[发明专利]利用不同深度震源提高海上地震数据分辨率的分频匹配滤波方法

摘要

本发明公开了一种利用不同深度气枪震源提高海上地震数据分辨率的方法。它是将气枪分别置于不同深度处激发，记录每个震源的近场子波，通过模拟得到远场子波，由于海面强波阻抗界面的存在，在远场子波的频谱上就会出现陷波点，且浅部气枪震源高频信息丰富，深部震源低频优势明显，并呈周期性延伸。对远场子波进行频谱分析，确定各个子波的优势频带，在浅部子波的高频优势段保持不变，仅在低频端以深部震源远场子波为期望输出，计算得到分频段匹配滤波器，然后应用于所有的浅部气枪震源采集到的地震记录中，从而实现了两个不同深度震源子波的优势组合，拓宽了海上地震数据的频带，提高了分辨率。

主权项

一种利用不同深度气枪震源提高海上地震数据分辨率的方法，其特征在于它的步骤如下：1）在不同深度处激发气枪震源得到近场子波：将气枪震源分别放置在同一海水平面位点的不同深度激发，利用距离震源垂直上方的水听器记录得到震源近场子波；2）模拟得到远场子波：假设在同一海水平面位点的深度分别为h1和h2处激发，水听器记录到近场子波分别为x1(t)和x2(t)，由于海面强波阻抗界面的存在，在子波传到大于100米即远场时，波形中就包含有虚反射的成分，则相应的远场子波为：x1(t)的远场子波x1＇(t)为：x1＇(t)=[x1(t)+Rx1(t+2h1/V)]/(r+2h1)        (1)x2(t)的远场子波x2＇(t)为：x2＇(t)=[x2(t)+Rx2(t+2h2/V)]/(r+2h2)        (2)其中，R为海平面反射系数，V为子波在海水中的传播速度,r为子波传播距离，t为子波在海水中的传播时间；3）求取分频匹配滤波器：假设h1 Y ( f ) = X 1 ( f ) ( 0 < f < f 1 ) Y ( f ) = X 2 ( f ) ( f 1 ≤ f < f 2 ) . . . . . . . . . . . . - - - ( 3 ) 其中，Y(f)、X1(f)和X2(f)分别为y(t)、x1(t)和x2(t)的傅立叶变换；假定浅部震源数据为输入，设计分频匹配滤波器p(t)，使其满足：y(t)＝x1(t)*p(t)            (4)利用最小平方法求解方程(4)，可以得到维纳方程：Apj=b                       (5)其中，A是x1(t)的自相关函数；pj为分频匹配滤波器，b是x1(t)和y(t)的互相关函数；将(4)式变换到频率域进行求解，得到：P(f)=Y(f)/X1(f)                (6)将(3)中Y(f)的表达式代入上式，得到： P ( f ) = 1 ( 0 < f < f 1 ) P ( f ) = X 2 ( f ) / X 1 ( f ) ( f 1 ≤ f < f 2 ) . . . . . . . . . . . . - - - ( 7 ) 在(f1≤f P ( f ) = X 2 ( f ) X 1 ( f ) = X 2 ( f ) X 1 ( f ) ‾ X 1 ( f ) X 1 ( f ) ‾ + α 2 - - - ( 8 ) 其中α为预白百分比，P(f)为一复数形式，则实际应用的只对振幅谱作改变的分频匹配滤波器Pr(f)应满足： P r ( f ) = 1 ( 0 < f < f 1 ) P r ( f ) = | P ( f ) | ( f 1 ≤ f < f 2 ) . . . . . . . . . . . . - - - ( 9 ) 对Pr(f)做傅立叶反变换即可得到时间域分频匹配滤波器p(t)；假设所求频带为（f1～f2），对于截止频率f1，可以设定镶边函数H1(f)，使其满足： H 1 ( f ) = P r ( f ) | f = f 1 H 1 ( f ) = 1 | f = f 1 - Δ f 1 H 1 ′ ( f ) = P r ′ ( f ) | f = f 1 H 1 ′ ( f ) = 0 | f = f 1 - Δ f 1 - - - ( 10 ) 同理，对于截止频率f2，镶边函数H2(f)应满足： H 2 ( f ) = P r ( f ) | f = f 2 H 2 ( f ) = 1 | f = f 2 - Δ f 2 H 2 ′ ( f ) = P r ′ ( f ) | f = f 2 H 2 ′ ( f ) = 0 | f = f 2 - Δ f 2 - - - ( 11 ) 其中Δf1、Δf2分别为镶边函数H1(f)、H2(f)的频域长度；在得到H1(f)、H2(f)的表达式之后得到最终的分频匹配滤波器Pr(f)： P r ( f ) = 1 ( 0 < f ≤ f 1 - Δ f 1 ) P r ( f ) = H 1 ( f ) ( f 1 - Δ f 1 < f ≤ f 1 ) P r ( f ) = | P ( f ) | ( f 1 < f ≤ f 2 ) P r ( f ) = H 2 ( f ) ( f 2 < f ≤ f 2 + Δ f 2 ) . . . . . . . . . . . . - - - ( 12 ) 通过对Pr(f)做傅立叶反变换最终可以得到镶边后的分频匹配滤波器pr(t)；4）匹配滤波：用分频匹配滤波器pr(t)对浅部震源采集的数据做匹配处理，y(t)＝x(t)*pr(t)                (13)其中x(t)为浅部震源采集数据，y(t)为滤波后数据，*为褶积运算符。