本申请涉及石油勘探、开采及开发技术领域，特别涉及一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法及装置。
背景技术：
随着地震勘探技术的发展，海上油气勘探的难度和深度也越来越大，对地震资料的信噪比和分辨率要求也越来越高。三维地震可以精确地描述储层。海上双检数据采集技术，包括OBC(Ocean Bottom Cable，海底电缆)、OBN(Ocean Bottom Node，海底结点)和双检拖缆等，把水中检波器和陆地检波器固定在一起，分别接收气枪震源产生的压力波场和速度波场，以获得高分辨率三维地震数据。它们都使用一个固定的排列，把检波器固定在海底或者海面拖缆上，接收地震波，而一艘航船仅仅拖拽震源进行地震波激发。在OBC数据采集中，至少三艘船：一艘震源船，仅仅拖拽着气枪震源排列，进行地震波激发；一艘接收船，是固定不动的，连接着海底电缆，接收地震波；一艘船或者几艘船，铺设海底电缆和回收海底电缆。在一些特殊的地区，为了方便油藏监控试验，设计试验系统，把接收电缆保留在海底多年，以方便多次数据采集。在OBN数据采集中，至少两艘船：一艘震源船，拖拽着气枪震源排列，进行地震波激发；一艘放线船，作业时在固定排列位置处收放检波器(水中检波器和陆地检波器)，提取数据。OBN采集适应于更深海域。在双检拖缆数据采集中，一艘船，拖拽着气枪震源排列，进行地震波激发；同时拖拽着几个拖缆(在固定排列位置处放置水中检波器和陆地检波器)，提取数据。为了得到地下介质高精度的三维图像，必须精确地确定所有炮点和接收点的位置。
在海上双检数据采集时，由于海底和海面都是较强的反射界面。随着震源激发的一个地震子波从震源位置达到海底，或者一个反射地震子波从地下达到海底，海底电缆中的检波器，感应并记录下这个反射地震子波。这个反射子波继续向上前进达到海面，受到海面的反射，然后改变方向向下传播，达到海底。海底电缆中的检波器，再一次感应并记录下这个地震子波。同时这个地震子波受到海底的反射，然后改变方向向上传播，达到海面，受到海面的反射，然后改变方向向下传播，达到海底。这个循环过程重复进行。而这些原始反射地震子波不希望的二次和后续达到，就是海水鸣震多次波(交混回响)。震源子波产生的海水鸣震多次波，称为震源鸣震多次波，地下反射波产生的海水鸣震多次波，称为微屈反射鸣震多次波。海水鸣震多次波是海上地震勘探数据中最大的噪声干扰。消除海水鸣震多次波噪声干扰，是海上地震数据处理中最为重要的步骤。
在浅水区，使用反褶积方法，可以有效消除海水鸣震多次波干扰，以恢复一次反射地震子波。但是对于海水深度超过10米的地区，原始反射地震子波与后续海水鸣震多次波干扰之间的时差很大，使得反褶积算法不能有效去除海水鸣震多次波干扰产生的同相轴。如果不能有效地从地震数据中去除海水鸣震多次波干扰，那么几个子波代表着一个反射界面，这样就会模糊地质断层界面。OBC采集的数据，提供了同一位置水中检波器数据和陆地检波器数据两种数据。这两种数据分别使用水中检波器和陆地检波器记录。水中检波器记录的是地震波产生的压力变化；陆地检波器记录的是质点速度变化。由于这两种检波器的记录机理不同，对于同一位置处海水鸣震多次波干扰，表现出不同特征。与水中检波器记录的海水鸣震多次波干扰相比，陆地检波器记录的海水鸣震多次波干扰表现出极性和振幅特征差异。两种检波器记录的海水鸣震多次波干扰，其极性相反，振幅不同，且相差一个与海底反射系数成比例的常数，这个常数值就是标定因子。因此，利用这种振幅和极性特征差异，可以有效消除海水鸣震多次波干扰。将标定后的陆地检波器数据与对应的水中检波器数据相加，得到水陆地检波器标定数据(上行波场数据)，消除了海水鸣震多次波干扰；将标定后的陆地检波器数据与对应的水中检波器数据相减，得到了与海平面相关多次波数据(下行波场数据)，用于后续上行波场与下行波场联合反褶积、去噪和偏移等处理，以进一步提高分辨率和信噪比。由于野外采集时的噪声，使得这样分离出来的上行波场数据中还存在少量残留的下行波场数据，下行波场数据中还存在少量残留的上行波场数据。因此，为了有效分离上行波场与下行波场，亟需一种水陆检波器地震数据上下行波场分离的方法。
技术实现要素：
本申请实施例的目的是提供一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法及装置，以有效分离上行波场与下行波场。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法及装置是这样实现的：
一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法，提供有目标区域的水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据，包括：
基于所述水中检波器地震数据和所述陆地检波器地震数据，确定初始上行波场数据和初始下行波场数据；
基于所述初始上行波场数据和所述初始下行波场数据，确定上下行波场相关函数；
根据所述上下行波场相关函数，建立目标函数；
基于所述目标函数，确定目标波场分离系数；
基于所述目标波场分离系数、所述初始上行波场数据和所述初始下行波场数据，确定目标上行波场数据和目标下行波场数据。
优选方案中，所述基于所述水中检波器地震数据和所述陆地检波器地震数据，确定初始上行波场数据和初始下行波场数据，包括：
将所述水中检波器地震数据与所述陆地检波器地震数据之和，作为所述初始上行波场数据；
将所述水中检波器地震数据减去所述陆地检波器地震数据，并将计算结果作为所述初始下行波场数据。
优选方案中，所述上下行波场相关函数包括：上行波场自相关函数、下行波场自相关函数、上行波场与下行波场互相关函数，以及下行波场与上行波场互相关函数；采用下述公式确定所述上行波场自相关函数：
其中，a(k)表示所述上行波场自相关函数，Ui,j表示所述初始上行波场数据，i表示时窗参数道的顺序号，i＝1,2,...,M，M表示时窗参数总道数，j表示时窗参数时间样点的顺序号，j＝1,2,...,N，N表示时窗参数时间样点数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；
采用下述公式确定所述下行波场自相关函数：
其中，b(k)表示所述下行波场自相关函数，Di,j表示所述初始下行波场数据；
采用下述公式确定所述上行波场与下行波场互相关函数：
其中，c(k)表示所述上行波场与下行波场互相关函数；
采用下述公式确定所述下行波场与上行波场互相关函数：
其中，d(k)表示所述下行波场与上行波场互相关函数。
优选方案中，采用下述公式建立所述目标函数：
其中，Q2表示所述目标函数，a(k)表示所述上行波场自相关函数，b(k)表示所述下行波场自相关函数，c(k)表示所述上行波场与下行波场互相关函数，d(k)表示所述下行波场与上行波场互相关函数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；β表示所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数。
优选方案中，所述目标波场分离系数包括：目标下行波场分离系数和目标上行波场分离系数；其中，所述目标下行波场分离系数用于表征所述初始上行波场数据中包含下行波场的目标能量系数，所述目标上行波场分离系数用于表征所述初始下行波场数据中包含上行波场的目标能量系数；所述基于所述目标函数，确定目标波场分离系数，包括：
对所述目标函数进行预处理，得到预处理后的目标函数；其中，所述预处理后的目标函数与下行波场分离系数、上行波场分离系数相关联；
计算所述预处理后的目标函数分别对下行波场分离系数和上行波场分离系数的一阶偏导；
基于计算的一阶偏导结果，建立下行波场分离系数与上行波场分离系数的关联关系；
设置第一上行波场分离系数，并根据所述第一上行波场分离系数和所述关联关系，确定所述目标下行波场分离系数和所述目标上行波场分离系数。
优选方案中，所述对所述目标函数进行预处理，包括：
将所述目标函数乘以指定参数，并将计算结果作为所述预处理后的目标函数；其中，采用下述公式表征所述指定参数：
A＝(1-βγ)4
其中，A表示所述指定参数，β表示所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数。
优选方案中，所述上下行波场相关函数包括：上行波场自相关函数、下行波场自相关函数、上行波场与下行波场互相关函数，以及下行波场与上行波场互相关函数；采用下述公式建立所述关联关系：
其中，β表示下行波场分离系数，用于表征所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示上行波场分离系数，用于表征所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数；a(k)表示所述上行波场自相关函数，b(k)表示所述下行波场自相关函数，c(k)表示所述上行波场与下行波场互相关函数，d(k)表示所述下行波场与上行波场互相关函数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度。
优选方案中，所述根据所述第一上行波场分离系数和所述关联关系，确定所述目标下行波场分离系数和所述目标上行波场分离系数，包括：
根据所述第一上行波场分离系数和所述关联关系，确定第一下行波场分离系数，并根据所述第一下行波场分离系数和所述关联关系，确定第二上行波场分离系数，并根据所述第二上行波场分离系数和所述关联关系，确定第二下行波场分离系数；
当所述第一上行波场分离系数与所述第二上行波场分离系数之差的绝对值小于预设系数阈值、且所述第一下行波场分离系数与所述第二下行波场分离系数之差的绝对值小于所述预设系数阈值时，将所述第一上行波场分离系数与所述第二上行波场分离系数之和的一半，作为所述目标上行波场分离系数，以及将所述第一下行波场分离系数与所述第二下行波场分离系数之和的一半，作为所述目标下行波场分离系数；否则，将所述第二上行波场分离系数作为新的第一上行波场分离系数，并将所述第二下行波场分离系数作为新的第一下行波场分离系数，并生成新的第二上行波场分离系数和新的第二下行波场分离系数，直至所述新的第一上行波场分离系数与所述新的第二上行波场分离系数之差的绝对值小于预设系数阈值、且所述新的第一下行波场分离系数与所述新的第二下行波场分离系数之差的绝对值小于所述预设系数阈值，并将所述新的第一上行波场分离系数与所述新的第二上行波场分离系数之和的一半，作为所述目标上行波场分离系数，以及将所述新的第一下行波场分离系数与所述新的第二下行波场分离系数之和的一半，作为所述目标下行波场分离系数。
优选方案中，所述目标波场分离系数包括：目标下行波场分离系数和目标上行波场分离系数；其中，所述目标下行波场分离系数用于表征所述初始上行波场数据中包含下行波场的目标能量系数，所述目标上行波场分离系数用于表征所述初始下行波场数据中包含上行波场的目标能量系数；采用下述公式确定所述目标上行波场数据：
其中，表示所述目标上行波场数据，Ui,j表示所述初始上行波场数据，Di,j表示所述初始下行波场数据，i表示时窗参数道的顺序号，i＝1,2,...,M，M表示时窗参数总道数，j表示时窗参数时间样点的顺序号，j＝1,2,...,N，N表示时窗参数时间样点数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；β'表示所述目标下行波场分离系数，γ'表示所述目标上行波场分离系数；
采用下述公式确定所述目标下行波场数据：
其中，表示所述目标下行波场数据。
一种水陆检波器地震数据上下行波场分离装置，所述装置提供目标区域的水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据，所述装置包括：初始上下行波场确定模块、相关函数确定模块、目标函数确定模块、波场分离系数确定模块和目标上下行波场确定模块；其中，
所述初始上下行波场确定模块，用于基于所述水中检波器地震数据和所述陆地检波器地震数据，确定初始上行波场数据和初始下行波场数据；
所述相关函数确定模块，用于基于所述初始上行波场数据和所述初始下行波场数据，确定上下行波场相关函数；
所述目标函数确定模块，用于根据所述上下行波场相关函数，建立目标函数；
所述波场分离系数确定模块，用于基于所述目标函数，确定目标波场分离系数；
所述目标上下行波场确定模块，用于基于所述目标波场分离系数、所述初始上行波场数据和所述初始下行波场数据，确定目标上行波场数据和目标下行波场数据。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例提供的一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法及装置，利用所确定的上下行波场相关函数建立的目标函数，可以快速、准确地反演得到目标波场分离系数，即目标下行波场分离系数和目标上行波场分离系数；其中，目标下行波场分离系数用于表征初始上行波场数据中包含下行波场的目标能量系数，目标上行波场分离系数用于表征初始下行波场数据中包含上行波场的目标能量系数；最后，基于目标波场分离系数，可以实现水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据中上行波场和下行波场的有效分离，达到消除地震数据中海水多次波干扰影响，从而提高地震数据信噪比和分辨率，并为后续地震数据处理提供上行波场和下行波场数据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法实施例的流程图；
图2是本申请实施例中水平层状速度与地层厚度模型的示意图；
图3(a)是本申请实施例中陆地检波器地震数据的剖面示意图；
图3(b)是本申请实施例中水中检波器地震数据的剖面示意图；
图4(a)是本申请实施例中采用本申请方法从图3(a)和图3(b)中分离出的下行波场数据的剖面示意图；
图4(b)是本申请实施例中采用本申请方法从图3(a)和图3(b)中分离出的上行波场数据的剖面示意图；
图5(a)是本申请实施例中水中检波器共炮点道集数据的剖面示意图；
图5(b)是本申请实施例中陆地检波器共炮点道集数据的剖面示意图；
图5(c)是本申请实施例中采用本申请方法从图5(a)和图5(b)中分离出来的上行波场数据的剖面示意图；
图5(d)是本申请实施例中采用本申请方法从图5(a)和图5(b)中分离出来的下行波场数据的剖面示意图；
图6(a)是本申请实施例中水中检波器共中心点叠加数据的剖面示意图；
图6(b)是本申请实施例中陆地检波器共中心点叠加数据的剖面示意图；
图6(c)是本申请实施例中采用本申请方法从图6(a)和图6(b)中分离出来的上行波场数据的剖面示意图；
图6(d)是本申请实施例中采用本申请方法从图6(a)和图6(b)中分离出来的下行波场数据的剖面示意图；
图7是本申请水陆检波器地震数据上下行波场分离装置实施例的组成结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法及装置。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法。所述水陆检波器地震数据上下行波场分离方法提供有目标区域的水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据。
在本实施方式中，可以通过海面双检拖缆、海底电缆(Ocean Bottom Cable，OBC)和海底结点(Ocean Bottom Node，OBN)等海上双检数据采集技术，在同一位置记录水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据。
图1是本申请一种水陆检波器地震数据上下行波场分离方法实施例的流程图。如图1所示，所述水陆检波器地震数据上下行波场分离方法，包括以下步骤。
步骤S101：基于所述水中检波器地震数据和所述陆地检波器地震数据，确定初始上行波场数据和初始下行波场数据。
在本实施方式中，基于所述水中检波器地震数据和所述陆地检波器地震数据，确定初始上行波场数据和初始下行波场数据，具体可以包括，可以将所述水中检波器地震数据与所述陆地检波器地震数据之和，作为所述初始上行波场数据。可以将所述水中检波器地震数据减去所述陆地检波器地震数据，并将计算结果作为所述初始下行波场数据。例如，可以采用下述公式计算所述初始上行波场数据Ui,j：
Ui,j＝Hi,j+Gi,j (公式1)
其中，Hi,j表示所述水中检波器地震数据，Gi,j表示所述陆地检波器地震数据，i表示时窗参数道的顺序号，i＝1,2,...,M，M表示时窗参数总道数，j表示时窗参数时间样点的顺序号，j＝1,2,...,N，N表示时窗参数时间样点数。
可以采用下述公式计算所述初始下行波场数据Di,j：
Di,j＝Hi,j-Gi,j (公式2)
其中，Hi,j表示所述水中检波器地震数据，Gi,j表示所述陆地检波器地震数据i表示时窗参数道的顺序号，i＝1,2,...,M，M表示时窗参数总道数，j表示时窗参数时间样点的顺序号，j＝1,2,...,N，N表示时窗参数时间样点数。
由于所述初始上行波场数据Ui,j中包含有少量的下行波场，以及所述初始下行波场数据Di,j中包含有少量的上行波场，如此，可以采用下述公式分别表征所述初始上行波场数据Ui,j和所述初始下行波场数据Di,j：
其中，和分别表示纯上行波场数据和纯下行波场数据，β表示所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数。其中，所述纯上行波场数据中不包含下行波场，所述纯下行波场数据中不包含上行波场。
基于公式3和公式4，可以采用下述公式表征所述纯上行波场数据和所述纯下行波场数据
其中，和分别表示纯上行波场数据和纯下行波场数据，β表示所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数。如此，在后续步骤中得到所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数和所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数后，便可以得到纯上行波场数据和纯下行波场数据。
步骤S102：基于所述初始上行波场数据和所述初始下行波场数据，确定上下行波场相关函数。
在本实施方式中，可以采用下述公式建立所述纯上行波场数据和所述纯下行波场数据之间的互相关函数P(k)：
其中，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度。
将公式5和公式6代入公式7，则有：
所述上下行波场相关函数具体可以包括：上行波场自相关函数、下行波场自相关函数、上行波场与下行波场互相关函数，以及下行波场与上行波场互相关函数。可以采用下述公式确定所述上行波场自相关函数：
其中，a(k)表示所述上行波场自相关函数，Ui,j表示所述初始上行波场数据，i表示时窗参数道的顺序号，i＝1,2,...,M，M表示时窗参数总道数，j表示时窗参数时间样点的顺序号，j＝1,2,...,N，N表示时窗参数时间样点数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；
可以采用下述公式确定所述下行波场自相关函数：
其中，b(k)表示所述下行波场自相关函数，Di,j表示所述初始下行波场数据；
可以采用下述公式确定所述上行波场与下行波场互相关函数：
其中，c(k)表示所述上行波场与下行波场互相关函数；
可以采用下述公式确定所述下行波场与上行波场互相关函数：
其中，d(k)表示所述下行波场与上行波场互相关函数。
如此，可以将公式10、公式11、公式12和公式13代入公式8，则有：
步骤S103：根据所述上下行波场相关函数，建立目标函数。
在本实施方式中，可以采用下述公式建立所述目标函数：
其中，Q2表示所述目标函数，a(k)表示所述上行波场自相关函数，b(k)表示所述下行波场自相关函数，c(k)表示所述上行波场与下行波场互相关函数，d(k)表示所述下行波场与上行波场互相关函数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；β表示所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数。
步骤S104：基于所述目标函数，确定目标波场分离系数。
在本实施方式中，所述目标波场分离系数具体可以包括：目标下行波场分离系数和目标上行波场分离系数。其中，所述目标下行波场分离系数用于表征所述初始上行波场数据中包含下行波场的目标能量系数，所述目标上行波场分离系数用于表征所述初始下行波场数据中包含上行波场的目标能量系数。
在本实施方式中，基于所述目标函数，确定目标波场分离系数，具体可以包括：
(1)对所述目标函数进行预处理，得到预处理后的目标函数；其中，所述预处理后的目标函数与下行波场分离系数、上行波场分离系数相关联；具体地，可以将所述目标函数乘以指定参数，并将计算结果作为所述预处理后的目标函数；其中，采用下述公式表征所述指定参数：
A＝(1-βγ)4
其中，A表示所述指定参数，β表示所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数。
例如，令
将公式13和公式15代入公式14，则有：
令
其中，表示所述预处理后的目标函数；
(2)计算所述预处理后的目标函数分别对下行波场分离系数和上行波场分离系数的一阶偏导；具体地，公式17两边对下行波场分离系数β求导数，并令导数为0，则有：
2f2β+2f4βγ2+2f5γ-2f7γ2-2f8-4f9βγ+2f10γ＝0 (公式18)
公式17两边对上行波场分离系数γ求导数，并令导数为0，则有：
2f1γ+2f4β2γ+2f5β-2f6-4f7βγ-2f9β2+2f10β＝0 (公式19)
其中，所述下行波场分离系数用于表征所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，所述上行波场分离系数用于表征所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数；
(3)基于计算的一阶偏导结果，建立下行波场分离系数与上行波场分离系数的关联关系；具体地，可以根据公式18和公式19，建立所述关联关系；例如，采用下述公式建立所述关联关系：
其中，β表示下行波场分离系数，用于表征所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示上行波场分离系数，用于表征所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数；
(4)设置第一上行波场分离系数，并根据所述第一上行波场分离系数和所述关联关系，确定所述目标下行波场分离系数和所述目标上行波场分离系数。
在本实施方式中，可以设置第一上行波场分离系数γ1为0。
在本实施方式中，根据所述第一上行波场分离系数和所述关联关系，确定所述目标下行波场分离系数和所述目标上行波场分离系数，具体可以包括：
1)根据所述第一上行波场分离系数和所述关联关系，确定第一下行波场分离系数；具体地，可以将所述第一上行波场分离系数γ1代入公式20，计算得到所述第一下行波场分离系数β1；
2)根据所述第一下行波场分离系数和所述关联关系，确定第二上行波场分离系数；具体地，可以将所述第一下行波场分离系数β1代入公式21，计算得到所述第二上行波场分离系数γ2；
3)根据所述第二上行波场分离系数和所述关联关系，确定第二下行波场分离系数；具体地，可以将所述第一上行波场分离系数γ2代入公式20，计算得到所述第一下行波场分离系数β2；
4)当所述第一上行波场分离系数与所述第二上行波场分离系数之差的绝对值小于预设系数阈值、且所述第一下行波场分离系数与所述第二下行波场分离系数之差的绝对值小于所述预设系数阈值时，将所述第一上行波场分离系数与所述第二上行波场分离系数之和的一半，作为所述目标上行波场分离系数，以及将所述第一下行波场分离系数与所述第二下行波场分离系数之和的一半，作为所述目标下行波场分离系数；
5)否则，将所述第二上行波场分离系数作为新的第一上行波场分离系数，并将所述第二下行波场分离系数作为新的第一下行波场分离系数，并生成新的第二上行波场分离系数和新的第二下行波场分离系数，直至所述新的第一上行波场分离系数与所述新的第二上行波场分离系数之差的绝对值小于预设系数阈值、且所述新的第一下行波场分离系数与所述新的第二下行波场分离系数之差的绝对值小于所述预设系数阈值，并将所述新的第一上行波场分离系数与所述新的第二上行波场分离系数之和的一半，作为所述目标上行波场分离系数，以及将所述新的第一下行波场分离系数与所述新的第二下行波场分离系数之和的一半，作为所述目标下行波场分离系数。
步骤S105：基于所述目标波场分离系数、所述初始上行波场数据和所述初始下行波场数据，确定目标上行波场数据和目标下行波场数据。
在本实施方式中，所述目标波场分离系数可以包括：目标下行波场分离系数和目标上行波场分离系数；其中，所述目标下行波场分离系数用于表征所述初始上行波场数据中包含下行波场的目标能量系数，所述目标上行波场分离系数用于表征所述初始下行波场数据中包含上行波场的目标能量系数。可以采用下述公式确定所述目标上行波场数据：
其中，表示所述目标上行波场数据，Ui,j表示所述初始上行波场数据，Di,j表示所述初始下行波场数据，i表示时窗参数道的顺序号，i＝1,2,...,M，M表示时窗参数总道数，j表示时窗参数时间样点的顺序号，j＝1,2,...,N，N表示时窗参数时间样点数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；β'表示所述目标下行波场分离系数，γ'表示所述目标上行波场分离系数；
采用下述公式确定所述目标下行波场数据：
其中，表示所述目标下行波场数据。也就是将所述目标下行波场分离系数β'和所述目标上行波场分离系数γ'代入公式5和公式6，计算得到所述目标上行波场数据和所述目标下行波场数据。从而可以有效分离上行波场与下行波场。
在步骤S101前，本申请实施例还可以包括对所述目标区域的水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据进行预处理；对应的，步骤S101中所述水中检波器地震数据为预处理后的水中检波器地震数据，所述陆地检波器地震数据为预处理后的陆地检波器地震数据。本申请实施例中所述的预处理具体包括：对所述水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据置标签、定义观测系统、对所述水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据进行分离、去噪、滤波、速度分析及叠加处理等操作，然而值得注意的是，上述列举的预处理操作仅是为了更好地说明本发明，还可以采用其他的预处理方式进行处理，本身请对此不作限定。
在步骤S105后，本申请实施例还可以包括绘制目标上行波场数据和目标下行波场数据剖面，以及存储目标上行波场数据和目标下行波场数据。
所述水陆检波器地震数据上下行波场分离方法实施例，利用所确定的上下行波场相关函数建立的目标函数，逐次迭代反演得到目标波场分离系数，即初始上行波场数据中包含下行波场的目标能量系数和初始下行波场数据中包含上行波场的目标能量系数，反演计算精度较高；最后，基于目标波场分离系数，可以实现水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据中上行波场和下行波场的有效分离，达到消除地震数据中海水多次波干扰影响，从而提高地震数据信噪比和分辨率，并为后续地震数据处理提供上行波场和下行波场数据。不仅如此，上下行波场相关函数是水陆检波器地震数据的四阶累积量，而四阶累积量具有较强的抗噪性，以使得上行波场和下行波场的分离处理具有较强的抗噪能力。同时，采用本申请实施例的方法进行上行波场和下行波场的分离处理时，计算量小、计算速度快。
为了清除的说明本申请实施例的有益效果，下面结合附图进行说明：
图2是本申请实施例中水平层状速度与地层厚度模型的示意图。图3(a)是本申请实施例中陆地检波器地震数据的剖面示意图。图3(b)是本申请实施例中水中检波器地震数据的剖面示意图。图4(a)是本申请实施例中采用本申请方法从图3(a)和图3(b)中分离出的下行波场数据的剖面示意图。图4(b)是本申请实施例中采用本申请方法从图3(a)和图3(b)中分离出的上行波场数据的剖面示意图；其中，图3(a)和图3(b)分别表征的是按照图2中的模型采集到的陆地检波器地震数据和水中检波器地震数据。图1中的速度厚度模型，即水平层状速度与地层厚度模型，在图1中，S表示炮点，R0表示海平面，R1表示地下第一个界面(海底)，R2表示地下第二个界面，R3表示地下第三个界面；海平面R0与地下第一个界面R1之间的水深为700米，对应的水平层状速度为1500米/秒(m/s)，地下第一个界面R1与地下第二个界面R2之间的地层厚度为800米，对应的水平层状速度为2000m/s，地下第二个界面R2与地下第三个界面R3之间的地层厚度为700米，对应的水平层状速度为3000m/s，地下第三个界面R3以下的地层对应的水平层状速度为4500m/s，检波点沉放在海底，即地下第一个界面R1，检波点间距为25米，炮点沉放深度为7.5米，炮点间距为25米。在图3(a)和图3(b)中，①是地下第一个界面(海底)一次反射(直达波)(S-R1)，②是地下第二个界面一次反射(S-R1-R2-R1)，③是地下第一个界面海面一次反射(S-R1-R0-R1)，④是地下第三个界面一次反射(S-R1-R2-R3-R2-R1)，⑤是地下第二个界面二次反射(S-R1-R2-R1-R2-R1)，⑥是地下第二个界面海面一次反射(S-R1-R2-R1-R0-R1)和第三个界面二次反射(S-R1-R2-R3-R2-R1)，⑦是地下第一个界面海面二次反射(S-R1-R0-R1-R0-R1)，⑧是地下第三界面一次第二界面二次反射(S-R1-R2-R3-R2-R1-R2-R1)，⑨是地下第三个界面海面一次反射(S-R1-R2-R3-R2-R1-R0-R1)和第三个界面三次反射(S-R1-R2-R3-R2-R3-R2-R3-R2-R1)。如图4(a)和图4(b)所示，图4(a)表征的下行波场数据中包括：①第一个界面(海底)直达波(S-R1)，③第一个界面海面一次反射(S-R1-R0-R1)，⑥中的第二个界面海面一次反射(S-R1-R2-R1-R0-R1)，⑦第一个界面海面二次反射，(S-R1-R0-R1-R0-R1)，⑨中的第三个界面海面一次反射(S-R1-R2-R3-R2-R1-R0-R1)，均是海平面多次反射，即海平面多次波。图4(b)表征的上行波场数据中包括：①第一个界面(海底)一次反射(S-R1)，②第二个界面一次反射(S-R1-R2-R1)，④第三个界面一次反射(S-R1-R2-R3-R2-R1)，⑤第二个界面二次反射(S-R1-R2-R1-R2-R1)，⑥中的第三个界面二次反射(S-R1-R2-R3-R2-R1，⑧第三界面一次第二界面二次反射，(S-R1-R2-R3-R2-R1-R2-R1)，⑨中的第三个界面三次反射，(S-R1-R2-R3-R2-R3-R2-R3-R2-R1)，均是地下界面反射，即为有效波。如此，可以表明采用本申请的水陆检波器数据上下行波场分离方法，可以完全将上行波场与下行波场分离开来，并且上行波场不包含剩余下行波场，下行波场不包含剩余上行波场。
图5(a)是本申请实施例中水中检波器共炮点道集数据的剖面示意图。图5(b)是本申请实施例中陆地检波器共炮点道集数据的剖面示意图。图5(c)是本申请实施例中采用本申请方法从图5(a)和图5(b)中分离出来的上行波场数据的剖面示意图。图5(d)是本申请实施例中采用本申请方法从图5(a)和图5(b)中分离出来的下行波场数据的剖面示意图。图6(a)是本申请实施例中水中检波器共中心点叠加数据的剖面示意图。图6(b)是本申请实施例中陆地检波器共中心点叠加数据的剖面示意图。图6(c)是本申请实施例中采用本申请方法从图6(a)和图6(b)中分离出来的上行波场数据的剖面示意图。图6(d)是本申请实施例中采用本申请方法从图6(a)和图6(b)中分离出来的下行波场数据的剖面示意图。从图5(a)～图5(d)和图6(a)～图6(d)中可以看出，采用本申请的水陆检波器数据上下行波场分离方法，可以有效地分离出上行波场数据和下行波场数据，且消除了水层产生的多次波干扰，提高了海洋地震数据的信噪比。
图7是本申请水陆检波器地震数据上下行波场分离装置实施例的组成结构示意图。所述水陆检波器地震数据上下行波场分离装置提供目标区域的水中检波器地震数据和陆地检波器地震数据。如图7所示，所述水陆检波器地震数据上下行波场分离装置可以包括：初始上下行波场确定模块100、相关函数确定模块200、目标函数确定模块300、波场分离系数确定模块400和目标上下行波场确定模块500。
所述初始上下行波场确定模块100，可以用于基于所述水中检波器地震数据和所述陆地检波器地震数据，确定初始上行波场数据和初始下行波场数据。
所述相关函数确定模块200，可以用于基于所述初始上行波场数据和所述初始下行波场数据，确定上下行波场相关函数。
所述目标函数确定模块300，可以用于根据所述上下行波场相关函数，建立目标函数。
所述波场分离系数确定模块400，可以用于基于所述目标函数，确定目标波场分离系数。
所述目标上下行波场确定模块500，可以用于基于所述目标波场分离系数、所述初始上行波场数据和所述初始下行波场数据，确定目标上行波场数据和目标下行波场数据。
在本实施方式中，所述初始上下行波场确定模块100可以用于将所述水中检波器地震数据与所述陆地检波器地震数据之和，作为所述初始上行波场数据，并将所述水中检波器地震数据减去所述陆地检波器地震数据，并将计算结果作为所述初始下行波场数据。
在本实施方式中，所述上下行波场相关函数可以包括：上行波场自相关函数、下行波场自相关函数、上行波场与下行波场互相关函数，以及下行波场与上行波场互相关函数；所述相关函数确定模块200可以用于采用下述公式确定所述上行波场自相关函数：
其中，a(k)表示所述上行波场自相关函数，Ui,j表示所述初始上行波场数据，i表示时窗参数道的顺序号，i＝1,2,...,M，M表示时窗参数总道数，j表示时窗参数时间样点的顺序号，j＝1,2,...,N，N表示时窗参数时间样点数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；
采用下述公式确定所述下行波场自相关函数：
其中，b(k)表示所述下行波场自相关函数，Di,j表示所述初始下行波场数据；
采用下述公式确定所述上行波场与下行波场互相关函数：
其中，c(k)表示所述上行波场与下行波场互相关函数；
采用下述公式确定所述下行波场与上行波场互相关函数：
其中，d(k)表示所述下行波场与上行波场互相关函数。
在本实施方式中，所述目标函数确定模块300可以用于采用下述公式建立所述目标函数：
其中，Q2表示所述目标函数，a(k)表示所述上行波场自相关函数，b(k)表示所述下行波场自相关函数，c(k)表示所述上行波场与下行波场互相关函数，d(k)表示所述下行波场与上行波场互相关函数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；β表示所述初始上行波场数据中包含下行波场的能量系数，γ表示所述初始下行波场数据中包含上行波场的能量系数。
在本实施方式中，所述目标波场分离系数可以包括：目标下行波场分离系数和目标上行波场分离系数；其中，所述目标下行波场分离系数用于表征所述初始上行波场数据中包含下行波场的目标能量系数，所述目标上行波场分离系数用于表征所述初始下行波场数据中包含上行波场的目标能量系数；所述波场分离系数确定模块400可以用于对所述目标函数进行预处理，得到预处理后的目标函数；其中，所述预处理后的目标函数与下行波场分离系数、上行波场分离系数相关联；计算所述预处理后的目标函数分别对下行波场分离系数和上行波场分离系数的一阶偏导；基于计算的一阶偏导结果，建立下行波场分离系数与上行波场分离系数的关联关系；设置第一上行波场分离系数，并根据所述第一上行波场分离系数和所述关联关系，确定所述目标下行波场分离系数和所述目标上行波场分离系数。
在本实施方式中，所述波场分离系数确定模块400可以用于根据所述第一上行波场分离系数和所述关联关系，确定第一下行波场分离系数，并根据所述第一下行波场分离系数和所述关联关系，确定第二上行波场分离系数，并根据所述第二上行波场分离系数和所述关联关系，确定第二下行波场分离系数；当所述第一上行波场分离系数与所述第二上行波场分离系数之差的绝对值小于预设系数阈值、且所述第一下行波场分离系数与所述第二下行波场分离系数之差的绝对值小于所述预设系数阈值时，将所述第一上行波场分离系数与所述第二上行波场分离系数之和的一半，作为所述目标上行波场分离系数，以及将所述第一下行波场分离系数与所述第二下行波场分离系数之和的一半，作为所述目标下行波场分离系数；否则，将所述第二上行波场分离系数作为新的第一上行波场分离系数，并将所述第二下行波场分离系数作为新的第一下行波场分离系数，并生成新的第二上行波场分离系数和新的第二下行波场分离系数，直至所述新的第一上行波场分离系数与所述新的第二上行波场分离系数之差的绝对值小于预设系数阈值、且所述新的第一下行波场分离系数与所述新的第二下行波场分离系数之差的绝对值小于所述预设系数阈值，并将所述新的第一上行波场分离系数与所述新的第二上行波场分离系数之和的一半，作为所述目标上行波场分离系数，以及将所述新的第一下行波场分离系数与所述新的第二下行波场分离系数之和的一半，作为所述目标下行波场分离系数。
在本实施方式中，所述目标上下行波场确定模块500可以用于采用下述公式确定所述目标上行波场数据：
其中，表示所述目标上行波场数据，Ui,j表示所述初始上行波场数据，Di,j表示所述初始下行波场数据，i表示时窗参数道的顺序号，i＝1,2,...,M，M表示时窗参数总道数，j表示时窗参数时间样点的顺序号，j＝1,2,...,N，N表示时窗参数时间样点数，k表示相关函数延迟样点顺序号，k＝0,1,2,...,L-1，L表示相关函数长度；β'表示所述目标下行波场分离系数，γ'表示所述目标上行波场分离系数；
采用下述公式确定所述目标下行波场数据：
其中，表示所述目标下行波场数据。
所述水陆检波器地震数据上下行波场分离装置实施例与所述水陆检波器地震数据上下行波场分离方法实施例相对应，可以实现水陆检波器地震数据上下行波场分离方法实施例，并取得方法实施例的技术效果。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware Description Language)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(Ruby Hardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的装置、模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。该计算机软件产品可以包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。该计算机软件产品可以存储在内存中，内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括短暂电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。