一种消除空间假频干扰的方法、系统、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，更具体地，特别是指一种消除空间假频干扰的方法、系统、设备和存储介质。

背景技术

在地震数据采样不足或采样不规则情况下，会产生空间假频干扰，这种干扰会对后续的一系列的地震资料处理造成严重影响，例如，倾角滤波、速度分析、偏移及相干属性提取等。因此，许多的地球物理学家从不同的角度采用不同的方法消除空间假频干扰，其中，大多数是从地震道插值及规则化处理等方面降低采样间隔，满足采样定理需要，但是这样会无形中增加地震数据量，甚至是几倍增加，为后续处理和解释环节产生昂贵的计算成本。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种消除空间假频干扰的方法、系统、计算机设备及计算机可读存储介质，本发明在不改变原数据大小情况下，设置一种特定滤波器将空间假频和未被污染的地震数据能量分离开来，这样可能大大的降低生产投入成本，具有一定的实际应用价值。

基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种消除空间假频干扰的方法，包括如下步骤：对输入三维地震数据的当前道集中的每一道沿时间方向做一维傅里叶正变换以得到频率空间域的地震道集；构建频率慢度域第一变换算子和第二变换算子，并计算所述第一变换算子的第一共轭矩阵以及第二变换算子的第二共轭矩阵；在所有频率内利用所述第一共轭矩阵和第二共轭矩阵对所述地震道集进行处理以得到频率慢度域数据体；将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量；将所述第一变换算子和第二变换算子作用于所述非混叠的地震数据得到频率空间域地震数据体；以及将所述频率空间域地震数据体沿时间方向做一维傅里叶反变换得到时间空间域的消除空间假频干扰的最终地震数据。

在一些实施方式中，所述将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量包括：在频率慢度域内设置三维滤波器，将频率慢度域划分成三个滤波区间，以使得未被污染的能量映射到保留区，空间假频能量映射到切除区，其他能量映射到过渡区。

在一些实施方式中，所述在频率慢度域内设置三维滤波器包括：将第一方向的第一奈奎斯特波数和第二方向的第一奈奎斯特波数中的较大值作为空间假频混叠和非混叠区的界线。

在一些实施方式中，所述将第一方向的第一奈奎斯特波数和第二方向的第一奈奎斯特波数中的较大值作为空间假频混叠和非混叠区的界线包括：根据设计采集观测系统的纵测线的间距计算第一方向的第一奈奎斯特波数，根据设计采集观测系统的非纵测线的间距计算第二方向的第一奈奎斯特波数，并比较所述第一方向的第一奈奎斯特波数和所述第二方向的第一奈奎斯特波数。

本发明实施例的另一方面，提供了一种消除空间假频干扰的系统，包括：变换模块，配置用于对输入三维地震数据的当前道集中的每一道沿时间方向做一维傅里叶正变换以得到频率空间域的地震道集；算子模块，配置用于构建频率慢度域第一变换算子和第二变换算子，并计算所述第一变换算子的第一共轭矩阵以及第二变换算子的第二共轭矩阵；处理模块，配置用于在所有频率内利用所述第一共轭矩阵和第二共轭矩阵对所述地震道集进行处理以得到频率慢度域数据体；滤波模块，配置用于将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量；执行模块，配置用于将所述第一变换算子和第二变换算子作用于所述非混叠的地震数据得到频率空间域地震数据体；以及反变换模块，配置用于将所述频率空间域地震数据体沿时间方向做一维傅里叶反变换得到时间空间域的消除空间假频干扰的最终地震数据。

在一些实施方式中，所述滤波模块配置用于：在频率慢度域内设置三维滤波器，将频率慢度域划分成三个滤波区间，以使得未被污染的能量映射到保留区，空间假频能量映射到切除区，其他能量映射到过渡区。

在一些实施方式中，所述滤波模块配置用于：将第一方向的第一奈奎斯特波数和第二方向的第一奈奎斯特波数中的较大值作为空间假频混叠和非混叠区的界线。

在一些实施方式中，所述滤波模块配置用于：根据设计采集观测系统的纵测线的间距计算第一方向的第一奈奎斯特波数，根据设计采集观测系统的非纵测线的间距计算第二方向的第一奈奎斯特波数，并比较所述第一方向的第一奈奎斯特波数和所述第二方向的第一奈奎斯特波数。

本发明实施例的又一方面，还提供了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述指令由所述处理器执行时实现如上方法的步骤。

本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时实现如上方法步骤的计算机程序。

本发明具有以下有益技术效果：

(1)本申请将地震数据变换在频率慢度域可以充分利用水平方位角和垂直出射角的信息，表征出空间假频能量的分布位置；

(2)本申请是以去噪的思路，将空间假频作视为噪音，在特定变换域，实现噪音与有效信号的分离，这样可以降低计算成本；

(3)本申请在消除空间假频方面，设计了一种对称滤波器，将空间假频与有效信号映射到不同的滤波区域，其中，空间假频能量映射到切除区，有效信号映射到保留区，实现滤波的过程；

(4)本申请以第一奈奎斯特波数为界限，将所有频率范围内高于第一奈奎斯特波数的平面波进行了分解，这样，消除的空间假频更为精确，同时设置了平面波分解的过渡区域，降低对有效信号的损伤；

(5)本申请的关键参数易于控制，便于后续的大数据量处理，更加方便工业生产应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本发明提供的消除空间假频干扰的方法的实施例的示意图；

图2为空间采样间隔为10米不含空间假频干扰的三维理论模型时间空间域地震道集示意图；

图3为空间采样间隔为50米含空间假频干扰的三维理论模型时间空间域地震道集示意图；

图4为将图2地震道集变换到频率慢度域的结果示意图；

图5为将图3地震道集变换到频率慢度域的结果示意图；

图6为将图2地震道集变换到时间慢度域抽取垂直方向等斜坡切片显示的结果示意图；

图7为将图3地震道集变换到时间慢度域抽取垂直方向等斜坡切片显示的结果示意图；

图8为将图5地震道集在频率慢度域进行空间假频滤波处理再变换到时间慢度域抽取垂直方向等斜坡切片显示的结果示意图；

图9为将图2地震道集变换到时间慢度域抽取水平方向等时切片显示的结果示意图；

图10为将图3地震道集变换到时间慢度域抽取水平方向等时切片显示的结果示意图；

图11为将图5地震道集在频率慢度域进行空间假频滤波处理再变换到时间慢度域抽取水平方向等时切片显示的结果示意图；

图12为海洋实际地震数据测试示意图；

图13为图12的地震数据采用本申请实施例消除空间假频后的效果示意图；

图14为图12含空间假频的实际地震数据的FK谱示意图；

图15为图12消除空间假频后的实际地震数据的FK谱示意图；

图16为本发明提供的消除空间假频干扰的系统的实施例的示意图；

图17为本发明提供的消除空间假频干扰的计算机设备的实施例的硬件结构示意图；

图18为本发明提供的消除空间假频干扰的计算机存储介质的实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明实施例的第一个方面，提出了一种消除空间假频干扰的方法的实施例。图1示出的是本发明提供的消除空间假频干扰的方法的实施例的示意图。如图1所示，本发明实施例包括如下步骤：

S1、对输入三维地震数据的当前道集中的每一道沿时间方向做一维傅里叶正变换以得到频率空间域的地震道集；

S2、构建频率慢度域第一变换算子和第二变换算子，并计算所述第一变换算子的第一共轭矩阵以及第二变换算子的第二共轭矩阵；

S3、在所有频率内利用所述第一共轭矩阵和第二共轭矩阵对所述地震道集进行处理以得到频率慢度域数据体；

S4、将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量；

S5、将所述第一变换算子和第二变换算子作用于所述非混叠的地震数据得到频率空间域地震数据体；以及

S6、将所述频率空间域地震数据体沿时间方向做一维傅里叶反变换得到时间空间域的消除空间假频干扰的最终地震数据。

本发明实施例在不改变原地震数据大小的情况下，设计一种滤波器将空间假频能量和未被污染的地震数据能量分离出来，降低其计算成本。根据前人的研究成果认为空间假频与水平方向的采样不均和垂直方向的构造倾角及低层速度密切相关，那么，将地震数据映射到频率慢度域能够充分利用水平方位角和垂直出射角的信息，表征出空间假频和未被污染的地震数据能量的空间分布位置，使得空间假频具备了可分离性，根据snell定理可知空间假频具有大于奈奎斯特波数的能量特性，故不需要任何的先验信息和假设条件下，以第一奈奎斯特波数为界限，将高于此值的能量视为噪音，做平面波分解，实现消除空间假频过程。

对输入三维地震数据的当前道集中的每一道沿时间方向做一维傅里叶正变换以得到频率空间域的地震道集。

对输入三维地震数据的一个道集d(x,y,t)中的每一道沿时间方向做一维傅里叶正变换，得到频率空间域的地震道集D(x,y,ω)，其中，x和y分别为沿纵测线方向和垂直纵测线方向的坐标，t是旅行时坐标，ω是角频率。

构建频率慢度域第一变换算子和第二变换算子，并计算所述第一变换算子的第一共轭矩阵以及第二变换算子的第二共轭矩阵。

根据数学转换思路，构建频率慢度域第一变换算子L

p

利用变换算子矩阵L

在所有频率内利用所述第一共轭矩阵和第二共轭矩阵对所述地震道集进行处理以得到频率慢度域数据体。

在所有频率内，利用变换算子的共轭矩阵

将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量。

在一些实施方式中，所述将第一方向的第一奈奎斯特波数和第二方向的第一奈奎斯特波数中的较大值作为空间假频混叠和非混叠区的界线包括：根据设计采集观测系统的纵测线的间距计算第一方向的第一奈奎斯特波数，根据设计采集观测系统的非纵测线的间距计算第二方向的第一奈奎斯特波数，并比较所述第一方向的第一奈奎斯特波数和所述第二方向的第一奈奎斯特波数。

根据snell定理和采样定理，得到x和y方向的第一奈奎斯特波数公式：

Δx和Δy分别为设计采集观测系统的纵测线和非纵测线的间距，该值直接影响空间假频的产生。

在每一个频率波数平面内，一个平面波可表示为慢度p

K＝p

f为地震数据的计算频率，由公式f＝ω/2π可知，其中，ω为上文中提到的角频率，π为圆周率。

在一些实施方式中，所述在频率慢度域内设置三维滤波器包括：将第一方向的第一奈奎斯特波数和第二方向的第一奈奎斯特波数中的较大值作为空间假频混叠和非混叠区的界线。

将的第一奈奎斯特波数K

在一些实施方式中，所述将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量包括：在频率慢度域内设置三维滤波器，将频率慢度域划分成三个滤波区间，以使得未被污染的能量映射到保留区，空间假频能量映射到切除区，其他能量映射到过渡区。

在频率慢度域内，设计一个三维滤波器G(p

三维滤波器定义为：

p为斜率参数；k

分母为所有频率范围内的振幅叠加，a为振幅值；分子为特定斜率P值所对应的振幅叠加，ω为角频率变量，n为最大角频率值。

将频率慢度域地震数据M(p

将所述第一变换算子和第二变换算子作用到所述非混叠的地震数据能量得到频率空间域地震数据体。

将变换算子作用于非混叠的地震数据上，得到频率空间域地震数据体

将所述频率空间域地震数据体沿时间方向做一维傅里叶反变换得到时间空间域的消除空间假频干扰的最终地震数据。

将频率空间域地震数据

进行下一个道集处理，重复上述步骤直至所有道集处理结束。

本申请的频率慢度域空间假频消除方法，与常规消除空间假频的方法的发明优势在于：

(1)本申请是根据空间假频的影响因素，有针对性的研究了一种解决方法：空间假频主要与水平方向空间采样不均和垂直方向地下构造倾角、低层速度密切相关，而本申请将地震数据变换在频率慢度域可以充分利用水平方位角和垂直出射角的信息，表征出空间假频能量的分布位置；

(2)本申请的方法与常规消除空间假频思路不同，常规方法均是在地震插值和规则化处理等方面消除假频干扰，但也带来了计算成本的增加；本申请是以去噪的思路，将空间假频作视为噪音，在特定变换域，实现噪音与有效信号的分离，这样可以降低计算成本；

(3)本申请在消除空间假频方面，设计了一种对称滤波器，将空间假频与有效信号映射到不同的滤波区域，其中，空间假频能量映射到切除区，有效信号映射到保留区，实现滤波的过程；

(4)本申请以第一奈奎斯特波数为界限，将所有频率范围内高于第一奈奎斯特波数的平面波进行了分解，这样，消除的空间假频更为精确，同时设置了平面波分解的过渡区域，降低对有效信号的损伤；

(5)本申请的关键参数易于控制，便于后续的大数据量处理，更加方便工业生产应用。

需要特别指出的是，上述消除空间假频干扰的方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于消除空间假频干扰的方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在实施例之上。

基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种消除空间假频干扰的系统。如图16所示，系统200包括如下模块：变换模块，配置用于对输入三维地震数据的当前道集中的每一道沿时间方向做一维傅里叶正变换以得到频率空间域的地震道集；算子模块，配置用于构建频率慢度域第一变换算子和第二变换算子，并计算所述第一变换算子的第一共轭矩阵以及第二变换算子的第二共轭矩阵；处理模块，配置用于在所有频率内利用所述第一共轭矩阵和第二共轭矩阵对所述地震道集进行处理以得到频率慢度域数据体；滤波模块，配置用于将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量；执行模块，配置用于将所述第一变换算子和第二变换算子作用于所述非混叠的地震数据得到频率空间域地震数据体；以及反变换模块，配置用于将所述频率空间域地震数据体沿时间方向做一维傅里叶反变换得到时间空间域的消除空间假频干扰的最终地震数据。

在一些实施方式中，所述滤波模块配置用于：在频率慢度域内设置三维滤波器，将频率慢度域划分成三个滤波区间，以使得未被污染的能量映射到保留区，空间假频能量映射到切除区，其他能量映射到过渡区。

在一些实施方式中，所述滤波模块配置用于：将第一方向的第一奈奎斯特波数和第二方向的第一奈奎斯特波数中的较大值作为空间假频混叠和非混叠区的界线。

在一些实施方式中，所述滤波模块配置用于：根据设计采集观测系统的纵测线的间距计算第一方向的第一奈奎斯特波数，根据设计采集观测系统的非纵测线的间距计算第二方向的第一奈奎斯特波数，并比较所述第一方向的第一奈奎斯特波数和所述第二方向的第一奈奎斯特波数。

基于上述目的，本发明实施例的第三个方面，提出了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储器存储有可在处理器上运行的计算机指令，指令由处理器执行以实现如下步骤：S1、对输入三维地震数据的当前道集中的每一道沿时间方向做一维傅里叶正变换以得到频率空间域的地震道集；S2、构建频率慢度域第一变换算子和第二变换算子，并计算所述第一变换算子的第一共轭矩阵以及第二变换算子的第二共轭矩阵；S3、在所有频率内利用所述第一共轭矩阵和第二共轭矩阵对所述地震道集进行处理以得到频率慢度域数据体；S4、将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量；S5、将所述第一变换算子和第二变换算子作用于所述非混叠的地震数据得到频率空间域地震数据体；以及S6、将所述频率空间域地震数据体沿时间方向做一维傅里叶反变换得到时间空间域的消除空间假频干扰的最终地震数据。

在一些实施方式中，所述将所述频率慢度域数据体做空间假频滤波处理，提取出非混叠的地震数据能量包括：在频率慢度域内设置三维滤波器，将频率慢度域划分成三个滤波区间，以使得未被污染的能量映射到保留区，空间假频能量映射到切除区，其他能量映射到过渡区。

在一些实施方式中，所述在频率慢度域内设置三维滤波器包括：将第一方向的第一奈奎斯特波数和第二方向的第一奈奎斯特波数中的较大值作为空间假频混叠和非混叠区的界线。

在一些实施方式中，所述将第一方向的第一奈奎斯特波数和第二方向的第一奈奎斯特波数中的较大值作为空间假频混叠和非混叠区的界线包括：根据设计采集观测系统的纵测线的间距计算第一方向的第一奈奎斯特波数，根据设计采集观测系统的非纵测线的间距计算第二方向的第一奈奎斯特波数，并比较所述第一方向的第一奈奎斯特波数和所述第二方向的第一奈奎斯特波数。

如图17所示，为本发明提供的上述消除空间假频干扰的计算机设备的一个实施例的硬件结构示意图。

以如图17所示的装置为例，在该装置中包括一个处理器301以及一个存储器302。

处理器301和存储器302可以通过总线或者其他方式连接，图17中以通过总线连接为例。

存储器302作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的消除空间假频干扰的方法对应的程序指令/模块。处理器301通过运行存储在存储器302中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现消除空间假频干扰的方法。

存储器302可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据消除空间假频干扰的方法的使用所创建的数据等。此外，存储器302可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器302可选包括相对于处理器301远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至本地模块。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个消除空间假频干扰的方法对应的计算机指令303存储在存储器302中，当被处理器301执行时，执行上述任意方法实施例中的消除空间假频干扰的方法。

执行上述消除空间假频干扰的方法的计算机设备的任何一个实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时执行消除空间假频干扰的方法的计算机程序。

如图18所示，为本发明提供的上述消除空间假频干扰的计算机存储介质的一个实施例的示意图。以如图18所示的计算机存储介质为例，计算机可读存储介质401存储有被处理器执行时执行如上方法的计算机程序402。

最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，消除空间假频干扰的方法的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。

以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。

上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。