一種地球物理勘探中的圓形窗帶通保幅濾波數據處理方法

2023-06-25 01:17:31

專利名稱：一種地球物理勘探中的圓形窗帶通保幅濾波數據處理方法
技術領域：
本發明涉及地球物理勘探技術領域，具體是一種地球物理勘探中的圓形窗帶通保幅濾波數據處理方法。
背景技術：
地球物理勘探包括重力、磁力、電法、地震勘探等，重力、磁力是發展最早、理論成熟、應用廣泛的兩種地球物理方法。重力、磁力方法覆蓋面積廣、經濟快速，廣泛應用於油氣、固體礦產資源勘探、區域與深部構造研究、環境與工程勘察等各個領域。重力、磁力勘探包括數據採集、處理與解釋三部分。數字濾波是在數位訊號情況下對信號作濾波處理，在信號數字處理中，低通、高通、帶通濾波是最常用的最基本的濾波，可以在頻率域和時間域設計這些濾波器。頻域濾波是在頻域上選定某一範圍，使這一範圍內的信號通過或去除，可通過FFT 變換及FFT反變換對信號進行處理。時域濾波是在時域上根據所需要的信號用褶積濾波或遞歸的方法對信號進行數字處理。理想的帶通濾波器使某一頻率範圍內的所有信號無損通過，而讓該頻率範圍以外的信號被完全阻止。理想的帶通濾波器有以下兩個特徵其一，帶寬在通帶以內的信號可以無失真地通過濾波器；其二，濾波器的通帶和阻帶是截然分開的。其實，這種理想濾波器在實際中並不存在，它們只是一種分析問題的模型，實際應用中的濾波器都只是理想濾波器的某種近似。理想的頻率響應是不可能實現的，由於它的波數響應是突變的，因此，濾波器產生的吉布斯現象不能有效地壓制幹擾，突出有用信號， 而且還可能使有效信號的頻譜產生畸變。實際應用中，選用一個連續函數來模擬帶通濾波器可以有效消除吉布斯現象。一般情況下，連續函數在通帶和阻帶之間有一部分頻率衰減的區域，這部分區域的信號只是受到了部分衰減。理想的帶通濾波器設計的要求就是這個連續函數應該有較陡的邊界，從而使衰減區域儘可能的小，以便該濾波器能最大限度接近完美通帶的設計。根據局部異常與區域異常的波譜差異，Dean (1958), Byerly (1965), Fraser 等(1966)根據重磁異常的波譜特徵來設計數字濾波器。Darby和Davies (1967)， Fuller (1967)，以及^irfIueh(1967)設計二維濾波器來對網格化的重磁數據提取剩餘重磁異常。在波數域中，對於壓制信號中的高頻成分來說，現有的充分光滑的函數，雖然能起很大的壓製作用，但同時也會在一定程度上壓制中頻和低頻成分，這種對中頻和低頻成分的壓制，卻是我們所不希望發生的。為了減小這種對中、低頻成分的壓制，使有用信號的畸變儘可能降到最小，侯重初(1979,1981)(侯重初，一種壓制幹擾的頻率濾波方法，物探與化探，1979，NO. 5;侯重初，補償圓滑濾波方法，石油物探，1981，NO. 2。)提出了一種稱為補償圓滑的低通濾波方法，該方法是針對解釋重力和磁力異常時常常需要壓制高頻幹擾而研究的。
補償圓滑濾波是針對壓制重磁高頻幹擾而提出的一個低通濾波器(功能有限)， 而數字處理中更重要是突出某一頻段的信號，亦即需要一個有不同濾波窗口的帶通濾波器。除了補償圓滑濾波之外的其它濾波器的主要問題有三個，一是濾波器不是一個連續函數，也即通帶與阻帶之間突然間斷，從而造成吉布斯現象；二是不適合突出在波數域為圓形窗的中頻有用信號；三是濾波器的通帶與阻帶之間的衰減區域比較大，通帶與阻帶沒有截然分開，濾波器在通帶內信號不保幅，在阻帶內信號沒有完全抑制，不僅影響後續的定性分析，更為嚴重的是影響定量分析。目前，地球物理資料保幅的處理已越來越重要。

發明內容
本發明目的是提供一種在通帶內信號保幅，在阻帶內信號完全抑制的地球物理勘探中的圓形窗帶通保幅濾波數據處理方法。本發明通過如下步驟實現1)在工區利用重力儀或磁力儀在野外採集重力或磁力資料；2)對野外採集的重磁資料進行各種常規校正及改正；3)採用插值方法將重磁資料網格化，形成規則網重磁資料fa(x，y)，其中x、y分別為重磁資料的平面網格點坐標；4)利用低精度的重磁資料補充鑲邊；將規則網重磁資料fa(x，y)轉變為其線數和點數擴大為2的整數冪重磁資料fb(x，y)；5)利用快速傅氏正變換(FFT)將鑲邊後的重磁資料fb(x，y)變換到波數域，獲得 fb(x, y)的頻譜Fb (u，ν)，Fb(u，ν) = FFT[fb(x，y)]，其中U、ν分別為χ和y方向的波數；6)用下列公式計算初始的濾波器
約)(m，v) = &χρ[~2πβ (u-ua)2 +(V-V0)2)1'2]其中β為正有理數，Uc^vtl分別為χ和y方向的中心波數；7)用下列公式對初始的濾波器進行補償
Ψη ( , ν) = [2 - φη_λ (u, ν)]φη_λ (u, ν)其中η為補償次數，為正整數；步驟7)中所述的補償次數n，1 < η < 30。8)在波數域，將頻譜Fb (U，ν)與帶通濾波頻率響應函數代(Μ, V) = [2-PdO, V)]隊—(Μ, V)相乘，即
Fo (u, v) =Fb(u, ν) X φη(μ,ν)9)經過快速傅氏反變換(IFFT)，獲得帶通濾波後的重磁資料f。(x，y)，f。(x，y)= IFFT[Fc(u，ν)]10)反鑲邊處理，即從f。(x，y)中提取原數據大小的帶通濾波後的重磁數據fd(x， y)。本發明濾波器在通帶內信號保幅，在阻帶內信號完全抑制，該濾波器的通帶與阻帶之間的衰減區域非常小，能夠壓制重磁異常低頻背景和高頻噪聲，突出中頻有用信號，特別適合突出在波數域為圓形窗的中頻有用信號。本發明濾波器通帶內的信號具有保幅特徵，由於濾波器是個連續函數，因而，不存在由於濾波器的突變產生的吉布斯現象。本發明不僅可以用於重磁資料的數據處理，也可用於電法、地震等地球物理資料的處理。


圖1是ID圓形窗波譜特徵。隨著補償次數η的增加，濾波器的頻帶逐漸變寬。圖2是2D圓形窗波譜特徵。圖3是使用本發明某工區濾波後剩餘重力異常圖。圖4是使用本發明某工區3D地震Tg構造圖。
具體實施例方式以下結合附圖詳細說明本發明。利用LCR型重力儀在某工區採集1/5萬高精度重力資料。按照發明內容所述的步驟對重力資料進行處理，即1)在工區利用重力儀在野外採集重力資料；2)對野外採集的重力資料進行各種常規校正及改正；3)利用插值方法將重力資料網格化，形成規則網重力資料fa(x，y)，其中x、y分別為重力資料的平面網格點坐標；網格化數據大小為275行X327列。4)利用低精度的重力資料補充鑲邊；將規則網重力資料fa(x，y)轉變為其線數和點數擴大為2的整數冪重力資料fb(x，y)；為了達到最好的鑲邊效果，利用該區其它重力資料補充鑲邊，將規則網重力資料fa(x，y)轉變為其線數和點數擴大為2的整數冪重力資料 fb(x,y)；鑲邊後網格化數據大小為512行X512列；5)利用快速傅氏正變換(FFT)將鑲邊後的重力資料fb(x，y)變換到波數域，獲得 fb(x, y)的頻譜Fb (u，ν)，Fb(u，ν) = FFT[fb(x，y)]，其中U、ν分別為χ和y方向的波數；6)用下列公式計算初始的濾波器
爐0Ο,ν) = βχρ[-2πβ^(α - U0)2 + (ν - νη)2 )1/2]其中β為正有理數，Uc^vtl分別為χ和y方向的中心波數；7)用下列公式對初始的濾波器進行補償
Ψη (u,v) = [2- φη_λ (u, ν)]φη_, (u, ν)其中η為補償次數，為正整數；步驟7)中所述的補償次數n，1 < η < 30。圖1是一維圓形窗波譜特徵。隨著補償次數的增加，濾波器的通帶逐漸變寬。圖2是二維圓形窗帶通保幅濾波器的波譜特徵，從圖中可以看到，濾波器的濾波區域為一個圓形，濾波器是一個帶通濾波器，通帶與阻帶之間的衰減區域非常小，因而濾波器具有保幅特徵。
8)在波數域，將頻譜Fb (U，ν)與帶通濾波頻率響應函數隊(KV) = P-^v1O,V^^VJM，V)相乘，即
Fc(u, V) =Fb(11，V) X 隊(Μ,V)9)經過快速傅氏反變換(IFFT)，獲得帶通濾波後的重力資料f。(x，y)，f。(x，y)= IFFT[Fc(u，ν)]10)反鑲邊處理，即從f。(x，y)中提取原數據大小的帶通濾波後的重力數據fd(x， y)。fd(x, y)數據大小為275行X 327列；圖3為某工區利用本方法獲得的剩餘重力異常圖，圖4為某工區三維地震Tg構造圖。圖3中發現的局部重力高被後來的地震資料所證實，驗證了重力資料的成果。上述離散數據網格化、鑲邊處理、反鑲邊處理的過程，本專業技術領域分析人員能熟練完成。本發明所涉及的技術也可用於其它地球物理資料的數據處理以及信號數字處理領域。
權利要求
1.一種地球物理勘探中的圓形窗帶通保幅濾波數據處理方法，特點是通過如下步驟實現1)在工區利用重力儀或磁力儀在野外採集重力或磁力資料；2)對野外採集的重磁資料進行各種常規校正及改正；3)採用插值方法將重磁資料網格化，形成規則網重磁資料fa(x，y)，其中x、y分別為重磁資料的平面網格點坐標；4)利用低精度的重磁資料補充鑲邊；將規則網重磁資料fa(x，y)轉變為其線數和點數擴大為2的整數冪重磁資料fb(x，y)；5)利用快速傅氏正變換(FFT)將鑲邊後的重磁資料fb(x，y)變換到波數域，獲得fb(x， y)的頻譜Fb(u，v)，Fb(u，v) =FFT[fb(x，y)]，其中u、v分別為χ和y方向的波數；6)用下列公式計算初始的濾波器
2.根據權利要求1所述的方法，特點是步驟7)中所述的補償次數n，1< η < 30。
全文摘要
本發明是地球物理勘探中的圓形窗帶通保幅濾波數據處理方法，採用插值方法將重磁資料網格化，利用低精度的重磁資料補充鑲邊，快速傅氏正變換，在波數域計算初始的圓形帶窗濾波頻率響應函數並進行補償，經過快速傅氏反變換，獲得帶通濾波後的重磁資料，反鑲邊處理提取原數據大小的帶通濾波後的重磁數據。本發明濾波器在通帶內信號保幅，在阻帶內信號完全抑制，能夠壓制重磁異常低頻背景和高頻噪聲，特別適合突出在波數域為圓形窗的中頻有用信號。
文檔編號G01V3/38GK102338890SQ20101051631
公開日2012年2月1日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者張研, 文百紅, 楊輝, 王玲 申請人:中國石油天然氣股份有限公司