一種礦井槽波信號波場分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及槽波勘探領(lǐng)域，具體涉及礦井槽波信號的極化濾波分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 槽波地震勘探方式包括透射波法和反射波法兩種。在透射法槽波勘探中，主要利 用勒夫型槽波，勒夫型槽波為線性極化波，質(zhì)點振動方向和煤層面平行，與波傳播方向垂 直，運動軌跡為線狀；在反射法槽波勘探中，主要利用瑞利型槽波，瑞利型槽波屬于橢圓極 化波，質(zhì)點振動方向和煤層面垂直，與波傳播方向平行，運動軌跡為橢圓狀。實際采集的槽 波數(shù)據(jù)中，由于頻散現(xiàn)象嚴重，勒夫型槽波和瑞利型槽波常常疊合在一起，區(qū)分困難。如不 能準確分離這兩類槽波，將為后期頻散分析及速度成像等處理帶來極大誤差。
[0003] 國內(nèi)外學(xué)者對天然地震數(shù)據(jù)等進行波場分離研究較多。其中，基于極化濾波的波 場分離方法效果明顯。極化濾波波場分離方法是根據(jù)波在空間運動軌跡的極化特征進行分 離的一種信號處理技術(shù)，依據(jù)各類波的極化屬性差異，構(gòu)建合理的濾波器，進而提取各類波 信息。
[0004] 目前，基于極化濾波進行波場分離的方法，大部分為利用在時間域或者頻率域內(nèi) 構(gòu)建標準協(xié)方差矩陣，或者在頻率域中構(gòu)建譜密度矩陣，利用求解得到的特征值和特征矩 陣進行極化分析該類極化方法計算結(jié)果相對穩(wěn)定，受噪音影響小，但在目前的方法在計算 過程中，需要在一定時間窗口內(nèi)進行，不同的時窗長度，計算結(jié)果相差較大，進而導(dǎo)致結(jié)果 不準確。
[0005] 此外，傳統(tǒng)方法中對地震三分量數(shù)據(jù)進行分析、變換，進而對槽波數(shù)據(jù)在空間上進 行濾波，因為三分量信號的協(xié)方差矩陣有9個元素，在計算矩陣特征值時，需要進行迭代計 算求數(shù)值解，計算效率極低。這會使槽波濾波變得十分困難，不能有效便捷對槽波信號進行 濾波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種礦井槽波信號波場分離方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中基于 極化濾波的波場分離方法分離結(jié)果不準確的問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0008] -種礦井槽波信號波場分離方法，步驟如下：
[0009] 1)采集槽波信號水平分量Sx⑴和槽波信號堅直分量Sy (t)，對采集到的信號進行 時頻域變換，得到時頻譜STx(t，f)和STy(t，f);
[0010] 2)利用S變換時頻譜，得到瞬時振幅、瞬時頻率和瞬時相位三個參數(shù)，利用所述參 數(shù)構(gòu)造時頻域自適應(yīng)協(xié)方差矩陣MST(t，f);
[0011] 3)計算時頻域自適應(yīng)協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，利用所述特征值和特征 向量，確定槽波地震信號的極化特征參數(shù)時頻分布：橢圓率P(t，f)的時頻分布和方位角 a(t，f)的時頻分布；
[0012] 4)根據(jù)橢圓率P(t，f)的的時頻分布和方位角a(t，f)的的時頻分布，構(gòu)造用于 分離槽波地震信號中不同類型地震波的濾波器，濾波器構(gòu)造如下：
[0013]
【主權(quán)項】
1. 一種礦井槽波信號波場分離方法，其特征在于，步驟如下： 1) 采集槽波信號水平分量^⑴和槽波信號堅直分量Sy(t)，對采集到的信號進行時頻 域變換，得到時頻譜ST x (t，f)和STy (t，f); 2) 利用S變換時頻譜，得到瞬時振幅、瞬時頻率和瞬時相位三個參數(shù)，利用所述參數(shù)構(gòu) 造時頻域自適應(yīng)協(xié)方差矩陣MST (t，f); 3) 計算時頻域自適應(yīng)協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，利用所述特征值和特征向 量，確定槽波地震信號的極化特征參數(shù)時頻分布：橢圓率P (t，f)的時頻分布和方位角 a (t，f)的時頻分布； 4) 根據(jù)橢圓率P (t，f)的的時頻分布和方位角a (t，f)的的時頻分布，構(gòu)造用于分離 槽波地震信號中不同類型地震波的濾波器，濾波器構(gòu)造如下：
其中Pp為橢圓率P (t，f)的范圍，p。為方位角a (t，f)的范圍； 5) 利用上述濾波器對槽波地震信號進行篩選，得到橢圓率和方位角極化參數(shù)設(shè)定范圍 內(nèi)的時頻域數(shù)據(jù)點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井槽波信號波場分離方法，其特征在于，所述時頻域 自適應(yīng)協(xié)方差矩陣MST (t，f)為：
(k,m = x,y)； sine (X)代表正弦基本函數(shù)，定義為：
Ω (t，f)表示信號在時頻域的瞬時頻率，Real表示復(fù)數(shù)的實部，Wkm(t，f)是對應(yīng)方程的 自適應(yīng)窗大小，定義為：
其中N取正整數(shù)，為經(jīng)驗參數(shù)，取1或2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種礦井槽波信號波場分離方法，其特征在于，所述橢圓 率定義為橢圓極化長軸與極化短軸之商，公式為：
9 其中，λ JP λ 2為矩陣MST (t，f)的特征值，
為橢圓極化長軸，為極化 短軸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種礦井槽波信號波場分離方法，其特征在于，所述 方位角a (t，f)定義為波振動軌跡的極化方向，通過橢圓極化長軸方位角度來表示，用時 頻域自適應(yīng)協(xié)方差矩陣MST(t，f)的最大特征值λ，寸應(yīng)的特征向量^的方向來計算，具體 公式如下：
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井槽波信號波場分離方法，其特征在于，所述步驟1中 的時頻域變換是S變換。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦井槽波信號波場分離方法，其特征在于，所述步驟5在 得到橢圓率和方位角極化參數(shù)設(shè)定范圍內(nèi)的時頻域數(shù)據(jù)點以后，對得到的數(shù)據(jù)點進行S逆 變換，獲得分離后的特定槽波信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種礦井槽波信號波場分離方法，其特征在于，所述特定槽 波信號包括勒夫型槽波和瑞利型槽波。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種礦井槽波信號波場分離方法，對采集到的槽波信號進行時頻域變換，得到時頻域變換時頻譜，并構(gòu)造時頻域自適應(yīng)協(xié)方差矩陣，由該矩陣的特征值和特征向量，得到橢圓率和方位角的分布圖，根據(jù)橢圓率和方位角的分布特征，構(gòu)造用于分離出不同類型槽波的濾波器進行濾波，本發(fā)明的有益效果：僅對地震槽波水平方向上的數(shù)據(jù)進行分析，對水平雙分量地震波數(shù)據(jù)進行時頻域變換，構(gòu)造時頻域自適應(yīng)協(xié)方差矩陣，得到用于描述槽波地震信號振動軌跡大小和方向的橢圓率和方位角的分布特征，構(gòu)造不同取值范圍的濾波器，實現(xiàn)對收集到的槽波數(shù)據(jù)的濾波，較現(xiàn)有技術(shù)，能夠更快捷、精確的分離出特定槽波信號，從而提高礦井地層探測效果。
【IPC分類】G01V1-28
【公開號】CN104678437
【申請?zhí)枴緾N201510119542
【發(fā)明人】馮磊, 張玉貴, 李曉斌, 李東會, 周明奐
【申請人】河南理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月18日