消除地震勘探记录中强相关干扰波的处理方法

摘要

从地震勘探记录中消除强相关干扰波的处理方法，按下述三步进行：a.追踪相关干扰波的时间和位置，即在处理范围内先在各地震波记录道内按各记录点的地震波振幅a

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种从地震勘探法所得到的叠前或叠后的地震勘探波记录中消除强相关干扰波，从而使所需要的有效波能得以清楚显示的处理方法。具体讲是一种在地震勘探波的记录中追踪并确定出干扰波的位置、时间、振幅及波形后，再将其从原始记录波中除去的处理方法。

背景技术

在石油和天然气等领域的地质勘探中采用的地震勘探法，即在按一定规律和方式排布的各地震波检测点接收由按一定规律和/或方式排布和移动的各放炮点在地表激发所产生的地震波的反射波和或折射波，并对检测到的由各地质构造层界面所产生的折射波和/或反射波返回地表的时间和波形进行处理和分析，从而可以准确了解和确定地质构造的形态和位置。根据对放炮点和检测点的排布规律和方式的不同，目前由地震勘探法得到的地震波记录基本可有二维地震资料和三维地震资料两种，由于三维地震资料的复杂性及其处理难度均远大于二维资料，因此目前大量使用的主要是对由二维地震勘探方式得到的地震波记录资料进行处理和分析的方法。无论采用的是何种地震资料，在检测到的各种地震波记录中，所需要的有效波均是目的地下的地层界面的反射波，而同时所产生的包括多次折射波在内的各种折射波，以及侧面反射波、面波及声波等均是不同形式的干扰波。因为这些干扰波的分布有一定的规律性，一般被称之为相关干扰。特别是在许多山地地区的地震勘探中经常会包含有很强的相关干扰，因而通常会对有效波的识别和提取造成很大的困难。其中，有些地区的多次折射波的能量还常会比有效反射波强许多倍，而其频率成份和视速度均与有效波相混或相近。为从地震记录波中消除这些相关干扰波，特别是强相关干扰波，目前常规的去噪方法，如F-K滤波法等，通常会在消除干扰波的同时，带来使有效波也被不同程度地削弱和消除的问题，因而均难以达到理想的去噪目的和效果。显然，如果干扰波不能被满意和有效地消除，有效波便不能很好地被提取出，从而影响或严重影响了勘探的效果。特别是对于三维地震资料，目前在叠前去强相关干扰的方法和应用方面基本上也还没有重大的突破和进展。

发明内容

本发明将针对上述情况提供一种操作简单，计算速度快且经试验表明去噪效果满意的消除地震勘探波记录中的强相关干扰波的处理方法。进一步，本发明所提供的是一种虽然可以直接和优先应用于对二维地震勘探资料进行去噪处理，但对三维地震勘探资料同样也能适用并也能得到同样满意的去噪效果的消除强相关干扰波的处理方法。

本发明消除地震勘探记录中强相关干扰波的处理方法是按下述顺序的三步进行和完成：

a.追踪相关干扰波的时间和位置：

由于强相关干扰波在地震记录中的能量强，通常都大于有效波的能量，因此，首要的并且通常也是在实际工作中最为困难的，是如何在所得到的原始地震波记录资料中方便准确地追踪和确定出干扰波存在的空间位置范围和时间范围。为此，本发明提出的追踪和确定的方法，是采用在时间范围内由小到大，再在空间范围内(即道数)由小到大地循环下面的计算。首先，在所需处理的范围内将各地震波记录按道归一化，即用下式进行处理： $>>>a>j>>=>>>a>j>>>a>max>\; >.>.>.>.>.>.>.>>(>1>)>>>s>其中，式中的a$_j为该道内各记录点的地震波振幅，a_max为振幅极大值。然后，再设目前计算点为第i道第j个样点(即时间点)，并以该计算点为中心，取记录图中水平方向的上、下各n个时间点共计为2n+1个时间点，再取计算点所在道空间范围内的前、后各m道共计为2m+1道位置上的地震波振幅值，取2n+1个时间方向中任意某个l方向进行下式的计算： $>>>\Delta a>l>>=>>\Sigma >>k>=>->m>>>m>->1>>>>>[>>a>>i>+>k>,>j>+>kl>>>\pm >>a>>i>+>k>+>1>,>j>+>>(>k>+>1>)>>l>>>]>>2>>,>>s>(式中l＝-n，\dots ，-1，0，1，\dots ，n)。 (2)各式中，m的取值范围可以为3-8，n的取值范围可以为2-9，l的取值可以在-n，\dots ，-1，0，1，\dots ，n的范围内。其中，若干扰为倾斜方向，或为避开有效同相轴的方向，计算时对l的取值选择可以为不对称的形式。将全部2n+1个方向计算完后，比较所计算的各方向上的\Delta a$_l值，取出与最大值或最小值相对应的方向l，即为该计算点处相关干扰波的方向L。其中，使用该公式计算时，若对公式中的“±”取“+”进行计算，则应选取与计算中Δa_l最大值相对应的方向L为相关干扰波的方向；反之，若取“-”进行计算，则应选取与Δa_l最小值相对应的方向L为相关干扰波的方向。按此同样的方法完成对计算范围内各点的计算，即可确定出相关干扰波的位置和时间。

b.求出在该L方向上的相关干扰波的振幅和波形。由上步得到相关干扰波的位置和时间后，即可通过目前可行的各种适当方法，进一步确定出相关干扰波的振幅和波形。

c.从地震波记录中减去由以上处理方法所得到的强相关干扰波，即可得到除去干扰波后能得以清楚显示的有效波。

在本发明的上述方法中，得到相关干扰波的位置和时间后，在作进一步为求出在该L方向上的相关干扰波的振幅和波形的处理时，可以作为参考实施例推荐使用的方法之一，是采用平均法。即：以计算点为中心在已选出的干扰波L方向上取前、后各m道，即共有2m+1道，沿着L方向将地震记录的振幅进行平均，并将其平均值作为该计算点处的干扰波的振幅。同样的计算点是遍及所取的记录范围中各道的各采样点。试验结果显示，是在地震波记录资料中干扰波的能量比有效波的能量大得多时，例如大三倍或其以上时，采用此方法处理后一般都可以得到很好的结果。

除上述的平均法外，求在该L方向上的相关干扰波的振幅和波形时，特别是当干扰波与有效波能量相当和/或用上述平均法得到的干扰波振幅和/或波形有畸变时，同样也可以作为参考实施例之一而推荐使用的一种方法，是利用已知的K-L变换，即Karhunen-Loeve变换的方法重建干扰波：

首先，将按上述方法得到的干扰波走向L方向作时间改正为水平状的直线。然后以计算点为中心，取出干扰波存在范围内的地震记录，设该记录有M道，每道有N个采样点，该M×N个地震数据组成矩阵A，即

         A＝(a_ij)_M×N，                        (3)设地震数据的协方差矩阵为C

         C＝AA^T，                              (4)式中A^T表示A的转置矩阵。C为M×M的方阵，由于M＜N，所以C比原矩阵A的元素大为减少。

对C作奇异值分解，即

        C＝USV^T＝VSV^T，                           (5)

由于C为方阵，正交矩阵U和正交矩阵V相等，S为对角矩阵，其对角元素为协方差矩阵C的特征值，且V和U均为M×M相等的正交矩阵。利用(5)式可由C矩阵求出V和S矩阵。

根据K-L变换的定义：Y＝V^TA，由于A和V矩阵已知，因此易于算出Y矩阵，Y＝(y_ij)_M×V，其元素为 $>>>y>ij>>=>>\Sigma >>k>=>1>>M>>>V>ki>>>a>kj>sup>>,>>(>j>=>1,2>,>·>·>·>,>N>)>>>(>i>=>1,2>,>·>·>·>,>M>)>sup>>.>.>.>.>.>.>>(>6>)>>>s>按从大至小的顺序，由试验选择Y矩阵中的始行号p和终止行号q间的部份行向量，其中1\le p\le q\le M，由下式得到重建干扰波的振幅$

          A＝VY，                                 (7)其矩阵元素为： $>>ver>>a>‾>>ij>>=>>\Sigma >>K>=>p>>q>>>V>ik>sup>>>y>k>>>(>j>=>1,2>,>·>·>·>,>N>)>>>(>i>=>1,2>,>·>·>·>,>M>)>sup>>.>.>.>.>.>.>.>>(>8>)>>>s>$

由于1≤p≤q≤M，使用时的p和q两参数可根据在被处理的地震记录资料中的信号和干扰的能量大小及其频率、波形的分布来选取。一般情况下可取始行号p＝1，终止行号q可在1～(M-1)/2的范围内选取，并可对所选取的具体数值再通过比较其处理效果的试验进行修正和最后决定。只要p、q取得恰当，a_ij便为干扰波的振幅，其误差很小。实际计算中，一般只需计算和保留计算点的a_ij值。

由此可以理解，本发明所说的消除地震勘探记录中强相关干扰波的上述处理方法中，首先和最重要的追踪和确定干扰波的同相轴，是针对区域内各道各样点进行计算的。对于所计算的样点，可选取前后相邻道和上下相邻样点组成一个小数据体区域。在该区域内寻找到能量最强的同相轴方向，该同相轴就是相关干扰的同相轴。在此基础上，进一步即可求出或恢复相关干扰的振幅或波形，例如可通过平均法，或上述介绍的通过坐标变换使成为水平同相轴后再采用K-L变换的方法，或是其它的适当方法求出各点干扰波的振幅。然后就可从原始记录中减去所得到的干扰波，即可以使所需要的有效波得以清楚显示。

在本发明的上述方法中，由于对地震波记录资料数据有较多的繁复和重复循环的数学计算处理，而对这些相对简单的计算公式进行重复的运算处理和比较、筛选过程通过计算机是非常容易实现的，因此可以使上述的处理过程迅速地完成并将所求出的强相关干扰波从原始地震波记录资料中减去，得到所需要的有效波。

对于由地震勘探法所得到的二维地震勘探记录资料，可以直接采用本发明的上述方法进行处理和有效地除去其中的强相关干扰波。在使用本发明的上述处理方法时，既可以是对地震勘探资料的叠前记录进行，也可以是对叠后的资料进行处理。实际处理的试验结果显示，一般情况下以在叠前使用本发明上述方法除去干扰波的效果更为理想，对干扰波的消除较为干净。

对于三维地震资料的叠前去噪，由于数据量大，干扰波在不同剖面的表现形式不同，因此目前尚未见有可供实用和效果理想的去强相关干扰波方法。而本发明所提供的上述方法，则能够很容易地将其对二维资料的处理推广到对三维地震波记录资料的处理，从而达到同样有效地处理和消除强相关干扰波的目的，这是本发明方法的另一个最显著的特点和优点。

对于由地震勘探法所得到的三维地震波勘探记录资料，可以先经平面内两点间距离关系的公式 $>>>r>ij>>=>>>>\Delta x>ij>>2>>+>>>\Delta y>ij>>2>\; >,>>s>将三维勘探资料的数据中分别具有x向和y向坐标距离的检测点位j和放炮点位i间的关系转化为该检测点位j与相应放炮点位i间直接的直线距离r$_ij的关系后，即可将三维勘探资料的数据转化成为二维勘探资料，然后再按上述的步骤和方法进行处理，从而使本发明的方法同样也能被用于对三维地震检测资料进行消除强相关干扰波的处理。试验的结果表明，用此方法对三维数据资料进行处理，不仅解决了目前难以进行消除强相关干扰的三维地震资料处理的难题，而且使处理方法大为方便简化和易于操作，处理效果同样十分理想。采用本发明上述方法对三维地震资料处理时，同样也是既可以针对叠前的记录，也可以为叠后的资料。

以下结合显示有去噪处理前后结果附图实施例的具体实施方式，对发明的上述内容作进一步的说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述主题所实现的技术均属于本发明的范围。

附图说明

图1是对一份二维地震勘探资料中的一个叠前单炮道集地震波记录处理前后的对比图像。其中(a)是采用本发明方法处理前的地震波记录图像，图中两旁的强线性干扰为多次折射波；(b)是采用本发明方法处理后的该炮道集地震波的图像。

图2为采用本发明方法对图1同一份勘探资料全部道集消除强相关干扰前后的叠后剖面的对比图像。

图3为采用本发明方法对一个三维地震叠前资料消除强相关干扰前后地震剖面的对比图像。

具体实施方式

实施例1

由炮数为560，采用中间放炮，每侧120道，每炮为240道，点距为50米，炮距为100米，4毫秒采样的一个二维地震勘探资料，其中的一个单炮240道集的叠前地震波记录处理前后的图像如图1中的图像(a)所示。在该图(a)中可明显看到，其两旁的强线性干扰波1为多次折射波，所需要的有效反射波2由于被与其相互交叉重叠的相关干扰波所淹没而无法识别。在该图像(a)的计算范围内，先将该240道中的各道地震波振幅a_j和该道内的振幅极大值a_max用公式 $>>>a>j>>=>>>a>j>>>a>max>\; >>s>作归一化处理，然后在时间范围内由小到大、在空间范围内按记录道数由小到大取计算点。以计算点为中心分别取记录中的上、下n＝5，共计2n+1＝11个方向；左、右取m＝4，共计2m+1＝9道各相应样点位置上的地震波振幅值，用公式$ >>>\Delta a>l>>=>>\Sigma >>k>=>->m>>>m>->1>>>>>[>>a>>i>+>k>,>j>+>kl>>>->>a>>i>+>k>+>1>,>j>+>>(>k>+>1>)>>l>>>]>>2>>>s>计算在该11个方向中任一方向l的a$$_l值，找出与其中最小的a_l值相对应的方向l为该计算点处相关干扰波的的方向L。然后用平均法处理后，得到干扰波的振幅和波形，将所得到的该干扰波从图1(a)的图像中除去，即得到如图1(b)的图像。与处理前的该图像(a)比较，作上述处理后的图像(b)中的强多次折射干扰波1已经消除，有效反射波2在图像(b)的左侧部分则清晰可见。上述的计算和处理过程均为以所说的计算式编程后由计算机完成。

实施例2

图2是对包括图1所示的单炮道集记录在内的全部560炮的该二维地震勘探资料进行去噪处理前后的叠加剖面图像。其中对每一单炮道集资料的处理均采用与例1相同的方法。去噪处理后的图像B与未处理前的图像A对比，有效反射波2在除去强干扰波1后的图像B中的显示更为清晰。

实施例3

图3中图像A所示的是采用4炮6线收集的一个三维地震初叠剖面资料的图像。该三维地震相关的勘探数据为：炮数为480炮，每炮的检波点数720道(即每线120道×6)，点距40米，炮距40米，4毫秒采样，每道共有1501个样点。选叠前共炮道集进行计算。先用平面内两点间距离关系的公式 $>>>r>ij>>=>>>>\Delta x>ij>>2>>+>>>\Delta y>ij>>2>\; >>s>将该三维勘探资料的数据中分别具有x向和y向坐标距离的检测点位j和放炮点位i间的关系转化为该检测点位j与相应放炮点位i间直接的直线距离关系r$_ij的二维资料后，再采用与例1第一步相同的方法追踪和找出计算点处的强相关干扰波的方向L，然后采用K-L变换的方法重建干扰波的振幅和波形。计算时取M＝11，N＝20，p＝1，q在1-5的范围内选取，并根据对处理效果的比较进行修正后，最后确定q＝3。将所得到的干扰波从图像A中除去后即得到图像B。由图3中去噪前的叠加剖面图像A和采用本发明方法作去噪处理后的剖面图像B的对比可以清楚看出，有效反射波2在去噪处理后的剖面图像B中的显示明显更为清晰且连续。