[发明专利]一种地震纵横波波场分离与去噪方法

摘要

一种地震纵横波波场分离与去噪的方法，步骤为：将采样点的地震数据读取到二维数组中；将原始地震数据正常时差校正；对第一次正常时差校正后的地震数据奇异值分解；提取目标信号的奇异值重构信号；将重构后的数据进行正常时差反校正；将正常时差反校正后的数据按输入时的地震数据格式输出，实现地震P-P波分离与去噪；将分离P-P波后的地震记录正常时差校正；对第二次正常时差校正后的地震记录奇异值分解；提取目标信号的奇异值重构信号；重构后的数据正常时差反校正；将正常时差反校正后的数据按输入时的地震数据格式输出，实现地震P-S波场分离与去噪；将正常时差反校正后的数据按输入时的地震数据格式输出，具有地震纵、横波分离彻底的特点。

主权项

一种地震纵横波波场分离与去噪的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：将含有m道，每道有n个采样点的地震数据读取到二维数组F1中；第二步：依据纵波叠加速度和P‑P反射波时距规律，将原始地震数据F1进行正常时差校正，得到L1。正常时差的确定方法为： Δt = t - t 0 = t 0 2 + x 2 v P 2 - t 0 其中：Δt为P‑P反射波正常时差，x为偏移距，t是偏移距为x的旅行时，t0为零炮检距情况下的旅行时，vP为P波叠加速度；第三步：对第一次正常时差校正后的地震数据L1进行奇异值分解： L 1 = U 1 Σ 1 V 1 T 其中，上角T表示转置，U1由L1L1T的特征值向量构成，V1由L1TL1的特征值向量构成，∑1由奇异值构成，奇异值由大到小排列在矩阵的主对角线上： Σ 1 = σ 1,1 0 σ 1,2 O 0 σ 1 , m 其中σ1，1，σ1，2Λσ1，m为L1的奇异值；第四步：对∑1进行处理，提取目标信号的奇异值∑2重构信号，得到L2；可将信号分为两类进行重构，具体如下：(1)奇异值分解低通滤波，提取P‑P波场： L Lp 1 = Σ j = 1 p 1 σ 1 , j u j v j T 其中：上角T表示转置，LLp1为奇异值分解低通滤波后重构的信号，j为奇异值序号，p1为L1的秩，且1≤p1≤m，σ1，j为L1的第j个奇异值，uj为L1L1T的第j个特征向量，vj为L1TL1的第j个特征向量；(2)奇异值分解高通滤波，分离出其它地震信号： L Hp 1 = Σ j = q 1 m σ 1 , j u j v j T 其中：上角T表示转置，LHp1为奇异值分解高通滤波后重构的信号，j为奇异值序号，q1为L1的秩，且1≤q1≤m，m为地震总道数，σ1，j为L1的第j个奇异值，uj为L1L1T的第j个特征向量，vj为L1TL1的第j个特征向量；p1和q1的选择取决于奇异值的相对大小，具体做法是通过奇异值σ1，j的下标j的函数曲线来确定；根据实际滤波情况，L2为LLp1、LHP1之一；第五步：依据纵波叠加速度和P‑P反射波时距规律，将重构后的数据L2进行正常时差反校正后得到F2；对于其它波场，正常时差反校正后得到F3。正常时差的确定方法为： Δt = t - t 0 = t 0 2 + x 2 v P 2 - t 0 其中：Δt为P‑P反射波正常时差，x为偏移距，t是偏移距为x的旅行时，t0为零炮检距情况下的旅行时，vP为P波叠加速度；第六步：将正常时差反校正后的数据F2按输入时的地震数据格式输出，便完成了正常时差校正与奇异值分解联合实现地震P‑P波分离与去噪；第七步：依据纵、横波叠加速度和P‑S反射波时距规律，将分离P‑P波后的地震记录F3进行正常时差校正，得到L3。正常时差的确定方法为： Δt PS = t PS - t 0 PS = 1 v P ( x P 2 + z 2 - z ) + 1 v S ( x S 2 + z 2 - z ) 其中：ΔtPS为转换反射波正常时差，xP为震源到转换点的距离，xS为转换点到接收点的距离，tPS是偏移距为(xP+xS)的旅行时，t0PS为零炮检距情况下的旅行时，vP为P波叠加速度，vS为S波叠加速度，z为反射界面深度；第八步：对第二次正常时差校正后的地震记录L3进行奇异值分解： L 3 = U 3 Σ 3 V 3 T 其中，其中U3由L3L3T的特征值向量构成，V3由L3TL3的特征值向量构成，∑3由奇异值构成，奇异值由大到小排列在矩阵的主对角线上： Σ 3 = σ 3,1 0 σ 3,2 O 0 σ 3 , m 其中σ31，σ3，2Λσ3，m为L3的奇异值；第九步：对∑3进行处理，提取目标信号的奇异值∑4重构信号，得到L4；可将信号分为两类进行重构，具体如下：(1)奇异值分解低通滤波，提取P‑S波场： L Lp 2 = Σ j = 1 p 2 σ 3 , j u j v j T 其中：上角T表示转置，LLp2为奇异值分解低通滤波后重构的信号，j为奇异值序号，p2为L3的秩，且1≤p2≤m，σ3，j为L3的第j个奇异值，uj为L3L3T的第j个特征向量，vj为L3TL3的第j个特征向量；(2)奇异值分解高通滤波，分离出其它噪声。 L Hp 2 = Σ j = q 2 m σ 3 , j u j v j T 其中：上角T表示转置，LHp2为奇异值分解高通滤波后重构的信号，j为奇异值序号，q2为L3的秩，且1≤q2≤m，m为地震总道数，σ3，j为L3的第j个奇异值，uj为L3L3T的第j个特征向量，vj为L3TL3的第j个特征向量；p2和q2的选择取决于奇异值的相对大小，具体做法是通过奇异值σ3，j的下标j的函数曲线来确定；根据实际滤波情况，L4为LLp2、LHP2之一；第十步：依据纵、横波叠加速度和P‑S反射波时距规律，将重构后的数据L4进行正常时差反校正后得到F4；对于其它噪声，正常时差反校正后得到F5。正常时差的确定方法为： Δt PS = t PS - t 0 PS = 1 v P ( x P 2 + z 2 - z ) + 1 v S ( x S 2 + z 2 - z ) 其中：ΔtPS为转换反射波正常时差，xP为震源到转换点的距离，xS为转换点到接收点的距离，tPS是偏移距为(xP+xS)的旅行时，t0PS为零炮检距情况下的旅行时，vP为P波叠加速度，vS为S波叠加速度，z为反射界面深度；第十一步：将正常时差反校正后的数据F4按输入时的地震数据格式输出，便完成了正常时差校正与奇异值分解联合实现了地震P‑S波场分离与去噪；第十二步：将正常时差反校正后的数据F5按输入时的地震数据格式输出，便完成了正常时差校正与奇异值分解联合实现了地震波场去噪处理。