專利名稱：一種地震數(shù)字信號的復(fù)數(shù)道集二維濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地震勘探資料處理以及電子信號處理等數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其 涉及一種對數(shù)字信號的二維濾波方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，對地震數(shù)字信號的二維濾波方法是基于實(shí)數(shù)道集的二維濾波方法， 如τ-ρ變換濾波、雙曲變換濾波和f-k變換濾波等等。作為公知技術(shù)，二維濾波目的是壓 制隨機(jī)噪音和規(guī)則干擾信號。在數(shù)字信號處理領(lǐng)域，特別在地球物理地震資料處理中，實(shí)數(shù) 道集的二維濾波方法得到廣泛的應(yīng)用。但是，實(shí)數(shù)道集的二維濾波方法在提高信噪比的同 時(shí)會產(chǎn)生不同程度的混疊現(xiàn)象，信號失真和假同相軸的出現(xiàn)是混疊現(xiàn)象的主要特征，壓制 或消除混疊現(xiàn)象是一難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的信號失真和混疊現(xiàn)象，研發(fā)了一種地震數(shù)字信 號的復(fù)數(shù)道集二維濾波方法。本發(fā)明所提出的一種二維濾波實(shí)施方法，能夠在壓制隨機(jī)噪 音和規(guī)則干擾信號的同時(shí)消除混疊現(xiàn)象，達(dá)到保真處理的目的。本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案如下，所述濾波方法為數(shù)字信號的復(fù)數(shù)道集二維濾波方法；將采集到的地震數(shù)字信號的 數(shù)據(jù)道集，對信號數(shù)據(jù)道集進(jìn)行希爾伯特變換，得到所述地震數(shù)字信號的余弦相位函數(shù)道 集和瞬時(shí)包絡(luò)道集；后對所述余弦相位函數(shù)道集實(shí)施二維濾波步驟，經(jīng)二維濾波后的余弦 相位函數(shù)道集與瞬時(shí)包絡(luò)道集進(jìn)行各道對應(yīng)相乘處理，將消除噪音及干擾信號，同時(shí)消除 混疊現(xiàn)象后的地震信號道集輸出，用于對地震數(shù)字信號的保真處理的目的。所述濾波方法包括如下步驟，①.地震數(shù)字信號數(shù)據(jù)道集輸入步驟；②.分解地震數(shù)字信號步驟希爾伯特變換分解信號；設(shè)二維復(fù)函數(shù)Ci(t) = r, (t) +Jhi (t)(1)式中，hjt)稱為實(shí)數(shù)道集ri(t)的希爾伯特變換道集，i = 1，2，3...11為道序號， t為時(shí)間序列，j為虛系數(shù)；則瞬時(shí)包絡(luò)道集化0)狀⑷+ h]{t)(2)(瞬時(shí)相位道集為雄、=arccos(3)W) J八，、 r (f),、相位函數(shù)道集為cos650) 二“^(4)W)于是巧(t)= COS θ J (t) · Bi (t)(5)3
③.對相位函數(shù)道集實(shí)施二維濾波步驟；相位函數(shù)與信號振幅大小無關(guān)，余弦相位函數(shù)的數(shù)值范圍在[-1，1]之間；無論是 強(qiáng)信號同相軸還是弱信號同相軸在余弦相位函數(shù)道集中的成像效果都是一致的(見圖4)。對相位函數(shù)道集COS θ i (t)實(shí)施二維濾波COS <9, (0 二 TDF{ COS6>,(0 }(6)式中，TDF(Tm)-DFilter)為二維濾波方法，COS θ. (t)% cos θ j (t)經(jīng)二維濾波后 的道集；④.合成輸出信號步驟；上述公式(5)表明實(shí)數(shù)道集ri(t)被分解為相位函數(shù)道集cos θ , (t)和瞬時(shí)包絡(luò) 道集ajt)的積；瞬時(shí)包絡(luò)具有下列特征a、與信號的相位和頻率無關(guān)；b、幅值大小反映信號的振幅變化；c、寬度等于信號的延續(xù)長度。瞬時(shí)包絡(luò)鎖定了信號的振幅和延續(xù)長度(見圖1)。相反，混疊現(xiàn)象破壞了信號的 振幅和延續(xù)長度。因此，可用瞬時(shí)包絡(luò)來抵消混疊現(xiàn)象。于是φ) 二 COS 0X0 . Qi (0(7)公式(7)為濾波后的實(shí)函數(shù)道集_被分解為濾波后的相位函數(shù)道集cosOi與瞬時(shí)包絡(luò)道集屮⑴的積；。其中，@是經(jīng)復(fù)數(shù)道集二維濾波后的無混疊現(xiàn) 象的最終輸出。上述步驟3中的二維濾波方法采用τ -P變換濾波、雙曲變換濾波或f_k變換濾波 中的一種。本發(fā)明中的研發(fā)理念，如表1所示。\集 信COS0.(t)COS 明)rXt) = cos θXt) · a^t)有效有有有有有干擾有有有無無混疊無無無有無
表1復(fù)數(shù)道集二維濾波的技術(shù)理念本發(fā)明結(jié)果表明，應(yīng)用效果明顯，其輸出結(jié)果在有效地壓制干擾信號的同時(shí)基本 消除混疊現(xiàn)象，達(dá)到保真處理的目的。與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)數(shù)道集二維濾波方法相比，復(fù)數(shù)道集 二維濾波方法更具有優(yōu)越性。


圖1本發(fā)明實(shí)信號的瞬時(shí)包絡(luò)圖；圖2現(xiàn)有技術(shù)理論模型的CMP實(shí)數(shù)道集；圖3對圖2進(jìn)行實(shí)數(shù)道集雙曲變換濾波結(jié)果；圖4對圖2進(jìn)行希爾伯特變換獲得的余弦相位函數(shù)道集；圖5對圖2進(jìn)行希爾伯特變換獲得的瞬時(shí)包絡(luò)道集；圖6對圖4的余弦相位函數(shù)道集進(jìn)行雙曲變換濾波結(jié)果；圖7圖6與圖5各道對應(yīng)相乘的最終輸出結(jié)果；圖8本發(fā)明實(shí)施例-某測線的CMP實(shí)數(shù)道集；圖9對圖8進(jìn)行實(shí)數(shù)道集τ -ρ變換濾波結(jié)果；圖10采用本發(fā)明對圖8進(jìn)行復(fù)數(shù)道集τ -ρ變換濾波結(jié)果；圖11本發(fā)明實(shí)施例-某測線的CMP實(shí)數(shù)道集及其速度譜；圖12對圖11中CMP實(shí)數(shù)道集進(jìn)行復(fù)數(shù)道集雙曲變換濾波結(jié)果及其速度譜；圖13本發(fā)明二維濾波方法流程圖。上述各幅附圖結(jié)合發(fā)明內(nèi)容部分和具體實(shí)施部分加以說明
具體實(shí)施例方式圖2是某理論模型的CMP (共中心點(diǎn))實(shí)數(shù)道集，道集中存在直達(dá)波和折射波等規(guī) 則線性干擾波，因此，選擇雙曲變換濾波是合適的。我們首先采用現(xiàn)有技術(shù)直接對圖2的實(shí) 數(shù)道集進(jìn)行雙曲變換濾波，濾波結(jié)果如圖3，顯示線性干擾波已被消除，但存在信號失真現(xiàn)象。采用本發(fā)明技術(shù)，對圖2進(jìn)行希爾伯特變換分別獲得的余弦相位函數(shù)道集如圖4， 和瞬時(shí)包絡(luò)道集，如圖5，然后對余弦相位函數(shù)道集進(jìn)行雙曲變換濾波，最后將濾波后的余 弦相位函數(shù)道集，如圖6，與圖5瞬時(shí)包絡(luò)道集進(jìn)行各道對應(yīng)相乘處理，圖7為輸出結(jié)果。表 明已達(dá)到了雙曲變換濾波效果，并基本消除了信號失真現(xiàn)象。圖8是某測線的CMP實(shí)數(shù)道集，采用現(xiàn)有技術(shù)直接對圖8的實(shí)數(shù)道集進(jìn)行τ -ρ變 換濾波，圖9為濾波結(jié)果，顯示實(shí)數(shù)道集被基本還原，但出現(xiàn)假同相軸現(xiàn)象。圖10是采用本發(fā)明技術(shù)對圖8進(jìn)行復(fù)數(shù)道集τ -ρ變換濾波的結(jié)果，實(shí)數(shù)道集被 基本還原，但是沒有出現(xiàn)假同相軸現(xiàn)象。圖11是某測線的CMP實(shí)數(shù)道集及其速度譜，由于該實(shí)數(shù)道集的信噪比較低，速度 譜有效波能量團(tuán)不夠清晰，影響到速度分析精度。圖12是對圖11中CMP實(shí)數(shù)道集進(jìn)行復(fù) 數(shù)道集雙曲變換濾波結(jié)果及其速度譜，道集的信噪比有較大提高，且基本無混疊現(xiàn)象，速度 譜有效波能量團(tuán)清晰可見。試驗(yàn)結(jié)果表明，本技術(shù)應(yīng)用效果明顯，其輸出結(jié)果在有效地壓制干擾信號的同時(shí)基本消除混疊現(xiàn)象，達(dá)到保真處理的目的。與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)數(shù)道集二維濾波方法相比，復(fù)數(shù) 道集二維濾波方法更具有優(yōu)越性。 上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本 發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本 發(fā)明上述具體實(shí)施方式
所描述的結(jié)構(gòu)，因此前面描述的方式只是優(yōu)選地，而并不具有限制 性的意義。
權(quán)利要求
1.一種地震數(shù)字信號的復(fù)數(shù)道集二維濾波方法，其特征在于，所述濾波方法為數(shù)字信 號的復(fù)數(shù)道集二維濾波方法；將采集到的地震數(shù)字信號的數(shù)據(jù)道集，對信號數(shù)據(jù)道集進(jìn)行 希爾伯特變換，得到所述地震數(shù)字信號的余弦相位函數(shù)道集和瞬時(shí)包絡(luò)道集；后對所述余 弦相位函數(shù)道集實(shí)施二維濾波步驟，經(jīng)二維濾波后的余弦相位函數(shù)道集與瞬時(shí)包絡(luò)道集進(jìn) 行各道對應(yīng)相乘處理，將消除噪音及干擾信號，同時(shí)消除混疊現(xiàn)象后的地震信號數(shù)據(jù)道集 輸出，用于對地震數(shù)字信號的保真處理目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震數(shù)字信號的復(fù)數(shù)道集二維濾波方法，其特征在于， 所述濾波方法包括如下步驟，①.地震數(shù)字信號數(shù)據(jù)道集輸入步驟；②.分解地震數(shù)字信號步驟希爾伯特變換分解信號；設(shè)二維復(fù)函數(shù)Ci (t) = r, (t) +Jhi (t) (1)式中，比⑴稱為實(shí)數(shù)道集巧⑴的希爾伯特變換道集，i = 1，2，3...1!為道序號3為 時(shí)間序列，j為虛系數(shù)；則瞬時(shí)包絡(luò)道集《( 二 ^r2(O+ Ai2 (O、 ， SS'rα: W瞬時(shí)相位道集為雄、=arccos 相位函數(shù)道集為:cos0Xt)=^ (O于是(t) = COS θ i(t) · Bi (t)③.對相位函數(shù)道集實(shí)施二維濾波步驟； 對相位函數(shù)道集COS θ Jt)實(shí)施二維濾波2 3 4/Iv /Iv /Iv(5)(6)cos(9,(0 = TDF{ cosOi(0 }式中，TDF(Two-D Filter)為二維濾波方法，COS Oi (t)為cos θ , (t)經(jīng)二維濾波后的道集；④.合成輸出信號步驟；上述公式(5)表明實(shí)數(shù)道集a (t)被分解為相位函數(shù)道集cos θ dt)和瞬時(shí)包絡(luò)道集 Bi (t)的積 于是r(0 = cos6>X0- (0(V)公式(7)為濾波后的實(shí)函數(shù)道集被分解為濾波后的相位函數(shù)道集COS(9,0)與瞬時(shí)包絡(luò)道集 α)的積；其中，廠(0是經(jīng)復(fù)數(shù)道集二維濾波后的無混疊現(xiàn)象的最終輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種地震數(shù)字信號的復(fù)數(shù)道集二維濾波方法，其特征在于， 上述步驟3中的二維濾波方法采用τ -ρ變換濾波、雙曲變換濾波或f_k變換濾波中的一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于地震勘探資料處理以及電子信號處理等數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對數(shù)字信號二維濾波的方法。將采集到的地震數(shù)字信號的數(shù)據(jù)道集，對信號數(shù)據(jù)道集進(jìn)行希爾伯特變換，得到所述地震數(shù)字信號的余弦相位函數(shù)道集和瞬時(shí)包絡(luò)道集；后對所述余弦相位函數(shù)道集實(shí)施二維濾波步驟，經(jīng)二維濾波后的余弦相位函數(shù)道集與瞬時(shí)包絡(luò)道集進(jìn)行各道對應(yīng)相乘處理，將消除噪音及干擾信號，同時(shí)消除混疊現(xiàn)象后的地震信號數(shù)據(jù)道集輸出，用于對地震數(shù)字信號的保真處理目的。
文檔編號G01V1/36GK102053276SQ20091023677
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者傅星菊, 劉志成, 吳鵬, 張兵, 楊勤勇, 段心標(biāo), 邵志東 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院