[发明专利]一种三分量地震槽波波场分离方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种槽波波场分离方法及系统，属于地震勘探技术领域，具体涉及一种三分量地震槽波波场分离方法及系统。

背景技术

目前用于地震槽波波场分离的文章鲜有见述，由于槽波中Rayleigh型和Love型槽波的物理构成及偏振特征不同，具体地，Rayleigh型槽波由P波和SV波干涉形成，它的质点在与波场传播方向平行、与煤层面垂直的平面内振动，质点振动轨迹呈椭圆状；Love型槽波仅由SH波干涉形成，质点振动方向与波场传播方向垂直、并且在与煤层面平行的平面内振动，振动轨迹为线状。槽波的上述差异性偏振特征与体波中纵、横波的极化特征相似，因此其波场分离一般借鉴用于纵横波分离的极化分析法。

在上述可借鉴的极化分析方法技术中，主要存在两种方法，具体如下。

现有技术1：

对地震数据的每一个检波器对应的地震信号逐道重复步骤(1)-(3)：

(1)根据采集到的三分量数据构建协方差矩阵；

(2)计算一段时窗内协方差矩阵的特征值及其对应的特征向量，并通过特征值和特征向量构建极化参数；

(3)构造不同的极化滤波器，保留具有某一组极化参数的地震波，即可达到波场分离的目的。

现有技术1的缺点：

(1)此类方法受时窗大小选择的限制较大，不同大小的时窗选择对应的波场分离结果差异较大；并且由于极化参数位于时窗的中心点位置，无法准确计算记录开始和结束数据对应的极化参数；

(2)此方法适用于体波分离，但体波和槽波的波场特征有很大区别，其中，纵横波波列较短，速度差异明显，并且都呈线性偏振；而Rayleigh型和Love型槽波波列长，具有明显的频散效应，速度差异不明显，分别呈椭圆偏振和线性偏振，因此不适合将上述方法直接应用于Rayleigh型和Love型槽波波场分离中。

现有技术2：

对地震数据的每一个检波器对应的地震信号逐道重复步骤(1)-(4)：

(1)对多分量数据开展时频变换；

(2)在时频域中，针对槽波多分量信号建立自适应协方差矩阵；

(3)计算协方差矩阵的特征值和对应的特征向量，并计算描述槽波极化振动特征的椭圆率和方位角参数；

(4)依据极化参数建立极化滤波函数，对槽波数据信号进行波场分离。

现有技术2的缺点：

(1)分离过程中利用的中间参数诸如椭圆率和方位角要依据经验选取，视煤岩特征不同各参数的选取也不尽相同，不利于广泛推广；

(2)分离质量会受到时频分辨率和环境噪音的影响。

综上所述，提供一种三分量地震槽波波场分离方法及系统，以解决上述问题，是地震勘探技术领域迫切需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术所存在的问题，本发明公开了一种三分量地震槽波波场分离方法。本发明根据Rayleigh型和Love型槽波偏振特征构建三分量数据构成方程；然后对三分量槽波波场偏振特征方程开展数学推导，降低方程的欠定程度；随后依据在地下介质较小尺度范围内煤岩结构及物性变化稳定的物理假设，将欠定问题转化为超定问题；最后选择精度较高的最小二乘法求解超定问题，分别求取Rayleigh型和Love型槽波波场。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种三分量地震槽波波场分离方法，包括以下步骤：

步骤1，根据Rayleigh型和Love型槽波偏振特征构建三分量数据构成方程；

步骤2，利用数学推导降低所述三分量数据构成方程的欠定程度；

步骤3，采用小时窗光滑约束将所述三分量数据构成方程的欠定问题转化为超定问题；

步骤4，利用最小二乘法求解所述超定问题，分别得到Rayleigh型和Love型槽波波场。

优选的，上述的一种三分量地震槽波波场分离方法，所述步骤1中的三分量数据构成方程为：

式中，X，Y和Z分别表示三个观测分量，L和R分别表示Love型槽波和Rayleigh型槽波，α表示L型槽波与X分量的夹角，β表示R型槽波平面分量与X分量的夹角，θ表示R型槽波与Z分量的夹角。

优选的，上述的一种三分量地震槽波波场分离方法，所述步骤2具体包括以下子步骤：

步骤2.1，利用所述三分量数据构成方程组第三个等式求解将R的表达式代入所述三分量数据构成方程组前两个表达式消去未知数R，得出式2：

步骤2.2，在所述式2的基础上消去L，得到式3：