一种基于双谱运算的重力异常分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于应用地球物理领域，具体涉及一种基于双谱运算的重力异常分离方 法，同时适用于通讯工程、电子工程、军事、医学等多个应用领域。
【背景技术】
[0002] 在石油地球物理勘探等应用中，所获得的重力异常，包含了从地壳深部到地表的 所有密度不均匀地质体的影响。不同地质因素引起的重力异常，叠加在一起，给人们在识 另IJ、区分和研究上带来相当大的困难，因此针对石油勘探不同阶段不同地质任务的需要，要 进行重力异常的分离处理，以便能够对重力异常做出更准确的解释。常规的重力异常分离 方法，包括图解法、平均场法、高次导数法、上下延拓法、函数逼近法（也称趋势分析法）以 及频率域滤波法等。近年对这些传统的常规分离方法通过引入新的计算技术，延伸出了数 值切割法、小波变换法、分数维法等。
[0003] 现有的这些重力异常分离法，有一个共同的特点，就是呈线性条带状分布的地质 构造在应用现有的这些技术进行重力异常分离处理后，特征显示不够明显，给识别与解释 带来一定的困难。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于双谱运算的重 力异常分离方法，通过引入基于双谱运算的信号重构技术，增强重力异常分离的功能，实现 对呈线性条带状分布的地质构造的正确识别与解释。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种基于双谱运算的重力异常分离方法，所述方法在信号重构中，采用一个控制 参数，将该控制参数与原完整信号的谐波项数M相乘，得到新的谐波项数M'，利用该新的 谐波项数M'对原完整信号进行重构，获得重构重力异常信号，实现重力异常分离；
[0007] 所述控制参数为0. 0?1. 0之间。
[0008] 所述方法包括：
[0009] 第一步，读取原始重力异常信号x(i)，i= 1，…，n;其中，n是采样点数；
[0010] 第二步，对原始重力异常信号X(i)，i= 1，…，n进行预处理，得到新信号xn(i)， i= 1，???，！〇!;
[0011] 第三步，通过傅里叶变换，计算得到新信号xn(i)，i=l，…，kn的频谱X(f);
[0012] 第四步，计算信号xn(i)，i=l，…，kn的双谱B(f\，f2);
[0013] 第五步，利用对称性计算信号xn(i)，i=l，…，kn在整个第一象限的双谱B(f\， f2)；
[0014] 第六步，取双谱B(f\，f2)在& =f2时的模|B(f，f) |的第一个峰值时的f为估算 的基频fQ ;
[0015] 第七步，在原信号xn(i)，i=l，…，kn上加一相位为0的半基频余弦信号得到信号 y(i),i=l,kn,y(i)=xn(i)+cos(nf〇i),i= 1, ???,kn；
[0016] 第八步，通过傅里叶变换，计算信号y(i)，i=l,…，kn的频谱Y(f);
[0017]第九步，计算信号y(i)，i=l，…，kn的双谱By^，f2);
[0018] 第十步，利用对称性计算信号y(i)，i=l，…，kn在整个第一象限的双谱By(fi，f2);
[0019] 第i^一步，计算谐波项系数ai与相位角ft及谐波项数M;
[0020] 第十二步，输入控制参数q，将控制参数q与谐波项数M相乘，得重构谐波项数 M'；
[0021] 第十三步，利用谐波项系数％、相位角錢与重构谐波项数M'对信号进行重构得到 得重构信号数据；
[0022] 第十四步，对重构信号数据进行线性背景补偿和均值补偿处理得到重构重力异 常；
[0023] 第十五步，将第一步读取的原始重力异常信号x(i)，i=1，…，n与第十四步得到 的重构重力异常对应相减，得剩余重力异常；
[0024] 第十六步，输出第十五步计算得到的剩余重力异常。
[0025] 所述第二步的预处理包括去线性背景、零均值化和周期拓展，具体如下：
[0026](1)去线性背景：
[0027] 利用以下公式计算信号x(i)，i= 1，…，n的线性背景斜率bg:
[0028]
【主权项】
1. 一种基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述方法在信号重构中，采 用一个控制参数，将该控制参数与原完整信号的谐波项数M相乘，得到新的谐波项数M'， 利用该新的谐波项数M'对原完整信号进行重构，获得重构重力异常信号，实现重力异常分 离； 所述控制参数为0. 0?1. 0之间。
2. 根据权利要求1所述的基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述方法 包括： 第一步，读取原始重力异常信号x(i)，i= 1，…，n;其中，n是采样点数； 第二步，对原始重力异常信号x(i)，i= 1，…，n进行预处理，得到新信号xn(i)，i= 1，…，kn; 第三步，通过傅里叶变换，计算得到新信号xn(i)，i=l，…，kn的频谱X(f); 第四步，计算信号xn(i)，i=l，…，kn的双谱; 第五步，利用对称性计算信号xn(i)，i=l，…，kn在整个第一象限的双谱B(f\，f2); 第六步，取双谱B(f\，f2)在=f2时的模|B(f，f) |的第一个峰值时的f?为估算的基 频f(l; 第七步，在原信号xn(i)，i=l，…，kn上加一相位为0的半基频余弦信号得到信号y(i)，i=l,kn,y(i)=xn(i)+cos(nf0i),i=l, ???,kn； 第八步，通过傅里叶变换，计算信号y(i)，i=l，…，kn的频谱Y(f); 第九步，计算信号y(i)，i=l，…，kn的双谱; 第十步，利用对称性计算信号y(i)，i=l，…，kn在整个第一象限的双谱By(fi，f2); 第十一步，计算谐波项系数％与相位角與及谐波项数M; 第十二步，输入控制参数q，将控制参数q与谐波项数M相乘，得重构谐波项数M'; 第十三步，利用谐波项系数％、相位角辦与重构谐波项数M'对信号进行重构得到得重 构信号数据； 第十四步，对重构信号数据进行线性背景补偿和均值补偿处理得到重构重力异常； 第十五步，将第一步读取的原始重力异常信号x(i)，i= 1，…，n与第十四步得到的重 构重力异常对应相减，得剩余重力异常； 第十六步，输出第十五步计算得到的剩余重力异常。
3. 根据权利要求2所述的基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述第二 步的预处理包括去线性背景、零均值化和周期拓展，具体如下： (1)去线性背景： 利用以下公式计算信号x(i)，i= 1，…，n的线性背景斜率bg:
式中，x(n)为原始重力异常信号的最末一个数据，x(l)为原始重力异常信号的第一个 数据，n为原始重力异常信号的采样点数； 然后利用以下公式消去信号的线性背景：xb(i)=x(i)-x(l)_bgX(i_l) 式中，xb(i)，i=l，…，n为原始重力异常信号消去线性背景后的数据； (2) 零均值化： 对消去线性背景后的数据xb(i)，i=l，…，n的各个样点数据xb(i)，求和并除以样点 数n，得消去线性背景后的数据xb(i)，i=l，…，n的平均值：& ^
消去线性背景后的数据xb(i)，i=l，…，n减去平均值I,实现零均值化：
式中，xe(i)，i=l，…，n为原始重力异常信号去线性背景后又零均值化后的信号； (3) 周期拓展： 原始重力异常信号去线性背景后又零均值化后的信号xe(i)，i=l，…，n是周期数为1 的信号，将K个该信号首尾相连得到周期数为K的新信号xn(i)，i= 1，…，kn。
4. 根据权利要求3所述的基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述第三 步是通过下式实现的： X(f)=A(f) ?eJ4>(f) 其中，A(f)和ct(f)分别为频谱X(f)的幅值和相位；其中，频谱X(f)的长度为k*n。
5. 根据权利要求4所述的基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述第四 步和第九步都是通过公式（4)计算实现的： B(f!，f2)=X(f1) ?X(f2) ?X*(f!+f2) =A(fj) ?A(f2) ?A(f!+f2) ?exp{j[(fj) + (f2) - (f!+f2) ]} =A(f!，f2) ?exp[j(fj,f2)] (4) 其中，x(fi)，x(f2)分别表示变量f取n，f2时对应得到的频谱x(f) 是频 谱X(f\+f2)的共轭，其中f\，f2是与时间变量t2相对应的频率变量。
6. 根据权利要求5所述的基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述第 十一步中是根据式（14)计算得到谐波项系数&1与相位角
所述谐波项数M是由下式求得： M=km/nf 其中，km为信号xn(i)，i=l，…，kn的频谱X(f)的长度的1/2,即km=k?n/2+1;nf是 估算得到的基频所对应的频率采样序号。
7.根据权利要求6所述的基于双谱运算的重力异常分离方法，其特征在于：所述第 十三步是这样实现的： 将第十一步得到的谐波项系数％、相位角科和第十二步得到的重构谐波项数M'代入 式（5)，得重构信号数据：
【专利摘要】本发明提供了一种基于双谱运算的重力异常分离方法，属于应用地球物理领域。本方法在信号重构中，采用一个控制参数，将该控制参数与原完整信号的谐波项数M相乘，得到新的谐波项数M′，利用该新的谐波项数M′对原完整信号进行重构，获得重构重力异常信号，实现重力异常分离；所述控制参数为0.0～1.0之间。本发明用于实际重力异常的分离处理，使线性条带状分布的地质特征得到清楚、正确的显示；本发明为信号恢复、重构处理增加了一个有用的工具。
【IPC分类】G01V7-06
【公开号】CN104570141
【申请号】CN201310491933
【发明人】俞建宝, 李弘
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月18日