面波的分離與壓制根據(jù)(4)步中設(shè)定的主頻閾值和能量閾值ρλ，對(duì)C3)步中篩選出來的每一道地震 信號(hào)Fi的重要原子進(jìn)行面波對(duì)應(yīng)原子的篩選，取原子[/ = 1,2,Λ， ’ j為組成第i道地震信號(hào)中面波的原子，其中WJ對(duì)應(yīng)的分解系數(shù)和主頻參數(shù)滿足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 號(hào)減去該道的面波成份F" i得到壓制面波后的第i道地震信號(hào)F' “ i = Fi-F" ”
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于基追蹤算法的面波分離與壓制方法；該方法首先根據(jù)地震剖面的實(shí)際頻率范圍及地震信號(hào)的結(jié)構(gòu)特征自適應(yīng)地建立過完備原子庫，利用基追蹤算法對(duì)地震剖面的每道地震信號(hào)進(jìn)行稀疏分解，并從中篩選出能近似重建地震信號(hào)的重要原子，然后，根據(jù)篩選出的重要原子自適應(yīng)地設(shè)置能量閾值和主頻閾值范圍，以從每道地震信號(hào)分解結(jié)果中找出組成面波的原子，用地震信號(hào)減去面波原子重建的面波成分得到壓制面波后的地震信號(hào)；該方法具有自適應(yīng)匹配信號(hào)的特點(diǎn)，能夠同時(shí)體現(xiàn)地震信號(hào)時(shí)域和頻域的局部特性，與一維傅里葉變換濾波壓制面波的方法相比，能有效地壓制面波，同時(shí)對(duì)有效信號(hào)造成的損傷較小。
文檔編號(hào)G01V1/28GK102043165SQ20101026969
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者周黎霞, 尹忠科, 崔永福, 彭更新, 桂麗華, 段文勝 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司