一种用于压制机械因素谐波干扰的方法与流程

本发明涉及地震资料保幅去噪技术领域，特别是涉及一种用于压制机械因素谐波干扰的方法。

背景技术：

在可控震源勘探过程中，由于种种因素震源车向地下传输扫描信号时不可避免的会产生谐波干扰。其中产生谐波干扰最重要的原因之一就是机械因素，由于可控震源的机械装置、震动装置以及液压伺服系统的非线性，导致从可控震源输出的信号就存在谐波干扰。这种谐波干扰与地表结构无关，也就是说，无论在什么样的地表结构下作业，都会产生这种谐波干扰。这种谐波信号可以通过可控震源震板上的输出信号记录下来，该谐波干扰存在两个明显特征：①谐波分量的频率为有效波频率的整数倍。如二次谐波的频率范围为有效波频率范围两倍，且它们的频率随有效波频率的变化而变化；②谐波干扰主要有本炮干扰和临炮干扰两种类型，线性升频信号本炮干扰出现在负时间轴，对临炮干扰，采用滑动扫描采集时，后一炮产生在负时间轴上的谐波与前一炮混在一起，对前一炮会造成污染。

为衰减或消除上述机械因素产生的谐波干扰，现有技术通常采用压制机械系统谐波的方法例如：纯相移滤波法、分数fourier方法等。

纯相移滤波法处理比较简单，容易操作，只需要利用k次谐波的相位谱设计一个纯相移滤波器，就可以进行滤波处理。但仅适用于当前炮的谐波压制，不适合高效采集资料，并且很容易损伤有效信号和谐波频率相近的成分，造成资料失真，保真度不好。分数fourier是一种特殊的时频分析工具，它在对非平稳信号的分析和处理中具有许多优良的特性。可以对可控震源记录信号进行分数fourier变换，对可控震源扫描信号在某个分数阶上实现能量聚焦，表现为一个脉冲函数，而噪声的能量却分布在整个时频域，在任何分数阶上都不会实现能量聚焦。这样我们就可以利用分数fourier的这一特性，压制噪音，该方法尽管可以一定程度上压制谐波干扰，但针对性不强。上述这些方法处理比较简单，但容易损伤有效信号和谐波相近的频率成分。因此设计一种专门针对机械因素谐波的衰减方法是非常重要的。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于压制机械因素谐波干扰的方法，该压制方法可靠性高、易于实现，可以有效的压制机械因素产生的谐波干扰，且不会对与谐波干扰频率相近的有效信号产生损害。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用于压制机械因素谐波干扰的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：获取可控震源原始单炮记录、单炮地面力信号以及声波测井曲线；

步骤2：根据第i炮的地面力信号，计算第i炮中各次谐波分量，并计算得到第i炮的总谐波，其中i为大于等于2的正整数；

根据第i炮的地面力信号以及从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录，计算得到地下反射系数；

步骤3：将步骤2所得第i炮的总谐波与从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录做互相关处理，得到谐波畸变信号产生的谐波干扰harmi；

步骤4：根据步骤2所得地下反射系数以及步骤3所得谐波畸变信号产生的谐波干扰harmi，计算得到第i炮产生的总谐波干扰；

步骤5：从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录中确定出扫描信号长度t、记录长度tl以及滑动时间th，确定并消除第i炮对其它临近炮的谐波干扰。

进一步的，所述方法还包括：

步骤6：重复循环步骤2-步骤5，分别逐项确定并消除第i-1炮、第i-2炮、…、第1炮对其它临近炮的谐波干扰。

优选的，所述步骤2中根据第i炮的地面力信号，计算第i炮中各次谐波分量的具体过程可描述为：

将第i炮的地面力信号转换为频率域表示，得到频率域第i炮的地面力信号gi(ω)，其中，频率域第i炮的地面力信号gi(ω)满足：

gi(ω)满足：

gi(ω)为频率域第i炮的地面力信号，fi(ω)为频率域第i炮的基波信号，hik(ω)为频率域第i炮的k次谐波，i≧2，k≧2且均为正整数；

将得到的频率域第i炮的k次谐波与频率做互相关，即可得到第i炮的各次谐波分量。

本发明提供了一种用于压制机械因素谐波干扰的方法，该压制方法中包括有获取可控震源原始单炮记录、单炮地面力信号以及声波测井曲线；计算第i炮中各次谐波分量、第i炮的总谐波、地下反射系数；计算谐波畸变信号产生的谐波干扰harmi；计算得到第i炮产生的总谐波干扰；确定并消除第i炮对其它临近炮的谐波干扰；进一步分别逐项确定并消除第i-1炮、第i-2炮、…、第1炮对其它临近炮的谐波干扰等步骤。具有上述步骤的本方法用于专门压制机械系统因素所产生的谐波干扰，其具体压制方式设置简单，操作易于实现运算速度快，适合应用在对三维可控震源地震资料的处理过程中。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于压制机械因素谐波干扰的方法的流程示意图；

图2为畸变信号相关记录；

图3为声波时差曲线的示意图；

图4为消除第i炮对某一炮的谐波干扰前后的频率域显示效果；

图5为消除第i炮对某一炮的谐波干扰前后的单炮效果显示。

具体实施方式

本发明提供了一种用于压制机械因素谐波干扰的方法，该压制方法可靠性高、易于实现，可以有效的压制机械因素产生的谐波干扰，且不会对与谐波干扰频率相近的有效信号产生损害。

下面结合下述附图对本发明实施例做详细描述。

本发明提供了一种用于压制机械因素谐波干扰的方法，如图1所示，该压制方法具体包括有：

步骤1：获取可控震源原始单炮记录、单炮地面力信号以及声波测井曲线；

为验证本发明提供的压制方法确实有效，以xx油田xx区块的实际资料作为靶区进行了试验。在对靶区进行测井的过程中采用的是声波升频测井扫描方式，基波信号初始频率选取为10hz，终止频率选取为72hz，扫描时间为12s，采样间隔为0.002s，滑动时间为9.5s，接收时间为7s。测井过程中分别收集并获取得到可控震源原始单炮记录、单炮地面力信号以及声波测井曲线。

步骤2：根据第i炮的地面力信号，计算第i炮中各次谐波分量，并计算得到第i炮的总谐波，其中i为大于等于2的正整数；根据第i炮的地面力信号以及从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录，计算得到地下反射系数；

进一步计算第i炮中各次谐波分量以及第i炮的总谐波。其中，i为大于等于2的正整数。值得注意的是，在本发明确定并消除谐波干扰的过程中，首先消除第i炮(优选将第i炮选定为最后一炮)产生的谐波干扰，而后顺次消除第i-1炮产生的谐波干扰、第i-2炮产生的谐波干扰、…、直至第一炮产生的谐波干扰。

具体计算第i炮中各次谐波分量的过程可描述为：首先利用频率域第i炮的地面力信号gi(ω)与频率域第i炮的基波信号fi(ω)之间的关联，确定频率域第i炮的k次谐波hik(ω)。

上述三者满足：(i≧2，k≧2且均为正整数；)

而得到频率域第i炮的k次谐波hik(ω)之后，将频率域第i炮的k次谐波与频率做互相关，即可得到第i炮的各次谐波分量；进一步将第i炮的各次谐波分量累加即可得到第i炮的的总谐波。

而地下反射系数满足：di'＝giri式(2)；

其中：ri为第i炮所对应的地下反射系数；gi为第i炮的地面力信号；di'为从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录。而进一步还可对式(2)做频率域表达处理，则可将式(2)变为：

di'(ω)＝gi(ω)ri(ω)式(3)；

其中，ri(ω)表示第i炮与接收点中点位置处反射系数的频率域表示。

步骤3：将步骤2所得第i炮的总谐波与从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录做互相关处理，得到谐波畸变信号产生的谐波干扰harmi；

步骤4：根据步骤2所得地下反射系数以及步骤3所得谐波畸变信号产生的谐波干扰harmi，计算得到第i炮产生的总谐波干扰；

在完成步骤2的基础上，进一步计算第i炮产生的总谐波干扰。其中第i炮产生的总谐波干扰hi满足：hi＝harmi*ri式(4)；

其中，谐波畸变信号产生的谐波干扰harmi是由第i炮的总谐波与从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录互相关处理得到的；ri则通过步骤2的公式(2)即可得到。具体以测井扫描为例，产生的谐波畸变信号的相关记录可参考如图2。

值得注意的是，为提高反射系数的精确度，可进一步利用相邻层的密度以及声波时差曲线计算所得速度对反射系数进行修正。具体的，反射系数的修正满足：

其中，a代表某一地层，a-1代表a的下一地层，ρ为密度，v是相同位置处的声波时差曲线计算所得速度；声波时差曲线可由声波测井曲线中得出，具体如图3所示。

步骤5：从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录中确定出扫描信号长度t、记录长度tl以及滑动时间th，确定并消除第i炮对其它临近炮的谐波干扰。

在完成步骤3、步骤4的基础上，进一步确定第i炮对其它临近炮的谐波干扰。首先，从声波测井曲线中提取的滑动扫描第i炮振动记录中确定出扫描信号长度t、记录长度ti以及滑动时间th。具体的，第i炮影响邻近的炮的影响长度为t+ti。在确定第i炮对其它炮的谐波干扰后，在其它炮振动记录中将第i炮产生的谐波干扰去掉即可。具体的可参照图4、图5，其中图4为消除第i炮对某一炮的谐波干扰前后的频率域显示效果；图5为消除第i炮对某一炮的谐波干扰前后的单炮显示效果。

如图1所示，进一步的，本发明压制方法还包括有：

步骤6：重复循环步骤2-步骤5，分别逐项确定并消除第i-1炮、第i-2炮、…、第1炮对其它临近炮的谐波干扰。

在完成步骤5的基础上，进一步循环步骤2-步骤5，依次确定并消除第i-1炮、第i-2炮、…，直至消除第1炮对其它临近炮的谐波干扰。也就是说，通过循环步骤2-步骤5可将所有炮对其它炮的谐波干扰(在第i炮为最后一炮的前提下)。

本发明提供了一种用于压制机械因素谐波干扰的方法，该压制方法中包括有获取可控震源原始单炮记录、单炮地面力信号以及声波测井曲线；计算第i炮中各次谐波分量、第i炮的总谐波、地下反射系数；计算谐波畸变信号产生的谐波干扰harmi；计算得到第i炮产生的总谐波干扰；确定并消除第i炮对其它临近炮的谐波干扰；进一步分别逐项确定并消除第i-1炮、第i-2炮、…、第1炮对其它临近炮的谐波干扰等步骤。具有上述步骤的本方法用于专门压制机械系统因素所产生的谐波干扰，其具体压制方式设置简单，操作易于实现运算速度快，适合应用在对三维可控震源地震资料的处理过程中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。