一种消除地震数据谐波干扰的方法

摘要

本发明涉及油田的勘探中消除地震数据谐波干扰的方法，根据地震数据中原始波形数据，由原始波形震荡周期和振幅谱的最大位置，确定原始数据中谐波干扰的初始频率，计算谐波干扰余弦函数的振幅，根据地震数据向量、谐波干扰余弦函数的振幅、谐波干扰余弦函数向量，目标函数目导数，谐波干扰频率修正量和时延修正量，采用频率修正公式确定谐波干扰频率，计算地震有效信号。本发明克服了频率域压制谐波干扰的缺点，比时间域谐波干扰波压制方法速度快，提高信噪比，既可以消除地震数据中由高压输电线产生的谐波干扰，也可以消除地震数据中由周期性震动产生的谐波干扰。

主权项

1.一种消除地震数据谐波干扰的方法，其特征在于采用如下技术方案，包括以下步骤：1)激发地震震源和采集地震数据并做预处理；2)确定谐波干扰的初始频率；3)计算谐波干扰余弦函数的振幅A；4)根据地震数据向量x、谐波干扰余弦函数的振幅A、谐波干扰余弦函数向量c，计算目标函数目Q，标函数Q的计算公式为：Q＝(x-Ac)^T(x-Ac)＝x^Tx-2Ax^Tc+A²c^Tc    (4)5)根据地震数据向量x、谐波干扰余弦函数的振幅A、谐波干扰余弦函数向量c、谐波干扰正弦函数向量s、时延系数矩阵W、地震记录时间采样间隔Δt，计算目标函数目一阶导数和二阶导数和其中：Q是目标函数，和是目标函数对频率的一阶导数和目标函数对频率的二阶导数；和是目标函数、目标函数对时延的一阶导数和目标函数对时延的二阶导数；目标函数Q对频率f的一阶导数为${▿}_{f}Q=4\mathrm{\pi A\Delta t}{x}^T\mathrm{Ws}-4\pi A^2\mathrm{\Delta t}{c}^T\mathrm{Ws}---\left(5\right)$目标函数Q对频率f的二阶导数为${▿}_f^{2}Q=8{\pi }^{2}A{\mathrm{\Delta t}}^2{x}^T{W}^T\mathrm{Wc}-8{\pi }^2{A}^2{\mathrm{\Delta t}}^2{(c+s)}^T{W}^{T}W(c-s)---\left(6\right)$目标函数Q对时延τ的一阶导数为${▿}_{\tau }{Q}_k=4\mathrm{\pi Af\Delta t}{x}^{T}s-4\pi A^2\mathrm{f\Delta t}{c}^{T}s---\left(7\right)$目标函数Q对时延τ的二阶导数为${▿}_{\tau }^{2}Q=8{\pi }^2{A}^2{f}^2{\mathrm{\Delta t}}^2{x}^{T}c-8{\pi }^2{A}^2{f}^2{\mathrm{\Delta t}}^2{(c+s)}^T(c-s)---\left(8\right)$这里s^T＝(sin 2πf(1+τ)Δt，sin 2πf(2+τ)Δt，Λ，sin 2πf(N+τ)Δt)(9)$W=\left[\begin{array}{cccc}1+\tau & 0& \Lambda & 0\\ 0& 2+\tau & \Lambda & 0\\ M& M& \Lambda & M\\ 0& 0& \Lambda & N+\tau \end{array}\right]---\left(10\right)$式中：A  ------表示谐波干扰余弦函数的振幅；x  ------表示地震记录的时间序列向量，野外地震数据采集得到；c   -----表示谐波干扰余弦函数向量，根据频率、时间采样率计算得到；s   -----表示谐波干扰正弦函数向量，根据频率、时间采样率计算得到；f   -----表示谐波干扰频率，由自适应频率计算算法确定；τ  -----表示谐波干扰时延，由自适应时延计算算法确定；Δt------表示地震记录时间采样间隔，野外地震数据采集得到；T  -----表示向量转置或者矩阵转置；W  -----表示系数矩阵，由谐波干扰时延确定；N  ------表示地震记录时间采样长度，野外地震数据采集得到；6)根据目标函数一阶导数和二阶导数和计算谐波干扰频率修正量Δf和时延修正量Δτ，其计算公式为：采用以下公式计算确定谐波干扰频率修正量Δf，$\mathrm{\Delta f}=\frac{1}{{▿}_f^{2}Q}{▿}_{f}Q---\left(11\right)$采用以下公式计算确定谐波干扰时延修正量Δτ，$\mathrm{\Delta \tau }=\frac{1}{{▿}_{\tau }^{2}Q}{▿}_{\tau }Q---\left(12\right)$7)根据谐波干扰初始频率f₀、初始时延τ₀、频率修正量Δf和时延修正量Δτ，计算确定谐波干扰频率f和时延τ，采用以下频率修正公式确定谐波干扰频率f，f＝f₀-γΔf    (13)采用以下时延修正公式确定谐波干扰时延τ，τ＝τ₀-μΔτ(14)其中f₀是初始频率，γ是迭代频率自适应步长，通过实验确定频率自适应步长；τ₀是初始时延，在计算时初始时延值可以设置为0；μ是迭代时延自适应步长，通过实验确定频率自适应步长；初始频率f₀由步骤2)确定；计算第一步中，f为f₀，τ为τ₀；8)根据谐波干扰频率f、谐波干扰时延τ、谐波干扰余弦函数的振幅A、地震记录的时间采样间隔Δt；9)计算地震有效信号；10)根据得出消除谐波干扰的地震数据绘制消除谐波干扰后的地震数据剖面和存储消除谐波干扰后的地震数据。