三分量地震极化滤波与波场分离方法研究

摘要

随着地震勘探技术的不断发展，人们对于复杂介质的研究不断深入，利用地震波偏振特性研究地震波信息的新技术已成为地震数据处理的一个重要手段。地震波质点运动轨迹在空间的位置和形态可以利用矢端曲线来描述。对于离散的三分量数据集(X，Y，Z)，通过计算某个时间范围内的协方差矩阵，由协方差矩阵的特征值确定极化椭球的形状参数，并由主特征值与特征向量确定主极化方向，然后构建时变因子偏振滤波器，通过偏振分析压制面波或进行波场分离。 本文对地震波的偏振特性进行了分析，详细介绍了几种常用的极化滤波方法，重点讨论以协方差矩阵法为基础的Poline滤波法，并对协方差矩阵的物理意义进行了比较深入的探讨。在明确了矩阵与几何的关系，偏振参数与矩阵参数及体波与偏振平面之间的关系之后，构制了提取特定线性极化波的Poline极化滤波函数。具体措施如下： (1)通过极化轨迹图来确定时窗的大小，对于一个具有N个样点的时窗，将这些样点看作是一批空间随机点的集合。由此可计算它们的协方差矩阵(按记录中的波形特点，由计算机选择合适的周期作为滤波时窗，避免时窗过短或过长引起的偏振参数不稳定)。 (2)由矩阵的特征值，求取椭圆率和线性因子。 (3)按照特征值决定的次序，判别每组特征向量在每个滤波区间内的能量来源情况和主偏振平面的空间位置，结合地震波的偏振特点与传播方向间的关系判别地震波的性质，通过合理选择滤波器的有关参数(如p、q、N等)可达到压制干扰，分离纵、横波，增强有效波的目的。 本论文的主要研究内容如下：1、对常用的几种极化滤波方法进行了详细论述与比较； 2、研究分析了协方差矩阵法的相关算法，并对其物理意义进行了较深入的探讨； 3、使用VC++与MATLAB混合编程实现了极化滤波的计算机自动化及可视化； 4、设计了几个典型的理论模型并利用实际资料对极化滤波系统的各项功能进行了测试，取得了比较满意的效果。