[发明专利]一种基于加权叠加的时频域地震资料处理方法

说明书

技术领域

本发明属于地球物理勘探中的信号处理技术领域，具体涉及一种基于加权叠加的时频域地震资料处理方法。

背景技术

地震资料叠加是地震信号处理中三个关键环节(反褶积、叠加和偏移)之一，是许多后续数据处理的基础，叠加结果决定了地震资料的信噪比，时间、空间分辨率以及成像品质。传统的共反射点叠加方法在具有不同激发点和不同接收点的野外采集资料中选取具有共同炮检中心的地震道，经动、静校正后把对应的各道叠加在一起。叠加能够压制随机噪声和多次反射，使得叠加后的同相轴能量得到增强。从信号估计理论角度看，上述传统的基于振幅的叠加方法，只有当经校正以后的叠前数据中的所有道之间的噪声分量互不相关、满足正态分布、平稳并且等幅时才能达到最优的有效信号估计结果。实际中的噪声及干扰并非完全随机，上述条件不能完全得到满足。

另一方面，经过校正后的数据中存在的一些误差，也会影响对同相轴时间位置信息的判断，从而削弱叠加效果。这种误差的存在会形成非零相位的滤波效应，改变各叠加道的相位特性，使得叠加结果的分辨率降低。同时，传统基于振幅的线性叠加方式受大振幅事件影响较大，一些小振幅的有效信号在叠加过程中常被视作噪声而滤除。而利用波形信息(相位)来检测信号是一种提高弱信号检测能力的有效方式。说明书中所提到的叠加(Stacking)并非严格意义上的定义，传统叠加过程中的速度分析以及动静校正等步骤不在本文考虑的范畴内。除非特别说明，这里的叠加是指已经获得校正以后或偏移后的叠加前数据，再经过处理将其合成叠后数据的过程。

叠加过程本身就包含滤波操作，经过速度分析和静校正等操作之后的叠加前数据各元素间的时差和波形差异会随着叠加而减弱。而在实际的叠加前共中心点道集当中，由于剩余时差和噪声干扰造成的影响，直接通过振幅叠加方法得到的叠加资料品质并不是很高。另外，传统水平叠加方法对有效信号和噪声的一些假设条件也常常不能得到满足，从而无法达到最优的叠加效果。为解决上述问题，许多学者构造了各种权值函数w_j(t)来对叠加结果进行加权操作，对应的加权叠加过程如下式所示：式中：w_j(t)为权值函数；x_j(t)为第j道地震数据；y(t)为叠加后地震数据。权值函数可以根据不同的准则来定义，当w_j(t)＝1/N时，上式就退化为传统的线性叠加。权值的选取如果各道之间相同且不随时间变化，叠加过程还是一个线性的过程；如果各道的权值不同，就构成了非线性的加权叠加方法。Robinson提出的权值(未归一化)，就是利用叠前道每一道的噪声方差来调整最后的叠加结果。但是，实际中噪声方差比较难以估计，因此也限制了该方法的发展。

为了更好地度量各道之间的波形相似性，Schimmel和Paulssen提出一种由瞬时相位构造的权值函数对原始的线性叠加结果进行加权操作，称为相位加权叠加。其利用各叠前道波形形变不依赖于信号振幅，而依赖于相位相关性的特点，可以提高弱信号的检测能力，是一种振幅无偏的度量方式。上述叠加过程对应的叠加道的表达式为：

式中：N为地震道总数；x_j(t)为第j道地震数据；Φ_k(t)为第k道的瞬时相位；v为权值形状调节参数，当v＝0时，上式退化为传统线性叠加。

一般在求取上述权值时，会引入一个时窗进行滑动操作，对叠前信号进行分段处理。该相位加权叠加方法对时间偏移距比较敏感，因此需要精确的慢度估计结果。除了在时间域定义权值函数以外，也可以将加权方法扩展到联合时频域中。时频域地震资料加权叠加可以表示为：

当公式中采用的时频变换为线性变换时，如前所提到的S变换等，可以先获得时频域的加权叠加结果后再进行反变换，因此可以得到处理后的叠加前剖面。时频域的权值通常由振幅和相位等瞬时属性构造而成。

对时频域的振幅谱进行归一化操作是一种最简单的时频域叠加权值构造方法，此时形成的叠加权值如下式所示：

一般将引入上述权值的叠加过程称为自滤波过程，用于压制具有较小振幅的噪声和干扰信息。自滤波叠加方法和传统基于振幅的方法类似，也存在削弱小振幅有效信号的缺点。若叠前数据中存在剩余时差，通过此方法也无法得到明显地改善，故叠加效果并不好。Pinnegar和Eaton改进了上述方法，提出了利用整个叠前数据的时频域振幅谱来构造权值，其定义为：

式中：

V(f)＝min_τ{U^N(τ,f)}