技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種基于主成分分析的并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲壓制方法，該方法用于并行震源地震勘探時(shí)強(qiáng)工頻噪聲的壓制。

背景技術(shù)：
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并行震源地震勘探在采集過程中往往受到強(qiáng)工頻噪聲的影響，采集得到并行地震資料中?；煊袕?qiáng)工頻噪聲，因此得到的地震資料品質(zhì)不高，進(jìn)而影響了后期地震資料解釋和偏移成像質(zhì)量。而關(guān)于并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲壓制方法的文獻(xiàn)尚少見，目前其他領(lǐng)域?qū)?qiáng)工頻噪聲抑制的方法主要有頻域法和時(shí)域法兩大類，頻域法如陷波法，小波濾波法等都在頻率域進(jìn)行工頻壓制，雖然該類方法簡(jiǎn)單，方便，但當(dāng)有用信號(hào)頻率和工頻的頻率互相混疊時(shí)，這類方法會(huì)對(duì)有用信號(hào)造成一定程度的損害，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的相移。時(shí)域法如正余弦逼近法，工頻回歸相減法，自適應(yīng)濾波法等是將工頻噪聲表示為以振幅，頻率，相位為變量的函數(shù)，再通過正余弦函數(shù)逼近法來估計(jì)強(qiáng)工頻噪聲，但這類方法需要對(duì)強(qiáng)工頻噪聲頻率進(jìn)行精確估計(jì)，同時(shí)這類方法對(duì)多個(gè)工頻諧波存在時(shí)的情況需要多次處理，從而算法效率較低。可見，上述兩類方法都不適應(yīng)于并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲的壓制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于主成分分析的并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲壓制方法。

本發(fā)明的主要思想是：

并行震源地震勘探技術(shù)提高了地震資料的質(zhì)量和工作效率，但采集得到的地震資料往往受到強(qiáng)工頻噪聲的影響，這樣獲得的地震資料經(jīng)常影響了后期地震資料解釋和偏移成像質(zhì)量，本發(fā)明是通過將干擾道信號(hào)根據(jù)相空間理論構(gòu)造hankel矩陣，并對(duì)其進(jìn)行主成分分解與有效信號(hào)的恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)了并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲的壓制。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

基于主成分分析的并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲壓制方法，包括以下步驟：

a、對(duì)并行地震勘探資料進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)強(qiáng)工頻噪聲在頻譜中幅值異常突出和頻帶窄，且頻帶在50hz附近的特點(diǎn)，識(shí)別含有強(qiáng)工頻噪聲的干擾道。若干擾道只有一道，記干擾道信號(hào)為xi(l)，其中i為并行地震勘探資料單炮地震記錄的道號(hào)，l為采樣點(diǎn)序號(hào)，l＝1,2,···,n，n為干擾道信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，執(zhí)行一次步驟b～g；若干繞道為多個(gè)，對(duì)每一干擾道信號(hào)重復(fù)執(zhí)行步驟b～g；

b、根據(jù)相空間重構(gòu)理論，對(duì)xi(l)構(gòu)造hankel矩陣

該矩陣的行數(shù)記為m，列數(shù)記為n，若n為偶數(shù)，則令m＝n/2，n＝n/2，若n為奇數(shù)，則令m＝(n/2)+1，n＝(n/2)+1；

c、計(jì)算hi的協(xié)方差矩陣γi，如公式

hi^t為hi的轉(zhuǎn)置矩陣，“·”表示矩陣乘法；

d、利用奇異值分解法，計(jì)算協(xié)方差矩陣γi的特征值矩陣λi和特征向量矩陣ri，則存在公式

γi＝ri·λi·ri^t(3)

其中λi為由大到小排列的特征值矩陣，ri為各個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量矩陣，ri^t為ri的轉(zhuǎn)置矩陣，且滿足ri^t·ri＝ri·ri^t＝ei，ei為單位矩陣；

e、hi經(jīng)線性映射，得到主成分矩陣

φi＝ri^t·hi(4)

f、設(shè)強(qiáng)工頻基波和其主要諧波的數(shù)目為r，將φi第一至第2r行所有元素置0，則得到重構(gòu)的主成分矩陣φ'i，令

yi＝ri·φi'(5)

則yi為壓制工頻干擾后的hankel矩陣，其具體形式可記為

g、定義xi'(l)＝[yi(1),yi(2),···,yi(n)]，則xi'(l)即為對(duì)應(yīng)xi(l)的壓制強(qiáng)工頻噪聲后的信號(hào)。

有益效果：

本發(fā)明涉及基于主成分分析的并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲壓制方法，并行震源地震勘探是在勘探區(qū)域內(nèi)不同炮點(diǎn)處布置多個(gè)震源，采用近同時(shí)激發(fā)技術(shù)采集資料，可提高地震勘探生產(chǎn)效率和地震資料質(zhì)量。在人文活動(dòng)區(qū)并行震源激發(fā)采集得到的原始地震記錄中經(jīng)?；旌狭藦?qiáng)工頻噪聲。本發(fā)明所述的強(qiáng)工頻噪聲表現(xiàn)為噪聲幅值較大，在地震資料上可見強(qiáng)烈的周期性干擾，有用信號(hào)被部分或全部淹沒，造成地震資料特別是深部地震資料質(zhì)量的大幅度下降，嚴(yán)重影響了后期地震資料解釋和成像質(zhì)量。針對(duì)該問題，本發(fā)明提出了基于主成分分析的并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲壓制方法，對(duì)于干擾道根據(jù)相空間理論構(gòu)造hankel矩陣，并對(duì)其進(jìn)行主成分分解與恢復(fù)有用信號(hào)。經(jīng)驗(yàn)證，本發(fā)明公開的基于主成分分析的并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲壓制方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)并行震源采集得到的地震勘探資料進(jìn)行有效的強(qiáng)工頻噪聲壓制，與傳統(tǒng)的強(qiáng)工頻噪聲壓制方法相比，該算法處理數(shù)據(jù)快，不需要精確估計(jì)強(qiáng)工頻噪聲的頻率，無相位偏移，信號(hào)保護(hù)性好，能夠有效改善并行震源勘探的地震資料質(zhì)量，降低了并行震源地震勘探資料處理成本，

附圖說明：

圖1原始單道記錄

圖2壓制強(qiáng)工頻噪聲后單道記錄

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

在本例中使用兩個(gè)震源為一組的方法進(jìn)行激發(fā)，雷克子波主頻為50hz，記錄時(shí)間為1.2s，采樣率為1000，在單炮記錄的任意單道含頻率為50hz,振幅為1.2，相位為1.23的余弦信號(hào)，構(gòu)成干擾道信號(hào)。

基于主成分分析的并行震源地震勘探資料強(qiáng)工頻噪聲壓制方法，包括以下步驟：

a、對(duì)并行地震勘探資料進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)強(qiáng)工頻噪聲在頻譜中幅值異常突出和頻帶窄，且頻帶在50hz附近的特點(diǎn)，識(shí)別含有強(qiáng)工頻噪聲的干擾道。若干擾道只有一道，記干擾道信號(hào)為xi(l)，其中i為并行地震勘探資料單炮地震記錄的道號(hào)，l為采樣點(diǎn)序號(hào)，l＝1,2,···,n，n為干擾道信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)，執(zhí)行一次步驟b～g；若干繞道為多個(gè)，對(duì)每一干擾道信號(hào)重復(fù)執(zhí)行步驟b～g，本例中干擾道為x10(l)，l＝1,2,···,1201，n＝1201；

b、根據(jù)相空間重構(gòu)理論，對(duì)x10(l)構(gòu)造hankel矩陣

該矩陣的行數(shù)記為m，列數(shù)記為n，若n為偶數(shù)，則令m＝n/2，n＝n/2，若n為奇數(shù)，則令m＝(n/2)+1，n＝(n/2)+1，本例中m＝601，n＝601；

c、計(jì)算hi的協(xié)方差矩陣γi，如公式

hi^t為hi的轉(zhuǎn)置矩陣，“·”表示矩陣乘法，本例中n＝601；

d、利用奇異值分解法，計(jì)算協(xié)方差矩陣γ10的特征值矩陣λ10和特征向量矩陣r10，則存在公式

γ10＝r10·λ10·r10^t(3)

其中λ10為由大到小排列的特征值矩陣，r10為各個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量矩陣，r10^t為r10的轉(zhuǎn)置矩陣，且滿足r10^t·r10＝r10·r10^t＝e10，e10為單位矩陣；

e、h10經(jīng)線性映射，得到主成分矩陣

φ10＝r10^t·h10(4)

f、設(shè)強(qiáng)工頻基波和其主要諧波的數(shù)目為r，將φi第一至第2r行所有元素置0，則得到重構(gòu)的主成分矩陣φ'i，本例中r＝1，將φi第一至第2行所有元素置0，令

y10＝r10·φ10'(5)

則y10為壓制工頻干擾后的hankel矩陣，其具體形式可記為

g、定義x10'(l)＝[y10(1),y10(2),···,y10(n)]，則x10'(l)即為對(duì)應(yīng)x10(l)的壓制強(qiáng)工頻噪聲后的信號(hào)。