CN103018772B - 震电勘探信号的去噪处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种震电勘探信号的去噪处理方法，包括以下步骤：采用观测记录仪记录探区多个激发点的震电数据，其中，激发点位于探区的测线上，所记录的震电数据为沿测线方向的水平电场分量；对每个激发点的震电数据进行去噪处理；将每个激发点去噪后的激发点记录道按照顺序排列，组成震电剖面，若所有去噪后的激发点记录道在剖面上形成同相轴，则得到震电发射界面的震电成像。本发明的去噪处理方法可有效压制背景噪声，可实现对含水含油层等固液界面的识别与检测，对震电勘探走向实际生产应用具有重要推动意义。

Description

震电勘探信号的去噪处理方法

技术领域

本发明涉及对地震激发产生的震电水平电场信号的数据处理，尤其涉及一种震电勘探信号的去噪处理方法。

背景技术

震电信号专指在流体饱和孔隙介质分界面上，由地震波动激发产生的在固液分界面上由于带电离子的相对运动而产生的震电信号。

震电测量和震电信号识别的困难主要在于：首先是各种电干扰的影响，包括大地电磁、供电干扰、激发回路的电磁感应和地中的电磁感应信号，工业干扰等；另外，地质噪声干扰，严格地说，实际地球介质中的震电效应包括了自然界中所有的机械力与电磁力的耦合效应。因此，多种不同的地质对象，不同机制产生的震电信号的区分很困难。

信噪分离是震电观测中的一个非常重要的问题，与反射地震记录中最差的地滚波噪声情况相同。震电界面响应信号弱，并且随离界面的距离迅速衰减（由偶极位场引起的，不是吸收），这样，信噪分离技术将能够观察到较深地层的信号，提高观察到的信号的解释可信度。

界面响应的电压Φ（在水平偏移距x和深度z处测得）可近似（如，Thompson和Gist，1993；Garambois和Dietrich，2001）为电偶极电压（如，Landau和Lifshitz，1984）：

$\mathrm{\Φ}(x,z)=\frac{I}{2\mathrm{\π\σ}}\frac{z}{{(x^2+z^2)}^{3/2}},---\left(1\right)$

式中I是地震波激发的电流大小，σ是土壤的电导率。在水平地下界面的情况下，直接在炮点（即激发点）下方第一菲涅尔带处建立了界面响应。与地震反射形成对比，对于给定的地震震源位置，在每个界面的地下位置处，只出现一个界面响应。几乎在所有的接收点位置上同步测得这个响应；也就是，这表明相对于地震波至没有时差（电磁速度V_EM比地震P波速度V_P大得多）。Garambois和Dietrich（2002）十分详细地讨论了震电菲涅尔带的位置与大小。界面响应电场本质上是一个偶极场，所以在炮点两侧测得的位差显示出相反的极性，并且具有清晰的模式（方程1），能够用来区别界面响应与其它的记录波至。虽然直达波场（Haines等，2004；Haines，2004）展示了相同的振幅模式，但是它只在震源点处出现，且一般存在于20ms以浅的位置，所以对于深部目的层（假设地震速度与不饱和沉积层对应）或者对于震源与接收点间隔足够距离的任何观测，这都不成问题。

Butler和Russell（1993，2003）介绍的正弦减法与频率修正方法有效地从震电记录中消除了电力线噪声。作为震电信/噪分离方法，测试了维纳滤波（Thompson和Gist，1993）、径向道变换（Butler等，2002）和有效炮集的f-k滤波（Kepic和Rosid，2004），但是没有一种方法证明是足够有效的。

有效的震电数据处理流程必须从震电炮集中消除背景噪声，以便能够叠加，形成界面响应波至占优势的道，用于震电成像。SethS.Haines,AntoineGuitton和BiondoBiondi在2007年第2期《GEOPHYSICS》上介绍了他们的震电资料处理方法。其目标是要开发这样的流程，定量评价它的性能，以便了解这种处理方法可能的敏感性。文中首先讨论预处理技术，然后利用含有合成界面响应同相轴与野外采集或数字模拟噪声的试验炮集（以Haines等（2003）的研究为基础建立的）对比信/噪分离方法。他们测试了f-k滤波与线性Radon变换（如，Yilmaz，2001），两者都试图以倾角为基础分离界面响应与同震场。还对比了采用预测滤波器（PEF）（Claerbout和Fomel，2001；Guitton，2005）的基于模式方法的结果，这种方法使用了界面响应振幅模式以及它的倾角。然后给出首选流程，讨论震电数据处理所必需的进一步发展。但是上述研究由于没有考虑到对包含大地电场等背景干扰的压制，效果并不理想。为了克服现有的震电去噪方法对的背景干扰的压制效果的不足，本发明提供了一套有效的针对实测震电观测资料去噪处理的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中对震电数据的处理没有考虑到对包含大地电场等背景干扰的压制的缺陷，提供一种有效的震电勘探信号的去噪处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种震电勘探信号的去噪处理方法，包括以下步骤：

S1、采用观测记录仪记录探区多个激发点的震电数据，其中，激发点位于探区的测线上，所记录的震电数据为沿测线方向的水平电场分量；

S2、对每个激发点的震电数据分别作如下去噪处理：

S21、删除震电数据中干扰大的记录道；

S22、对震电数据进行低通滤波，以滤除与震电信号不相关的频率成分；

S23、以激发点为中心将记录道分为两侧，以第一侧最靠近激发点的记录道为基准道，将第二侧的每一记录道与基准道相减并记录；

S24、依次选择第一侧与基准道相邻的记录道作为新的基准道，并将第二侧的每一记录道与新的基准道相减并记录，直至第一侧所有记录道均已作为基准道与第二侧的记录道相减；

S25、将所有相减的记录进行叠加，得到去噪后的激发点记录道；

S3、将每个激发点去噪后的激发点记录道按照顺序排列，组成震电剖面，若所有去噪后的激发点记录道在剖面上形成同相轴，则得到震电发射界面的震电成像。

本发明所述的方法中，在步骤S3之前还包括步骤：

对同一激发点进行多次激发，记录每次激发的震电数据，并分别对震电数据进行步骤S2的去噪处理，得到去噪后的激发点记录道；

将同一激发点的多个去噪后的激发点记录道进行叠加，得到同一激发点的震电信号增强的激发点记录道；同理，得到其他激发点的增强的激发点记录道；

转入执行步骤S3。

本发明所述的方法中，所述观测记录仪为带50Hz陷波的电法仪或者地震仪。

本发明所述的方法中，所述第一侧为左侧，第二侧为右侧。

本发明所述的方法中，所述第一侧为右侧，第二侧为左侧。

本发明产生的有益效果是：本发明通过对实测震电数据中每个激发点两侧的记录道进行多基准道对称相减并多道叠加，形成单个激发点的记录道，并将每个激发点去噪后的激发点记录道按照顺序排列，组成震电剖面。本发明可以使噪声得到压制，而震电信号得到加强；可实现对含水或含油层以及油水界面等固液界面的识别与检测，对震电勘探走向实际生产应用具有重要推动意义。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1A为本发明实施例震电勘探信号的去噪处理方法的流程图；

图1B为本发明实施例对图1A中步骤S2的具体流程图；

图2为本发明实例中同一个激发点上先后四次激发的单炮原始记录与激发点两侧一个基准道相减的结果图；

图3为本发明实施例对单一激发点（炮点）产生的多个记录道排列的示意图；

图4为本发明实例中激发点两侧一个基准道相减叠加和激发点两侧完全相减多道叠加形成的震电剖面对比图；

图5为本发明实例中激发点两侧多基准道对称相减多道叠加震电剖面与岩性对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明基于如下机理：实测震电勘探资料的激发点两侧多基准道对称相减多道叠加技术机理：受地震波激发时，炮点两侧测点记录的电场除了震电信号以外，主要还包括了大地电场及随机干扰电场---背景干扰电场。背景干扰电场在炮点两侧测点上是基本相同的，而理论研究结果显示来自反射层的震电转换信号的极性却是相反的，以激发点作为中心对两侧的记录进行相减后可以使得噪声得到压制，而震电信号得到加强。

又由于每次与不同的基准道相减得到的结果中残留干扰是不一致的，因此不同基准道相减后的叠加结果具有进一步压制噪声的功能。

本发明实施例震电勘探信号的去噪处理方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、采用观测记录仪记录探区多个激发点（即炮点）的震电数据，震电数据中既包含震电信号也包含了干扰信号，必须对其进行去噪处理，才能得到震电信号；其中，激发点位于探区的测线上，所记录的震电数据为沿测线方向的水平电场分量；本发明的一个实施例中，所述观测记录仪为带50Hz陷波的电法仪或者地震仪。

S2、对每个激发点的震电信号分别作如下去噪处理：

S21、删除震电信号中干扰大的记录道，以免个别坏道影响最终成像；

S22、对震电信号进行低通滤波，以滤除与震电信号不相关的排列成分；

S23、以激发点为中心将记录道分为两侧，以第一侧最靠近激发点的记录道为基准道，将第二侧的每一记录道与基准道相减并记录，目的是消除背景大地电场等背景干扰；其中，第一侧可为左侧，也可为右侧。如图2左图所示，为同一激发点上先后四次激发的单炮原始记录，经过5-120hz的低通滤波后，以激发点为中心选取一个基准道相减，得到的结果如图2中的右图，可见背景场得到很大压制。

S24、依次选择第一侧与基准道相邻的记录道作为新的基准道，并将第二侧的每一记录道与新的基准道相减并记录，直至第一侧所有记录道均已作为基准道与第二侧的记录道相减；

S25、将所有相减的记录进行叠加，得到去噪后的激发点记录道；即获取界面响应波至占优势的道，用于震电成像。

S3、将每个激发点去噪后的激发点记录道按照顺序排列，组成震电剖面，若所有去噪后的激发点记录道在剖面上形成同相轴，则得到震电发射界面的震电成像。

将观测记录仪记录的震电数据输入计算机，可通过相应的地震数据处理软件（如promax）按照预先设置的程序进行处理。本发明实施例选取的试验区（即探区）为江汉盆地王场-广华地区，第四系平原组岩性为砂层与粘土，广华寺组为砂岩与泥岩。荆河镇组为泥岩和页岩。

如图2所示，计算机通过软件显示的震电数据为多个记录道的排列，激发点在排列中，三角旗所在处即为激发点处。图2左边为同一激发点先后四次激发的单炮震电原始记录，纵向显示密集的水平同相轴，这是由于以大地电磁场为主的背景干扰在相邻测点具有很好的相似性而形成的。原始记录中大地电磁场干扰占主要成分，此外还含有50hz工业电流以及其他的随机干扰等。单从这种原始记录不可能看到震电信号。必须经过有针对性的去噪处理，才能提取地下界面的震电反射信号。

如图3所示，首先，以炮点（即激发点）为中心，选取炮点左边的最靠近激发点的某一记录道（如第5道）为基准道，用炮点右边的各道7、8、9、10、11、12、13道分别与基准道第5道相减，这样就可以得到7-13各道对称相减后的记录；然后，换一个基准道，如第4道作为基准道，再用右边的7-13道与第4道相减，又得到7-13道各道对称相减后的记录；如此依次以相邻的记录道作为新的基准道，直到该侧所有记录道均已作为基准道与另一侧的记录道相减。每次得到的7-13道记录实际上代表的是炮点的震电反射，把他们各道叠加形成炮点处的反射记录。

对于每一个单炮（单个激发点）的记录，经过上面的处理，背景噪声已经得到压制，剩余的强反射，主要是震电界面的反射信号。

为了加强激发点处的震电反射信号，可对同一激发点进行多次激发。在本发明的一个较佳实施例中，在步骤S3之前还包括步骤：

对同一激发点进行多次激发，记录每次激发的震电信号，并分别对震电信号进行步骤S2的去噪处理，得到去噪后的激发点记录道；

将同一激发点的多个去噪后的激发点记录道进行叠加，得到同一激发点的增强的激发点记录道；同理，得到其他激发点的增强的激发点记录道；

转入执行步骤S3。这样，每个激发点处的震电信号都进行了加强，且进行了去噪处理，从而达到压制背景噪声，增强信噪比的目的。

如图4所示，为激发点两侧一个基准道相减叠加和激发点两侧多基准道对称相减多道叠加形成的震电剖面对比图。可见经过多道叠加后信噪比得到进一步的提高，同相轴幅度增强连续性变好。

根据测井标定，0-100ms对应第四系平原组岩性为砂层与粘土，含水丰富，在砂层与粘土界面之间由于渗透性与含水性差异容易产生震电反射。100-450ms对应广华寺组，砂岩渗透性好而且富含水，泥岩致密而含水性差，二者之间的界面是良好的震电反射界面。在0-450ms以上震电反射信号强且同相轴连续性好，其中40ms以上强振幅信号为起爆电流感应场。40-250ms之间至少11个正极性反射同相轴，反射时间分别为40ms、60ms、80ms、95ms、120ms、140ms、165ms、185ms、210ms、230ms、250ms，对应深度大约分别为90m---455m。上述11个震电反射同相轴都很好地反映了这种界面，其中时间约100ms（深度约200m）反射对于平原组与广华寺组不整合界面。

450-700ms对应荆河镇组：岩性为泥岩夹页岩，含水性差或基本不含水，从岩性上看不能形成震电反射界面。从图5看到，在对应时间450ms-750ms，对应深度890-1750m，确实也没有显示可见的反射同相轴。可见，震电数据经过本发明的去噪处理，使得噪声得到压制，而震电信号得到加强；可实现对含水或含油层或油水界面等固液界面的识别与检测，对震电勘探走向实际生产应用具有重要推动意义。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种震电勘探信号的去噪处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用观测记录仪记录探区多个激发点的震电数据，其中，激发点位于探区的测线上，所记录的震电数据为沿测线方向的水平电场分量；

S2、对每个激发点的震电数据分别作如下去噪处理：

S21、删除震电数据中干扰大的记录道；

S22、对震电数据进行低通滤波，以滤除与震电信号不相关的频率成分；

S23、以激发点为中心将记录道分为两侧，以第一侧最靠近激发点的记录道为基准道，将第二侧的每一记录道与基准道相减并记录；

S24、依次选择第一侧与基准道相邻的记录道作为新的基准道，并将第二侧的每一记录道与新的基准道相减并记录，直至第一侧所有记录道均已作为基准道与第二侧的记录道相减；

S25、将所有相减的记录进行叠加，得到去噪后的激发点记录道；

S3、将每个激发点去噪后的激发点记录道按照顺序排列，组成震电剖面，若所有去噪后的激发点记录道在剖面上形成同相轴，则得到震电发射界面的震电成像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3之前还包括步骤：

对同一激发点进行多次激发，记录每次激发的震电数据，并分别对震电数据进行步骤S2的去噪处理，得到去噪后的激发点记录道；

将同一激发点的多个去噪后的激发点记录道进行叠加，得到同一激发点的震电信号增强的激发点记录道；同理，得到其他激发点的增强的激发点记录道；

转入执行步骤S3。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述观测记录仪为带50Hz陷波的电法仪或者地震仪。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一侧为左侧，第二侧为右侧。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一侧为右侧，第二侧为左侧。