一种自适应消除地震勘探工业交流电干扰的方法

摘要

本发明是石油勘探地震数据采集的自适应识别和消除地震勘探工业交流电干扰的方法。步骤是确定工业交流电干扰的初始频率，计算工业交流电干扰余弦函数和正弦函数的振幅，根据地震数据向量x和工业交流电干扰初始频率f0和工业交流电干扰频率f，根据地震记录的时间采样间隔Δt，计算工业交流电干扰yi和地震有效信号。本发明交流电干扰的优点，提高了频率分量的信噪比，运算速度要快，不损害有效波的特点。

主权项

1.一种自适应识别和消除地震勘探工业交流电干扰的方法，其特征在于采用如下步骤实现：1)用通常的地震震源激发和采集地震数据并做预处理；2)确定工业交流电干扰的初始频率；3)计算工业交流电干扰余弦函数和正弦函数的振幅A和B，计算公式为：$A=\frac{\left(x^{T}c\right)\left(s^{T}s\right)-\left(x^{T}s\right)\left(s^{T}c\right)}{\left(s^{T}s\right)\left(c^{T}c\right)-{\left(s^{T}c\right)}^2}---\left(1\right)$$B=\frac{\left(x^{T}s\right)\left(c^{T}c\right)-\left(x^{T}c\right)\left(s^{T}c\right)}{\left(s^{T}s\right)\left(c^{T}c\right)-{\left(s^{T}c\right)}^2}---\left(2\right)$其中x^T＝(x₁，x₂，…，x_N)                                (3)c^T＝(cos2πfΔt，cos4πfΔt，…，cos2NπfΔt)       (4)s^T＝(sin2πfΔt，sin4πfΔt，…，sin2NπfΔt)       (5)式中：A为工业交流电干扰余弦函数的振幅；B为工业交流电干扰正弦函数的振幅；x为地震记录的时间序列向量，野外地震数据采集得到；c为工业交流电干扰余弦函数向量，根据频率、时间采样率计算得到；s为工业交流电干扰正弦函数向量，根据频率、时间采样率计算得到；f为工业交流电干扰频率，自适应频率计算算法确定；Δt为地震记录时间采样间隔，野外地震数据采集得到；T为向量转置；N为地震记录时间采样长度，野外地震数据采集得到；4)根据地震数据向量x和工业交流电干扰初始频率f₀，采用以下频率修正公式确定工业交流电干扰频率f，$f=f_0-\gamma \frac{1}{{▿}_f^{2}Q}{▿}_{f}Q---\left(6\right)$其中f₀是X初始频率；γ是迭代频率自适应步长；Q、和是目标函数、目标函数对频率的一阶导数和目标函数对频率的二阶导数，目标函数Q的表达式为Q＝(x-Ac-Bs)^T(x-Ac-Bs)                                        (7)＝x^Tx-2Bx^Ts-2Ax^Tc+B²s^Ts+2ABs^Tc+A²c^Tc目标函数Q对频率f的一阶导数为${▿}_{f}Q=4\mathrm{\pi \Delta t}(B^2-A^2)s^T\mathrm{Vc}-4\mathrm{\pi \Delta tB}{x}^T\mathrm{Vc}$$+4\mathrm{\pi \Delta tA}{x}^T\mathrm{Vs}+4\mathrm{\pi \Delta tAB}{(c+s)}^{T}V(c-s)---\left(8\right)$目标函数Q对频率f的二阶导数为${▿}_f^{2}Q=8{\pi }^2\Delta t^2(B^2-A^2){(c+s)}^T{V}^{T}V(c-s)+8{\pi }^2\Delta t^{2}B{x}^T{V}^T\mathrm{Vs}---\left(9\right)$$+8{\pi }^2\Delta t^{2}A{x}^T{V}^T\mathrm{Vc}-32{\pi }^2\Delta t^2\mathrm{AB}{s}^T{V}^T\mathrm{Vc}$这里“T”表示向量或者矩阵转置，V是系数矩阵，$V=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& ·& ·& ·& 0\\ 0& 2& ·& ·& ·& 0\\ ·& ·& & & & ·\\ ·& ·& ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& & & & ·\\ 0& 0& ·& ·& ·& N\end{array}\right]---\left(10\right)$初始频率f₀由步骤2)确定；计算第一步中，f为f₀；5)根据工业交流电干扰频率f、工业交流电干扰余弦函数和正弦函数的振幅A和B、地震记录的时间采样间隔Δt，按照以下公式计算工业交流电干扰y_i；y_i＝Acos2πfiΔt+Bsin2πfiΔt        (10)式中：频率f由自适应频率计算算法确定，工业交流电干扰余弦函数和正弦函数的振幅A和B由振幅计算公式计算确定；6)按照以下公式计算地震有效信号：S_i＝x_i-y_i                (11)式中：原始地震数据x_i，由野外数据采集得到；参考的工业交流电干扰y_i，由工业交流电干扰计算公式计算得到；S_i是消除工业交流电干扰后的地震有效信号。