极化分析在三分量噪声衰减中的应用研究.pdf

极化分析在三分量噪声衰减中的应用研究 徐胜峰刘洋刘春园 (中国石油大学CNPC物探重点实验室北京102249) 1．引言 极化分析是三分量地震勘探数据处理中最基本的向量处理技术，是研究质点运动轨迹的有效手段。它把质 点运动轨迹简化为量度值，以便进行定量分析。现在该方法已经广泛地应用于确定地震爆发震中、三分量地震 资料噪声的衰减、纵横波的分离与提取、横波分裂观测以及介质裂隙方向检测等。 2．各种地震波在空间的极化特征 地震波在三分量记录上主要的特征就是极化，不同的地震波有着不同的极化性质和极化参数。弹性体波在 空间的质点振动轨迹是直线，质点位移向量的方向保持不变，但是大小可能改变，并且在x、z轴上接收到的 P、SV波的振动相位特性是不同的；瑞雷面波在空间的质点振动轨迹是椭圆，极化平面是铅垂的；随机噪音在 空间的质点振动轨迹没有一定的形状，也没有确定的方向； 3．极化分析的基本原理 三分量地震记录@O)，yO)，zO))，(t0)构成三阶协方差矩阵。协方差矩阵的特征值和特征向量规定 了一个椭球，该椭球是协方差时窗内质点振动的最小平方近似，最大特征值元和其对应的特征向量 ％=(，1，ml，n1)从数学上表征了质点振动的主要特征。质点振动极化特征可以用于选择各种各样所需要的波 形。极化特征包括： (1)椭圆率占。协方差矩阵的特征值乃对应的特征向量形定义了一个空间椭球(三分量数据)。主椭圆率： 岛2 占2l=而；次椭圆率：岛I=而；横向椭圆率： (2)极化方向。方位角：0=arctan(ml／th)：倾角：妒=arc (f，／=1，2，3)，0_r／≤1。如果极化度 (3)极化度77。r／2=∑(磊一乃)2／2(n-1)(∑以)2 为0，表示质点是环形运动；如果极化度等于l，表示质点是完全线性极化，接近于一个线性运动。根据椭圆 率、极化度和极化方向，我们就可以构造不同极化滤波函数，滤除非线性极化的波，达到噪声衰减的目的。 4．极化分析时窗长度的选择 选择时窗长度对极化分析结果非常关键。从根本上决定着极化分析的分辨率和稳定性。当时窗长度太短， 极化分析的结果就不稳定且计算量大、费用高。当时窗长度超过最佳的极化时窗长度时，极化参数变得非常平 滑，极化分析的分辨率就会迅速下降。因此，选择的时窗长度必须能识别有效信号的持续时间。最佳的时窗长 度必须依赖于有效信号的主频，它能给出最好的极化信息。 5．总结 极化滤波是根据各种波的极化方向、极化程度不同来压制干扰波。模型数据试算表明，应用该方法能够比 较精确地压制噪声、提高信噪比。极化分析的优点是不需要速度等先验信息，能除去具有与信号相同频率的噪 声；通过恢复某类波场的总能量，最大限度地压制其它类型的波场；能够保持滤波前后波形的形态和特征不变。 由于各种类型的波相互千扰，波的偏振方向不易准确确定，滤波和波场分离的效果会受到影响；另外，信噪比 太低，噪声的能量太强，某些有效信号也可能被滤掉。 · 72·