Способ ослабления шумов в сейсмических данных на основе использования обратно-взвешенной фильтрации комплексной трассы

009352 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится, главным образом, к области сейсмических исследований. Более конкретно,оно связано с методами обработки сейсмических данных с целью уменьшения влияния шумов. Предшествующий уровень техники Сейсмические данные используются для изучения глубинного строения Земли и состава слагающих е горных пород. При регистрации сейсмических данных источник сейсмической энергии располагается в выбранной точке возле поверхности Земли, а один или несколько сейсмопримников устанавливаются на поверхности в окрестностях сейсмического источника. В качестве источника сейсмической энергии могут быть использованы взрывы, пневматические или гидравлические источники, вибраторы или группы таких устройств. Источник сейсмической энергии многократно возбуждается, и сейсмические колебания регистрируются в соответствии с временем прихода сигналов к одному или нескольким сейсмопримникам. Сейсмическая энергия распространяется преимущественно в нижнем направлении от источника,пока не достигнет одной или нескольких глубинных границ, различающихся акустическим импедансом. Здесь она отражается вверх и распространяется обратно через толщу Земли, пока не будет обнаружена одним или несколькими сейсмопримниками на поверхности Земли. Сейсмические исследования также проводятся на поверхности водной толщи (морская сейсморазведка), например, в океане, при этом пневматические или гидравлические источники упругих колебаний или группы таких источников, расположенных возле водной поверхности, буксируются специальным кораблм для проведения сейсмических исследований. Сейсмические примники буксируются этим же или другим кораблм. Независимо от того, где были зарегистрированы сейсмические данные - на суше или в водной толще, записи обнаруженной сейсмической энергии используются для изучения глубинного строения Земли и состава слагающих е горных пород. Обычно для получения сведений о глубинном строении среды используется время распространения отражнной сейсмической энергии от источника до одного или нескольких сейсмопримников. Для изучения состава пород могут быть использованы время распространения сейсмической энергии, а также такие параметры сейсмической волны, как амплитуда, фазовый и частотный состав. Для того чтобы точно определить глубинное строение и состав слагающих Землю пород, записи сейсмических данных должны быть в достаточной степени освобождены от влияния шумовых факторов. Шумы могут создаваться любым из большого числа возможных источников, включая шумы электронной аппаратуры в различных узлах регистрирующей системы, помехи в виде выбросов от внешних источников, включая сейсмические корабли при морских исследованиях, а также буровое или другое промышленное оборудование при наземной сейсморазведке. В сейсмике известно много способов ослабления влияния различных типов шумовых помех, присутствующих на записях сейсмических данных. Некоторые из известных в данной отрасли методов включают ослабление определнных компонентов в зарегистрированных сейсмических данных, например, составляющих за пределами выбранного частотного диапазона, или у которых амплитудный диапазон или другие характеристики сейсмических данных находятся вне выбранного значения, а также выше или ниже заданного порогового уровня. Известные в сейсморазведке методы, например, К (смешение трасс), F-K (частота - волновое число) и Tau-р (наклонное суммирование), которые применяются для обработки сейсмических данных с целью ослабления влияния шумов, очень чувствительны к межтрассовым статическим поправкам. Поэтому необходим устойчивый способ ослабления влияния шумов в сейсмических данных, который уменьшает восприимчивость к межканальной статике. Сущность изобретения Одним из аспектов изобретения является способ ослабления шумов в сейсмических данных. Способ в соответствии с этим аспектом изобретения включает вычисление огибающей трассы по меньшей мере для части по меньшей мере одной сейсмической трассы. Фильтрованная огибающая формируется из огибающей трассы. Затем фильтрованная огибающая преобразуется в фильтрованную трассу. Другие аспекты и преимущества изобретения будут очевидны из приведенного ниже описания и формулы. Перечень чертежей На фиг. 1 приведена блок-схема варианта способа в соответствии с изобретением; на фиг. 2 А показаны синтетические сейсморазведочные данные, полученные на основе использования отражающей модели, с тремя отражениями и двумя шумовыми выбросами; на фиг. 2 В показана синтетическая сейсмическая запись, приведенная на фиг. 1 А, после применения известного в сейсморазведке способа ослабления шумов; на фиг. 2 С показана синтетическая сейсмическая запись, приведенная на фиг. 1 А, после обработки с использованием одного из вариантов способа в соответствии с изобретением; на фиг. 3 А приведена запись взрыва (воспроизведение сейсмических данных в виде трасс, соответствующих времени и положению примников) перед обработкой; на фиг. 3 В показана запись взрыва, приведенная на фиг. 3 А, после фильтрации в соответствии с одним из вариантов изобретения; на фиг. 4 А иллюстрируется суммарный сейсмический разрез перед применением способа, реали-1 009352 зуемого изобретением; на фиг. 4 В приведен суммарный сейсмический разрез, изображнный на фиг. 4 А, после применения фильтра в соответствии с одним из вариантов изобретения; на фиг. 5 А-1, 5 А-2 и 5 А-3 показаны, соответственно, синтетическая сейсмическая запись, амплитудный и фазовый спектры, обработанные с применением известных в сейсморазведке методов; на фиг. 5 В-1, 5 В-2 и 5 В-3 показаны, соответственно, синтетическая сейсмическая запись, амплитудный и фазовый спектры, приведенные на фиг. 5 А, после ослабления шумов согласно изобретению; на фиг. 6 показан универсальный программируемый компьютер для реализации компьютерной программы в соответствии с изобретением. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения В одном из вариантов способа в соответствии с изобретением сейсмические данные обрабатываются во временной области. В приведенном ниже описании используется цифровое представление сейсмических данных, т.е. сейсмические данные запоминаются, воспроизводятся и обрабатываются как массив чисел, представляющих амплитуду сейсмического сигнала в выбранные интервалы времени, обычно индексируемые относительно времени срабатывания источника сейсмической энергии. Следует понимать,что описанный здесь процесс также применим и к сейсмическим данным, представленным в аналоговой форме. Сначала, в соответствии с блок-схемой, изображнной на фиг. 1, сейсмические данные в блоке 8 в виде трасс могут быть преобразованы в комплексную область в блоке 10. Для сейсмической трассы во временной области, представленной S(t), где S является амплитудой сейсмического сигнала в какой-либо момент времени t, огибающая комплексной трассы E(t) может быть определена по сигналу S(t) и его комплексно-сопряженной составляющей S(t) по формуле в которой комплексно-сопряженная составляющая S(t) представляет преобразование Гильберта сейсмического сигнала S(t) или, альтернативно, представляет сигнал S(t), в который введн 90-градусный фазовый сдвиг. Огибающая комплексной трассы E(t) может быть затем отфильтрована с использованием обратновзвешенного фильтра комплексной трассы, показанного в блоке 12. Длительность окна фильтра может быть заранее определена (заданное число цифровых выборок для обработки данных в цифровом виде). Длина фильтра обычно находится в обратной зависимости с наиболее высокой частотной составляющей исходного сейсмического сигнала S(t), которую желательно сохранить после выполнения процесса фильтрации. В одном из вариантов оператор обратно-взвешенного фильтра комплексной трассы может быть определн по результирующей огибающей фильтрованной трассы F(t). Огибающая фильтрованной трассы F(t) может быть вычислена по следующей формуле: в которой N представляет число выборок сейсмической трассы в окне фильтра. После вычисления огибающей фильтрованной комплексной трассы фильтрованная трасса входных данных SF(t), представляющая амплитуду сейсмического сигнала в выбранные интервалы времени после фильтрации, может быть вычислена путм определения комплексно-сопряжнной инверсии фильтрованной огибающей в соответствии с формулой Вычисленная фильтрованная трасса показана в блоке 14 на фиг. 1. В другом варианте изобретения сейсмические данные могут быть трансформированы в область офсета. Сейсмические данные, преобразованные в область офсета, представляют зависимость амплитуды сейсмического сигнала от расстояния между источником сейсмической энергии и отдельными сейсмическими примниками, зарегистрировавшими сигнал. Сейсмические данные в области офсета могут быть обработаны тем же способом, который был описан выше для временной области. Трансформированный сейсмический сигнал, представленный S(x), определяет зависимость амплитуды от офсета. Комплексносопряжнная составляющая трансформированного сейсмического сигнала представлена S(x). Как и в предыдущем варианте, сначала определяется огибающая комплексно-сопряжнной составляющей преобразованных сейсмических данных по формуле-2 009352 Затем огибающая может быть отфильтрована, например, путм вычисления фильтрованной огибающей в соответствии с выражением Окончательно фильтрованная трасса может быть вычислена как инверсия фильтрованной огибающей по формуле В некоторых вариантах, как показано в блоке 16 на фиг. 1, в особенности для данных, трансформированных в офсет-область, сейсмические сигналы могут пройти предварительную обработку, предшествующую выполнению комплексно-сопряжнного преобразования в блоке 10, с использованием полосовой фильтрации в заданном числе частотных диапазонов. Обычно полосы пропускания граничат друг с другом или перекрываются таким образом, чтобы не допустить исключения каких-либо конкретных частотных составляющих из сейсмических данных, которые обрабатываются в соответствии с изобретением. В одном из примеров полосовая фильтрация включает фильтрацию сейсмических данных в частотных диапазонах 5-35 Гц, 35-55 Гц, 55-75 Гц и 75-95 Гц. В некоторых вариантах анализ сейсмических данных после полосовой фильтрации может помочь в определении длины оператора фильтра огибающей. Анализ фильтрованных сейсмических данных может также улучшить выделение на сейсмограммах целевых сейсмических волн, связанных с глубинными структурами, а также повысить эффективность удаления шумов из сейсмических данных. Пример, иллюстрирующий результат обработки сейсмических данных с использованием способов,согласно изобретению будет теперь объяснн со ссылкой на фиг. 2 А, 2 В и 2 С. Фиг. 2 А представляет синтетическую сейсмическую запись, на которой изображены синтетические сейсмические трассы для модели глубинного строения Земли, содержащей три отражнных волны, индексированных под номерами 20, 22 и 24. Каждая трасса на фиг. 2 А представляет сигнал, который был бы получен сейсмическим примником, установленным в точке на поверхности, соответствующей координатному положению трассы на чертеже. Для простоты оси синфазности сейсмических волн 20, 22, 24 на фиг. 2 А показаны прямолинейными, однако, они могут включать также нормальное приращение времени (NMO), когда время вступления волны зависит от расстояния между источником и примником. На трассах фиг. 2 также показаны два различных шумовых события под номерами 26 и 28. На фиг. 2 В показана синтетическая сейсмическая запись, приведенная на фиг. 2 А, после обработки с использованием простого полосового фильтра (отфильтровываются компоненты, частота которых находится за пределами полосы пропускания фильтра). Отмечается удаление полосовым фильтром второй волны 22, в то время как шумовой выброс 28 вс ещ остатся на разрезе. На фиг. 2 С приведена та же самая сейсмическая запись, которая была показана на фиг. 2 А, после применения способа обработки в соответствии с изобретением, описанного при рассмотрении фиг. 1. Отметим, что два шумовых выброса 26 и 28 существенно ослаблены, тогда как все три сейсмические волны 20, 22, 24 остались после обработки на временном разрезе. Другой пример обработки сейсмических данных в соответствии с изобретением будет рассмотрен со ссылкой на фиг. 3 А и 3 В. Фиг. 3 А представляет необработанную запись взрыва и имеет смысл чертежа, показывающего времена амплитудных записей, сделанных каждым из множества разнесенных друг от друга сейсмических примников. На фиг. 3 В приведена запись взрыва, изображнная на фиг. 3 А, после обработки в соответствии с изобретением. Аналогично, фиг. 4 А и 4 В показывают, соответственно, сейсмические данные после выполнения ОГТ суммирования до и после обработки с применением способа в соответствии с изобретением. Пример относительной нечувствительности обработки, выполняющейся в соответствии с изобретением, к изменению статических временных сдвигов между трассами по сравнению с известными в сейсморазведке технологиями будет рассмотрен со ссылкой на фиг. 5 А-1, 5 А-2 и 5 А-3, а также фиг. 5 В-1, 5 В 2 и 5 В-3. На фиг. 5 А-1 показана синтетическая сейсмическая запись, содержащая единственную отражнную волну на времени 2,00 с, которая соответствует удвоенному времени пробега отражнной волны от границы, включающая также две шумовые примные трассы, и отфильтрованная в соответствии с известными в сейсморазведке способами подавления шумов. Результаты амплитудного и фазового спектрального анализа трасс на фиг. 5 А-1 показаны соответственно на фиг. 5 А-2 и 5 А-3. В трассы, протягивающиеся горизонтально слева направо, добавлен искусственный статический амплитудный сдвиг R(x),представленный выражениемsin(x) является синусом значения офсета. Амплитудная статика является, таким образом, синусоидальной величиной, амплитуда которой увеличивается с ростом офсета. В значительной мере две шумовые трассы искажают результаты, в данном случае спектр мощности. Для сравнения трассы, показанные на фиг. 5 В-1, были отфильтрованы в соответствии со способом,рассмотренным со ссылкой на фиг. 1. Трассы на фиг. 5 В-1 содержат те же самые два шумовых канала и тот же самый статический амплитудный сдвиг, который был введн в сейсмические трассы на фиг. 5 А-1. Отметим, что статический амплитудный сдвиг в значительной мере сохраняется после многотрассовой обрабатывающей процедуры, тогда как на двух шумовых трассах помехи существенно ослаблены. Соответствующие амплитудные и фазовые спектры трасс, изображнных на фиг. 5 В-1, показаны на фиг. 5 В-2 и 5 В-3. Вышеупомянутые варианты способов, соответствующих различным аспектам данного изобретения,могут быть осуществлены при использовании запрограммированного универсального компьютера. Пример такого компьютера, имеющего центральный процессор 50, приведен на фиг. 6. Процессор 50 связан с пользователем входным устройством 54, таким как клавиатура, и присоединн к дисплею 52, например катодно-лучевой трубке (CRT) или жидкокристаллическому дисплею с плоским экраном (LCD). Компьютерная программа согласно аспекту изобретения может постоянно храниться в любом из многочисленных типов носителей компьютерной информации, таких как компакт-диск 62, который вставляется в устройство для чтения компакт-дисков 56, магнитный гибкий диск 64, вставляемый в дисковод 58. Программа может также постоянно храниться в накопителе на жстком диске 60 внутри или вне процессора 50. Программа включает логику для выполнения запрограммированным компьютером описанной выше при рассмотрении фиг. 1 последовательности операций для обработки данных. Конкретные варианты хранения компьютерной программы не ограничивают области применения изобретения. Хотя данное изобретение было рассмотрено для ограниченного числа вариантов его осуществления, для специалиста на основании приведенного здесь раскрытия будут очевидны другие варианты без выхода за рамки изобретения. Соответственно, рамки изобретения должны быть ограничены только прилагаемой формулой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ ослабления шумов в сейсмических данных, включающий преобразование сейсмических данных в виде трасс в комплексную область для получения по меньшей мере части по меньшей мере одной сейсмической трассы в комплексной области, причем указанная по меньшей мере часть по меньшей мере одной сейсмической трассы представляет амплитуду сейсмического сигнала; вычисление огибающей комплексной трассы для указанной по меньшей мере части по меньшей мере одной сейсмической трассы на основе указанной амплитуды сейсмического сигнала и его комплексно-сопряженной составляющей; формирование фильтрованной огибающей из огибающей комплексной трассы и вычисление фильтрованной трассы путем комплексно-сопряженной инверсии фильтрованной огибающей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть по меньшей мере одной сейсмической трассы представляет амплитуду сейсмического сигнала как функцию времени. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть по меньшей мере одной сейсмической трассы представляет амплитуду сейсмического сигнала как функцию офсета. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина оператора, используемого для формирования фильтрованной огибающей, находится в обратной зависимости от максимальной частоты, подлежащей сохранению в фильтрованной трассе. 5. Машиночитаемый носитель данных, предназначенный для использования в работе программируемого компьютера, на который записана компьютерная программа, содержащая логику, при выполнении которой компьютер осуществляет следующие операции: преобразование сейсмических данных в виде трасс в комплексную область для получения по меньшей мере части по меньшей мере одной сейсмической трассы в комплексной области, причем указанная по меньшей мере часть по меньшей мере одной сейсмической трассы представляет амплитуду сейсмического сигнала; вычисление огибающей комплексной трассы для указанной по меньшей мере части по меньшей мере одной сейсмической трассы на основе указанной амплитуды сейсмического сигнала и его комплексно-сопряженной составляющей; формирование фильтрованной огибающей из огибающей комплексной трассы; и вычисление фильтрованной трассы путем комплексно-сопряженной инверсии фильтрованной огибающей. 6. Машиночитаемый носитель данных по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере часть по меньшей мере одной сейсмической трассы представляет амплитуду сейсмического сигнала как функцию времени. 7. Машиночитаемый носитель данных по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере часть по меньшей мере одной сейсмической трассы представляет амплитуду сейсмического сигнала как функцию офсета.-4 009352 8. Машиночитаемый носитель данных по п.5, отличающийся тем, что длина оператора, используемого для формирования фильтрованной огибающей, находится в обратной зависимости от максимальной частоты, подлежащей сохранению в фильтрованной трассе.