基于重构地面力信号的可控震源谐波压制方法与流程

本发明涉及一种地震勘探方法，尤其是基于重构地面力信号的可控震源谐波压制方法。

背景技术：

可控震源因其具有安全、环保、低耗、高效、方式灵活等优点而在勘探领域备受青睐，在全球陆上地震勘探采集中的应用占有很大的比重，并且国外的可控震源大有取代炸药震源等破坏性震源的趋势。不过，谐波干扰的存在是制约可控震源快速发展的瓶颈之一，谐波干扰的存在，损害了可控震源地震资料的品质，降低了资料的分辨率，因此，谐波干扰的压制成为可控震源技术的研究重点，压制谐波干扰的技术也在不断发展。传统的压制谐波方法主要分为两类：一类是通过改进采集方式，调整采集参数等方式来减少谐波干扰成分的采集，这种方法大大简化了后期数据处理的工作量，但这种方法并不能避免谐波的产生，只能使采集数据中谐波干扰小一些和推迟谐波干扰出现的时间；另一类方法是通过对采集到原始地震记录进行相关处理后再进行相移滤波或自适应滤波等处理方式压制谐波干扰，或者对原始地震记录进行反褶积处理求取地层反射系数来压制谐波干扰。第二类方法谐波压制效果明显，不过该方法主要适用于常规液压式可控震源，但不适用于只具有开环控制能力的各类可控震源等，因为此时不能采用加权和法有效估计地面力信号，因此此类方法适用范围受限。cao(2010)用反褶积代替相关来压制具有闭环控制能力的常规液压式可控震源的谐波干扰，该方法能有效抑制近地表影响和谐波成分，提高数据质量，但这种方法依赖于可控震源精度控制及地表耦合条件，对勘探区域耦合条件好的液压式可控震源工作环境是可行的，但对于工作于耦合条件不好的液压震源及只有开环控制能力的其他可控震源，谐波干扰压制效果很差，且会产生相位偏移，增大目标定位误差。

技术实现要素：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于重构地面力信号的可控震源谐波压制方法。

本发明的主要思想是：可控震源地震勘探记录中的谐波干扰大大损害了可控震源地震资料的品质，降低了资料的分辨率。本发明提出了一种基于重构地面力信号的可控震源谐波压制方法，对于一些只具有开环控制能力的可控震源，像电磁式可控震源等，在不能通过加权和方法估计地面力信号的情况下，我们利用直达波与其它地震波到时不一致的特点，通过合理设计匹配滤波器，从基板附近信号中有效分离、提取直达波作为重构地面力信号代替实际的可控震源下传信号，对地震记录进行反褶积处理，以达到压制谐波的效果。该方法不依赖于震源的控制方式和具体耦合条件，采用重构的地面力信号代替实际的可控震源下传信号对地震记录进行反褶积处理，有效压制了谐波干扰。此方法拓宽了可控震源谐波压制技术的应用范围，对可控震源控制方法和控制精度要求较低，对震源与地表耦合情况没有严格限制，允许震源采用低成本的开环控制模式，在勘探领域适用范围更广。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于重构地面力信号的可控震源谐波干扰压制方法，包括以下步骤：

a、采用常规电磁式可控震源地震勘探方法采集未经过相关处理的单炮点记录和基板附近信号y1(t)；

b、令可控震源扫描信号s(t)为chirp信号，即其中a1为扫描信号的振幅，fl和fh分别为起始和终止扫描频率，t为扫描长度，根据信噪比最大原则，设计扫描信号s(t)的匹配滤波器，其单位冲激响应：

h(t)＝s(-t+t)(1)

式中0≤t≤t；

c、取基板附近信号y1(t)，令：

v1(t)＝y1(t)*h(t)(2)

式中*代表褶积，则褶积结果v1(t)中包含直达波、反射波、折射波和其他干扰波等，构建窗函数，分离初至信号d1(t)作为直达波信号，其中，窗口长度的选取要能够完整地将初至信号分离，同时又不包含反射波、折射波等相干噪声；

d、定义：

g(t)＝f^-1{f[d1(t)]/f[h(t)]}(3)

式中f代表傅里叶变换和f^-1代表傅里叶变换的反变换，由于h(t)已知，d1(t)已采用步骤c由基板附近信号中分离得到，因此由公式(3)可计算得到g(t)，g(t)

即为重构的震源激发信号；

e、可控震源地震记录可表示成地面力信号与大地地层响应之间的褶积，因此，合成地震记录的褶积模型为

x(t,j)＝g(t)*r(t,j)(4)

式中x(t,j)为第j道地震信号，r(t,j)为对应第j道地震信号的地层响应；

f、由公式(4)，进行反褶积处理可得到

r(t,j)＝f^-1{f[x(t,j)]/f[g(t)]}(5)

g、构建全通滤波器z(t)，其相频响应与上述反褶积过程的相频特性相反，实现对r(t,j)进行零相位滤波校正，得到r'(t,j)；

h、对当前单炮记录的各道依此重复步骤e至步骤g，直至完成当前共激发点集的所有地震道信号处理，到此一个单炮地震记录的谐波干扰被有效压制。

有益效果：经试验，本发明提出的一种基于重构地面力信号的可控震源谐波压制方法，不仅可以很好的压制谐波，地震记录进行反褶积处理后，资料分辨率明显提高，大大提升了资料的品质，此方法拓宽了可控震源谐波压制技术的应用范围，对可控震源控制方法和控制精度要求较低，对震源与地表耦合情况没有严格限制，允许震源采用低成本的开环控制模式，在勘探领域适用范围更广，且目标定位误差小。该方法不仅适用于常规液压式可控震源谐波压制，同时适用于一些采用开环控制或工作于耦合条件不好的各类可控震源的谐波压制，像电磁可控震源等。

附图说明：

图1反褶积处理与常规相关处理后单道地震记录对比

(a)常规相关处理后单道地震信号

(b)反褶积处理后单道地震信号

图2反褶积处理与常规相关处理后单炮地震记录对比

(a)常规相关处理后单炮地震记录

(b)反褶积处理后单炮地震记录

具体实施方式：

下面结合附图做进一步的详细说明：

在本例中使用四层水平层状地下模型进行可控震源单炮记录激发模拟，设地层宽度为2000m，深度为860m。自地表向下第一层介质深度h1＝180m，地层速度v1＝1200m/s；第二层介质深度h2＝130m，地层速度v2＝1300m/s；第三层介质深度h3＝300m，地层速度v3＝2000m/s；第四层介质深度h4＝250m，地层速度v4＝2500m/s。扫描信号采用chirp信号，起始频率10hz，截止频率为120hz，扫描长度为4s，记录时间为6s，采样率为1000，道间距为20m，接收道数为101道。

a、采用常规电磁式可控震源地震勘探方法采集未经过相关处理的单炮点记录和基板附近信号y1(t)；

b、令可控震源扫描信号s(t)为chirp信号，即其中a1为扫描信号的振幅，fl和fh分别为起始和终止扫描频率，t为扫描长度，根据信噪比最大原则，设计扫描信号s(t)的匹配滤波器，其单位冲激响应：

h(t)＝s(-t+t)(1)

式中0≤t≤t；

c、取基板附近信号y1(t)，令：

v1(t)＝y1(t)*h(t)(2)

式中*代表褶积，则褶积结果v1(t)中包含直达波、反射波、折射波和其他干扰波等，构建窗函数，分离初至信号d1(t)作为直达波信号，其中，窗口长度的选取要能够完整地将初至信号分离，同时又不包含反射波、折射波等相干噪声；

d、定义：

g(t)＝f^-1{f[d1(t)]/f[h(t)]}(3)

式中f和f^-1代表傅里叶变换及其反变换，由于h(t)已知，d1(t)已采用步骤c由基板附近信号中分离得到，因此由公式(3)可计算得到g(t)，g(t)即为重构的

震源激发信号；

e、可控震源地震记录可表示成地面力信号与大地地层响应之间的褶积，因此，合成地震记录的褶积模型为：

x(t,j)＝g(t)*r(t,j)(4)

式中x(t,j)为第j道地震信号，r(t,j)为对应第j道地震信号的地层响应；

f、由公式(4)，我们对第二道地震记录进行反褶积处理可得到：

r(t,2)＝f^-1{f[x(t,2)]/f[g(t)]}(5)经过反褶积滤波处理后，信号相位谱发生变化，可以发现波至时间被提前；

g、构建全通滤波器z(t)，其相频响应与上述反褶积过程的相频特性相反，对r(t,j)进行零相位滤波校正，得到r'(t,j)；

图1(a)为第二道地震信号采用常规相关处理后的结果，反褶积处理后的结果如图1(b)所示，经过对比可以看到，图1(b)中的信号进行反褶积处理后谐波干扰得到压制，且波至时间误差得到校正；

h、对当前单炮记录的各道信号依此重复步骤e至g，直至完成当前共激发点集的所有地震道信号处理，到此一个单炮地震记录的谐波干扰被有效压制。图2(a)为采用常规相关处理后全炮地震记录，图2(b)为反褶积处理后全炮地震记录，经过对比可以看出，谐波干扰得到压制，效果明显。