一种地震波波场分离方法

摘要

本发明涉及一种地震波波场分离方法，采用检波器、小波滤波器和工程地震仪数据预处理软件获取并分析地震波；包括如下步骤：采用检波器获取初始地震波信号，采用小波滤波器对初始地震波信号进行降噪；将降噪后的地震波信号进行F‑K频域变换和反F‑K频域变换，以及线性Radon变换和反线性Radon变换，分离出地震波信号中的直达波、反射波、折射波和面波信号。有效提高波场分离的精度和可靠性。

权利要求

1.一种地震波波场分离方法，采用检波器和小波滤波器获取和分析地震波；具体包括如下步骤：步骤1：采用检波器获取初始地震波信号，采用第一小波滤波器对初始地震波信号进行降噪；

步骤2：将降噪后的地震波信号进行F-K频域变换，在F-K域进行波场分离，利用面波低频特性，设计相应的低通滤波器，滤出地震波信号中的面波；剩下含有反射波，直达波与折射波的地震波信号；切除地震波信号中的面波频率为4Hz；

步骤3：将步骤2得到包含反射波、直达波与折射波的地震波信号经第二小波滤波器对该地震波信号进行降噪；

步骤4：将步骤3降噪后的地震波信号进行F-K频域变换，在F-K域进行波场分离，利用频率特性，利用直达波速度一定，在F-K域分布固定分离出了地震波信号中的直达波，并得到包含反射波与折射波的地震波信号；

其中，切除掉直达波频率以直达波速度为基准，滤除直达波，剩下含有反射波和折射波的地震波信号；再进行F-K反变换；

步骤5：将步骤4得到包含反射波与折射波的地震波信号采用第三小波滤波器对该地震波信号进降噪；

步骤6：将步骤5降噪后的地震波信号进行线性Radon变换， 变换将反射波与折射波进行切分，分离出地震波信号中的反射波和折射波信号；

所述步骤2和步骤4中，在F-K域进行波场分离，采用频率波数域的二维视速度方法进行波场分离；

其中，第一、第二、第三小波滤波器采用空域相关滤波法。

说明书

一种地震波波场分离方法

技术领域

[0001] 本发明涉及多波地震勘探数据处理方法，尤其是能对勘探过程中提取到的地震波进行波场分离的方法。

背景技术

[0002] 地震勘探在能源矿产勘探中的应用得到广泛的认可。随着技术的进步,多波地震勘探技术得到很大的发展。多波地震勘探具有携带丰富地下信息等特点。但是，不同波之间的相互干扰降低了成像的分辨率,从而严重影响其对地质解释的准确性。目前的分离方法主要是依靠地震波的动力学特征(偏振特性)和运动学特征(视速度)对波场进行分离，目前只能分离出横波和纵波。例如CN201310553067.3公开的基于出射角的多分量波场分离方法，同时考虑了地震波的运动学和动力学特征，利用地层速度计算地震波的出射角，通过矢量旋转实现多分量的波场分离，能有效分离折射纵波和横波。

[0003] 现有的地震波波场分离方法在实际运用中往往不能很好地实现波场分离，主要原因在于：实际的地震记录较为复杂，不仅含有各种噪音，而且实际的地层介质非常复杂，如非均匀性、各向异性、含有裂缝及充填物等。而合成记录不含有噪音，且所用的物理模型比较简单；所用的合成记录的合成与分解往往基于同样的方法原理和简化假设，难以应用于实际研究工作。现代地质勘探需要更多的波场分量，不同的波场分量包含有不同的地址信息，反应更丰富的地下信息，然而现有技术尚未解。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种地震波波场分离方法，解决现有技术不能满足多波场分离的需求问题，将地震波信号分离为直达波、面波、反射波、折射波，满足实际运用中的对地震波进行波场分离的需要。

[0005] 实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种地震波波场分离方法，采用检波器和小波滤波器获取和分析地震波；具体包括如下步骤：

[0006] 步骤1：采用检波器获取初始地震波信号，采用第一小波滤波器对初始地震波信号进行降噪；

[0007] 步骤2：将降噪后的地震波信号进行F-K频域变换，在F-K域进行波场分离，利用面波低频特性，设计相应的低通滤波器，滤出地震波信号中的面波；剩下含有反射波，直达波与折射波的地震波信号；

[0008] 步骤3：将步骤2得到包含反射波、直达波与折射波的地震波信号经第二小波滤波器对该地震波信号进行降噪；

[0009] 步骤4：将步骤3降噪后的地震波信号进行F-K频域变换，在F-K域进行波场分离，利用频率特性，利用直达波速度一定，在F-K域分布固定分离出了地震波信号中的直达波，并得到包含反射波与折射波的地震波信号；

[0010] 步骤5：将步骤4得到包含反射波与折射波的地震波信号采用第三小波滤波器对该地震波信号进降噪；

[0011] 步骤6：将步骤5降噪后的地震波信号进行线性Radon变换，τ-p变换将反射波与折射波进行切分，分离出地震波信号中的反射波和折射波信号。

[0012] 进一步，所述步骤2和步骤4在F-K域进行波场分离，采用频率波数域的二维视速度方法进行波场分离。所述步骤2切除地震波信号中的面波是以面波频率为4Hz左右，而其他有效地震波信号远远高于该频率，设计相应的低通滤波器，可滤出面波。

[0013] 进一步，所述步骤4切除掉直达波频率以直达波速度为基准；由于直达波速度固定，在F-K域中能量分布在一定的区域上，而散射波和折射波随着信号源的不同来向而变化，在F-K域中是散点状，不在固定的分布区域；直达波信号，在地震波数据显示中为一条直线，可算出直达波速度V，以直达波速度为基准，设定滤波范围。滤除直达波，剩下含有反射波和折射波的地震波信号；再进行F-K反变换。

[0014] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

[0015] 1、本发明首先降低地震波信号的噪声信号，然后将多波地震勘探包含众多信息进行分离，分离出包括直达波、面波、反射波以及折射波,满足现代地质勘探需要更多的波场分量，反应更丰富的地下信息。再进行后续的数据处理，有效提高波场分离的精度和可靠性。

[0016] 2、本发明方法具有巨大的优势。在现有的技术中，波长分离技术主要分离出的是纵波与横波，在本发明将分离精度进一步提高，最终分离出面波、直达波、反射波、折射波，使之后的数据分析有更多的地震资料，能够更准确地分析出地层结构。

[0017] 3、该波场分离技术易于实现，可广泛应用于其他领域。

附图说明

[0018] 图1为本发明地震波波场分离方法的流程方框图。

[0019] 图2为τ-p变换图。

[0020] 图3-图7为地震波原始波形图、分离出反射波、直达波、折射波和面波图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

[0022] 如图1所述，一种地震波波场分离方法，采用检波器和小波滤波器获取和分析地震波；具体包括如下步骤：

[0023] 步骤1：采用检波器获取初始地震波信号，采用第一小波滤波器对初始地震波信号进行降噪；

[0024] 步骤2：将降噪后的地震波信号进行F-K频域变换，在F-K域进行波场分离，利用频率特性，分离是利用频率特性，采用落锤法获得震源信号(地震波源信号从不同角度进入地下)，分出地震波信号中的面波，并得到包含反射波、直达波与折射波的地震波信号；

[0025] 步骤3：将步骤2得到包含反射波、直达波与折射波的地震波信号经第二小波滤波器对该地震波信号进行降噪；

[0026] 步骤4：将步骤3降噪后的地震波信号进行F-K频域变换，在F-K域进行波场分离，利用频率特性，分离出了地震波信号中的直达波，并得到包含反射波与折射波的地震波信号；

[0027] 步骤5：将步骤4得到包含反射波与折射波的地震波信号采用第三小波滤波器对该地震波信号进降噪；

[0028] 步骤6：将步骤5降噪后的地震波信号进行线性Radon变换，τ-p变换将反射波与折射波进行切分，分离出地震波信号中的反射波和折射波信号。

[0029] τ-p变换过程中，在做倾斜叠加时会产生大量的假频，亦称作周波跳跃，是一种很强的干扰，严重影响τ-p变换的质量。假频是指假的频率成分，它是由于采样不足，使得信号中高于生采样频率的频率成分折叠到低频区域中而形成的低频成分。因此，再一次用小波滤波的方法消除假频现象。通过小波滤波的方法对含噪信号进行处理，对其进行小波分解，选择小波确定层数N，对信号进行N层分解。对分层信号进行阈值量化，最后根据小波分解的第N层低频系数和第一到第N层的高频系数进行一维重构。通过选择合适的小波函数和阈值实现小波降噪。

[0030] 参见图2，τ-p变换原理：线性Radon变换(或τ-p变换)，是将数据沿着一系列倾斜线t＝τ+px进行叠加，τ为截距时间，p为射线参数。经过正变换后，x-t域的线性同相轴、双曲线形态的反射同相轴分别被映射为τ-p域的点和椭圆。根据面波、反射波、折射波的不同特性，将不同波的传播特性经过Radon变换到τ-p域内，进行分离。在时域交叉在一起的面波，反射波，折射波，在τ-p发生了分离。将x-t域数据变换到τ-p域的更利于地震波场分离。折射波在τ-p域为固定点分布，反射波为椭圆分布，并且没有交集，设计τ-p域滤波器τ＝t(t0～t1)。

[0031] 经过τ-p变换后的直线聚焦成为一个“点”。设计合适的滤波器，将在τ-p域的反射波进行分离，在进行τ-p反变换，剩下的地震波就是折射波分量。

[0032] 第一、第二、第三小波滤波器采用了空域相关滤波法。

[0033] 原理：由于信号与噪声在小波域具有不同的表现，空域相关滤波算法通过取相邻尺度的小波系数相乘进行相关运算，使得在保留信号细节的同时而抑制噪声。空域相关滤波算法是针对信号与噪声具有不同的Lipschitz常数，在小波域具有不同的表现。在不同的尺度上，信号的小波系数有较强的相关性，而噪声则没有这种相关性，其小波系数会随着尺度的增加而迅速减小。因此可以取相邻尺度的小波系数相乘进行相关运算，通过相乘能够锐化信号的细节同时抑制噪声。

[0034] 采用本发明方法，能将如图3所示的地震波原始波形分离为图4-图7为分离出反射波、直达波、折射波和面波。为后续研究和分析提供参考依据。

[0035] 面波传播的特征：近震源处发育、震幅大、传播速度低。面波频率较低，一般为4Hz左右，而其他波分量的有效波成分主要集中在60-100HZ。所以f-k变换后，面波分量能够得到充分剥离。使用低通滤波器，即可分离出面波。

[0036] 直达波是地震波中的一种干扰波，地震波信号进行f-k变换后。在频域内设计扇形滤波器，能够达到去除直达波的目的。

[0037] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。