地震勘探记录中机器噪声压制方法及系统与流程

本发明涉及地球物理勘探领域，更具体地，涉及一种地震勘探记录中机器噪声压制方法及系统。

背景技术：

伊尔马滋(地震资料分析[m].北京：石油工业出版社.2006.)指出在f-k(频率-波数)滤波方法是目前压制地震记录中相干噪声的主流技术。f-k滤波的方法主要利用噪声与有效信号之间的视速度(同相轴倾角)差异。当相干噪声与有效信号具有不同的视速度时，在f-k域噪声与信号将表现为不同的倾角，因此，容易进行噪声的压制。而当噪声与有效信号的视速度比较接近时，在f-k域将无法准确区分噪声与信号，因此，该方法将不再适用(李振春、张军华.地震数据处理方法[m].东营：中国石油大学出版社.2004.)。

在工厂、老油区等特殊环境进行地震数据采集时，经常会受到周围机械设备的强噪声影响，致使地震记录噪声干扰严重，资料品质低下，因此,必须设法压制机器噪声。图1a和图1b分别示出了采集的地震记录和采集地震数据之前同一位置记录的背景噪声的示意图，从圈中部分可以看出机器噪声近似规则，是一种相干噪声，并且视速度与有效信号近似。这一特点使得主流的f-k滤波无法用于压制这种相干噪声。因此，有必要开发一种地震勘探记录中机器噪声压制方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明提出了一种地震勘探记录中机器噪声压制方法及系统，其能够通过获取主通道与参考通道的地震信号，并进行计算消噪，可以有效抵消地震记录中的机器噪声，大幅提高资料的信噪比，降低有效信号的失真。

根据本发明的一方面，提出了一种地震勘探记录中机器噪声压制方法。所述方法可以包括：通过主通道输入含有机器噪音的地震信号；确定滤波器的阶数与初始滤波值，进而获得t时刻对应的滤波值；通过参考通道输入机器噪音，根据所述机器噪音与所述t时刻对应的滤波值，获得t时刻对应的滤波器输出值；根据所述t时刻对应的滤波器输出值与所述主通道输入的地震信号，获得t时刻对应的消噪输出值，进而获得每个时刻对应的消噪输出值。

优选地，还包括：根据所述t时刻对应的滤波值、滤波器的收敛步长、所述t时刻对应的消噪输出值与所述机器噪音，获得t+1时刻对应的滤波值，进而获得t+1时刻对应的消噪输出值。

优选地，所述t时刻对应的滤波值为：

ω(t)＝[ω0(t),ω1(t),...,ωl-1(t)]^t(4)

其中，ω(t)表示t时刻对应的滤波值，ω0(t)、ω1(t)、ωl-1(t)均表示滤波器的权重系数，l表示滤波器的阶数。

优选地，所述t时刻对应的滤波器输出值为：

y(t)＝ω^t(t)*x(t)(5)

其中，y(t)表示t时刻对应的滤波器输出值，x(t)表示参考通道输入的机器噪音。

优选地，所述t时刻对应的消噪输出值为：

e(t)＝d(t)-y(t)(6)

其中，e(t)表示t时刻对应的消噪输出值，d(t)表示主通道输入的地震信号。

根据本发明的另一方面，提出了一种地震勘探记录中机器噪声压制系统，可以包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：通过主通道输入含有机器噪音的地震信号；确定滤波器的阶数与初始滤波值，进而获得t时刻对应的滤波值；通过参考通道输入机器噪音，根据所述机器噪音与所述t时刻对应的滤波值，获得t时刻对应的滤波器输出值；根据所述t时刻对应的滤波器输出值与所述主通道输入的地震信号，获得t时刻对应的消噪输出值，进而获得每个时刻对应的消噪输出值。

优选地，还包括：根据所述t时刻对应的滤波值、滤波器的收敛步长、所述t时刻对应的消噪输出值与所述机器噪音，获得t+1时刻对应的滤波值，进而获得t+1时刻对应的消噪输出值。

优选地，所述t时刻对应的滤波值为：

ω(t)＝[ω0(t),ω1(t),...,ωl-1(t)]^t(4)

其中，ω(t)表示t时刻对应的滤波值，ω0(t)、ω1(t)、ωl-1(t)均表示滤波器的权重系数，l表示滤波器的阶数。

优选地，所述t时刻对应的滤波器输出值为：

y(t)＝ω^t(t)*x(t)(5)

其中，y(t)表示t时刻对应的滤波器输出值，x(t)表示参考通道输入的机器噪音。

优选地，所述t时刻对应的消噪输出值为：

e(t)＝d(t)-y(t)(6)

其中，e(t)表示t时刻对应的消噪输出值，d(t)表示主通道输入的地震信号。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1a和图1b分别示出了采集的地震记录和采集地震数据之前同一位置记录的背景噪声的示意图。

图2示出了根据本发明的地震勘探记录中机器噪声压制方法的步骤的流程图。

图3a、图3b、图3c、图3d和图3e分别示出了有效地震信号、机器噪声、主通道输入含有机器噪音的地震信号、参考通道输入的机器噪音以及根据本发明的消噪输出值的示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的放炮前记录的背景噪声的示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的与图4同一位置采集的地震信号的示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的消噪输出值的示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的剔除掉的机器噪声的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图2示出了根据本发明的地震勘探记录中机器噪声压制方法的步骤的流程图。

在该实施例中，根据本发明的地震勘探记录中机器噪声压制方法可以包括：

步骤101，通过主通道输入含有机器噪音的地震信号。

具体地，通过两个通道输入地震信号，主通道输入为被机器噪声污染的地震信号d(t)，含有有效信号s(t)和机器噪声n1(t)。参考通道输入为在采集地震信号之前，在同一位置对机器噪声做的记录，记为x(t)＝n2(t)。由于机器噪声有一定的规律性，而n1(t)和n2(t)是在不同时刻，同一位置记录的机器噪声，所以，n1(t)和n2(t)具有良好相关性。

因此，想要求得的输出信号为公式(1)：

e＝s+n1-y(1)

其中，e表示输出信号，s表示有效信号，n1表示机器噪声，y表示滤波器输出值，则均方误差为公式(2)：

e{e²}＝e{(s+n1-y)²}＝e{s²}+2e(s(n1-y))+e{(n1-y)²}(2)

由于s与噪声n1和n2是无关的，所以公式(2)中第二项为0，则公式(2)变形为公式(3)：

e{e²}＝e{(s+n1-y)²}＝e{s²}+e{(n1-y)²}＝e{s²}+e{(n1-ω^tn2)²}(3)

从公式(3)容易看出，若调节滤波器ω，使得e{e²}取值最小，必然有n1＝ω^tn2。也就是说，在均方误差最小的意义下，即通过mine{e²}来调整自适应滤波器ω，将使得参考通道的噪声n2逼近于n1，继而相互抵消。

步骤102，确定滤波器的阶数与初始滤波值，进而获得t时刻对应的滤波值。

在一个示例中，t时刻对应的滤波值为：

ω(t)＝[ω0(t),ω1(t),...,ωl-1(t)]^t(4)

其中，ω(t)表示t时刻对应的滤波值，ω0(t)、ω1(t)、ωl-1(t)均表示滤波器的权重系数，l表示滤波器的阶数。

步骤103，通过参考通道输入机器噪音，根据机器噪音与t时刻对应的滤波值，获得t时刻对应的滤波器输出值。

在一个示例中，t时刻对应的滤波器输出值为：

y(t)＝ω^t(t)*x(t)(5)

其中，y(t)表示t时刻对应的滤波器输出值，x(t)表示参考通道输入的机器噪音，其中，x(t)＝[n2(t),n2(t-1),...,n2(t-l+1)]^t，n2(t),n2(t-1),...,n2(t-l+1)为参考通道噪声n2距离时刻t最近的l个数值。

步骤104，根据t时刻对应的滤波器输出值与主通道输入的地震信号，获得t时刻对应的消噪输出值，进而获得每个时刻对应的消噪输出值。

在一个示例中，还包括：根据t时刻对应的滤波值、滤波器的收敛步长、t时刻对应的消噪输出值与机器噪音，获得t+1时刻对应的滤波值，进而获得t+1时刻对应的消噪输出值。

在一个示例中，t时刻对应的消噪输出值为：

e(t)＝d(t)-y(t)(6)

其中，e(t)表示t时刻对应的消噪输出值，d(t)表示主通道输入的地震信号。

具体地，根据公式(6)计算t时刻对应的消噪输出值，令t＝t+1，并判断数据是否处理完毕，若是，则计算结束，若否，则计算t+1时刻对应的滤波值为公式(7)：

ω(t+1)＝ω(t)+2μ(t)e(t)x(t)(7)

其中，表示滤波器的收敛步长，用公式(8)表示：

其中，α表示步长调节因子，为一常数，取值范围为0＜α＜2。进而t+1时刻对应的消噪输出值，直至所有数据处理完毕。

本方法通过获取主通道与参考通道的地震信号，并进行计算消噪，可以有效抵消地震记录中的机器噪声，大幅提高资料的信噪比，降低有效信号的失真。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

通过两个通道输入地震信号，主通道输入为被机器噪声污染的地震信号d(t)，含有有效信号s(t)和机器噪声n1(t)。参考通道输入为在采集地震信号之前，在同一位置对机器噪声做的记录，记为x(t)＝n2(t)。由于机器噪声有一定的规律性，而n1(t)和n2(t)是在不同时刻，同一位置记录的机器噪声，所以，n1(t)和n2(t)具有良好相关性。

确定滤波器的阶数与初始滤波值，进而根据公式(4)获得t时刻对应的滤波值。通过参考通道输入机器噪音，根据机器噪音与t时刻对应的滤波值，根据公式(5)获得t时刻对应的滤波器输出值。根据t时刻对应的滤波器输出值与主通道输入的地震信号，根据公式(6)获得t时刻对应的消噪输出值，根据t时刻对应的滤波值、滤波器的收敛步长、t时刻对应的消噪输出值与机器噪音，根据公式(7)获得t+1时刻对应的滤波值，获得t+1时刻对应的消噪输出值，最终获得每个时刻对应的消噪输出值。

图3a、图3b、图3c、图3d和图3e分别示出了有效地震信号、机器噪声、主通道输入含有机器噪音的地震信号、参考通道输入的机器噪音以及根据本发明的消噪输出值的示意图。

为验证本发明的有效性和优越性，首先通过仿真试验进行测试。先抽取一道没有受到机器噪声干扰的地震记录作为有效地震信号s，将放炮前记录的一道机器噪声作为n1。令s+n1模拟受噪声干扰的地震记录，并作为主通道输入，在同一位置，不同时刻记录的另一道机器噪声n2，模拟采集前记录的机器噪声，并作为参考通道输入。对该模型数据进行处理，结果如图3a-图3e所示。从中可以看出，处理结果与有效地震信号十分接近，说明本方法不仅能够有效压制机器噪声，而且具有良好的保真性。

图4示出了根据本发明的一个实施例的放炮前记录的背景噪声的示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的与图4同一位置采集的地震信号的示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的消噪输出值的示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的剔除掉的机器噪声的示意图。

为进一步考察方法的有效性，应用本发明对实际地震资料进行了处理。图4为放炮前记录的背景噪声，其中机器噪声如图框中所示。图5为在同一位置采集的地震记录，从框中部分可明显看到机器噪声。尤其是在1000ms到1500ms这段时窗内，有效信号非常微弱，而由机器噪声产生的同相轴则非常清晰，如果不予消除，将直接影响后续的处理和解释。令图4中任一道机器噪声作为参考通道输入，图5中相同道记录的地震数据作为主通道输入，逐道对数据进行处理，处理结果如图6所示，可见，机器噪声得到明显抑制。图7为从图5框中部分剔除掉的机器噪声，从中看不到任何有效信号的影子。

综上所述，本发明通过获取主通道与参考通道的地震信号，并进行计算消噪，可以有效抵消地震记录中的机器噪声，大幅提高资料的信噪比，降低有效信号的失真。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

根据本发明的实施例，提供了一种地震勘探记录中机器噪声压制系统，可以包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，处理器运行存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：通过主通道输入含有机器噪音的地震信号；确定滤波器的阶数与初始滤波值，进而获得t时刻对应的滤波值；通过参考通道输入机器噪音，根据机器噪音与t时刻对应的滤波值，获得t时刻对应的滤波器输出值；根据t时刻对应的滤波器输出值与主通道输入的地震信号，获得t时刻对应的消噪输出值，进而获得每个时刻对应的消噪输出值。

在一个示例中，还包括：根据t时刻对应的滤波值、滤波器的收敛步长、t时刻对应的消噪输出值与机器噪音，获得t+1时刻对应的滤波值，进而获得t+1时刻对应的消噪输出值。

在一个示例中，t时刻对应的滤波值为：

ω(t)＝[ω0(t),ω1(t),...,ωl-1(t)]^t(4)

其中，ω(t)表示t时刻对应的滤波值，ω0(t)、ω1(t)、ωl-1(t)均表示滤波器的权重系数，l表示滤波器的阶数。

在一个示例中，t时刻对应的滤波器输出值为：

y(t)＝ω^t(t)*x(t)(5)

其中，y(t)表示t时刻对应的滤波器输出值，x(t)表示参考通道输入的机器噪音。

在一个示例中，t时刻对应的消噪输出值为：

e(t)＝d(t)-y(t)(6)

其中，e(t)表示t时刻对应的消噪输出值，d(t)表示主通道输入的地震信号。

本发明通过获取主通道与参考通道的地震信号，并进行计算消噪，可以有效抵消地震记录中的机器噪声，大幅提高资料的信噪比，降低有效信号的失真。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。