本發(fā)明涉及地震資料保幅去噪技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于壓制機(jī)械因素諧波干擾的方法。

背景技術(shù)：

在可控震源勘探過(guò)程中，由于種種因素震源車向地下傳輸掃描信號(hào)時(shí)不可避免的會(huì)產(chǎn)生諧波干擾。其中產(chǎn)生諧波干擾最重要的原因之一就是機(jī)械因素，由于可控震源的機(jī)械裝置、震動(dòng)裝置以及液壓伺服系統(tǒng)的非線性，導(dǎo)致從可控震源輸出的信號(hào)就存在諧波干擾。這種諧波干擾與地表結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，無(wú)論在什么樣的地表結(jié)構(gòu)下作業(yè)，都會(huì)產(chǎn)生這種諧波干擾。這種諧波信號(hào)可以通過(guò)可控震源震板上的輸出信號(hào)記錄下來(lái)，該諧波干擾存在兩個(gè)明顯特征：①諧波分量的頻率為有效波頻率的整數(shù)倍。如二次諧波的頻率范圍為有效波頻率范圍兩倍，且它們的頻率隨有效波頻率的變化而變化；②諧波干擾主要有本炮干擾和臨炮干擾兩種類型，線性升頻信號(hào)本炮干擾出現(xiàn)在負(fù)時(shí)間軸，對(duì)臨炮干擾，采用滑動(dòng)掃描采集時(shí)，后一炮產(chǎn)生在負(fù)時(shí)間軸上的諧波與前一炮混在一起，對(duì)前一炮會(huì)造成污染。

為衰減或消除上述機(jī)械因素產(chǎn)生的諧波干擾，現(xiàn)有技術(shù)通常采用壓制機(jī)械系統(tǒng)諧波的方法例如：純相移濾波法、分?jǐn)?shù)fourier方法等。

純相移濾波法處理比較簡(jiǎn)單，容易操作，只需要利用k次諧波的相位譜設(shè)計(jì)一個(gè)純相移濾波器，就可以進(jìn)行濾波處理。但僅適用于當(dāng)前炮的諧波壓制，不適合高效采集資料，并且很容易損傷有效信號(hào)和諧波頻率相近的成分，造成資料失真，保真度不好。分?jǐn)?shù)fourier是一種特殊的時(shí)頻分析工具，它在對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的分析和處理中具有許多優(yōu)良的特性?？梢詫?duì)可控震源記錄信號(hào)進(jìn)行分?jǐn)?shù)fourier變換，對(duì)可控震源掃描信號(hào)在某個(gè)分?jǐn)?shù)階上實(shí)現(xiàn)能量聚焦，表現(xiàn)為一個(gè)脈沖函數(shù)，而噪聲的能量卻分布在整個(gè)時(shí)頻域，在任何分?jǐn)?shù)階上都不會(huì)實(shí)現(xiàn)能量聚焦。這樣我們就可以利用分?jǐn)?shù)fourier的這一特性，壓制噪音，該方法盡管可以一定程度上壓制諧波干擾，但針對(duì)性不強(qiáng)。上述這些方法處理比較簡(jiǎn)單，但容易損傷有效信號(hào)和諧波相近的頻率成分。因此設(shè)計(jì)一種專門針對(duì)機(jī)械因素諧波的衰減方法是非常重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于壓制機(jī)械因素諧波干擾的方法，該壓制方法可靠性高、易于實(shí)現(xiàn)，可以有效的壓制機(jī)械因素產(chǎn)生的諧波干擾，且不會(huì)對(duì)與諧波干擾頻率相近的有效信號(hào)產(chǎn)生損害。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種用于壓制機(jī)械因素諧波干擾的方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1：獲取可控震源原始單炮記錄、單炮地面力信號(hào)以及聲波測(cè)井曲線；

步驟2：根據(jù)第i炮的地面力信號(hào)，計(jì)算第i炮中各次諧波分量，并計(jì)算得到第i炮的總諧波，其中i為大于等于2的正整數(shù)；

根據(jù)第i炮的地面力信號(hào)以及從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄，計(jì)算得到地下反射系數(shù)；

步驟3：將步驟2所得第i炮的總諧波與從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄做互相關(guān)處理，得到諧波畸變信號(hào)產(chǎn)生的諧波干擾harmi；

步驟4：根據(jù)步驟2所得地下反射系數(shù)以及步驟3所得諧波畸變信號(hào)產(chǎn)生的諧波干擾harmi，計(jì)算得到第i炮產(chǎn)生的總諧波干擾；

步驟5：從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄中確定出掃描信號(hào)長(zhǎng)度t、記錄長(zhǎng)度tl以及滑動(dòng)時(shí)間th，確定并消除第i炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾。

進(jìn)一步的，所述方法還包括：

步驟6：重復(fù)循環(huán)步驟2-步驟5，分別逐項(xiàng)確定并消除第i-1炮、第i-2炮、…、第1炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾。

優(yōu)選的，所述步驟2中根據(jù)第i炮的地面力信號(hào)，計(jì)算第i炮中各次諧波分量的具體過(guò)程可描述為：

將第i炮的地面力信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率域表示，得到頻率域第i炮的地面力信號(hào)gi(ω)，其中，頻率域第i炮的地面力信號(hào)gi(ω)滿足：

gi(ω)滿足：

gi(ω)為頻率域第i炮的地面力信號(hào)，fi(ω)為頻率域第i炮的基波信號(hào)，hik(ω)為頻率域第i炮的k次諧波，i≧2，k≧2且均為正整數(shù)；

將得到的頻率域第i炮的k次諧波與頻率做互相關(guān)，即可得到第i炮的各次諧波分量。

本發(fā)明提供了一種用于壓制機(jī)械因素諧波干擾的方法，該壓制方法中包括有獲取可控震源原始單炮記錄、單炮地面力信號(hào)以及聲波測(cè)井曲線；計(jì)算第i炮中各次諧波分量、第i炮的總諧波、地下反射系數(shù)；計(jì)算諧波畸變信號(hào)產(chǎn)生的諧波干擾harmi；計(jì)算得到第i炮產(chǎn)生的總諧波干擾；確定并消除第i炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾；進(jìn)一步分別逐項(xiàng)確定并消除第i-1炮、第i-2炮、…、第1炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾等步驟。具有上述步驟的本方法用于專門壓制機(jī)械系統(tǒng)因素所產(chǎn)生的諧波干擾，其具體壓制方式設(shè)置簡(jiǎn)單，操作易于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算速度快，適合應(yīng)用在對(duì)三維可控震源地震資料的處理過(guò)程中。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種用于壓制機(jī)械因素諧波干擾的方法的流程示意圖；

圖2為畸變信號(hào)相關(guān)記錄；

圖3為聲波時(shí)差曲線的示意圖；

圖4為消除第i炮對(duì)某一炮的諧波干擾前后的頻率域顯示效果；

圖5為消除第i炮對(duì)某一炮的諧波干擾前后的單炮效果顯示。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種用于壓制機(jī)械因素諧波干擾的方法，該壓制方法可靠性高、易于實(shí)現(xiàn)，可以有效的壓制機(jī)械因素產(chǎn)生的諧波干擾，且不會(huì)對(duì)與諧波干擾頻率相近的有效信號(hào)產(chǎn)生損害。

下面結(jié)合下述附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種用于壓制機(jī)械因素諧波干擾的方法，如圖1所示，該壓制方法具體包括有：

步驟1：獲取可控震源原始單炮記錄、單炮地面力信號(hào)以及聲波測(cè)井曲線；

為驗(yàn)證本發(fā)明提供的壓制方法確實(shí)有效，以xx油田xx區(qū)塊的實(shí)際資料作為靶區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)。在對(duì)靶區(qū)進(jìn)行測(cè)井的過(guò)程中采用的是聲波升頻測(cè)井掃描方式，基波信號(hào)初始頻率選取為10hz，終止頻率選取為72hz，掃描時(shí)間為12s，采樣間隔為0.002s，滑動(dòng)時(shí)間為9.5s，接收時(shí)間為7s。測(cè)井過(guò)程中分別收集并獲取得到可控震源原始單炮記錄、單炮地面力信號(hào)以及聲波測(cè)井曲線。

步驟2：根據(jù)第i炮的地面力信號(hào)，計(jì)算第i炮中各次諧波分量，并計(jì)算得到第i炮的總諧波，其中i為大于等于2的正整數(shù)；根據(jù)第i炮的地面力信號(hào)以及從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄，計(jì)算得到地下反射系數(shù)；

進(jìn)一步計(jì)算第i炮中各次諧波分量以及第i炮的總諧波。其中，i為大于等于2的正整數(shù)。值得注意的是，在本發(fā)明確定并消除諧波干擾的過(guò)程中，首先消除第i炮(優(yōu)選將第i炮選定為最后一炮)產(chǎn)生的諧波干擾，而后順次消除第i-1炮產(chǎn)生的諧波干擾、第i-2炮產(chǎn)生的諧波干擾、…、直至第一炮產(chǎn)生的諧波干擾。

具體計(jì)算第i炮中各次諧波分量的過(guò)程可描述為：首先利用頻率域第i炮的地面力信號(hào)gi(ω)與頻率域第i炮的基波信號(hào)fi(ω)之間的關(guān)聯(lián)，確定頻率域第i炮的k次諧波hik(ω)。

上述三者滿足：(i≧2，k≧2且均為正整數(shù)；)

而得到頻率域第i炮的k次諧波hik(ω)之后，將頻率域第i炮的k次諧波與頻率做互相關(guān)，即可得到第i炮的各次諧波分量；進(jìn)一步將第i炮的各次諧波分量累加即可得到第i炮的的總諧波。

而地下反射系數(shù)滿足：di'＝giri式(2)；

其中：ri為第i炮所對(duì)應(yīng)的地下反射系數(shù)；gi為第i炮的地面力信號(hào)；di'為從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄。而進(jìn)一步還可對(duì)式(2)做頻率域表達(dá)處理，則可將式(2)變?yōu)椋?/p>

di'(ω)＝gi(ω)ri(ω)式(3)；

其中，ri(ω)表示第i炮與接收點(diǎn)中點(diǎn)位置處反射系數(shù)的頻率域表示。

步驟3：將步驟2所得第i炮的總諧波與從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄做互相關(guān)處理，得到諧波畸變信號(hào)產(chǎn)生的諧波干擾harmi；

步驟4：根據(jù)步驟2所得地下反射系數(shù)以及步驟3所得諧波畸變信號(hào)產(chǎn)生的諧波干擾harmi，計(jì)算得到第i炮產(chǎn)生的總諧波干擾；

在完成步驟2的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算第i炮產(chǎn)生的總諧波干擾。其中第i炮產(chǎn)生的總諧波干擾hi滿足：hi＝harmi*ri式(4)；

其中，諧波畸變信號(hào)產(chǎn)生的諧波干擾harmi是由第i炮的總諧波與從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄互相關(guān)處理得到的；ri則通過(guò)步驟2的公式(2)即可得到。具體以測(cè)井掃描為例，產(chǎn)生的諧波畸變信號(hào)的相關(guān)記錄可參考如圖2。

值得注意的是，為提高反射系數(shù)的精確度，可進(jìn)一步利用相鄰層的密度以及聲波時(shí)差曲線計(jì)算所得速度對(duì)反射系數(shù)進(jìn)行修正。具體的，反射系數(shù)的修正滿足：

其中，a代表某一地層，a-1代表a的下一地層，ρ為密度，v是相同位置處的聲波時(shí)差曲線計(jì)算所得速度；聲波時(shí)差曲線可由聲波測(cè)井曲線中得出，具體如圖3所示。

步驟5：從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄中確定出掃描信號(hào)長(zhǎng)度t、記錄長(zhǎng)度tl以及滑動(dòng)時(shí)間th，確定并消除第i炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾。

在完成步驟3、步驟4的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定第i炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾。首先，從聲波測(cè)井曲線中提取的滑動(dòng)掃描第i炮振動(dòng)記錄中確定出掃描信號(hào)長(zhǎng)度t、記錄長(zhǎng)度ti以及滑動(dòng)時(shí)間th。具體的，第i炮影響鄰近的炮的影響長(zhǎng)度為t+ti。在確定第i炮對(duì)其它炮的諧波干擾后，在其它炮振動(dòng)記錄中將第i炮產(chǎn)生的諧波干擾去掉即可。具體的可參照?qǐng)D4、圖5，其中圖4為消除第i炮對(duì)某一炮的諧波干擾前后的頻率域顯示效果；圖5為消除第i炮對(duì)某一炮的諧波干擾前后的單炮顯示效果。

如圖1所示，進(jìn)一步的，本發(fā)明壓制方法還包括有：

步驟6：重復(fù)循環(huán)步驟2-步驟5，分別逐項(xiàng)確定并消除第i-1炮、第i-2炮、…、第1炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾。

在完成步驟5的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步循環(huán)步驟2-步驟5，依次確定并消除第i-1炮、第i-2炮、…，直至消除第1炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾。也就是說(shuō)，通過(guò)循環(huán)步驟2-步驟5可將所有炮對(duì)其它炮的諧波干擾(在第i炮為最后一炮的前提下)。

本發(fā)明提供了一種用于壓制機(jī)械因素諧波干擾的方法，該壓制方法中包括有獲取可控震源原始單炮記錄、單炮地面力信號(hào)以及聲波測(cè)井曲線；計(jì)算第i炮中各次諧波分量、第i炮的總諧波、地下反射系數(shù)；計(jì)算諧波畸變信號(hào)產(chǎn)生的諧波干擾harmi；計(jì)算得到第i炮產(chǎn)生的總諧波干擾；確定并消除第i炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾；進(jìn)一步分別逐項(xiàng)確定并消除第i-1炮、第i-2炮、…、第1炮對(duì)其它臨近炮的諧波干擾等步驟。具有上述步驟的本方法用于專門壓制機(jī)械系統(tǒng)因素所產(chǎn)生的諧波干擾，其具體壓制方式設(shè)置簡(jiǎn)單，操作易于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算速度快，適合應(yīng)用在對(duì)三維可控震源地震資料的處理過(guò)程中。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。