一种单频地震散射噪声的定量分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种单频地震散射噪声的定量分析方法，属于地震资料质量分析【技术领域】。首先获取地形数据，并对地形边界进行线性离散，得到互不重复的线性单元，之后计算单频地震散射噪声下地形边界上节点到线性单元的格林函数，根据节点到线性单元的格林函数计算节点间的格林函数，利用节点间的格林函数表征节点间地震散射噪声的相互影响；根据节点间的格林函数得到地形单频地震散射噪声下的散射能量矩阵H，并计算矩阵H的特征值，利用特征值定量表征地形的单频地震散射噪声的复杂度。本发明的方法通过实现了地震散射噪声的定量分析，对于地震数据采集中地震震源的选取以及地震数据的处理有着重要的参考价值，该方法尤其适用于山地等复杂地形。
【专利说明】一种单频地震散射噪声的定量分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地震勘探采集处理中的地震资料质量分析技术，尤其涉及一种复杂地 形条件下的散射噪声定量分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着地震勘探的逐渐深入，地震勘探逐步从构造油气藏向复杂岩性油气藏以及 隐蔽油气藏转变，地震采集的环境也由简单到复杂，对地震勘探的要求越来越高。起伏地 表因为其特殊性质，会对地震波场产生较大的影响，引起地震波在传播方向、波形、频谱和 能量等方面的变化，这对地震采集和处理将具有较大的影响。复杂的起伏造成地震波传播 路径的剧烈变化，散射能量严重影响了地下构造的地震成像。
[0003] 复杂山地地区地形在地质历史年代当中，受不同的构造作用、沉积作用、和风化剥 蚀作用的影响造成了起伏地形的不规则。不同的地质作用对山地地形变化有着明显的差 异，这使得山地地形形成了小尺度变化和大尺度的叠加，这种结构特征使其很容易用统计 自相关函数来描述。不规则地形对地震信号的散射具有十分重要的影响，不同地形对地震 信号的散射作用具有比较大的区别，但是利用地形的统计特征不能准确的去定量描述地形 对地震信号散射的影响。
[0004] 目前针对地震散射噪音的分析主要基于地震散射噪音正反演理论，通过地震散 射模型来估算近地表散射波分布。由波动理论建立近地表传播和散射模型，并在平行地表 的一个网格面的各个节点上设置波阻抗差函数来近似地表的非均匀性。散射波场是入射波 场与波阻抗差函数的函数。在这样的模式下，由炮集记录提取入射波场，进而通过最小二 乘法，求解波阻抗差函数，最终得到散射波场的估计。这种方法需要利用波动方程正演 方法得到模拟炮击记录，然后从炮集记录提取入射波场再进行相关计算估计散射波场。由 于不同变化特征的起伏地形对地震波传播的影响不尽相同，对应的地震波响应特征也具有 不同的变化。利用波动方程正反演理论，不仅要耗费巨大的计算时间，而且不能定量的分析 由于不同地形变化引起的地震散射噪音。为了定量的分析起伏地形的变化，研究不同变化 的起伏地形的地震波响，进一步了解复杂地形地貌散射的影响，解决复杂地区山地勘探中 遇到的散射能量定量分析问题，本发明提出了一种复杂地形条件下的散射噪声定量分析方 法。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种单频地震散射噪声的定 量分析方法，实现对地震散射噪声的定量分析。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种单频地震散射噪声的定量分析 方法，包括以下步骤：
[0007] (1)获取地形数据，并采用N个节点对地形边界进行线性离散，得到L个互不重复 的线性单元；其中，节点的个数不包括地形边界的端点，N彡0, L彡1 ;
[0008] (2)计算单频地震散射噪声下地形边界上节点到线性单元的格林函数，并根据节 点到线性单元的格林函数计算得到地形边界上节点间的格林函数，利用节点间的格林函数 表征节点间地震散射噪声的相互影响；
[0009] (3)根据节点间的格林函数得到地形单频地震散射噪声下的散射能量矩阵H，并 计算所述散射能量矩阵Η的特征值，利用所述特征值定量表征地形的单频地震散射噪声的 复杂度。
[0010] 进一步，如上所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，步骤（1)中，利用近地 表调查资料获得地形数据；所述地形数据为高程数据。
[0011] 进一步，如上所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，步骤（2)中，节点间的格 林函数的值越大，节点间的地震散射噪声越大。
[0012] 进一步，如上所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，步骤（2)中，计算单频地 震散射噪声下地形边界上节点到线性单元的格林函数的方式为：
[0013] 设节点为地形边界上的第i个节点，记为节点i，线性单元为第1个线性单元，记为 线性单元1，其中，i = 1，2,…，N，1 = 1，2,…L ;则节点i到线性单元1的格林函数G/'为：
[0014]
【权利要求】
1. 一种单频地震散射噪声的定量分析方法，包括以下步骤： (1) 获取地形数据，并采用N个节点对地形边界进行线性离散，得到L个互不重复的线 性单元；其中，节点的个数不包括地形边界的端点，N彡0, L彡1 ; (2) 计算单频地震散射噪声下地形边界上节点到线性单元的格林函数，并根据节点到 线性单元的格林函数计算得到地形边界上节点间的格林函数，利用节点间的格林函数表征 节点间地震散射噪声的相互影响； (3) 根据节点间的格林函数得到地形单频地震散射噪声下的散射能量矩阵H，并计算 所述散射能量矩阵H的二阶特征值，利用所述二阶特征值定量表征地形的单频地震散射噪 尸的复杂度。
2. 如权利要求1所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，其特征在于：步骤（1)中， 利用近地表调查资料获得地形数据；所述地形数据为高程数据。
3. 如权利要求1所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，其特征在于：步骤（2)中， 节点间的格林函数的值越大，节点间的地震散射噪声越大。
4. 如权利要求3所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，其特征在于：步骤（2)中， 计算单频地震散射噪声下地形边界上节点到线性单元的格林函数的方式为： 设节点为地形边界上的第i个节点，记为节点i，线性单元为第1个线性单元，记为线性 单元1，其中，i = 1，2,…，N，1 = 1，2,…L ;则节点i到线性单元1的格林函数G/为：
其中，
，(:^)表示节点i到线性单元1上任意一点的格林函 数，A为节点i到线性单元1上任意一点的矢量距离，ri (I)为利用离散插值函数€) 转换后的局部自然坐标系下的节点i到线性单元1上任意一点的矢量距离，I为所述的局 部自然坐标系下的线性单元1上任意一点的，，
3阶第一类汉克尔函数，v 为地层的地震波传播速度，f?为地震波的频率。
5. 如权利要求4所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，其特征在于：根据节点到 线性单元的格林函数计算得到地形边界上节点间的格林函数的方式为： 设地形边界上的任意两个节点i和节点j，则节点i到节点j的格林函数为：
其中：
勺节点i到线性单元h和12的格林函数。
6. 如权利要求5所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，其特征在于：步骤（3)中， 根据节点间的格林函数得到地形单频地震散射噪声下的散射能量矩阵H的方式为：
其中： HiJ = I GiJ I。
7.如权利要求6所述的单频地震散射噪声的定量分析方法，其特征在于：步骤（3)中， 利用散射能量矩阵H的二阶特征值R定量表征地形的单频地震散射噪声的复杂度，二阶特 征值R越高单频地震散射噪声的复杂度越高，其中：
其中，I |H| |2为散射能量矩阵H的二阶范数。
【文档编号】G01V1/30GK104280774SQ201410460753
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】管西竹, 符力耘, 魏伟 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所