CN106199702A - 地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，包括：对单炮地震记录进行初至波切除，得到待处理地震数据；在待处理的地震数据上，确定包含正常振幅区域和异常振幅区域的统计计算时窗；在选定的统计时窗内，计算采样点的平均绝对振幅，并将其设定为门槛值；在待处理的地震数据内提取采样点振幅值，将采样点振幅值的绝对值与所述门槛值进行比较，将大于门槛值的采样点振幅值视为异常振幅；对判断为异常振幅的采样点值进行振幅衰减处理。通过模拟数据和实际地震数据处理实例表明，本发明提供的方法可以有效压制地震数据中因磁带掉磁粉产生的异常振幅，并能保护有效信号，提高地震资料信噪比。

Description

地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法

技术领域

本发明涉及一种地震数据处理方法，尤其涉及一种压制地震数据中因存储磁带掉磁粉产生的异常振幅方法。

背景技术

在野外地震数据采集过程中，由于施工环境和地下地震地质条件的影响，野外采集得到的原始地震数据中存在多种类型的噪声，如：面波、随机噪声、机械干扰、交流电干扰和少量的异常振幅等干扰波。这些噪声在野外采集过程中与有效反射波信号同时记录在磁带上，因而是先天产生的。除上述噪声外，在原始地震数据中还存在一种噪声，但它不是一开始就有的，而是因存放地震数据的磁带长期受环境温度、湿度的影响，导致存储磁带出现粘连而掉磁粉，从而在地震数据中产生了强能量的噪声，这类噪声也被称为异常振幅。由磁带掉磁粉产生的强能量噪声不同于野外采集过程中接收到的异常振幅，野外采集过程中接收到的异常振幅是随机的，且仅分散在少数地震道中，因而不具有相干性。而长期存放的地震数据因存储磁带掉磁粉产生的异常振幅，则具有延迟时间短、振幅能量强、覆盖范围广的特点，而且强能量噪声一般会覆盖单炮记录中的所有地震道，淹没有效反射信号。因此，大大降低了地震资料的信噪比。如果不采取有效措施，由其造成的纵、横向振幅能量不均问题，在后续偏移处理过程中会产生严重的偏移画弧现象，从而降低地震资料的处理质量。

针对野外采集过程中产生的异常振幅，目前地球物理学者己研究出多种压制方法，主要归纳为以下两类：(1)人工道编辑。该方法是通过人机交互将包含异常振幅的整个地震道或包含异常振幅的样点值进行充零，使其不参与后续计算；(2)采用设置门槛值的方法。在包含异常振幅采样点的时窗内，利用平均绝对振幅或均方根振幅的判别方法，设定门槛值，对于大于门槛值的采样点值视为异常振幅，然后采用门槛值或相邻点中值替代异常振幅的方法，以达到衰减异常振幅的目的。但上述两种方法在异常振幅压制中均存在一定的不足，归纳如下：

1.人工道编辑压制异常振幅方法存在的缺点：

(1)效率低。该方法是通过人机交互的方式挑选每个单炮记录中含有异常振幅的地震道。目前在通常情况下，一块面积为100平方公里以上的三维地震勘探工区，其野外采集得到的地震数据为海量数据，其单炮总数会超过10000炮，而每炮的接收地震道数超过了1000道。因此，采用人工道编辑方法，工作量大，效率低。

(2)伤害有用信号。该方法是通过剔除整道或分时窗将某时段的异常振幅值作零处理，因此在剔除异常振幅的同时，也损失了地震道中的有用信号。对于覆盖次数较低的地震资料来说，如果将连续地震道的振幅值充零，会造成地震剖面信息的不连续。

因此该方法仅适用于单炮记录中少量地震道存在的异常振幅情况，不适用于压制大范围异常振幅噪声的处理工作。

2.采用门槛值或邻近采样点的中值代替异常振幅值的方法存在的缺点：

①对于磁带掉磁粉产生的异常振幅，经计算设定的门槛值也是一个较大的值，用其替代大于门槛值的异常振幅后，达不到衰减异常振幅的理想效果。

②当地震道中某一异常振幅采样点周围仍为异常振幅时，其邻近采样点的中值也将是一个较大的振幅，此时若用邻近采样点的中值代替所述异常振幅值，同样也达不到衰减异常振幅的效果。

③采用门槛值或中值替代法衰减异常振幅后，纵、横向道与道之间的能量变化仍然不均匀，在后续的偏移处理中易发生偏移画弧现象。

综上所述，现有技术方法，仅适用于压制原始地震数据中少量的异常振幅情况，不适用于压制大范围强能量的噪声。针对存储磁带掉磁粉而产生的强能量噪声，目前还没有一种有效的压制方法。由于这类噪声在地震数据处理中屡见不鲜，因此需要有针对性地开发新技术，以使问题加以解决。

由地震波传播理论可知，地震波在地下介质传播过程中受波前扩散及地层吸收的影响，其振幅能量逐渐被衰减。由地震波振幅方程可知，地震波振幅的衰减程度与波的传播距离成正比，即传播距离越长，振幅能量衰减越大。

发明内容

针对上述现有技术方法存在的不足，基于地震波吸收衰减理论研究，发明了一种既能压制异常振幅又不伤害有用信号的异常振幅衰减方法，以压制存储磁带掉磁粉产生的噪声，提高叠前地震资料的信噪比，为后续地震数据处理奠定基础。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，包括如下步骤：

S1，对单炮地震记录进行初至波切除，得到待处理的地震数据；

S2，在待处理地震数据上，确定包含正常振幅区域和异常振幅区域的统计计算时窗；在选定的统计时窗内，计算采样点的平均绝对振幅，并将其设定为门槛值；

S3，在待处理的地震数据内提取采样点振幅值，将大于门槛值的采样点振幅视为异常振幅；

S4，对判断为异常振幅的采样点值进行振幅衰减处理。

优选地，通过定义初至波切除函数，进行初至波线性切除，去除有用信号区域以外的噪声。

优选地，根据下述公式定义初至波切除函数：

Mute(i)＝t₁x₁，t₂x₂，taper30

其中，Mute(i)为第i个单炮记录的切除函数，t₁为切除开始时间，x₁为切除开始时间所对应的偏距离，t₂为切除截止时间，x₂为切除截止时间所对应的偏移距，taper为切除时间平滑参数，其值设定为30毫秒。

优选地，在选定的计算时窗内，利用下述公式计算采样点的平均绝对振幅：

$M=\frac{1}{N}\underset{j=t}{\overset{t+N}{\Σ}}\left|A_0\left(j\right)\right|$

其中，t为计算时窗起始时间；N为计算时窗内的采样点个数；j表示起始时间为t，终止时间为t+N的时窗索引；A₀(j)为第j采样点的初始振幅值；M为统计计算时窗内的平均绝对振幅，将其定义为门槛值，用于异常振幅的判断标准。

优选地，在待处理的地震数据内提取各采样点值，计算各采样点值的绝对值与所述门槛值M之差，其求差计算公式为：

d(j)＝|A₀(j)|-M

其中，A₀(j)为第j个采样点的初始振幅值，M为所述门槛值，d(j)为第j个采样点振幅的绝对值与门槛值之差。

优选地，利用所述采样点值的绝对值与门槛值M之差的结果，判断采样点振幅是否为异常振幅的方法包括：

当d(j)＞0时，则该采样点振幅值为异常振幅；

当d(j)≤0时，则该采样点振幅值为正常振幅。

优选地，利用所述采样点振幅的绝对值与门槛值之差，计算振幅衰减系数，其计算公式如下：

$E\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{-ad\left(j\right)}& d\left(j\right)>0\\ 1& d\left(j\right)\≤0\end{array}\right.$

其中，d(j)为第j个采样点振幅的绝对值与门槛值之差，a为一常数，其值由实验得出，E(j)为定义的振幅衰减系数。

优选地，当d(j)＞0时，该采样点振幅值为异常振幅，需对其进行振幅衰减处理，振幅衰减系数为e^-ad(j)；当d(j)≤0时，该采样点振幅值为正常振幅，振幅衰减系数为1，此时该样点值不做振幅衰减处理。

优选地，对于视为异常振幅的样点值进行振幅衰减处理，其振幅衰减处理按下述计算公式进行：

A(j)＝A₀(j)E(j)

其中，A₀(j)为所选单炮记录中第j个采样点的初始振幅值，E(j)为其振幅衰减系数，A(j)为对第j个采样点振幅进行衰减处理后的振幅值

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：

本发明提供的方法能够较好地压制因存储磁带掉磁粉产生的大范围异常振幅，而且不伤害有用信号。与现有技术方法压制结果相比，本发明提供的方法能够大大提高地震资料的信噪比。

附图说明

图1是本发明提供的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法流程图；

图2(a)-图2(c)是利用现有技术方法衰减模拟数据中强能量异常振幅效果图；

图3(a)-图3(c)是利用本发明提供的方法压制与图2中相同的模拟数据异常振幅的效果图；

图4(a)-图4(c)利用本发明提供的方法压制模拟数据中孤立异常振幅效果图；

图5(a)-图5(d)是利用现有技术方法压制某工区实际地震数据因存储磁带掉磁粉产生的异常振幅效果图；

图6(a)-图6(d)是利用本发明提供的方法压制与图5中相同的实际地震数据异常振幅的效果图；

图7是利用本发明提供方法具体实施流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及其图1-图7对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，图1是本发明提供的压制地震数据中因磁带掉磁粉产生的异常振幅方法流程图。

一种地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，包括如下步骤：

S1，对单炮地震记录进行初至波切除，得到待处理的地震数据；由于磁带掉磁粉产生的噪声不仅出现在有用信号区域，而且也出现在非有用信号区域，即初至波以外区域。如果初至波以外区域的噪声也参与计算，将直接降低振幅衰减函数的计算精度，影响异常振幅的压制效果，因此在压制异常振幅前需要对初至波外噪声进行切除。通过定义切除函数，去除单炮记录中初至波以外的干扰信号，使干扰信号的振幅不参与统计计算，从而提高信号区振幅统计计算的准确性。

根据下述公式定义初至波切除函数：

Mute(i)＝t₁x₁，t₂x₂，taper30 (1)

其中，Mute(i)为第i个单炮记录的切除函数，t₁为切除开始时间，x₁为切除开始时间所对应的地震道的偏移距，t₂为切除截止时间，x₂为切除截止时间所对应的地震道的偏移距，taper为切除时间平滑参数，其值设定为30毫秒。

S2，在待处理地震数据上，确定同时覆盖正常振幅区域和与其相邻的异常振幅区域的统计计算时窗；在选定的时窗内，计算采样点的平均绝对振幅，并将其设定为门槛值。

压制地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅，其统计计算时窗应包含两个相邻的连续区域，一个是覆盖整个异常振幅的区域；另一个是覆盖少量正常振幅的区域。其目的是为了保证计算时窗内的异常振幅值与正常振幅值之间存在较大差别，使所设定的门槛值小于异常振幅值。

在选定的时窗内，利用平均绝对振幅判别方法计算得到选定时窗内的平均绝对振幅值。平均绝对振幅判别方法对于含有一定延续性的强能量噪声的统计效果较为明显，尤其是对于周围含有成片较大振幅的地震道来说，平均绝对振幅方法在识别强能量噪声方面效果突出。计算平均绝对振幅值是为了设定门槛值，对超出门槛值的样点振幅值进行衰减处理。

在选定的计算时窗内，利用下述公式计算采样点的平均绝对振幅：

$M=\frac{1}{N}\underset{j=t}{\overset{t+N}{\Σ}}\left|A_0\left(j\right)\right|---\left(2\right)$

其中，f为计算时窗起始时间；N为计算时窗内的采样点个数；j表示起始时间为t，终止时间为t+N的时窗索引；A₀(j)为第j个采样点的初始振幅值；M为统计计算时窗内的平均绝对振幅，将其定义为门槛值，用于异常振幅的判断标准。

S3，在待处理的地震数据内提取采样点值，将大于门槛值的采样点振幅视为异常振幅；

S4，对判断为异常振幅的采样点值进行振幅衰减处理。

采样点振幅的绝对值与平均绝对振幅值的差，是用来代替地震波振幅方程中地震波的传播距离，是实现异常振幅衰减的重要参数，其值的大小决定了异常振幅的衰减程度。

在待处理的地震数据内提取各采样点值，计算各采样点值的绝对值与所述门槛值M之差，其计算公式为：

d(j)＝|A₀(j)|-M (3)

其中，A₀(j)为第j个采样点的初始振幅值，M为所述门槛值，d(j)为第j个采样点振幅的绝对值与门槛值之差。

异常振幅的衰减程度取决于d(j)的值，d(j)的大小与实际样点振幅值和平均绝对振幅值有关，实际样点振幅值是已知的，而平均绝对振幅值则由式(2)计算得到。

利用所述采样点值的绝对值与门槛值M之差的结果，判断采样点振幅是否为异常振幅的方法包括：

当d(j)＞0时，则该采样点振幅值为异常振幅。

当d(j)≤0时，则该采样点振幅值为正常振幅。

利用所述采样点振幅的绝对值与门槛值之差，计算振幅衰减系数公式如下：

$E\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{-ad\left(j\right)}& d\left(j\right)>0\\ 1& d\left(j\right)\≤0\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，d(j)为所述采样点振幅的绝对值与门槛值之差，a为一常数，与参数d(j)一起构成振幅衰减系数的指数部分，经实验a为3时效果最佳，E(j)为定义的振幅衰减系数。

当d(j)＞0时，则该采样点的振幅值为异常振幅，需对其进行振幅衰减处理，振幅衰减系数为e^-ad(j)；当d(j)≤0时，则该采样点振幅值为正常振幅，振幅衰减系数为1，此时该样点值不做振幅衰减处理。

对于被视为异常振幅的采样点值，需要进行振幅衰减处理，其振幅衰减处理计算公式为：

A(j)＝A₀(j)E(j) (5)

其中，A₀(j)为所选单炮记录中第j个采样点的初始振幅值，E(j)为其振幅衰减系数，A(j)为对第j个采样点振幅进行衰减处理后的振幅值。

按照公式(4)中的限制条件，当实际样点振幅值的绝对值大于平均绝对振幅值时，经式(5)计算后，异常振幅值A₀(j)则变为A(j)，而且A₀(j)＜A(j)。当实际样点振幅的绝对值不大于平均绝对振幅值时，经式(5)计算后，则有A₀(j)＝A(j)。由于所述正常振幅值的绝对值均小于或等于由式(2)计算所得的平均绝对振幅值，因此本次发明的异常振幅衰减方法不伤害有用信号。此外，由于振幅衰减系数E(j)是一个指数函数，其值恒大于零，即使异常振幅值足够大，按照式(5)进行振幅衰减处理后，其振幅值也永远不为零。因此，新发明的方法避免了现有技术压制异常振幅后出现零值的情况。由此可见，新发明的方法从理论上解决了现有方法存在的不足。

下面结合附图说明现有技术中的异常振幅压制方法与本发明中技术方案之间的差异：

图2(a)-图2(c)是利用现有技术方法衰减模拟数据中强能量异常振幅效果图；其中，图2(a)为正演模拟得到的含有强能量异常振幅单炮记录，图2(b)为利用现有技术中方法压制强能量异常振幅后的结果，图2(c)为压制的异常振幅。从图中可以看出，现有技术方法虽然压制了异常振幅，但是异常振幅所在地震道的全部样点振幅值均变成了零值。因此，利用现有技术方法压制异常振幅的同时，有用信号也丢失了。

图3(a)-图3(c)是利用本发明提供的方法压制与图2中相同的模拟数据异常振幅的效果图；其中，图3(a)与图2(a)数据完全相同，图3(b)为利用本发明提供方法的压制结果，图3(c)为压制的异常振幅。从图上可以看到，压制异常振幅后，有用信号未受到伤害。可见，本发明提供的方法在模拟地震数据上的应用效果明显好于现有技术方法的压制效果。

图4(a)-图4(c)是利用本发明提供的方法压制模拟数据中孤立异常振幅效果图。其中，图4(a)为含有孤立异常振幅的模拟单炮地震记录，图4(b)是利用本发明提供方法压制的结果，图4(c)是压制的异常振幅。从图上可以看出，模拟单炮地震记录中的孤立异常振幅完全消失，压制的异常振幅中也看不到有用信号的能量。可见，本发明提供的方法也适用于孤立异常振幅的情况。

图5(a)-图5(d)是利用现有技术方法压制某工区实际地震数据因存储磁带掉磁粉产生的异常振幅效果图；其中，图5(a)是原始单炮地震记录，从该图上可以看到，由于长时间存储地震数据的磁带受环境温度、湿度的影响，导致磁带粘连而掉磁粉，在地震数据中产生了大范围、强能量的异常振幅，这些异常振幅完全淹没了有效反射信号，严重降低了地震资料的信噪比。图5(b)为进行初至波切除后的地震数据，有用信号以外区域的异常振幅被切除，图5(c)为利用现有技术方法压制异常振幅的结果，图5(d)为压制的异常振幅。从图5(d)上可以看出，虽然异常振幅能量在一定程度上得到了衰减，但是在图5(c)压制异常振幅后的单炮记录上，仍然存在明显的异常振幅，地震资料信噪比没有得到明显提高。可见，现有技术方法还不能彻底解决地震数据因磁带掉磁粉产生的大范围异常振幅问题。

图6(a)-图6(d)是利用本发明提供的方法压制与图5中相同的实际地震数据异常振幅的效果图；其中，图6(a)和图6(b)分别与图5(a)和图5(b)中的地震数据完全相同，图6(c)为利用本发明提供方法压制异常振幅后的结果，图6(d)为压制的异常振幅。从图上分析可以看出，本发明提供的方法能够较好地压制磁带掉磁粉产生的大范围异常振幅，而且不伤害有用信号。与现有技术方法压制结果相比，本发明提供的方法大大提高了地震资料的信噪比，从而为后续资料处理奠定了基础。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对单炮地震记录进行初至波切除，得到待处理的地震数据；

S2，在待处理地震数据上，确定同时覆盖正常振幅区域和与其相邻的异常振幅区域的统计计算时窗；在选定的时窗内，计算采样点的平均绝对振幅，并将其设定为门槛值；

S3，在待处理的地震数据内提取采样点振幅值，将大于所述门槛值的采样点振幅视为异常振幅；

S4，对判断为异常振幅的采样点振幅值进行振幅衰减处理。

2.根据权利要求1所述的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，通过定义初至波切除函数，进行初至波线性切除。

3.根据权利要求2所述的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，根据下述公式定义初至波切除函数：

Mute(i)＝t₁x₁，t₂x₂，taper30

其中，Mute(i)为第i个单炮记录的切除函数，t₁为切除开始时间，x₁为切除开始时间所对应的偏距离，t₂为切除截止时间，x₂为切除截止时间所对应的偏移距，taper为切除时间平滑参数，其值设定为30毫秒。

4.根据权利要求1所述的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，在选定的计算时窗内，利用下述公式计算采样点的平均绝对振幅：

$M=\frac{1}{N}\underset{j=t}{\overset{t+N}{\Σ}}\left|A_0\left(j\right)\right|$

其中，t为计算时窗起始时间；N为计算时窗内的采样点个数；j表示起始时间为t，终止时间为t+N的时窗索引；A₀(j)为第j采样点的初始振幅；M为统计计算时窗内的平均绝对振幅，将其定义为门槛值，用于异常振幅的判断标准。

5.根据权利要求4所述的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，在待处理的地震数据内提取各采样点值，计算各采样点值的绝对值与所述门槛值M之差，其计算公式为：

d(j)＝|A₀(j)|-M

其中，A₀(j)为第j个采样点的初始振幅值，M为所述门槛值，d(j)为第j个采样点振幅的绝对值与门槛值之差。

6.根据权利要求5所述的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，利用所述采样点值的绝对值与门槛值M之差的结果，判断采样点振幅是否为异常振幅的方法包括：

当d(j)>0时，则该采样点振幅值为异常振幅；

当d(j)≤0时，则该采样点振幅值为正常振幅。

7.根据权利要求6所述的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，利用所述采样点振幅的绝对值与门槛值之差，计算振幅衰减系数，其计算公式如下：

$E\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{-ad\left(j\right)}& d\left(j\right)>0\\ 1& d\left(j\right)\≤0\end{array}\right.$

其中，d(j)为第j个采样点振幅的绝对值与门槛值之差，E(j)为定义的振幅衰减系数。

8.根据权利要求7所述的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，当d(j)>0时，第j个采样点振幅为异常振幅，需对其进行振幅衰减处理，振幅衰减系数为e^-ad(j)；当d(j)≤0时，第j个采样点振幅为正常振幅，振幅衰减系数为1，此时该采样点振幅值不做振幅衰减处理。

9.根据权利要求8所述的地震数据存储磁带掉磁粉产生的异常振幅压制方法，其特征在于，对于视为异常振幅的采样点值进行振幅衰减处理，其振幅衰减处理按下述计算公式进行：

A(j)＝A₀(j)E(j)

其中，A₀(j)为所处理的单炮记录中第j个样点的初始振幅值，E(j)为其振幅衰减系数，A(j)为对第j个采样点振幅进行衰减处理后的振幅值。