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一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法.pdf

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一種 基于 非高斯性 最大化 信號 上下 行波 分離 方法
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摘要
申請專利號:

CN201410148161.5

申請日:

2014.04.14

公開號:

CN103901473A

公開日:

2014.07.02

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):G01V 1/28登記生效日:20170105變更事項:專利權人變更前權利人:中國海洋石油總公司變更后權利人:中海油能源發展股份有限公司變更事項:地址變更前權利人:100010 北京市東城區朝陽門北大街25號變更后權利人:100027 北京市東城區東直門外小街6號變更事項:專利權人變更前權利人:中海油能源發展股份有限公司|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01V 1/28申請日:20140414|||公開
IPC分類號: G01V1/28 主分類號: G01V1/28
申請人: 中國海洋石油總公司; 中海油能源發展股份有限公司
發明人: 方中于; 陸文凱; 萬歡; 孫雷鳴; 吳耀樂; 于宏; 赫建偉
地址: 100010 北京市東城區朝陽門北大街25號
優先權:
專利代理機構: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201 代理人: 溫國林
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410148161.5

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2016.10.05|||2014.07.30|||2014.07.02

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法,涉及地震勘探技術中地震信號處理領域,本發明的目的在于提供一種利用地震信號的超高斯分布特性,在時間-空間域中逐道實現雙檢信號的上下行波場分離的方法。本發明利用L1范數表征地震信號的非高斯性,采用非高斯性最大化準則實現上下行波場分離。克服了采用傳統的頻率-波數域方法需要假設檢波器是均勻分布,且要求記錄面是平面的前提,本方法不需要采用上述假設,更好的適應了實際數據的處理,滿足了實際應用中的多種需要。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法,其特征在于,所述方法包括以下步驟:
(1)建立基于非高斯性最大化的目標函數;
(2)對每一地震道輸入地震雙檢信號,獲取水檢和陸檢信號,分別構造出向量X(t)和Z(t);
(3)根據非高斯性最大化的目標函數和迭代加權最小二乘方法更新加權對角矩陣;
(4)判斷迭代次數是否達到最大迭代次數N,如果否,返回步驟(3);如果是,判斷所有地震道是否處理完畢,如果沒有處理完,返回步驟(2),處理下一地震道,直至所有地震道處理完畢,執行步驟(5);
(5)輸出分離結果。

2.  根據權利要求1所述的一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法,其特征在于,所述建立基于非高斯性最大化的目標函數的步驟具體為:
目標函數為:
argmin||Y(t)||1g]]>
其中,Y(t)=X(t)-gZ(t);
式中:令Y(t)=u(t)d(t),X(t)=p(t)p(t),Z(t)=-v(t)v(t),]]>g為一未知變量,t是時間,p(t)和v(t)分別是觀測到的水檢和陸檢信號,u(t)和d(t)分別是待求的上行和下行信號。

3.  根據權利要求2所述的一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法,其特征在于,所述根據非高斯性最大化的目標函數和迭代加權最小二乘方法更新加權對角矩陣W的步驟具體為:
1)每一步迭代中,根據公式g=[X(t)]TWTWZ(t)[Z(t)]TWTWZ(t)]]>得到變量g;
2)獲取上下行波場的估計;
3)根據公式更新加權對角矩陣,ε是閾值系數。

說明書

說明書一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法
技術領域
本發明涉及地震勘探技術中地震信號處理領域,尤其涉及一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法。
背景技術
在海上地震勘探中,由于海水和空氣接觸面是一個強反射面,導致采集到的地震數據中存在激發點和接收點鬼波。鬼波的存在,會抑制低頻分量,并造成頻率域的陷波點,從而降低地震記錄的分辨率,使地震記錄的同相軸發生混疊甚至產生假的同相軸。為了獲得準確的地震記錄剖面,就要盡量壓制鬼波。
Van Melle和Weatherborn[1]最早在物理本質上對鬼波進行了詳細的闡述,并能夠從地震記錄中有效的識別出鬼波,但是沒有確定出相應的鬼波參數來設計鬼波的逆濾波器。Lindsey[2]等人認為通過單炮點和單纜采集到的地震數據很難設計出有效的濾波器來壓制鬼波效應,對于陸地上的地震記錄可以通過合并不同炮點深度采集到的地震記錄來壓制鬼波。Hamarbitan和Margrave[3]又一次通過實驗說明單炮單纜采集到的地震數據很難有效地消除鬼波,而通過合并不同炮點深度采集到的數據能夠更好的壓制鬼波。
自1953年Melle和Weatherborn提出鬼波的概念以來,鬼波的壓制一直是一個永恒的主題。經過了多年的研究和試驗,鬼波的壓制技術取得了很大的進展,特別是改進采集方式,利用上下纜和雙檢技術,可以更有效地壓制鬼波。
相對于傳統的單檢波器只采集壓力波場,雙檢波器可以在同一個檢波點上使用陸檢和水檢兩種檢波器,同時獲取速度和壓力數據,這兩種數據都包含上行波和下行波[4](其中,經過地下反射的地震波向上傳播被拖纜直接接收,稱之為上行波;而對于那些從地下反射回來,繼續傳播到達海面,并經過海面反射后向下傳播才被拖纜接收到的波,被稱之為下行波,也就是鬼波)。由于下行波被陸檢和水檢這兩種檢波器接收時會產生極性相反的響應,因此通過對接收到的水檢和陸檢數據進行上下行波場分離,達到壓制鬼波的目的。
在共炮集中,雙檢信號可以表示如下[5]:
u(t,x,y)=12(p(t,x,y)-g(x,y)v(t,x,y))---(1a)]]>
d(t,x,y)=12(p(t,x,y)+g(x,y)v(t,x,y))---(1b)]]>
其中:t是時間,x,y是檢波器坐標,p(t,x,y),v(t,x,y)分別是水檢和陸檢信號, u(t,x,y),d(t,x,y)是待求的上行和下行信號,g(x,y)是一個隨角度變化的空變尺度函數。
現有技術中采用頻率-波數域分離方法(即假設記錄面是平的,且檢波器是均勻分布的[7])實現雙檢信號的上下行波場分離,即將地震數據進行三維傅立葉變換到f-kx-ky域中,公式(1a)和(1b)改寫為:
U(ω,kx,ky)=12(P(ω,kx,ky)-G(ω,kx,ky)V(ω,kx,ky))---(2a)]]>
D(ω,kx,ky)=12(P(ω,kx,ky)+G(ω,kx,ky)V(ω,kx,ky))---(2b)]]>
式中:G(ω,kx,ky)對應空變尺度函數g(x,y)[6],定義如下:
G(ω,kx,ky)=ρωkz---(3)]]>
式中:
kz=(ωv)2-kx2-ky2---(4)]]>
其中:kx,ky,kz是波數向量,ω是頻率,ρ,v分別是水的密度和聲波傳播速度。
發明人在實現本發明過程中,發現現有技術中至少存在以下缺點和不足:
現有的雙檢信號波場分離方法一般采用公式(2~4),在頻率-波數域中實現雙檢信號的上下行波場分離。但實際海上地震數據采集時,上述假設一般難以滿足,不適合對現場實際數據的處理,無法滿足實際應用中的需要。
發明內容
本發明提供了一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法,本發明通過利用地震信號的超高斯分布特性,在時間-空間域中實現上下行波場分離,詳見下文描述:
一種基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法,所述方法包括以下步驟:
(1)建立基于非高斯性最大化的目標函數;
(2)對每一地震道輸入地震雙檢信號,獲取水檢和陸檢信號,分別構造出向量X(t)和Z(t);
(3)根據非高斯性最大化的目標函數和迭代加權最小二乘方法更新加權對角矩陣;
(4)判斷迭代次數是否達到最大迭代次數N,如果否,返回步驟(3);如果是,判斷 所有地震道是否處理完畢,如果沒有處理完,返回步驟(2),處理下一地震道,直至所有地震道處理完畢,執行步驟(5);
(5)輸出分離結果。
所述建立基于非高斯性最大化的目標函數的步驟具體為:
目標函數為:
argmin||Y(t)||1g]]>
其中,Y(t)=X(t)-gZ(t);
式中:令Y(t)=u(t)d(t),X(t)=p(t)p(t),Z(t)=-v(t)v(t),]]>g為一未知變量,t是時間,p(t)和v(t)分別是觀測到的水檢和陸檢信號,u(t)和d(t)分別是待求的上行和下行信號。
所述根據非高斯性最大化的目標函數和迭代加權最小二乘方法更新加權對角矩陣W的步驟具體為:
1)每一步迭代中,根據公式g=[X(t)]TWTWZ(t)[Z(t)]TWTWZ(t)]]>得到變量g;
2)獲取上下行波場的估計;
3)根據公式更新加權對角矩陣,ε是閾值系數。
本發明提供的技術方案的有益效果是:傳統的頻率-波數域方法需要假設檢波器是均勻分布,且要求記錄面是平面的,本方法不需要采用上述假設,通過利用地震信號的超高斯分布特性,在時間-空間域中實現上下行波場分離,更適應實際數據的處理,滿足了實際應用中的需要。
附圖說明
圖1為基于非高斯性最大化的雙檢信號上下行波場分離方法的流程圖;
圖2為本方法的計算機程序流程圖;
圖3為模擬出的上行波的示意圖;
圖4為模擬出的下行波的示意圖;
圖5為模擬出的水檢信號的示意圖;
圖6為模擬出的陸檢信號的示意圖;
圖7為本方法分離出的上行波的示意圖;
圖8為本方法分離出的下行波的示意圖;
圖9為空變尺度函數g(x)的示意圖:其中,真實的用單實線表示;通過L2范數得到的初始估計用雙實線表示;采用本方法迭代10次得到的最終估計用圓圈表示。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚,下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
本發明實施例利用地震信號的超高斯分布特性[8],在時間-空間域中實現上下行波場分離。根據公式(1a)和(1b),本發明實施例逐道進行波場分離,從而避免假設檢波器是均勻分布,且記錄面是平面,更符合實際數據的處理,參見圖1和圖2,詳見下文描述:
101:建立基于非高斯性最大化的目標函數;
考慮到本發明實施例是在時間-空間域中逐道進行上下行波場分離,省略檢波器坐標,將公式(1a)和(1b)改寫成向量形式如下:
Y(t)=X(t)-gZ(t)      (5)
式中:令Y(t)=u(t)d(t),X(t)=p(t)p(t),Z(t)=-v(t)v(t),]]>g為一未知變量,t是時間,p(t)和v(t)分別是觀測到的水檢和陸檢信號,u(t)和d(t)分別是待求的上行和下行信號。
通過對不同超高斯性度量進行實驗,在本發明實施例中,最后選擇L1范數,構建如下優化目標函數:
argmin||Y(t)||1---(6)g]]>
為了求解公式(6)給定的優化問題,本發明實施例采用了混合L1/L2范數最小化方法[9]該方法是一個迭代加權最小二乘方法,即利用最小L2范數方法迭代逼近最小L1范數解。在迭代的每一步,求解如下最小L2范數問題:
argmin||W(X(t)-gZ(t))||22---(7)g]]>
W=diag(1(1+Y(t)2/ϵ2)1/4)---(8)]]>
其中,W是加權對角矩陣,ε是閾值系數。
在初次迭代中,W通常設置為單位矩陣W,即使得初次迭代求解的結果與L2范數方法得到的結果相同。
每一步迭代中,式(7)的最小二乘解為:
g=[X(t)]TWTWZ(t)[Z(t)]TWTWZ(t)---(9)]]>
102:對于每一地震道輸入地震雙檢信號p(t,x,y)和v(t,x,y),獲取水檢和陸檢信號p(t)和v(t),分別構造出向量X(t)和Z(t);
其中,該步驟還輸入閾值系數ε、最大迭代次數N和初始迭代次數為0,閾值系數ε和最大迭代次數N的具體取值根據實際應用中的需要確定。
103:根據非高斯性最大化的目標函數和迭代加權最小二乘方法更新加權對角矩陣;
其中,該步驟具體為:
1)每一步迭代中,根據公式(9)得到變量g;
2)根據公式(5)得到上下行波場的估計;
3)根據公式(8)更新加權對角矩陣。
104:判斷迭代次數是否達到最大迭代次數N,如果否,返回步驟103;如果是,判斷所有地震道是否處理完畢,如果沒有處理完,返回步驟102,處理下一地震道,直至所有地震道處理完畢后執行步驟105;
105:輸出分離結果。
下面以具體的試驗來驗證本方法的可行性,詳見下文描述:
在仿真實驗中,本發明實施例以二維數據實驗為例。利用褶積模型模擬出二維上行波(圖3)和下行波(圖4),通過給定一個隨角度變化的空變尺度函數g(x),利用公式(1)生成水檢數據(圖5)和陸檢數據(圖6)。
圖7和圖8分別給出了通過本方法處理分離得到的上行波和下行波。圖9給出了真實的空變尺度函數g(x)(單實線表示),利用L2范數得到的g(x)初始估計(雙實線表示), 以及采用本方法迭代10次得到的g(x)最終估計(圓圈表示,即混合L1/L2范數估計方法)。通過上述實驗可以看出本方法能夠有效地分離上下行波場,滿足了實際應用中的多種需要。
綜上所述,本發明實施例利用地震信號的非高斯特性建立合適的目標函數,在時間-空間域中逐道實現上下行波場分離,可以適應檢波器不是均勻分布,且記錄面不是平面的情況。
參考文獻
[1]Van Melle F A,Weatherborn K R.,Ghost reflections caused by energy initially reflected above the level of the shot.Geophysics,1953,18(4):793-804
[2]Lindsey J P.Elimination of seismic ghost reflections by means of a linear filter.Geophysics,1960,25(1):130-140
[3]Hamarbatan N S,Margrave G F.The ghost in the spectrum.69th Annual International Meeting,SEG,Expanded Abstracts,1999,617-620
[4]Widmaier M.T.,Day D.,Reiser C.,and Long A.,Enhanced seismic resolution from dual sensor towed streamer acquisition,EAGE/SEG research workshop,2009
[5]Widmaier M.T.,Day D.,Reiser C.,and Long A.,Enhanced seismic resolution from dual sensor towed streamer acquisition,EAGE/SEG research workshop,2009
[6]Amundsen,L.,1993,Wave-number-based filtering of marine point sourcedata:Geophysics,58,1335–1348
[7]Sollner,W.,A.Day,and H.Tabti,2008,Space-frequency domain processing of irregular dual-sensor towed streamer data:78th Annual International Meeting,SEG,Expanded Abstracts,1078–1082.
[8]Walden,A.,1985,Non-Gaussian reflectivity,entropy,and deconvolution:Geophysics,50,2862~2888
[9]Gersztenkorn,A.,Bednar,J.B.,and Lines,L.R.,1986,Robust iterative inversion for the one-dimensional acoustic wave equation:Geophysics,51,357-368
本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖,上述本發明實施例序號僅僅為了描述,不代表實施例的優劣。
以上所述僅為本發明的較佳實施例,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

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