專利名稱：：一種自動(dòng)識(shí)別和消除地震勘探工業(yè)電干擾的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及油田的勘探、開發(fā)、開采技術(shù)，具體是為反映地下地層層位、油藏描述提供高分辨率的地震圖形和數(shù)據(jù)的一種自動(dòng)識(shí)別和消除地震勘探工業(yè)電干擾的方法，特別適用于野外地震數(shù)據(jù)采集過程中，地震測線上空或者附近有高壓輸電線通過時(shí)所采集的實(shí)際地震數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
：地震勘探的過程，就是在地面上的一系列點(diǎn)上，利用人工激發(fā)地震波，地震波向地下傳播，當(dāng)遇到波阻抗(地震波在地層介質(zhì)中向地下傳播的速度與介質(zhì)密度的乘積)界面(即上下地層波阻抗不相等面)時(shí)，在波阻抗界面上地震波產(chǎn)生反射現(xiàn)象，地震波傳播方向發(fā)生改變，地震波開始向上傳播，在地面上的一系列接收位置上安置著接收器，接收向上傳播的地震波數(shù)據(jù)，完成野外勘探。在野外地震數(shù)據(jù)采集過程中，如果在地面接收器附近存在高壓輸電線或周期性震動(dòng)(如發(fā)電機(jī)等)，這樣在地面接收器接收到的地震數(shù)據(jù)中就會(huì)存在很強(qiáng)的工業(yè)電干擾，其頻率在整個(gè)接收長度上是固定不變的，它與地下地震地質(zhì)條件無關(guān)，與激發(fā)的地震信號(hào)無關(guān)，與地表地震地質(zhì)條件無關(guān)。因此在地震勘探和地震數(shù)據(jù)處理中，這種波被看作為干擾，必須加以剔除。在地震數(shù)據(jù)野外采集過程中，如果地震測線從高壓輸電線下面或者旁邊通過，由于高壓輸電線的電流會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場，這個(gè)電磁場也會(huì)引起地震檢波器周期性振蕩，在地震數(shù)據(jù)記錄中記下這個(gè)周期性振蕩，即工業(yè)電干擾。工業(yè)電干擾是地震數(shù)據(jù)中的干擾，它的存在，污染了地震反射信號(hào)，有時(shí)甚至完全掩蓋了地震反射信號(hào)。野外采集時(shí)，地震觀測系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過認(rèn)真仔細(xì)的設(shè)計(jì)，不可隨意改動(dòng)。這樣在高壓輸電線通過的地區(qū)進(jìn)行地震勘探時(shí)，工業(yè)電干擾是不可避免的，并且野外采集過程中是無法克服的，只有在室內(nèi)地震數(shù)據(jù)處理過程中，作為干擾加以消除。因此在地震數(shù)據(jù)處理中作為一種干擾，工業(yè)電干擾必須加以消除。在地震記錄中存在工業(yè)電干擾時(shí)，常規(guī)的壓制方法是在頻率域內(nèi)進(jìn)行壓制。頻率域處理雖然簡單、方便，但是存在以下問題，在淺層，當(dāng)有效波與干擾的能量水平非常接近，或者有效波能量比干擾的能量強(qiáng)，則干擾不易識(shí)別；如果有效波的能量比干擾的能量弱，此時(shí)干擾容易識(shí)別。在深層，干擾易識(shí)別。同時(shí)頻率域處理對(duì)于干擾僅僅在振幅上進(jìn)行壓制處理，壓制量不易掌握，壓制不足會(huì)在記錄上存在殘余的工業(yè)電干擾，而壓制過量會(huì)傷害有效信號(hào)。頻率域壓制還往往損害該頻率附近有效波頻率成分；為了減少對(duì)有效信號(hào)頻率的損害，就要選取很窄的壓制頻帶，這樣對(duì)應(yīng)的時(shí)間域算子很長，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的邊界效應(yīng)。同時(shí)由于工業(yè)電干擾的頻率受到周波不穩(wěn)的影響，往往不是純粹的50hz，同時(shí)還受到計(jì)算時(shí)窗選取的影響，使得快速傅里葉變換存在一些難以克服的問題。這些問題都使得在頻率域內(nèi)有效地壓制工業(yè)電干擾難以實(shí)現(xiàn)。常規(guī)時(shí)間域消除工業(yè)電干擾方法，都是通過各種方法，首先估算工業(yè)電干擾的振幅、頻率和相位參數(shù)，進(jìn)而估算工業(yè)電干擾。由于工業(yè)電干擾與頻率呈現(xiàn)非線性關(guān)系，因此頻率參數(shù)估算非常費(fèi)時(shí)，這樣使得工業(yè)電干擾估算也非常費(fèi)時(shí)，效率低下。5自相關(guān)和褶積是信號(hào)處理中兩種最基本、最常用的運(yùn)算。對(duì)于工業(yè)電波干擾，我們提出了基于信號(hào)分析理論的自相關(guān)褶積分析識(shí)別和消除工業(yè)電干擾的方法。其基本原理是通過自相關(guān)運(yùn)算和褶積運(yùn)算工業(yè)電干擾余弦函數(shù)和正弦函數(shù)，通過自適應(yīng)減方法估算工業(yè)電干擾，然后從地震記錄中將其減去，達(dá)到消除工業(yè)電干擾目的。本發(fā)明一種自動(dòng)識(shí)別和消除地震勘探工業(yè)電干擾的方法，并不直接估算工業(yè)電干擾頻率參數(shù)，因此計(jì)算速度快，工業(yè)電干擾估算效率高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一種自動(dòng)識(shí)別和消除地震勘探工業(yè)電干擾的方法，目的在于提供一種計(jì)算簡單、效果顯著的直接在時(shí)間域內(nèi)識(shí)別和消除地震勘探工業(yè)電干擾的方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，包括以下步驟1)用地震震源激發(fā)和采集地震數(shù)據(jù)并做預(yù)處理；步驟1)所述的預(yù)處理是指對(duì)地震數(shù)據(jù)置標(biāo)簽、定義觀測系統(tǒng)。2)確定工業(yè)電干擾的初始頻率；步驟2)所述的確定工業(yè)電干擾的初始頻率是指根據(jù)地震數(shù)據(jù)中原始波形數(shù)據(jù)Xi和它的振幅譜，由原始波形數(shù)據(jù)的震蕩周期和它的振幅譜的最大位置所對(duì)應(yīng)的頻率，確定原始數(shù)據(jù)中工業(yè)電干擾的初始頻率fo。3)自相關(guān)分析確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)；步驟3)所述的確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)，就是計(jì)算地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)，進(jìn)而由地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)。其計(jì)算公式為式中，f——工業(yè)電干擾頻率；t一一工業(yè)電干擾時(shí)間采樣，也是地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)時(shí)間采樣；Rxx(t)-—地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)；Rxx(0)-—地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)零延遲值。4)褶積自相關(guān)分析確定工業(yè)電干擾正弦函數(shù)；步驟4)所述的確定工業(yè)電干擾正弦函數(shù)，就是計(jì)算地震數(shù)據(jù)褶積函數(shù)，進(jìn)而由地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)和褶積函數(shù)確定工業(yè)電干擾正弦函數(shù)。其計(jì)算公式為式中，Pxx(t)地震數(shù)據(jù)褶積函數(shù)；Pxx(0)地震數(shù)據(jù)褶積函數(shù)零延遲值。5)根據(jù)工業(yè)電干擾余弦函數(shù)和正弦函數(shù)構(gòu)成余弦函數(shù)矩陣和正弦函數(shù)矩陣；步驟5)所述的根據(jù)工業(yè)電干擾余弦函數(shù)構(gòu)成余弦函數(shù)矩陣，就是由步驟3)自相關(guān)分析所確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)，按照下列方程構(gòu)成余弦函數(shù)矩陣步驟5)所述的根據(jù)工業(yè)電干擾正弦函數(shù)構(gòu)成正弦函數(shù)矩陣，就是由步驟4)自相關(guān)褶積分析所確定工業(yè)電干擾正弦函數(shù)，按照下列方程構(gòu)成正弦函數(shù)矩陣6)計(jì)算確定工業(yè)電干擾振幅向量步驟6)所述的計(jì)算確定工業(yè)電干擾振幅向量，包括工業(yè)電余弦函數(shù)振幅向量和工業(yè)電正余弦函數(shù)振幅向量。就是根據(jù)余弦函數(shù)矩陣和正弦函數(shù)矩陣，計(jì)算工業(yè)電干擾振幅向量。工業(yè)電干擾振幅向量計(jì)算公式如下a=(CCt)^1Cx(5)對(duì)于工業(yè)電余弦函數(shù)振幅向量，C就是工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣c，a表示工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量；而對(duì)于工業(yè)電正余弦函數(shù)振幅向量，C就是由工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣c和工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣s按照下式構(gòu)成，a就是由工業(yè)電干擾正弦函數(shù)系數(shù)向量A和余弦函數(shù)系數(shù)向量B構(gòu)成，7)計(jì)算確定工業(yè)電干擾步驟7)所述的確定工業(yè)電干擾，包括余弦函數(shù)自適應(yīng)減確定工業(yè)電干擾和正余弦函數(shù)自適應(yīng)減確定工業(yè)電干擾。余弦函數(shù)自適應(yīng)減確定工業(yè)電干擾就是根據(jù)工業(yè)電干擾余弦函數(shù)，采用自適應(yīng)減方法，計(jì)算確定地震數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾。余弦函數(shù)自適應(yīng)減工業(yè)電干擾可以表示為y=CTa(8)式中，y——工業(yè)電干擾向量；C工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣；a工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量；T――向量或者矩陣轉(zhuǎn)置。且yT=(yi,y2,A,yN)aT=(A_l，A_l+1，A_l+2，A,A_1A0,A1,Λ，AL_2，Al+Al)正余弦函數(shù)自適應(yīng)減確定工業(yè)電干擾就是根據(jù)工業(yè)電干擾正余弦函數(shù)，采用自適應(yīng)減方法，計(jì)算確定地震數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾。余弦函數(shù)自適應(yīng)減工業(yè)電干擾可以表示為y=STA+cTB(9)式中，y-----工業(yè)電干擾向量；s――工業(yè)電干擾正弦函數(shù)矩陣c工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣A工業(yè)電干擾正弦函數(shù)系數(shù)向量；B工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量。yT=(yi;J2,a,yN)At=(A_l，A_l+1，A_l+2，Λ，A_1;AO,A1,Λ，AL_2，Al^1,Al)Bt=(B_l，B_l+1，B_l+2，Λ，B_”B0，B1,Λ，BL_2，Bl+Bl)8)計(jì)算確定地震有效信號(hào)；計(jì)算確定出工業(yè)電干擾之后，由地震數(shù)據(jù)減去工業(yè)電干擾，得到地震有效信號(hào)。Si=Xi-Yi(10)式中原始地震數(shù)據(jù)Xi，由野外數(shù)據(jù)采集得到；估算的工業(yè)電干擾由工業(yè)電干擾計(jì)算公式計(jì)算得到成是消除工業(yè)電干擾后的地震有效信號(hào)。9)繪制消除工業(yè)電干擾后的地震數(shù)據(jù)剖面和存儲(chǔ)消除工業(yè)電干擾后的地震數(shù)據(jù)。本發(fā)明不需要確定工業(yè)電干擾頻率，可有效提高計(jì)算效率。本發(fā)明使用深層地震數(shù)據(jù)或者初至到達(dá)時(shí)間之前的地震數(shù)據(jù)來估計(jì)工業(yè)電干擾，最有效地估算工業(yè)電干擾的能量，可以達(dá)到最大限度地壓制工業(yè)電干擾頻率成分，而使該頻率分量上的有效波受到的損害最小，提高了該頻率分量的信噪比。本發(fā)明既可以消除地震數(shù)據(jù)中由高壓輸電線產(chǎn)生的工業(yè)電干擾，也可以消除地震數(shù)據(jù)中由周期性震動(dòng)(如發(fā)電機(jī)等)產(chǎn)生的干擾。圖1理論數(shù)據(jù)對(duì)比(a)理論工業(yè)電數(shù)據(jù)；(b)自相關(guān)函數(shù)；8(C)工業(yè)電余弦函數(shù)；(d)工業(yè)電振幅向量；(e)計(jì)算工業(yè)電；(f)計(jì)算工業(yè)電與理論工業(yè)電誤差圖2合成數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾壓制效果對(duì)比a合成工業(yè)電千擾；b實(shí)際信號(hào)；c合成數(shù)據(jù)；d陷頻濾波法；e計(jì)算余弦函數(shù)；f計(jì)算工業(yè)電千擾；g恢復(fù)信號(hào)圖3合成數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾壓制效果頻譜對(duì)比a合成工業(yè)電千擾；b實(shí)際信號(hào)；c合成數(shù)據(jù)；d陷頻濾波法；e計(jì)算余弦函數(shù)；f計(jì)算工業(yè)電千擾；g恢復(fù)信號(hào)圖4實(shí)際數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾壓制效果對(duì)比a原始數(shù)據(jù)；b時(shí)間域工業(yè)電干擾壓制法；c自相關(guān)分析法；d自相關(guān)分析法檢測的工業(yè)電干擾圖5實(shí)際數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾壓制效果頻譜對(duì)比a原始數(shù)據(jù)；b時(shí)間域工業(yè)電干擾壓制法；c自相關(guān)分析法；d自相關(guān)分析法檢測的工業(yè)電干擾圖6理論數(shù)據(jù)對(duì)比(a)理論工業(yè)電數(shù)據(jù)；(b)自相關(guān)函數(shù);(c)褶積函數(shù)；(d)工業(yè)電余弦函數(shù)；(e)工業(yè)電正弦函數(shù)；(f)工業(yè)電振幅向量；(g)計(jì)算工業(yè)電；(h)計(jì)算工業(yè)電與理論工業(yè)電誤差圖7合成數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾壓制效果對(duì)比a合成工業(yè)電干擾；b實(shí)際信號(hào)；c合成數(shù)據(jù)；d計(jì)算自相關(guān)函數(shù)；e計(jì)算褶積函數(shù)；f計(jì)算余弦函數(shù)；g計(jì)算正弦函數(shù)；h計(jì)算工業(yè)電干擾；i陷頻濾波法；j恢復(fù)信號(hào)圖8合成數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾壓制效果頻譜對(duì)比a合成工業(yè)電干擾；b實(shí)際信號(hào)；c合成數(shù)據(jù)；d計(jì)算自相關(guān)函數(shù)；e計(jì)算褶積函數(shù)；f計(jì)算余弦函數(shù)；g計(jì)算正弦函數(shù)；h計(jì)算工業(yè)電干擾；i陷頻濾波法；j恢復(fù)信號(hào)圖9實(shí)際數(shù)據(jù)工業(yè)電干擾壓制效果對(duì)比(a)原始數(shù)據(jù)；(b)陷頻濾波法；(C)自相關(guān)褶積分析法(d)自相關(guān)褶積分析法檢測的工業(yè)電干擾圖10實(shí)際數(shù)據(jù)第1345道工業(yè)電干擾壓制效果頻譜對(duì)比(a)原始數(shù)據(jù)；(b)陷頻濾波法；(c)自相關(guān)褶積分析法；(d)自相關(guān)褶積分析法檢測的工業(yè)電干擾圖11實(shí)際數(shù)據(jù)第1485道工業(yè)電干擾壓制效果頻譜對(duì)比(a)原始數(shù)據(jù)；(b)陷頻濾波法；(c)自相關(guān)褶積分析法；(d)自相關(guān)褶積分析法檢測的工業(yè)電干擾圖12實(shí)際數(shù)據(jù)第1645道工業(yè)電干擾壓制效果頻譜對(duì)比(a)原始數(shù)據(jù)；10(b)陷頻濾波法；(c)自相關(guān)褶積分析法；(d)自相關(guān)褶積分析法檢測的工業(yè)電干擾具體實(shí)施例方式高壓輸電線或周期性震動(dòng)(如發(fā)電機(jī)等)會(huì)在地面附近產(chǎn)生周期性工業(yè)電干擾。在地震數(shù)據(jù)采集過程中，如果在地面接收器附近存在高壓輸電線或周期性震動(dòng)(如發(fā)電機(jī)等)，那么地面接收器接收到的地震記錄就是地震有效信號(hào)和工業(yè)電干擾的疊加。本發(fā)明的一種自適應(yīng)識(shí)別和消除地震勘探工業(yè)電干擾方法就是識(shí)別并消除地震記錄中的工業(yè)電干擾。本發(fā)明首先計(jì)算地震數(shù)據(jù)的褶積函數(shù)和自相關(guān)函數(shù)，然后計(jì)算工業(yè)電干擾正弦函數(shù)和余弦函數(shù)；再利用自適應(yīng)減方法直接計(jì)算工業(yè)電干擾；最后從地震記錄中減去工業(yè)電干擾的方法來消除工業(yè)電干擾?；谧韵嚓P(guān)的工業(yè)電干擾余弦函數(shù)的自適應(yīng)減方法消除工業(yè)電干擾。本發(fā)明包括以下步驟(1)用通常的地震震源激發(fā)和采集地震數(shù)據(jù)并做預(yù)處理，所述的預(yù)處理是指對(duì)地震數(shù)據(jù)置標(biāo)簽、定義觀測系統(tǒng)。(2)確定工業(yè)電干擾的初始頻率。采用頻譜分析方法，分析地震數(shù)據(jù)中原始波形數(shù)據(jù)Xi的頻譜，根據(jù)地震數(shù)據(jù)中原始波形數(shù)據(jù)Xi和它的振幅譜，由原始波形數(shù)據(jù)的震蕩周期和它的振幅譜的最大位置所對(duì)應(yīng)的頻率，確定原始數(shù)據(jù)中工業(yè)電干擾的初始頻率fo。它并不是原始數(shù)據(jù)中工業(yè)電干擾的實(shí)際頻率。(3)地震記錄為地震有效信號(hào)和工業(yè)電干擾的和，即(1)式中，x(t)——地震記錄；S(t)-—地震有效信號(hào)；y(t)——工業(yè)電干擾；t——工業(yè)電干擾的時(shí)間；(4)確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)；根據(jù)地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)，計(jì)算確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)。地震數(shù)據(jù)的自相關(guān)函數(shù)定義為(2)將方程(1)代入(2)，有Rxx(T)=Rss(T)+RSy(T)+RyS(T)+Ryy(τ)(3)其中，Rxx(T)----地震記錄的自相關(guān)；Rss(T)----地震有效信號(hào)的自相關(guān)；Rsy(T)----地震有效信號(hào)和工業(yè)電干擾的互相關(guān)；Rys(T)----工業(yè)電干擾和地震有效信號(hào)的互相關(guān)；Ryy(T)----工業(yè)電干擾的自相關(guān)；且假設(shè)地震數(shù)據(jù)與工業(yè)電干擾是不相關(guān)的，則它們之間的互相關(guān)為零，即(5)將方程(5)代入(3)，有(6)S卩，一個(gè)地震記錄之間的自相關(guān)就是地震有效信號(hào)之間的自相關(guān)與工業(yè)電干擾之間的自相關(guān)之和。從方程(6)可以看出，如果地震有效信號(hào)之間的自相關(guān)為零，則工業(yè)電干擾之間的自相關(guān)就是地震記錄之間的自相關(guān)。即(8)由于在地震數(shù)據(jù)深層，地震有效信號(hào)能量與工業(yè)電干擾能量相比，要小的多，因此利用深層資料估算地震數(shù)據(jù)之間的自相關(guān)，方程(7)和(8)會(huì)近似滿足。對(duì)于地震數(shù)據(jù)初至到達(dá)時(shí)間之前，由于還沒有地震有效信號(hào)到達(dá)，方程(7)理論上絕對(duì)滿足，這樣方程(8)也完全滿足。因此為了估算工業(yè)電干擾之間的自相關(guān)，可以使用地震數(shù)據(jù)初至到達(dá)時(shí)間之前的數(shù)據(jù)來估算，如果初至?xí)r間比較小，則可以使用深層地震數(shù)據(jù)來估算。為了消除地震記錄上的工業(yè)電干擾影響，假設(shè)工業(yè)電干擾的頻率、振幅和相位在整個(gè)地震記錄道內(nèi)是穩(wěn)定不變的，且為常數(shù)，則可以使用余弦函數(shù)來表示工業(yè)電干擾。其表達(dá)式是(9)式中，A――工業(yè)電干擾的振幅f——工業(yè)電干擾的頻率φ——工業(yè)電干擾的相位t——工業(yè)電干擾的時(shí)間將方程(9)代入方程⑷中，并經(jīng)過簡單運(yùn)算，有如果T是工業(yè)電干擾的周期(或者周期的整數(shù)倍)，則有12在方程(11)中，令τ=0，則有/w(0)=將方程(12)代入方程(11)，并把τ換成t，有將方程(13)代入方程(8)中，有方程(14)就是利用地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)計(jì)算工業(yè)電干擾余弦函數(shù)公式。這樣對(duì)給定的地震數(shù)據(jù)，僅僅需要計(jì)算一次相關(guān)，就可以確定工業(yè)電干擾的余弦函數(shù)。顯然運(yùn)算次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于各種工業(yè)電干擾估算運(yùn)算次數(shù)。對(duì)于幾十萬甚至幾千萬道的疊前3D地震數(shù)據(jù)來說，運(yùn)算效率是相當(dāng)可觀的。(5)自適應(yīng)減方法確定工業(yè)電干擾函數(shù)；估算出工業(yè)電干擾余弦函數(shù)之后，采樣基于工業(yè)電干擾余弦函數(shù)的自適應(yīng)減方法估算工業(yè)電干擾，這樣可以省去估算工業(yè)電干擾的頻率、振幅和相位三個(gè)參數(shù)。基于工業(yè)電干擾余弦函數(shù)的自適應(yīng)減工業(yè)電干擾可以表示為為了確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量a，建立如下目標(biāo)函數(shù)在方程(18)中，令(18)有由方程(19)，得到計(jì)算工業(yè)電干擾振幅向量的公式這樣，對(duì)于工業(yè)電干擾余弦函數(shù)，首先由方程(20)求解出工業(yè)電干擾的系數(shù)向量a;然后由方程(16)可以計(jì)算出工業(yè)電干擾；再從原始地震道中減去估算的工業(yè)電干擾，就得到了去除工業(yè)電干擾的地震記錄。(6)計(jì)算地震有效信號(hào)。消除地震記錄上的工業(yè)電干擾就是在已知地震記錄Xi的情況下，通過估算出工業(yè)電干擾Yi以恢復(fù)地震有效信號(hào)Si的處理。即Si=Xi-Yi(21)這里Si是消除工業(yè)電干擾后的地震記錄，即地震有效信號(hào)。(7)采用通常的方法根據(jù)得出消除工業(yè)電干擾的地震數(shù)據(jù)繪制消除工業(yè)電干擾后的地震數(shù)據(jù)剖面和存儲(chǔ)消除工業(yè)電干擾后的地震數(shù)據(jù)。首先在理論工業(yè)電數(shù)據(jù)上進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比。理論工業(yè)電數(shù)據(jù)采用方程(22)生成。這里使用的參數(shù)是工業(yè)電余弦函數(shù)和正弦函數(shù)的振幅A和B分別是2.543和4.816；工業(yè)電頻率f是50.135Hz；時(shí)間采樣間隔Δt是1ms，樣本個(gè)數(shù)N是500，計(jì)算的理論數(shù)據(jù)如圖1(a)所示。圖1(b)是由公式⑷計(jì)算的自相關(guān)函數(shù)，其中T取值為80ms，圖1(c)是由公式(14)計(jì)算的工業(yè)電余弦函數(shù)。對(duì)于L=10，由公式(20)計(jì)算的工業(yè)電振幅向量如圖1(d)所示。圖1(e)是由公式(17)計(jì)算的工業(yè)電。我們計(jì)算了圖1(a)理論工業(yè)電數(shù)據(jù)與圖1(e)計(jì)算工業(yè)電之間的互相關(guān)，其互相關(guān)值為0.9988，即理論工業(yè)電數(shù)據(jù)與計(jì)算工業(yè)電數(shù)據(jù)之間完全一致。圖1(f)是圖1(a)理論工業(yè)電數(shù)據(jù)與圖1(e)計(jì)算工業(yè)電之差，從圖中可以看出，僅僅在數(shù)據(jù)的起始20ms和終止20ms部分，由于計(jì)算的邊界效應(yīng)產(chǎn)生了數(shù)據(jù)之間的較大誤差之外，在數(shù)據(jù)中間部分誤差很小，幾乎為零。因此表明方法在理論上是有效的。然后使用理論數(shù)據(jù)來說明方法的有效性。理論工業(yè)電數(shù)據(jù)采用方程(22)生成。這里使用的參數(shù)是工業(yè)電余弦函數(shù)和正弦函數(shù)的振幅A和B分別是6.541和4.811；工業(yè)電頻率f是50.254Hz；時(shí)間采樣間隔Δt是Ims，樣本個(gè)數(shù)N是5000，生成工業(yè)電干擾數(shù)據(jù)，一道的數(shù)據(jù)十道顯示如圖2(a)所示。信號(hào)采用一段實(shí)際地震數(shù)據(jù)，其最大值為工業(yè)電5倍，如圖2(b)所示，生成的理論數(shù)據(jù)如圖2(c)所示，陷頻濾波法處理后的信號(hào)如圖2(d)所示(陷頻濾波參數(shù)為陷頻濾波器算子長度為500ms，頻帶寬度8Hz，即NH(46，50，54))。通過本方法計(jì)算出的工業(yè)電干擾余弦函數(shù)如圖2(e)所示，計(jì)算生成的工業(yè)電干擾數(shù)據(jù)如圖2(f)所示，本方法處理后恢復(fù)的信號(hào)如圖2(g)所示。它們對(duì)應(yīng)的頻譜分別如圖3(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)和(g)所示。從數(shù)據(jù)上看，陷頻濾波法可以消除工業(yè)電干擾，但是在920ms處出現(xiàn)一些邊界效應(yīng)，從頻譜上看，陷頻濾波法在消除工業(yè)電干擾的同時(shí)，也嚴(yán)重?fù)p害工業(yè)電附近的有效信號(hào)。而本方法有效的識(shí)別并消除了工業(yè)電干擾，且沒有傷害工業(yè)電干擾頻率附近信號(hào)的頻率成分，因此有效的提高了工業(yè)電干擾附近信號(hào)的信噪比。實(shí)際數(shù)據(jù)是一個(gè)野外炮集數(shù)據(jù)，有180道，數(shù)據(jù)時(shí)間采樣間隔是2ms，數(shù)據(jù)記錄長度是6000ms。圖4是炮集數(shù)據(jù)對(duì)比，圖5是炮集數(shù)據(jù)第81道頻譜對(duì)比a是原始數(shù)據(jù)，b是時(shí)間域工業(yè)電干擾壓制法，c是自相關(guān)分析法；d是自相關(guān)分析法檢測的工業(yè)電干擾。顯然原始數(shù)據(jù)中包含著很強(qiáng)的工業(yè)電干擾，從頻譜中也可以清楚地看到工業(yè)電干擾。從數(shù)據(jù)以及頻譜中可以看到時(shí)間域工業(yè)電干擾壓制法和自相關(guān)分析法都非常有效地消除了地震數(shù)據(jù)上的工業(yè)電干擾，而且兩種方法效果差異不大。本方法大大提高了運(yùn)算效率，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間，更加適用于海量地震數(shù)據(jù)處理需要。因此是消除工業(yè)電干擾的最有效方法?；隈薹e和自相關(guān)的工業(yè)電干擾余弦函數(shù)的自適應(yīng)減方法消除工業(yè)電干擾。本發(fā)明包括以下步驟(1)采用如實(shí)施例1的步驟(1)步驟(4)處理。(2)確定工業(yè)電干擾正弦函數(shù)；根據(jù)地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)和褶積函數(shù)，計(jì)算確定工業(yè)電干擾正弦函數(shù)。地震數(shù)據(jù)的褶積定義為(23)將方程(1)代入(23)，有(24)其中，Pxx(τ)——地震記錄的褶積；Pss(T)----地震有效信號(hào)的褶積；Psy(T)----地震有效信號(hào)和工業(yè)電干擾的褶積；Pys(T)----工業(yè)電干擾和地震有效信號(hào)的褶積；Pyy(T)----工業(yè)電干擾的褶積；且同樣假設(shè)地震數(shù)據(jù)與工業(yè)電干擾是不相關(guān)的，則它們之間的互相關(guān)為零，即Psy(T)=Pys(T)=o(26)將方程(26)代入(24)，有(27)即，一個(gè)地震記錄之間的褶積就是地震有效信號(hào)之間的褶積與工業(yè)電干擾之間的褶積之和，從方程(27)可以看出，如果地震有效信號(hào)之間的褶積為零，則工業(yè)電干擾之間的褶積就是地震記錄之間的褶積。即Pss(T)一o(28)則(29)同樣由于在地震數(shù)據(jù)深層，地震有效信號(hào)能量與工業(yè)電干擾能量相比，要小的多，因此利用深層資料估算地震數(shù)據(jù)之間的褶積，方程(26)、(28)和(29)會(huì)近似滿足。對(duì)于地震數(shù)據(jù)初至到達(dá)時(shí)間之前，由于還沒有地震有效信號(hào)到達(dá)，方程(28)理論上絕對(duì)滿足，這樣方程(29)也完全滿足。因此為了估算工業(yè)電干擾之間的褶積，可以使用地震數(shù)據(jù)初至到達(dá)時(shí)間之前的數(shù)據(jù)來估算，如果初至?xí)r間比較小，則可以使用深層地震數(shù)據(jù)來估算。將方程(9)代入方程(24)中，并經(jīng)過簡單運(yùn)算，有將方程(31)、(11)、(12)和(13)分別代入方程(30)，并把T換成t，有方程(33)就是由地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)和褶積函數(shù)計(jì)算工業(yè)電干擾正弦函數(shù)公式。這樣對(duì)給定的地震數(shù)據(jù)，僅僅需要計(jì)算一次褶積和一次相關(guān)，就可以確定工業(yè)電干擾的正弦函數(shù)。顯然運(yùn)算次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于各種工業(yè)電干擾估算運(yùn)算次數(shù)。對(duì)于幾十萬甚至幾千萬道的疊前3D地震數(shù)據(jù)來說，運(yùn)算效率是相當(dāng)可觀的。(3)自適應(yīng)減方法確定工業(yè)電干擾函數(shù)；基于工業(yè)電干擾正余弦函數(shù)的自適應(yīng)減方法。估算出工業(yè)電干擾余弦函數(shù)和正弦函數(shù)之后，采樣基于工業(yè)電干擾正余弦函數(shù)的自適應(yīng)減方法估算工業(yè)電干擾，這樣可以省去估算工業(yè)電干擾的頻率、振幅和相位三個(gè)參數(shù)。基于工業(yè)電干擾正余弦函數(shù)的自適應(yīng)減工業(yè)電干擾可以表示為式中，Ak工業(yè)電干擾正弦函數(shù)的第k個(gè)系數(shù)；Bk工業(yè)電干擾余弦函數(shù)的第k個(gè)系數(shù)f——工業(yè)電干擾的頻率Δt地震數(shù)據(jù)時(shí)間采樣間隔；i工業(yè)電干擾的時(shí)間樣點(diǎn)序號(hào)k工業(yè)電干擾的系數(shù)順序號(hào)2L+1――工業(yè)電干擾系數(shù)總數(shù)。把方程(34)用向量可以表示為(35)式中，y-----工業(yè)電干擾向量；s――工業(yè)電干擾正弦函數(shù)矩陣c工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣A工業(yè)電干擾正弦函數(shù)系數(shù)向量；B工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量。這里符號(hào)“Τ”表示向量或者矩陣轉(zhuǎn)置。為了確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量a，建立如下目標(biāo)函數(shù)在方程(37)中，令和由方程(38)和(39)，得到計(jì)算工業(yè)電干擾振幅向量的公式令則有(42)這與方程(20)完全一致。這樣，對(duì)于工業(yè)電干擾正余弦函數(shù)，首先由方程(42)求解出工業(yè)電干擾的系數(shù)向量A和B;然后由方程(35)可以計(jì)算出工業(yè)電干擾；再從原始地震道中減去估算的工業(yè)電干擾，就得到了去除工業(yè)電干擾的地震記錄。(4)采用如實(shí)施例1的步驟(6)步驟(7)處理。首先在理論工業(yè)電數(shù)據(jù)上進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比。理論工業(yè)電數(shù)據(jù)采用方程(22)生成。這里使用的參數(shù)是工業(yè)電余弦函數(shù)和正弦函數(shù)的振幅A和B分別是2.543和4.816；工業(yè)電頻率f是50.135Hz；時(shí)間采樣間隔At是1ms，樣本個(gè)數(shù)N是500，計(jì)算的理論數(shù)據(jù)如圖6(a)所示；圖6(b)是由公式⑷計(jì)算的自相關(guān)函數(shù)，其中T取值為80ms；圖6(c)是由公式(23)計(jì)算的褶積函數(shù)，其中T取值為80ms；圖6(d)是由公式(14)計(jì)算的工業(yè)電余弦函數(shù)；圖6(e)是由公式(33)計(jì)算的工業(yè)電正弦函數(shù)。對(duì)于L=20，由公式(42)計(jì)算的工業(yè)電振幅向量A和B如圖6(f)所示。圖6(g)是由公式(35)計(jì)算的工業(yè)電。我們計(jì)算了圖6(a)理論工業(yè)電數(shù)據(jù)與圖6(g)計(jì)算工業(yè)電之間的互相關(guān)，其互相關(guān)值為0.9998，即理論工業(yè)電數(shù)據(jù)與計(jì)算工業(yè)電數(shù)據(jù)之間幾乎完全一致。圖6(h)是圖1(a)理論工業(yè)電數(shù)據(jù)與圖6(g)計(jì)算工業(yè)電之差，從圖中可以看出，僅僅在數(shù)據(jù)的起始5ms部分，由于計(jì)算的邊界效應(yīng)產(chǎn)生了數(shù)據(jù)之間的較大誤差之外，在數(shù)據(jù)中間部分誤差很小，幾乎為零。因此表明方法在理論上是有效的。然后使用理論數(shù)據(jù)來說明方法的有效性。理論工業(yè)電數(shù)據(jù)采用方程(22)生成。這里使用的參數(shù)是工業(yè)電余弦函數(shù)和正弦函數(shù)的振幅A和B分別是6.541和4.811；工業(yè)電頻率f是50.254Hz；時(shí)間采樣間隔Δt是Ims，樣本個(gè)數(shù)N是5000，生成工業(yè)電干擾數(shù)據(jù)，一道的數(shù)據(jù)十道顯示如圖7(a)所示。信號(hào)采用一段實(shí)際地震數(shù)據(jù)，其最大值為工業(yè)電5倍，如圖7(b)所示，生成的理論數(shù)據(jù)如圖7(c)所示，陷頻濾波法處理后的信號(hào)如圖7(d)所示(陷頻濾波參數(shù)為陷頻濾波器算子長度為500ms，頻帶寬度8Hz，即NH(46，50，54))。通過本方法計(jì)算出的工業(yè)電干擾余弦函數(shù)如圖7(e)所示，計(jì)算生成的工業(yè)電干擾數(shù)據(jù)如圖7(f)所示，本方法處理后恢復(fù)的信號(hào)如圖7(g)所示。它們對(duì)應(yīng)的頻譜分別如圖8(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)和(g)所示。從數(shù)據(jù)上看，陷頻濾波法可以消除工業(yè)電干擾，但是在920ms處出現(xiàn)一些邊界效應(yīng)，從頻譜上看，陷頻濾波法在消除工業(yè)電干擾的同時(shí)，也嚴(yán)重?fù)p害工業(yè)電附近的有效信號(hào)。而本方法有效的識(shí)別并消除了工業(yè)電干擾，且沒有傷害工業(yè)電干擾頻率附近信號(hào)的頻率成分，因此有效的提高了工業(yè)電干擾附近信號(hào)的信噪比。實(shí)際數(shù)據(jù)是一個(gè)野外炮集數(shù)據(jù)，有180道，數(shù)據(jù)時(shí)間采樣間隔是2ms，數(shù)據(jù)記錄長度是6000ms。我們顯示了900-4100ms。圖9是炮集數(shù)據(jù)對(duì)比，圖10是炮集數(shù)據(jù)第81道頻譜對(duì)比a是原始數(shù)據(jù)，b是時(shí)間域工業(yè)電干擾壓制法，c是自相關(guān)分析法；d是自相關(guān)分析法檢測的工業(yè)電干擾。顯然原始數(shù)據(jù)中包含著很強(qiáng)的工業(yè)電干擾，從頻譜中也可以清楚地看到工業(yè)電干擾。從數(shù)據(jù)以及頻譜中可以看到時(shí)間域工業(yè)電干擾壓制法和自相關(guān)分析法都非常有效地消除了地震數(shù)據(jù)上的工業(yè)電干擾，而且兩種方法效果差異不大。本方法大大提高了運(yùn)算效率，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間，更加適用于海量地震數(shù)據(jù)處理需要。因此是消除工業(yè)電干擾的最有效方法。本發(fā)明克服了頻率域壓制工業(yè)電干擾的缺點(diǎn)，而且比時(shí)間域工業(yè)電干擾壓制方法運(yùn)算速度要快得多，不但能夠有效的消除地震記錄上的工業(yè)電干擾，而且還保留了時(shí)間域工業(yè)電干擾壓制方法不損害有效波的特點(diǎn)。本發(fā)明提高了該頻率分量的信噪比，為地震數(shù)據(jù)的后續(xù)處理提供了必要的輸入地震數(shù)據(jù)。本發(fā)明既可以消除地震數(shù)據(jù)中由高壓輸電線產(chǎn)生的工業(yè)電干擾，也可以消除地震數(shù)據(jù)中由周期性震動(dòng)(如發(fā)電機(jī)等)產(chǎn)生的工業(yè)電干擾。權(quán)利要求一種自動(dòng)識(shí)別和消除地震勘探工業(yè)電干擾的方法，其特征是包括以下步驟1)用地震震源激發(fā)和采集地震數(shù)據(jù)并做預(yù)處理；2)確定工業(yè)電干擾的初始頻率；3)采用下式計(jì)算工業(yè)電干擾余弦函數(shù)和正弦函數(shù)<mrow><mi>cos</mi><mn>2</mn><mi>&pi;ft</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>R</mi><mi>xx</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>xx</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中，f工業(yè)電干擾頻率；t工業(yè)電干擾時(shí)間采樣，也是地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)時(shí)間采樣；Rxx(t)地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)；Rxx(0)地震數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù)零延遲值；4)采用下式計(jì)算工業(yè)電干擾正弦函數(shù)<mrow><mi>sin</mi><mn>2</mn><mi>&pi;ft</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>P</mi><mi>xx</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>R</mi><mi>xx</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>R</mi><mi>xx</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mi>P</mi><mi>xx</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mi>xx</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><msqrt><msubsup><mi>R</mi><mi>xx</mi><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msubsup><mi>P</mi><mi>xx</mi><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中，Pxx(t)地震數(shù)據(jù)褶積函數(shù)；Pxx(0)地震數(shù)據(jù)褶積函數(shù)零延遲值；5)根據(jù)工業(yè)電干擾余弦函數(shù)和正弦函數(shù)構(gòu)成余弦函數(shù)矩陣和正弦函數(shù)矩陣；6)按照如下公式計(jì)算確定工業(yè)電干擾振幅向量a＝(CCT)1Cx(5)對(duì)于工業(yè)電余弦函數(shù)振幅向量，C是工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣c，a表示工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量；對(duì)于工業(yè)電正余弦函數(shù)振幅向量，C是由工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣c和工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣s按照下式構(gòu)成，<mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>c</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>s</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>a是由工業(yè)電干擾正弦函數(shù)系數(shù)向量A和余弦函數(shù)系數(shù)向量B構(gòu)成，<mrow><mi>a</mi><mo>=</mo><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>A</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>B</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>7)采用下式計(jì)算余弦函數(shù)自適應(yīng)減和正余弦函數(shù)自適應(yīng)減確定工業(yè)電干擾余弦函數(shù)計(jì)算y＝CTa(8)式中，y工業(yè)電干擾向量；C工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣；a工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量；T向量或者矩陣轉(zhuǎn)置。且yT＝(y1，y2，Λ，yN)aT＝(AL，AL+1，AL+2，Λ，A1，A0，A1，A，AL2，AL1，AL)正余弦函數(shù)計(jì)算y＝sTA+cTB(9)式中，y工業(yè)電干擾向量；s工業(yè)電干擾正弦函數(shù)矩陣c工業(yè)電干擾余弦函數(shù)矩陣A工業(yè)電干擾正弦函數(shù)系數(shù)向量；B工業(yè)電干擾余弦函數(shù)系數(shù)向量。yT＝(y1，y2，Λ，yN)AT＝(AL，AL+1，AL+2，Λ，A1，A0，A1，Λ，AL2，AL1，AL)BT＝(BL，BL+1，BL+2，Λ，B1，B0，B1，Λ，BL2，BL1，BL)；8)采用下述公式計(jì)算地震有效信號(hào)Si＝xiyi(10)式中原始地震數(shù)據(jù)xi，由野外數(shù)據(jù)采集得到；估算的工業(yè)電干擾yi，由工業(yè)電干擾計(jì)算公式計(jì)算得到；Si是消除工業(yè)電干擾后的地震有效信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1)所述的預(yù)處理是指對(duì)地震數(shù)據(jù)置標(biāo)簽、定義觀測系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟2)所述的確定工業(yè)電干擾的初始頻率是指根據(jù)地震數(shù)據(jù)中原始波形數(shù)據(jù)Xi和它的振幅譜，由原始波形數(shù)據(jù)的震蕩周期和它的振幅譜的最大位置所對(duì)應(yīng)的頻率，確定原始數(shù)據(jù)中工業(yè)電干擾的初始頻率&。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟5)所述的余弦函數(shù)矩陣按照下列方程構(gòu)成(3)正弦函數(shù)矩陣按照下列方程構(gòu)成全文摘要本發(fā)明涉及油田的勘探、開發(fā)技術(shù)中自動(dòng)識(shí)別和消除地震勘探工業(yè)電干擾的方法，確定工業(yè)電干擾的初始頻率，計(jì)算工業(yè)電干擾余弦函數(shù)和正弦函數(shù)構(gòu)成余弦函數(shù)矩陣和正弦函數(shù)矩陣，計(jì)算確定工業(yè)電干擾振幅向量，計(jì)算余弦函數(shù)自適應(yīng)減和正余弦函數(shù)自適應(yīng)減確定工業(yè)電干擾，得到地震有效信號(hào)。本發(fā)明不需要確定工業(yè)電干擾頻率，有效提高計(jì)算效率。本發(fā)明既可以消除地震數(shù)據(jù)中由高壓輸電線產(chǎn)生的工業(yè)電干擾，也可以消除地震數(shù)據(jù)中由周期性震動(dòng)(如發(fā)電機(jī)等)產(chǎn)生的干擾。文檔編號(hào)G01V1/36GK101907726SQ20101020521公開日2010年12月8日申請日期2010年6月11日優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日發(fā)明者趙海珍,馬玉寧,高少武申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司