專(zhuān)利名稱(chēng)：地震數(shù)據(jù)噪聲的過(guò)濾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從數(shù)據(jù)信號(hào)中過(guò)濾噪聲的方法，特別涉及到用來(lái)減輕附加噪聲對(duì)在地震勘探中采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)的影響的噪聲過(guò)濾方法。
在陸地地震勘測(cè)中，地震源引起了在地表或近地表的地震波。這些波穿過(guò)地面?zhèn)鞑?，并從地球?nèi)部的不同地層被反射，反射波可被在地表的傳感器或地震檢波器檢測(cè)到。地震源的振動(dòng)作用到地表還會(huì)產(chǎn)生所謂表面波或地面(ground roll)波，其通過(guò)地球的淺層進(jìn)行傳播。在地震檢波器上，低頻低速地面波的發(fā)生時(shí)間與地震勘測(cè)中感興趣的深層反射波典型一致。地面波與反射信號(hào)的同時(shí)出現(xiàn)使得充分利用地震數(shù)據(jù)很困難，因?yàn)榈孛娌ń?jīng)常掩蓋反射波。
衰減地面波干擾從而減輕它對(duì)感興趣的地震信號(hào)的影響的方法已經(jīng)知道一些了。典型地，地震檢波器不是獨(dú)立被使用，而是以分-陣列或組的形式連接在一起，其被硬件連接或并在一起。這是一種與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的聚束(beamforming)形式。同樣，應(yīng)用自適應(yīng)信號(hào)處理抑制地震勘測(cè)中的地面波的嘗試也被采用。
美國(guó)專(zhuān)利4,556,962試圖通過(guò)在靠近地震源處放置一傳感器檢測(cè)干擾噪聲來(lái)衰減從表面地震源發(fā)出的地面波。干擾噪聲被換算，延時(shí)并與從較遠(yuǎn)的地震檢波器陣列發(fā)出的信號(hào)相加，然后與初始振動(dòng)信號(hào)互相關(guān)。該專(zhuān)利還建議使用自適應(yīng)濾波器修正延時(shí)信號(hào)，使其更緊密對(duì)應(yīng)被更遠(yuǎn)處的地震檢波器陣列檢測(cè)的信號(hào)。然而，靠近震源檢測(cè)到的地面波可以與被地震檢波器陣列接收到的信號(hào)有很大不同，自適應(yīng)濾波器可能不能處理這種情況。
美國(guó)專(zhuān)利4,890,264中，抑制由表面波傳播，風(fēng)，及機(jī)械產(chǎn)生的非均勻分布的噪聲的方法被描述。用來(lái)檢測(cè)表面波的水平地震檢波器與傳統(tǒng)的用來(lái)檢測(cè)地震能量的垂直地震檢波器共同使用。表面波檢測(cè)器的輸出結(jié)合自適應(yīng)濾波器被使用，以消除表面波干擾的影響。抑制地面波的方法是常用的多分量方法。有些地震波能量也可通過(guò)水平地震檢波器被檢測(cè)到，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的消除。
在英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)GB-A-2273358中，提出使用線(xiàn)性約束自適應(yīng)聚束和自適應(yīng)干擾消除聚束來(lái)抑制地面波的方法。該方法過(guò)濾被地震檢波器陣列檢測(cè)到的信號(hào)并將它們以某種方式相加，以維護(hù)從優(yōu)先方向發(fā)出的信號(hào)，同時(shí)抑制從其他方向發(fā)出的干擾。濾波通過(guò)使用連續(xù)地自適應(yīng)方法連同對(duì)用來(lái)構(gòu)成主要通道和參考通道的地震反射和地面波進(jìn)行擴(kuò)散差分實(shí)現(xiàn)。建議的應(yīng)用是鉆井，當(dāng)使用一鉆頭作為地震源時(shí)，由于鉆頭的緩慢移動(dòng)，地面波是有效平穩(wěn)的，且每個(gè)源接收器位置產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。這保證了用于本方法的自適應(yīng)濾波器的算法的隨機(jī)變化率類(lèi)型是能夠收斂的。然而，在表面地震實(shí)驗(yàn)中，地面波的表現(xiàn)通常是不平穩(wěn)且不均勻的，算法的隨機(jī)變化率類(lèi)型可能非常慢而不能在信號(hào)包絡(luò)內(nèi)收斂。
美國(guó)專(zhuān)利5,237,538提出從地震數(shù)據(jù)中消除附加噪聲的方法。該方法首先指出噪聲的擴(kuò)散特征，定義并提取了包含噪聲的空間-時(shí)間門(mén)，并消除擴(kuò)散以平滑噪聲系列。這樣，幅度和時(shí)間的變化就從門(mén)被消除。附加噪聲通過(guò)聚束控制(beamsteer)算子(在此情況下是常規(guī)的疊加)被估計(jì)或通過(guò)在傅利葉變換域的f-x濾波被估計(jì)。使用短的三到五個(gè)點(diǎn)的單獨(dú)濾波器，濾波噪聲估計(jì)被從包含信號(hào)-加-噪聲的數(shù)據(jù)道中減去。相反的幅度尺度被用來(lái)消除早期幅度補(bǔ)償?shù)挠绊?。信?hào)于是被擴(kuò)散存儲(chǔ)到原始地震記錄。該方法用于地面波衰減時(shí)有一些顯著的缺點(diǎn)。首先，特別地對(duì)于較短的陣列，信號(hào)總是泄漏到地面波估計(jì)中。實(shí)際上，總有一個(gè)信號(hào)分量出現(xiàn)在干擾通道中，其在時(shí)間上與主要通道中的信號(hào)共位。在另一方面，當(dāng)陣列被容許更長(zhǎng)一些時(shí)，地面波的分散出現(xiàn)使得難以完成有效的聚束。
根據(jù)本發(fā)明，一種在離散時(shí)間間隔([1，2，...，T])中從離散的帶噪聲地震信號(hào)中過(guò)濾噪聲的方法，所述方法包括以下步驟-使用所述帶噪聲地震信號(hào)對(duì)所述時(shí)間間隔決定至少一個(gè)參考通道(x(t))作為對(duì)所述噪聲的估計(jì)；-決定M個(gè)時(shí)間局部濾波器(w(i，t))的系數(shù)，所述濾波器構(gòu)成濾波器組，M為大于等于2的數(shù)，通過(guò)最小化表示所述濾波器組的輸出誤差的量度的代價(jià)函數(shù)(J(t))；及-應(yīng)用所述的濾波器組到至少一個(gè)估計(jì)(x(t))以決定所述噪聲的M個(gè)濾波估計(jì)。
代價(jià)函數(shù)(J(t))最好是時(shí)間的全局量，代表所述濾波器組在時(shí)間間隔([1，2，...，T])的全部輸出的誤差量度。
進(jìn)而代價(jià)函數(shù)(J(t))可被最小化，利用當(dāng)在時(shí)間域所述窗函數(shù)重疊時(shí)，對(duì)相同的信號(hào)，M個(gè)濾波器(w(i，t))的相鄰濾波器的輸出，被窗函數(shù)加權(quán)后的和是相等的近似。
推薦的方法包括將M個(gè)濾波估計(jì)與時(shí)間窗函數(shù)(h(i，t))相乘的步驟。
時(shí)間窗函數(shù)的特征在于要求只有相鄰窗重疊。
時(shí)間窗函數(shù)，及所得時(shí)間窗對(duì)混合分量的應(yīng)用，保證了濾波器在時(shí)間上是局部的，且容許該方法參照一全局最優(yōu)判據(jù)從地震信號(hào)中自適應(yīng)地消去噪聲，例如通過(guò)最小化濾波信號(hào)在時(shí)間上的均方值來(lái)解決濾波信號(hào)的最優(yōu)化問(wèn)題。
本發(fā)明可用于二維(2D)和三維(3D)地震測(cè)量，可被用于陸地地震，海洋地震包括海底地震，及過(guò)渡區(qū)地震。
該方法可在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或剛被采集的原始地震數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)。原始地震數(shù)據(jù)可根據(jù)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)處的方法被過(guò)濾。這保證了從數(shù)據(jù)采集點(diǎn)得到“干凈的”信號(hào)，且可被以這種形式從站點(diǎn)直接下載。這減少了必須被發(fā)送以進(jìn)行離站分析的數(shù)據(jù)量及減少了與積累足夠多的帶噪聲數(shù)據(jù)用于離站分析有關(guān)的代價(jià)和存儲(chǔ)問(wèn)題。該方法可用于單傳感器記錄，即用于將兩個(gè)或多個(gè)地震傳感器的信號(hào)混合成的任意組形式之前的記錄。
噪聲或干擾信號(hào)可在經(jīng)過(guò)自適應(yīng)濾波器之前被預(yù)處理，通過(guò)將信號(hào)分解到不同的頻段，例如通過(guò)使用正交鏡象濾波器。其允許要被處理的數(shù)據(jù)點(diǎn)在數(shù)量上的減少，也允許在自適應(yīng)濾波器中的系數(shù)在數(shù)量上的減少。
數(shù)據(jù)選擇時(shí)間窗函數(shù)最好由兩條要求決定，其一是在任何給定時(shí)間所有窗的和等于一個(gè)單位，其二是只有相鄰窗重疊。這些要求保證了被過(guò)濾信號(hào)的全局優(yōu)化可通過(guò)使用一個(gè)近似來(lái)解決，對(duì)所有時(shí)間和所有濾波器和所有相鄰濾波器的和，相鄰濾波器的誤差函數(shù)被與濾波器自身相關(guān)的誤差函數(shù)代替。
數(shù)據(jù)選擇時(shí)間窗函數(shù)的應(yīng)用將被用來(lái)解決過(guò)濾信號(hào)的優(yōu)化問(wèn)題的方程解耦合。所得的解耦合方程可被例如主分量方法或代替地衰減的最小平方方法求解。
當(dāng)對(duì)方程解耦合使用主分量方法被解時(shí)，主分量的個(gè)數(shù)可以被調(diào)整以改變?yōu)V波的程度并得到所希望的濾波準(zhǔn)確度。信噪比越小，用于完成濾波的主分量的個(gè)數(shù)越多。
推薦的自適應(yīng)濾波通過(guò)使用濾波器，或由許多局部濾波器組成的濾波器組實(shí)現(xiàn)。每個(gè)局部濾波器可以是多通道濾波器。在本發(fā)明進(jìn)一步推薦的實(shí)施方式中，另一信號(hào)被用于配置自適應(yīng)濾波。
在基于陸地地震的測(cè)量中，參照本發(fā)明的方法中用到的地震數(shù)據(jù)信號(hào)可通過(guò)至少兩種地震傳感器得到，典型地，地震檢波器，該傳感器分布于網(wǎng)絡(luò)上，其中每個(gè)傳感器都是獨(dú)立的，每個(gè)傳感器傳送數(shù)據(jù)到一處理裝置以被參照本發(fā)明濾波。網(wǎng)絡(luò)被定義為傳感器或地震檢波器的分布陣列，其中每個(gè)傳感器獨(dú)立于其他所有傳感器。這不同于現(xiàn)有技術(shù)的分布，其中每個(gè)地震檢波器分布于內(nèi)在相連的陣列上，且地震檢波器被在全部陣列平均以試圖在離站處理前減少噪聲如地面波的影響。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，濾波器的輸出信號(hào)可以被以迭代方式再次處理以進(jìn)一步過(guò)濾噪聲，典型地濾波器輸出信號(hào)被反饋到至少一個(gè)參考信號(hào)和濾波器中。
參考信號(hào)可由一系列技術(shù)產(chǎn)生，例如通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)信號(hào)的擴(kuò)散差分得到。
在另一技術(shù)中，參考信號(hào)可通過(guò)中值疊加(median stacking)得到。它抑制了與要被過(guò)濾的噪聲信號(hào)不同的擴(kuò)散的地震信號(hào)。這就減少了參考信號(hào)對(duì)感興趣地震信號(hào)的損害。
當(dāng)這兩種技術(shù)混合時(shí)，疊后信號(hào)的擴(kuò)散差分可跟在中值疊加法之后。
當(dāng)從多分量傳感器得到地震數(shù)據(jù)后，參考信號(hào)可通過(guò)對(duì)傳感器的每個(gè)分量極化濾波后得到。該方法可被用來(lái)增強(qiáng)從相鄰傳感器得到的參考信號(hào)，其對(duì)三維勘探非常先進(jìn)，即三個(gè)分量，也可與擴(kuò)散差分混合。
通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明及附圖，本發(fā)明的這些和其他特點(diǎn)，推薦的實(shí)施方式及其變形，可能的應(yīng)用及先進(jìn)性將會(huì)被熟練的技術(shù)人員理解。


圖1示出了使用聚束方法進(jìn)行自適應(yīng)消除的現(xiàn)有技術(shù)方法的處理框圖。
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)干擾消除方法。
圖2B示出了圖2A方法的一個(gè)變形。
圖3示出了在自適應(yīng)干擾消除中使用的用來(lái)支持濾波器系數(shù)的數(shù)據(jù)信號(hào)采樣。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明對(duì)參考通道采用擴(kuò)散(moveout)差分的數(shù)據(jù)自適應(yīng)多通道濾波器組。
圖5示出了在自適應(yīng)干擾消除中使用的用來(lái)支持濾波器系數(shù)的數(shù)據(jù)信號(hào)采樣的替換方式。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明基于擴(kuò)散差分和中值疊加方法的參考通道的產(chǎn)生。
圖7示出了基于中值疊加和擴(kuò)散差分方法的參考通道的產(chǎn)生。
圖8示出了基于極化差分的參考通道的產(chǎn)生。
圖9示出了基于極化和擴(kuò)散差分的參考通道的產(chǎn)生現(xiàn)在參看附圖，圖1示出了在例如GB-A-2273358中說(shuō)明的線(xiàn)性抑制自適應(yīng)多通道聚束陣列。相同輸入10，12從兩列傳感器產(chǎn)生，輸入10從主要源或傳感器發(fā)出，隨后的輸入12′，12″…，12N從參考源或輔助傳感器發(fā)出。輸入10包括帶噪聲的信息負(fù)載信號(hào)。
參考輸入12′，12″…，12N被包含局部自適應(yīng)濾波器14′，14″…，14N的自適應(yīng)多通道濾波器處理，處理后的分量在加法器16上被混合以產(chǎn)生輸出信號(hào)y(t)18。
該濾波使用時(shí)間連續(xù)的自適應(yīng)方法實(shí)現(xiàn)，即最小均方法(LMS)以?xún)?yōu)化濾波器性能。然而，隨機(jī)變化率類(lèi)型算法如最小均方法可能會(huì)收斂太慢，以致不能產(chǎn)生無(wú)噪聲信號(hào)的估計(jì)，當(dāng)附加噪聲為非平穩(wěn)和非均勻的時(shí)，例如在表面地震時(shí)遇到的情況。地面波噪聲通常是彌散的，這經(jīng)常表現(xiàn)為非平穩(wěn)特性。
根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)干擾消除方法，當(dāng)計(jì)算自適應(yīng)濾波器系數(shù)時(shí)，估計(jì)了相位和幅度擾動(dòng)的影響及地震信號(hào)傳播的影響。這使得自適應(yīng)干擾消除方法對(duì)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的相位和幅度擾動(dòng)具有耐韌性。
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明從地震信號(hào)過(guò)濾噪聲的方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括許多地震檢波器Gn，n＝1，…，N24′，24″，…，24N，其記錄了一般形式的信號(hào){gnj(t)n＝1，…，N；j＝1，2 3}，其中j指多分量記錄，例如3C地震檢波器記錄。為避免與圖1混淆，應(yīng)注意此時(shí)字母N用來(lái)表示傳感器的個(gè)數(shù)，而字母K(見(jiàn)下)值表示通道的最大數(shù)目。
地震檢波器24為在一網(wǎng)絡(luò)中放置在地表的分開(kāi)的傳感器，用來(lái)檢測(cè)相應(yīng)于源波在地球內(nèi)的地層處通過(guò)反射產(chǎn)生的地震波。地震檢波器彼此互不相連，其用來(lái)提供一系列輸入到主要和參考通道產(chǎn)生器26。使用壓力傳感器如水聽(tīng)器的等效系統(tǒng)，可代替地震檢波器被使用。
收到所述記錄信號(hào)的信號(hào)產(chǎn)生器26指明了主要通道d(t)28，其帶有被附加干擾n0(t)損害的信息負(fù)載信號(hào)s(t)，即[1]d(t)＝s(t)+n0(t)及干擾參考信號(hào)通道xk(t)30[2] xk(t)＝F{gnj(t)}其中k＝1，…，K表示參考通道的數(shù)目。運(yùn)算符F可以是用于記錄信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)參考通道的任何運(yùn)算，參考通道可被看作附加干擾的第一次估計(jì)。因此，有以下假設(shè)相對(duì)于xk(t)與n0(t)的互相關(guān)，信號(hào)s(t)與主要通道中的干擾n0(t)的互相關(guān)，及與參考通道xk(t)的互相關(guān)可忽略不計(jì)。例如，運(yùn)算符F可為從已知的許多方法中選出的一種。一些用來(lái)產(chǎn)生參考信號(hào)30的特別先進(jìn)的方法在下面被討論。
參考通道xk(t)被作為自適應(yīng)濾波器組34的一系列局部自適應(yīng)濾波器32′，32″，…32M、加法器36’，36”，…36M、乘法器38’，38”，…38M和混合器40處理，以產(chǎn)生輸出信號(hào)[3]---Y(t)=Σi=1MΣk=1KΣτ=0L-1hi(t)wikτxk(t-τ)]]>其中Wikτ(t)是自適應(yīng)濾波器的可調(diào)整的系數(shù)，hi(t)是在輸出末端用到的窗函數(shù)，M是局部多通道自適應(yīng)濾波器的個(gè)數(shù)(或輸出窗的個(gè)數(shù))，L是每個(gè)通道的的系數(shù)的個(gè)數(shù)。每個(gè)自適應(yīng)濾波器可以是圖1所示類(lèi)型的多式[3]可被改寫(xiě)為使用抽頭-輸入向量x(t)在時(shí)間t的標(biāo)量積的(加窗)和，定義為x(t)≡[x1(t)，...，x1(t-L+1)，[4] x2(t)，...，x2(t-L+1)，xK(t)，...，xK(t-L+1)]T抽頭-加權(quán)向量wi定義為wi(t)≡[wi10(t)，...，wi1(L-1)(t-L+1)，[5] wi20(t)，...，wi2(L-1)(t-L+1)，wiK0(t)，...，wiK(L-1)(t-L+1)]T濾波器組輸出被與主輸入混合以產(chǎn)生一過(guò)濾后的輸出信號(hào)e(t)44，[6] e(t)＝d(t)-y(t)在圖2A中主輸入在每個(gè)濾波器32的輸出端求和。一個(gè)決定e(t)的等價(jià)方法如圖2B所示，其中窗函數(shù)hi(t)與每個(gè)濾波器的輸出相乘，在所有輸出被混合后加上主要通道。
信號(hào)e(t)也可作為誤差信號(hào)，代價(jià)函數(shù)J被定義為等于對(duì)全部采樣值輸入的e2(t)的和，即[7]---J=Σt=1Te2(t)]]>其中T是采樣值的總個(gè)數(shù)。代價(jià)函數(shù)J對(duì)應(yīng)于全部的誤差能量，通過(guò)最小化代價(jià)函數(shù)，也就是最小化全局判據(jù)，e(t)就變?yōu)閟(t)即無(wú)噪聲純信號(hào)的最小平方估計(jì)。
最小化全局判據(jù)的一個(gè)方法是使用窗函數(shù)hi(t)以保證濾波器在時(shí)間上是局部的，即陣列具有有限的時(shí)間跨度，且可處理非平穩(wěn)的噪聲。窗口可以是100個(gè)采樣值長(zhǎng)的矩形窗。
窗42被下式約束[8]---Σi=1Mhi(t)=1]]>對(duì)t＝1，2，...，T，其中T為采樣值的總個(gè)數(shù)，且[9]hi(t)hj(t)＝0對(duì)j≠i-1，i，i+1。第一個(gè)限制保證了濾波器組34等效于單濾波器情況，如果所有局部濾波器32是相同的。第二個(gè)限制保證了窗口具有緊湊支持性。利用這兩個(gè)限制能夠解決誤差信號(hào)e(t)的全局最優(yōu)化。
優(yōu)化問(wèn)題是[10]---minw1,...,wMΣt=1Te2(t).]]>總的誤差能量可被擴(kuò)展為Σt=1Te2(t)=Σt=1T[Σi=1Mhi(t)fi(t)]2=]]>[11]---=Σt=1T[Σi=1Mhi2(t)fi2(t)+Σi=1MΣj=i-1i+1hi(t)hj(t)fi(t)fj(t)]]]>其中fi(t)是與局部濾波器wi相關(guān)的局部誤差函數(shù)[12]---fi(t)=d(t)-wiT(t)x(t).]]>從式[11]可見(jiàn)最優(yōu)化問(wèn)題導(dǎo)致了關(guān)于濾波器的大量聯(lián)立方程組。使用第二個(gè)條件，式[9]加在窗上及下面對(duì)方程[11]第二項(xiàng)的近似[13]，方程可被分解。Σt=1TΣi=1NΣj=i-1i+1hi(t)hj(t)fi(t)fj(t)≈]]>[13]---Σt=1TΣi=1NΣj=i-1i+1hi(t)hj(t)fi2(t)]]>首先這是一個(gè)非常適度的近似，式[11]中近似的第二項(xiàng)遠(yuǎn)小于第一項(xiàng)，其次該近似比wi≈wi+1或wi≈wi-1更適合。式[13]的近似要求，當(dāng)用于在相鄰窗重疊的時(shí)間域上相同的輸入數(shù)據(jù)時(shí)，相鄰的濾波器產(chǎn)生相似的結(jié)果，而不是要求相鄰濾波器在點(diǎn)到點(diǎn)的基礎(chǔ)上相似。因此，該近似等同于要求兩個(gè)函數(shù)的積分是近似的，而不是要求函數(shù)本身。
雖然優(yōu)化導(dǎo)致了大量關(guān)于濾波器的聯(lián)立方程組的產(chǎn)生，式[13]的近似分解了優(yōu)化因此[14]---minw1,...,wMΣt=1Te2(t)⇔minwiΣt=1Thi(t)f2(t)]]>其中I＝1，2，...M。
求濾波器組分量的矩陣標(biāo)準(zhǔn)方程可被得到，例如通過(guò)設(shè)變化率為零，或通過(guò)正交定理，對(duì)[15]---[Σt=1Thi(t)x(t)xT(t)]wi=Σt=1Thi(t)d(t)x(t).]]>這可通過(guò)不同的方法被解，其中兩種方法是主分量法和衰減最小平方法。
式[15]的右邊可被解釋為相關(guān)矩陣φ與濾波器系數(shù)的乘積。φ的奇異值分解是[15.1]---Φ=Σn=1KLσnununT,]]>其中σ1＞σ2＞...＞σNL是奇異值。奇異值分解給出了好的結(jié)果，即使矩陣是病態(tài)條件的。應(yīng)用奇異值分解的另一優(yōu)點(diǎn)是它允許主分量方法的使用。
在系統(tǒng)和控制理論文獻(xiàn)中，術(shù)語(yǔ)′主分量′是指在平方矩陣的奇異值分解中的優(yōu)勢(shì)項(xiàng)，例如參見(jiàn)B.C.Moore，″Principal component analysis inlinear systemscontrollability，observability，and model reduction″，IEEETrans.Autom.Control，Vol.AC-26，pp.17-31，1981。
對(duì)應(yīng)于矩陣φ的主分量矩陣φ1是[15.2]---Φ1=Σn=1pσnununT]]>其中1≤p≤NL。主分量矩陣φ1提供給φ最優(yōu)低秩近似值。式[15]的最優(yōu)化問(wèn)題可通過(guò)確定逆φ1-1解決。
主分量方法混合時(shí)間延遲以定義濾波器支持(support)的使用允許濾波器集中于波的分量(即地面波)，其具有一定的擴(kuò)散并附加在擴(kuò)展的數(shù)據(jù)集范圍中。進(jìn)一步，只使用給定數(shù)目的主分量導(dǎo)致只有最具優(yōu)勢(shì)的附加分量會(huì)影響濾波器系數(shù)的計(jì)算。主分量的數(shù)目是可調(diào)整的參數(shù)，其允許用戶(hù)改變?yōu)V波器的長(zhǎng)度。使用的主分量的數(shù)目越多，濾波越強(qiáng)。通常，信噪比越小，應(yīng)該被應(yīng)用的濾波越強(qiáng)。
解矩陣方程的另一替換方法是衰減最小平方方法，使用Φ2=Φ+ϵ2I=Σn=1NL(σn+ϵ2)ununT]]>[15.3]---Φ2-1=(Φ+ϵ2I)-1=Σn=1NL(σn+ϵ2)-1ununT]]>其中I是NL×NL單位矩陣，ε2是一個(gè)小的參數(shù)。在衰減最小平方方法中，在具有小的相關(guān)奇異值的分量被忽略的意義上，病態(tài)條件被防止，主分量結(jié)果被近似。主分量的分布只有輕微的改變。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，由于矩陣φ+ε2I是對(duì)稱(chēng)的，它可被使用如Cholesky分解解決，該方法比奇異值分解快得多。
而在如上所述的本發(fā)明的變形中，依靠主要地面波速度，最小信號(hào)保護(hù)間隔和濾波器長(zhǎng)度，多通道濾波器支持在應(yīng)用的開(kāi)始被固定。該建立對(duì)水平分量作為參考的應(yīng)用不理想，由于垂直和水平分量間的有效擴(kuò)散在三個(gè)通道間不固定。改變?yōu)V波器長(zhǎng)度可能會(huì)不錯(cuò)，為了局部地調(diào)整多通道濾波器支持，以便跟隨最高相關(guān)的擴(kuò)散。
下面，產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的方法使用的干擾參考通道30的幾個(gè)方法將被通過(guò)舉例進(jìn)行描述。
方法1-基于擴(kuò)散差分的多參考通道在地震采集中，反射能量的擴(kuò)散通常與附加噪聲如地面波的擴(kuò)散不同。該性能可被用到自適應(yīng)干擾消除中以抑制地面波。圖3示出了從地震測(cè)量中得到的地震軌跡(traces)的實(shí)例。地震反射46的擴(kuò)散和地面波48的擴(kuò)散有不同的變化率?？梢钥吹?，地面波具有比地震反射陡峭的斜度。在主要通道50，即中央軌跡上，地震信號(hào)在地面波的某個(gè)相位被疊加。在相鄰軌跡上，地面波的相同相位沒(méi)有與地震信號(hào)重疊。因此，通過(guò)對(duì)相鄰地震道的適度采樣，可得到用于自適應(yīng)干擾消除的噪聲參考。采樣區(qū)52、54提供作用于參考通道的濾波器系數(shù)的支持(support)，且由主要軌跡50的當(dāng)前采樣值定義的距離得到。多通道濾波器分量的相應(yīng)支持可通過(guò)適當(dāng)?shù)匮舆t主要通道和參考通道輸入被調(diào)整。采用所描述的產(chǎn)生參考通道的方法，所得到的數(shù)據(jù)自適應(yīng)多通道如圖4所示，其中與圖2所示的已描述過(guò)的部件等效的部件用相應(yīng)的參考數(shù)字顯示出來(lái)。在圖3和4中，[16] Δτ1＝τ0-τ1并且[17] Δτ2＝τ2-τ0-L其中L為與第二種采樣相關(guān)的自適應(yīng)濾波器使用的系數(shù)的個(gè)數(shù)。
為了圖示的目的，在本應(yīng)用余下部分，在要被濾波的軌跡的兩邊最近的軌跡被作為噪聲參考。
Δτi的選擇主要依靠?jī)蓚€(gè)因素，即為地震反射波形的自相關(guān)函數(shù)，和地面波的擴(kuò)散。地震反射波的自相關(guān)函數(shù)依賴(lài)于地震反射的功率譜。通常，在時(shí)間上被Δτi定義的窗被選擇大于延遲，其地震反射波的自相關(guān)函數(shù)具有可忽略的值。其次，最近軌跡的采樣被選擇，所有地面波的主要擴(kuò)散平分了采樣區(qū)域。這減少了影響，由于地面波的擴(kuò)散性和它的明顯速度范圍。
方法2-基于擴(kuò)散和時(shí)空相關(guān)差分的多參考通道目標(biāo)信號(hào)和干擾可以有不同的擴(kuò)散(視在速度)和時(shí)空相關(guān)。這經(jīng)常發(fā)生在表面地震采集中。地面波不只在擴(kuò)散上與反射信號(hào)不同，而且有比地震反射強(qiáng)的多的時(shí)空相關(guān)，特別是在時(shí)間方向。這使得用來(lái)定義方法1中列出的多通道濾波器分量的支持的準(zhǔn)則可被確定。圖5示出該準(zhǔn)則是如何用在從地震測(cè)量中得到的地震道的。地震信號(hào)56的擴(kuò)散和地面波58的擴(kuò)散具有不同的變化率。濾波器支持的兩個(gè)域被說(shuō)明為主要通道60的每個(gè)最近的地震道的兩邊，至于圖3中的采樣，采樣區(qū)或?yàn)V波器支持62、64、66、68留出由t0定義的中央采樣值周?chē)囊粋€(gè)時(shí)間采樣值的距離。這是為了保護(hù)地震信號(hào)。
地面波通常具有比地震信號(hào)大的多的在時(shí)間尺度上的時(shí)間相關(guān)，在這種情況下，中央軌跡(即主要通道)的適當(dāng)部分70，72可被作為參考。
該準(zhǔn)則在很多應(yīng)用中都很有用。當(dāng)選擇兩個(gè)參考通道，相對(duì)于方法1中描述的直接地面波的發(fā)出方向，一個(gè)通道是隨機(jī)的，另一個(gè)是反隨機(jī)的，輸出將包含反射波，以及趨前波(一個(gè)領(lǐng)先的事件)，其大約為該事件低通的一半，以及一個(gè)相似的滯后波(一個(gè)延遲的事件)。如果在所有處理步驟中都要求最小相位響應(yīng)，就不希望出現(xiàn)趨前波。如果參考通道是通過(guò)使用相對(duì)于主要通道更接近信源的參考軌跡確定的，或通過(guò)使用相對(duì)于輸出點(diǎn)是隨機(jī)的參考軌跡的部分，則只有延遲波會(huì)出現(xiàn)在濾波數(shù)據(jù)中。
當(dāng)干擾參考只通過(guò)使用時(shí)間延遲以定義濾波器支持而產(chǎn)生，而沒(méi)有使用任何預(yù)處理，參考通道的反射波的出現(xiàn)會(huì)在處理過(guò)的主要通道上產(chǎn)生小的趨前波和/或滯后波。
例如，當(dāng)兩個(gè)相鄰軌跡被用作參考時(shí)，趨前波和滯后波被產(chǎn)生。該影響也能在頻域被觀察到當(dāng)參考通道集中于與主要通道中的地面波有相同極性的地面波相位時(shí)，每個(gè)濾波器的低頻增益約為-1/K，其中K是參考通道的個(gè)數(shù)。這樣，在零頻率處的總響應(yīng)為空。
衰減(roll-off)依賴(lài)于K；對(duì)K＝4，角頻率約為5Hz，對(duì)K＝2，角頻率約為11-12Hz。響應(yīng)在中間頻率也顯示出相同的增益。當(dāng)參考通道集中在與主要通道中的地面波相位相反極性的地面波相位時(shí)，每個(gè)濾波器的低頻增益約為+1/K。于是就沒(méi)有低頻衰減，通常在中間頻率具有衰減。
由于具有正和負(fù)極性的響應(yīng)非?；パa(bǔ)，對(duì)同樣的數(shù)據(jù)分別用不同的極性實(shí)現(xiàn)兩次自適應(yīng)干擾消除是可能的，在每個(gè)頻率從兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中選擇響應(yīng)幅度最高的響應(yīng)，其在絕大部分頻率上大于1個(gè)單位。這樣，在絕大多數(shù)頻率上反卷積增益小于1個(gè)單位，這就減少了噪聲而更理想地維持了地震反射波形。
方法3-基于中值疊加的單個(gè)參考通道對(duì)一系列數(shù)字的中值濾波是通過(guò)將一矩形窗傳至該序列，并將該序列中的每個(gè)點(diǎn)用集中于當(dāng)前點(diǎn)的窗內(nèi)點(diǎn)的中值替代的方法實(shí)現(xiàn)的。該1-D中值濾波運(yùn)算可應(yīng)用于在一特定方向上的2-D數(shù)據(jù)集以得到在那個(gè)方向的發(fā)出波形分量估計(jì)。
參考通道可通過(guò)使用圖6所示的中值疊加運(yùn)算沿主要擴(kuò)散增加地面波被產(chǎn)生。疊加運(yùn)算采用了典型的3到5個(gè)相鄰軌跡被完成。如圖6所示，傳感器，或地震檢波器，72，74，76產(chǎn)生參考軌跡78、80和主要軌跡82。這些軌跡用于疊加運(yùn)算。與該法或傳統(tǒng)運(yùn)算法不同，中值運(yùn)算并不抹掉地震反射(其與地面波不具有相同的擴(kuò)散)，而是抑制它們。因此，由中值疊加運(yùn)算產(chǎn)生的參考通道90包含了對(duì)干擾地面波的更好估計(jì)，且可能比傳統(tǒng)平均疊加法更少地?fù)p壞感興趣的地震信號(hào)。該方法可在重疊窗上比實(shí)現(xiàn)以重新調(diào)整疊加擴(kuò)散。
方法4-基于中值疊加和擴(kuò)散差分的多參考通道通過(guò)先應(yīng)用中值疊加114再進(jìn)行時(shí)移τ1、τ2以產(chǎn)生參考通道x1(t)、x2(t)可進(jìn)一步發(fā)展先前的實(shí)施方式。圖7證明了五個(gè)軌跡91、92、93、94、96是怎樣被用來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)參考通道的。通過(guò)中值濾波被泄漏的信號(hào)能量被進(jìn)一步抑制。本實(shí)施方式在過(guò)濾從少量地震檢波器或聽(tīng)音器發(fā)出的少量軌跡時(shí)特別有用。
方法5-基于極化差分的單參考通道地面波和地震反射經(jīng)常有不同極性，地震反射是線(xiàn)性極化的而地面波經(jīng)常表現(xiàn)為橢圓性極化的。當(dāng)?shù)卣鸩ū欢喾至總鞲衅骰虻卣饳z波器測(cè)量的時(shí)候，極化濾波通過(guò)固有的極性被用來(lái)區(qū)別地震事件。
從多分量傳感器產(chǎn)生的分量的極化濾波得到參考通道的方法示于圖8，多分量傳感器116檢測(cè)反射波的三個(gè)正交分量ux118、uy120、uz122。極化濾波器124過(guò)濾橢圓型極化的地面波信號(hào)，且過(guò)濾后的信號(hào)被用作自適應(yīng)干擾消除的噪聲參考126。初始的未過(guò)濾軌跡128被作為主要通道。自適應(yīng)濾波器的使用減少了殘余能量因此改進(jìn)了地震波衰減。該方法使用從單個(gè)三分量(3C)地震檢波器發(fā)出的數(shù)據(jù)并可被用于每個(gè)獨(dú)立分量以恢復(fù)地面波衰減多分量數(shù)據(jù)。
方法6-基于極化和擴(kuò)散差分的多參考通道如圖9所示，該方法使用至少是3C的參考地震檢波器130，132和主要地震檢波器134。主要檢波器產(chǎn)生主要通道136，如在時(shí)間t0處定義。極化濾波器138和140如方法4中所用，用來(lái)過(guò)濾橢圓型極化的地面波信號(hào)和產(chǎn)生參考軌跡142、144。參考軌跡142、144被延遲t1和t2以便根據(jù)方法1中描述的擴(kuò)散差分方法采樣參考軌跡。延遲的參考軌跡被用來(lái)提供參考通道。采用兩個(gè)參考檢波器實(shí)現(xiàn)該方法是可能的，主要通道從過(guò)濾前的一個(gè)分量得到。
在得到參考通道的該方法中，兩個(gè)完全獨(dú)立的判據(jù)擴(kuò)散和極化被同時(shí)用來(lái)在地震信號(hào)和地面波之間求差分。該方法比方法4具有更強(qiáng)的衰減地面波的能力。
方法7-使用迭代自適應(yīng)干擾消除產(chǎn)生的多參考通道如上所述，自適應(yīng)干擾消除的概念依賴(lài)于在噪聲參考通道中信號(hào)分量的消失。事實(shí)上，這是不可能的，總是有一些信號(hào)的泄漏。從剛開(kāi)始運(yùn)行的自適應(yīng)干擾消除中估計(jì)的噪聲可以被用作第二個(gè)運(yùn)行的噪聲參考，其改進(jìn)了從原始數(shù)據(jù)得到的信號(hào)和噪聲的分離。采用迭代方法，利用過(guò)濾后的輸出信號(hào)持續(xù)地改進(jìn)了輸出信號(hào)，可被使用多次且認(rèn)為是先進(jìn)的。對(duì)具有多參考通道的方法，該方法仍有增加有效陣列口徑且只在計(jì)算復(fù)雜性上有線(xiàn)性增加的效果。
方法8-參量波形域分解作為參考產(chǎn)生器在參量波形域分解中，分解地震數(shù)據(jù)集到其分支波形域的問(wèn)題被作為參量求逆，其中每個(gè)波形域被它的傅利葉分量和頻率無(wú)關(guān)參數(shù)(如明顯的慢速)建模。該方法通過(guò)最小化頻域中模型與數(shù)據(jù)波形間的最小平方誤差解得波形域參數(shù)。由于明顯慢速的參數(shù)非線(xiàn)性地進(jìn)入問(wèn)題，基于變化率的搜索技術(shù)被用來(lái)決定最優(yōu)參數(shù)值。通過(guò)在每一頻率解一線(xiàn)性系統(tǒng)然后進(jìn)行傅利葉反變換，波形域被從數(shù)據(jù)中重構(gòu)。
參量波形域分解方法可用于最初將數(shù)據(jù)分為地面波和地震反射信號(hào)分量中。由參量波形域分解提供的地面波估計(jì)隨后被自適應(yīng)干擾消除法作為噪聲參考使用。參量波形域分解通?？赏瓿珊玫牡孛娌ㄅc信號(hào)的分離；然而它受數(shù)據(jù)中幅度和時(shí)間波動(dòng)的影響?；旌鲜褂脜⒘坎ㄐ斡蚍纸夂妥赃m應(yīng)干擾消除則有改進(jìn)的效果。
本實(shí)施方式可進(jìn)一步發(fā)展為，首先使用參量波形域分解然后時(shí)間移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生參考通道。在參量波形域分解中可能泄漏的信號(hào)能量被進(jìn)一步抑制。參量波形域分解的實(shí)例可見(jiàn)C.Esmersoy，″Inversion of P and SV wavesfrom muiticomponent offset vertical seismic profiles，″Geophysics，Vol.55，PP.39-50，1990。
方法9-水平分量作為參考通道在多分量記錄中，絕大多數(shù)被壓縮的體波能量在垂直分量。水平分量(橫向和徑向的)包含地面波和剪切波能量，因此可被作為自適應(yīng)干擾消除中的干擾參考。與基于假設(shè)地面波為橢圓型極化的極化濾波方法不同，這種3-C自適應(yīng)干擾消除假設(shè)局部地(在時(shí)間域)，垂直與水平地面波分量之間有某種未知的聯(lián)系，并有效地估計(jì)了該聯(lián)系。由于地震反射信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)在水平分量中，參考通道通過(guò)對(duì)水平分量進(jìn)行時(shí)移而產(chǎn)生。
采用水平傳感檢波器作為表面波檢測(cè)器用于自適應(yīng)過(guò)濾垂直分量的一般思想?yún)⒁?jiàn)G.A.Crews和D.R.Martinez的專(zhuān)利(美國(guó)_A_4,890,264)的描述。
現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)三維表面測(cè)量，即基于陸地的測(cè)量的方法。
3-D勘測(cè)的實(shí)現(xiàn)在3-D表面地震堪測(cè)中，目前的實(shí)踐是利用檢波器的2-D地震檢波器的天線(xiàn)陣列且對(duì)源位置的變化的水平分布收集數(shù)據(jù)。這些陣列典型地包含24個(gè)地震檢波器，輸出信號(hào)通過(guò)硬連接檢波器及對(duì)它們的輸出求和得到。
本文描述的自適應(yīng)干擾消除可用于3-D勘測(cè)中，其具有地震檢波器陣列模式，或網(wǎng)絡(luò)，例如帶中央檢波器的六邊形分布。如果直接地面波的發(fā)出方向(或，等效地，源位置)沒(méi)有在處理時(shí)刻被提供，它可通過(guò)互相關(guān)任意參考軌跡與其他軌跡被估計(jì)。每個(gè)軌跡被依次作為主要通道，并選擇一系列相應(yīng)的參考軌跡，這樣在主要軌跡和參考軌跡之間就存在足夠的地面波擴(kuò)散。通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的方法得到的所有過(guò)濾過(guò)的軌跡被以常規(guī)聚束(平均運(yùn)算)或中值疊加方法疊加。每個(gè)過(guò)濾后的軌跡的延遲為不同的1和2值保證了信號(hào)的趨前和滯后特征通常是不被強(qiáng)調(diào)的，而地震反射被強(qiáng)調(diào)。
這些檢波器網(wǎng)的表面維數(shù)遠(yuǎn)小于目前使用的連接天線(xiàn)陣列。另外，過(guò)濾后的軌跡的隨后疊加比目前的實(shí)踐更多地維持了信號(hào)帶寬，特別對(duì)于大的源到接收器的偏置。
使用完備重構(gòu)濾波器組的實(shí)現(xiàn)在絕大多數(shù)地震勘探中，附加噪聲只占可得時(shí)間帶寬的小部分。例如，在本文使用的測(cè)試數(shù)據(jù)，奈奎斯特頻率為250Hz，而絕大部分地面波能量在30Hz以下。為減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)，集中濾波作用到附加噪聲所在頻段是希望的。達(dá)到此目標(biāo)的一種方法是增加QMF(正交鏡象濾波器)完備重構(gòu)濾波器組到使用自適應(yīng)多道濾波器組的噪聲抑制系統(tǒng)。因此，兩個(gè)濾波器組被有效地包含在系統(tǒng)中。QMF濾波器組在使用自適應(yīng)濾波前將軌跡分解到頻段并抽取，然后用于重新合成。使用QMF濾波器組抽取減少了要處理的點(diǎn)數(shù)并允許自適應(yīng)濾波器系數(shù)的減少，明顯節(jié)省了計(jì)算機(jī)處理時(shí)間和對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的要求。
由于在QMF濾波器組設(shè)計(jì)中需要頻率重疊，在頻帶間存在一些泄漏。該泄漏的影響可通過(guò)展寬處理頻段被解決。對(duì)殘余地面波的附加抑制可通過(guò)構(gòu)成被視為簡(jiǎn)單K-域?yàn)V波器或聚束器的常規(guī)組被完成。根據(jù)本發(fā)明的本方法避免了如地面波之類(lèi)的混疊噪聲出現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理問(wèn)題。
當(dāng)?shù)卣饳z波器(或源)的采樣間隔大于奈奎斯特定理的要求時(shí)出現(xiàn)混疊的地面波。在有些采集幾何中，這可通過(guò)設(shè)計(jì)減少在該域采用的地震檢波器(與/或源)的個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
要求合適的采樣的方法，如k或f-k域?yàn)V波器不能有效地分離信號(hào)和地面波，如頻域(f或f-k)濾波器在變換域?yàn)樾盘?hào)和噪聲分配明確的區(qū)域來(lái)將地震信號(hào)和地面波一步分離那樣。混疊的出現(xiàn)阻止了這樣做。根據(jù)本發(fā)明的方法不變換數(shù)據(jù)，所以它不被混疊影響。它集中于噪聲并消除它；剩余的信號(hào)為過(guò)濾后的信號(hào)。
現(xiàn)在討論根據(jù)本發(fā)明的方法用于真實(shí)數(shù)據(jù)集合時(shí)與傳統(tǒng)方法的比較。所用數(shù)據(jù)集合從一般的接收器集中得到，其中連續(xù)射點(diǎn)的位置相距4米。為了能考察對(duì)疊前信號(hào)和噪聲兩者的處理效果，增加了兩個(gè)合成反射。對(duì)處理的進(jìn)一步評(píng)價(jià)在給數(shù)據(jù)集增加任意尖峰噪聲后被實(shí)現(xiàn)。
傳統(tǒng)的分組技術(shù)的性能被相鄰道在滑動(dòng)窗內(nèi)的算術(shù)平均仿真。對(duì)一傳統(tǒng)的六個(gè)檢波器的組(20米組)，某些地面波抑制可被完成，但增加了地震事件的失真。
當(dāng)在自適應(yīng)干擾消除中使用已知的歸一化算法分析數(shù)據(jù)時(shí)，歸一化的LMS算法無(wú)法跟蹤地面波。采用LMS算法自適應(yīng)干擾消除抑制地面波的效果有限。LMS算法不能足夠快地收斂以跟上地面波的瞬變和非平穩(wěn)性質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的方法用于測(cè)試數(shù)據(jù)集，多通道濾波器組的使用很好地維護(hù)了地震反射，地面波被有效地抑制。在本例設(shè)k＝2，即對(duì)每個(gè)主要通道有兩個(gè)參考通道，L＝30，即每個(gè)道有30個(gè)系數(shù)，輸出窗是長(zhǎng)度為100的矩形窗，Δτ1＝Δτ2＝3個(gè)采樣值；p＝5是使用的主分量個(gè)數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的方法除用于地面波外還可用于不相干的噪聲源，如海洋地震勘探或海底勘探中的輪船噪聲和鉆井噪聲。
在海洋環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)在海洋地震勘探中，聲音源產(chǎn)生從水中傳到地球內(nèi)的波。這些波隨后被表面下的地層結(jié)構(gòu)反射或折射，返回水中并通過(guò)常的水聽(tīng)器陣列被記錄，水聽(tīng)器陣列被拖到地震船后水面的附近。水聽(tīng)器被固定在拖纜上，通常有2-12個(gè)拖纜被拖著，每個(gè)拖纜通常有幾公里長(zhǎng)。拖纜由100米長(zhǎng)的部分組成；每部分由里面的水聽(tīng)器和浸油外殼組成。拉力繩和墊圈構(gòu)成了拖纜的骨架。
當(dāng)拖纜被拖到船后時(shí)，由于源的變化產(chǎn)生了自-噪聲。船的搖晃，特別在浪大的海上，導(dǎo)致拉力繩的振蕩，拉力繩與連接器和油浸外殼相互作用，產(chǎn)生沿著拖纜傳播的凸起波(或呼吸波)。壓力變化被水聽(tīng)器檢測(cè)到，增加并損壞了檢測(cè)到的地震信號(hào)。隨著拖纜在水中的移動(dòng)，邊界層擾動(dòng)導(dǎo)致在外層壁的壓力波動(dòng)，其也傳到水聽(tīng)器中。
根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)干擾消除方法可直接用于凸起波。先前的針對(duì)地震勘測(cè)的自適應(yīng)干擾消除不得不使用特殊的傳感器(傳感器或過(guò)載傳感器)來(lái)形成噪聲參考通道，參見(jiàn)美國(guó)4821241，美國(guó)5251183。根據(jù)本發(fā)明的方法只通過(guò)水聽(tīng)器數(shù)據(jù)來(lái)形成噪聲參考通道。使用3分量數(shù)據(jù)或極化濾波的方法不能用于拖纜噪聲問(wèn)題，但其他方法可用。
在有些海洋地震勘測(cè)中，存在從交叉線(xiàn)方向發(fā)出到拖纜的干擾。出現(xiàn)這種干擾的一種情況為由油井的鉆探活動(dòng)產(chǎn)生。由于可以有至少兩個(gè)拖纜在船后，在干擾方向構(gòu)成的水聽(tīng)器陣列將沒(méi)有足夠的水聽(tīng)器陣列以使用常規(guī)的聚束，或數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)多通道濾波，例如f-k濾波。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)干擾消除方法可直接用于此問(wèn)題。沿著交叉線(xiàn)的陣列，干擾將有更大的擴(kuò)散，和明顯地慢于地震信號(hào)，在應(yīng)用自適應(yīng)干擾消除方法時(shí)這一特點(diǎn)被利用。
根據(jù)本發(fā)明的方法的使用允許用來(lái)采集地震數(shù)據(jù)的地震檢波器或水聽(tīng)器在數(shù)量上有明顯減少。
權(quán)利要求
1.在時(shí)間間隔([1，2，...，T])中從離散的帶噪聲地震信號(hào)中過(guò)濾噪聲的方法，所述方法包括以下步驟-使用所述帶噪聲地震信號(hào)對(duì)所述時(shí)間間隔決定至少一個(gè)參考通道(x(t))作為對(duì)所述噪聲的估計(jì)；-決定M個(gè)時(shí)間局部濾波器(w(i，t))的系數(shù)，所述濾波器構(gòu)成濾波器組，M為大于或等于2的數(shù)，通過(guò)最小化表示所述濾波器組的輸出誤差的量度的代價(jià)函數(shù)(J(t))；及-應(yīng)用所述的濾波器組到至少一個(gè)估計(jì)(x(t))以決定所述噪聲的M個(gè)濾波估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中代價(jià)函數(shù)(J(t))是時(shí)間的全局函數(shù)，代表所述濾波器組在時(shí)間間隔([1，2，...，T])的全部輸出的誤差量度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括將M個(gè)濾波估計(jì)與時(shí)間窗函數(shù)(h(i，t))相乘的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中時(shí)間窗函數(shù)的特征在于要求只有相鄰窗重疊。
5.權(quán)利要求3的方法，其中，利用當(dāng)在時(shí)間域所述窗函數(shù)重疊時(shí)，對(duì)相同信號(hào)的M個(gè)濾波器(w(i，t))的相鄰濾波器的輸出的窗函數(shù)加權(quán)后的和是相等這一近似，代價(jià)函數(shù)(J(t))被最小化。
6.權(quán)利要求1的方法，其中作為輸入的離散帶噪聲信號(hào)是從在任何組形式技術(shù)前的獨(dú)立地震傳感器中發(fā)出的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)的方法，其中過(guò)濾輸出信號(hào)的全局最優(yōu)化是通過(guò)主分量方法解決的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)的方法，其中過(guò)濾輸出信號(hào)的全局最優(yōu)化是通過(guò)衰減最小平方方法解決的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中主分量的個(gè)數(shù)被調(diào)整以改變?yōu)V波程度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中自適應(yīng)濾波是通過(guò)使用包括一系列濾波器的濾波器裝置完成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中局部濾波器是多通道濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中過(guò)濾輸出信號(hào)被用迭代的方式再處理以進(jìn)一步過(guò)濾噪聲。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中參考信號(hào)是通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)的擴(kuò)散差分得到的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)的方法，其中參考信號(hào)是通過(guò)中值疊加方法得到的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中中值疊加后面是疊加信號(hào)的擴(kuò)散差分。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)的方法，其中地震數(shù)據(jù)從多分量傳感器得到，參考信號(hào)通過(guò)對(duì)傳感器得到的每個(gè)分量進(jìn)行極化濾波得到。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中極化濾波與擴(kuò)散差分混合。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法的迭代的使用，其中在先前濾波方法的應(yīng)用中確定的濾波噪聲估計(jì)被用作隨后濾波步驟中的噪聲估計(jì)。
19.權(quán)利要求1的方法在陸地、海洋、或過(guò)渡區(qū)的2D或3D地震勘測(cè)中的使用。
全文摘要
一種用于在時(shí)間間隔([1,…,T])從離散帶噪聲的地震信號(hào)中過(guò)濾噪聲的方法被提出,所述方法包括以下步驟:利用所述帶噪聲的地震信號(hào)對(duì)所述時(shí)間間隔確定至少一個(gè)參考通道(X(t))作為所述噪聲的估計(jì);確定M個(gè)時(shí)間局部濾波器(w(i,t))的系數(shù),所述濾波器構(gòu)成濾波器組,M為大于或等于二的數(shù),通過(guò)最小化代表所述濾波器組輸出的誤差的量度的代價(jià)函數(shù)(J(t));并將所述濾波器組用于所述的至少一個(gè)估計(jì)(x(t))以確定所述噪聲的M個(gè)濾波估計(jì)。濾波估計(jì)與時(shí)間窗(hi(i,t))相乘。
文檔編號(hào)G01V1/28GK1207177SQ97191638
公開(kāi)日1999年2月3日 申請(qǐng)日期1997年1月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月9日
發(fā)明者阿利·奧茲博克 申請(qǐng)人:格庫(kù)公司