[发明专利]一种高精度自动识别和压制地震数据单频干扰的方法

说明书

本发明提供一种高精度自动识别和压制地震数据单频干扰的方法，包括输入原始地震数据，对深部地震信号进行求导运算得到地震信号导数的频谱，并对其进行叠加处理；根据定义的单频干扰判别准则在频谱上识别单频干扰，并将其频率作为初始频率；重构单频干扰信号，对构建的目标函数求导得到单频干扰振幅；计算由目标函数转换的归一化互相关函数值，将互相关函数的极大值对应的频率确定为单频干扰的最佳频率；将单频干扰的频率及其振幅代入正余弦函数公式，得到重构的单频干扰信号,从原始地震数据中减去重构的单频干扰信号，完成单频干扰的压制工作。本发明提供的方法能够自动识别和压制地震数据中的单频干扰，并能取得保真去噪的效果。

技术领域

本发明涉及一种高精度自动识别和压制地震数据单频干扰波的方法，尤其适用于消除地震数据中多个不同频率的单频干扰信号。

背景技术

单频干扰(又称为谐波干扰、工频干扰)是地震勘探中一种典型的干扰波，具有振幅固定、频率单一的特点。单频干扰产生于野外地震数据采集阶段，其产生机制：(1)当检波器附近存在高压输电线时，检波器会受到工业交流电产生的50Hz电磁场干扰，以及100Hz或150Hz等频率的伴随电磁场干扰；(2)当检波器附近存在频率固定的震源时(如停滞态汽车、匀速转动的马达、工作的发电机等)，检波器会受到单一频率的机械震动干扰；(3)当连接检波器的电缆漏电时，检波器也会记录下50Hz的电流信号干扰。与其它干扰波相比,单频干扰分布范围广,一般贯穿于整个地震道记录，而且深部数据中单频干扰的振幅明显大于有效反射信号的振幅，有效反射信号往往被单频干扰淹没，从而严重降低地震数据的信噪比。因此，消除单频干扰波已成为地震数据处理中的重要环节。

目前，国内外地球物理学者已研究出多种单频干扰波识别和压制方法，如陷频滤波法、带通滤波均方根能量单频识别法、归一化目标函数互相关系数识别法，余弦函数重构单频干扰压制等方法。当地震数据中只包含整50Hz频率的单频干扰时，现有方法能够对其压制。但是，由于实际地震数据中的单频干扰频率不是整数，而且数据中也不只包含一个50Hz的单频干扰，同时还存在多个50Hz的伴随单频干扰，如99.6Hz、149.8Hz等。因此，传统方法不能消除地震数据中的所有单频干扰。目前，大多数方法在单频干扰的识别问题上，一般是通过人为预先给定单频干扰的初始频率，然后采用相关方法逼近实际数据中的单频干扰频率，因而还不具有自动获得初始频率的功能。由于实际地震数据中除50Hz频率的单频干扰外，其它伴随单频干扰为随机分布，事先很难给定。因此人为给定的方法存在一定的局限性，在数据处理中经常出现由于初始频率不准或没有囊括所有单频干扰，导致去噪后的数据中仍有残留的单频干扰。此外，现有方法还存在计算量大、计算效率低的问题。因此，迫切需要研究出一种既快又准的单频干扰波识别和压制方法，以适应当今海量地震数据的去噪处理工作。

(1)陷波器压制单频干扰方法

早期对单频干扰的压制是从野外采集环节入手，通过地震仪器中的陷波器直接过滤这种50Hz的电磁场干扰(黄绪德等，1977；宋祈真等，1979；孙文森等，1990)。而陷波器一旦设置好后，只能针对固定频率的干扰信号进行压制。由于实际地震道中一般存在多个频率的单频干扰波，而且单频干扰频率不是整50Hz，因此这种过滤固定频率信号的压制方法，应对问题不够灵活，压制频率不够准确，难以获得理想的降噪效果。

(2)频率滤波法压制单频干扰

在1980至1990年代，随着计算机技术和数字信号处理技术的深入发展，单频干扰的压制由室外转移到室内。在此期间，一般采用数字信号处理技术中频率域带通滤波法压制单频干扰，如基于相位滤波理论，通过设计50Hz的滤波器，滤除地震数据中50Hz的单频干扰(郭其贵等，1988)；在频率域中采用中值滤波来过滤单频干扰(凌云等，1992)。上述方法均借用了数字信号处理领域相对成熟的技术，在实践中虽然取得了一定的噪声压制效果，但仍然存在较为严重的残存干扰。而且，这些方法在压制单频干扰的同时，也伤及了单频干扰附近频带的有效信号。

(3)重构单频干扰模型压制方法