CN109212609B - 基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法，该基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法包括：步骤１，输入近地表速度厚度模型；步骤２，将数据进行选排，分选为共炮，共检道集；步骤３，共炮道集对检波点进行延拓，延拓到低速带底界面；步骤４，共炮道集对检波点进行延拓，向上延拓到地表；步骤５，将完成了炮点和检波点延拓的数据，进行重新选排，重新抽取回共炮道集，完成输出。该基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法几乎不损失有效信号就可以将与近地表相关噪音进行压制，从原理上就可以保护有效波，去除噪音信号。

Description

基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法

技术领域

本发明涉及油气勘探地震资料处理技术领域，特别是涉及到一种基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法。

背景技术

地震资料中的噪音主要与近地表相关，如强面波干扰、强折射波、声波以及近地表绕射源产生的噪音，这些噪音的存在严重影响了地震资料的信噪比。针对不同的噪音特征，目前已经提出了许多种噪音压制的方法，如低F-K域，Radon变换，曲波变换，小波变换等不同域进行去噪的处理。这些方法都具有各自的特点并取得了明显的效果，但往往只是侧重考虑某一方面的特性或依据某种假设条件，都有其局限性。F-K滤波根据有效信号和噪音的视速度差异进行滤波，在很多实际资料中面波和有效信号视速度差异不够明显，造成去噪效果差；Radon变换和F-K滤波器相似，也是依据经过变换后在Randon域噪音和有效信号会形成不同的聚焦能量，但是实际噪音往往无法和有效信号彻底分离，造成去噪效果并不理想；曲波变换和小波变换方法的问题和前述方法类似，均是通过有效信息和噪音的某种差异进行信噪分离，在不能精确分离时，必然伤及有效信号。

由于地震资料信噪比对处理解释的影响巨大，而目前常用的去噪方法存在诸多问题。随着油气勘探工作的不断深化，地震资料处理中对任何有效信号的伤害必然对后续的处理解释带来无法弥补的损失。

地震记录中噪音种类繁多，强折射、面波、声波等干扰各具特点，由于这些干扰的存在严重影响了地震的信噪比、分辨率，如果叠前不对其进行有效地压制，最终必然会影响到整个资料处理的质量。在压制噪音的同时，如何避免对有效信号的损害，一直是地震资料处理的重要内容。为此我们发明了一种新的基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种最大限度保护有效信息，同时压制多种噪音干扰的基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法，该基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法包括：步骤1，输入近地表速度厚度模型；步骤2，将数据进行选排，分选为共炮，共检道集；步骤3，共炮道集对检波点进行延拓，延拓到低速带底界面；步骤4，共炮道集对检波点进行延拓，向上延拓到地表；步骤5，将完成了炮点和检波点延拓的数据，进行重新选排，重新抽取回共炮道集，完成输出。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，输入的模型为离散网格数据，每个网格点的数值为当前位置纵波速度。

在步骤2中，将数据分别选排为共炮道集以进行检波点延拓和共检波点道集以进行共炮点延拓，进行延拓时采用的基本运算公式为：

式中，u表示在某一深度位置记录波场的傅里叶变换，v表示纵波在介质中的传播速度，ω表示圆频率，k_x表示水平方向上的圆波数，ΔZ表示深度域延拓步长，Z表示当前深度位置，公式中指数位置取正为向上延拓，取负值为向下延拓。

在步骤3中，选择有限差分方法在炮集和检波点道集记录中进行波场记录的向下延拓，将检波点和炮点延拓的低速带底界面，实现波场向下延拓过程，在延拓过程，仅保留正时间的地震数据，即延拓过程中对当前延拓面之上的信息进行清除。

在步骤3中，延拓到给定的高速顶，对u(z)进行傅里叶反变换，得到时间域信号u，对时间域信号u而言，由于经过了向下延拓处理，延拓目标位置之上的信息，时间上均为负值；对u中时间为负值的信息直接赋零值，实现对浅层噪音源的压制。

在步骤4中，选择有限差分方法在炮集和检波点道集记录中进行波场记录的向上延拓，将检波点和炮点延拓的低速带底界面，实现波场向上延拓过程。

本发明中的基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法，几乎不损失有效信号就可以将与近地表相关噪音进行压制，从原理上就可以保护有效波，去除噪音信号。基于波场延拓的近地表噪音压制方法有着其他去噪方法不可比拟的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：

第一、方法原理的可靠性。该方法通过波动方程严格解进行波场延拓，从数学和物理上均有明确的意义。而常用的方法均进行了诸多假设，最常用假设就是在某个变换域中噪音和信号能够确定分离。提出的新方法，不需要任何假设。

第二、方法效果的可靠性。方法可以同时完成与近地表相关的所有噪音的去除处理，理论和实际数据应用效果可靠。

第三、操作简单易实现。数据处理的输入为准确或者近似的近地表速度场，由于方法包含了正反两次延拓处理，因此速度模型的精度要求很低，实际应用简单易用。

第四、有效信息的保护。在压制不同噪音的同时，能够保持有效反射波的信息不变，为后续的处理解释提供数据保障。

附图说明

图1为本发明的基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中典型模型数据延拓去噪前后对比的示意图；

图3为本发明的一具体实施例中典型模型数据延拓去噪前后对比的示意图；

图4为本发明的一具体实施例中典型模型数据延拓去噪前后对比的示意图；

图5为本发明的一具体实施例中典型模型数据延拓去噪前后对比的示意图；

图6为本发明的一具体实施例中实际资料单炮去噪处理效果的示意图；

图7为本发明的一具体实施例中实际资料单炮去噪前后水平叠加处理效果对比的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

波动方程延拓可以实现地表接收的地震记录向地面以下换算的目的，能够计算出炮点和检波点在地下某一深度时的地震波场。如果将炮点和检波点延拓到地下某一深度，原来造成干扰的近地表因素均出现在炮点和检波点的上方，在时间上表现为负时刻，保留延拓后的数据为正时间数据，就可以消除干扰因素的影响。按照相同的参数将炮点和检波点延拓回原来的位置，深层的反射波信号经历了一正一负的可逆过程，没有收到任何损失。但是浅层因素相关的干扰波，由于在延拓时删除了负时刻数据，因此再延拓回原始位置时，这些噪音信号是不能被恢复的。

如图1所示，图1为本发明的基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法的流程图。

步骤1)输入近地表速度厚度模型；输入的模型要求为离散网格数据，每个网格点的数值为当前位置纵波速度。该模型可以采用层析反演获得的网格速度，也可以适用折射波方法获得的层状速度模型进行离散化处理。由于算法具有较强的抗速度误差能力，对速度模型的精度要求不高。

步骤2)数据进行选排，分选为共炮，共检道集；去噪方法包含了两步延拓处理，分别需要对炮点和检波点进行延拓计算。由于本发明采用的单程波波动方程，每次延拓只能实现下行波延拓或者上行波延拓，因此将数据分别选排为共炮道集(进行检波点延拓)和共检波点道集(进行共炮点延拓)。

设u表示在某一深度位置记录波场的傅里叶变换，v表示纵波在介质中的传播速度，ω表示圆频率，k_x表示水平方向上的圆波数。ΔZ表示深度域延拓步长，Z表示当前深度位置。

公式(1)为步骤3)和4)进行延拓时采用的基本运算公式，公式中指数位置取正为向上延拓，取负值为向下延拓。

步骤3)共炮道集对检波点进行延拓，延拓到低速带底界面(共检波点道集对炮点进行延拓，延拓到低速带底界面)；选择有限差分方法在炮集(检波点道集)记录中进行波场记录的向下延拓，将检波点(炮点)延拓的低速带底界面，实现波场向下延拓过程。在延拓过程，仅保留正时间的地震数据，即延拓过程中对当前延拓面之上的信息进行清除；

经过步骤3)延拓后，延拓到给定的高速顶，对u(z)进行傅里叶反变换，得到时间域信号u，对时间域信号u而言，由于经过了向下延拓处理，延拓目标位置之上的信息，时间上均为负值。对u中时间为负值的信息直接赋零值，就可以实现浅层噪音源的压制。当然，对于浅层的有效信息，也会同时被压制。

步骤4)共炮道集对检波点进行延拓，向上延拓到地表(共检波点道集对炮点进行延拓，延拓到地表)；选择有限差分方法在炮集(检波点道集)记录中进行波场记录的向上延拓，将检波点(炮点)延拓的低速带底界面，实现波场向上延拓过程。

步骤5)将完成了炮点和检波点延拓(向下延拓和向上延拓)的数据，进行重新选排，重新抽取回共炮道集，完成输出。

在应用本发明的具体实施例中，为了验证波场延拓去噪方法的处理效果，建立了以下几个典型进行正演模拟，并使用波场延拓去噪方法进行处理。

图2(a)为浅层存在较少散射源的正演模型，图2(b)为模型正演数据，图2(c)为模型数据去噪效果；图3(a)为浅层存在较密集散射源的正演模型，图3(b)为模型正演数据，图3(c)为模型数据去噪效果；图4(a)为浅层存在大干扰源的正演模型，图4(b)为模型正演数据，图4(c)为模型数据去噪效果。图2到图4展示了不同数量和尺度的浅层干扰，这些干扰有的仅在浅层产生了干扰波(如图2，图3)，有些除了影响浅层还会对深层有影响(如图4)。这三个例子说明了延拓去噪方法在消除浅层干扰源的同时，较好地保持了深层反射信号的信噪比，特别是图4可以看出深层资料中包含的浅层干扰源产生的噪音，也被较好地去除了。

为了进一步验证延拓去噪方法对不同噪音的压制效果，采用了图5所示例子，图5(a)为正演模型，图5(b)为加入随机噪音的模型正演数据，图5(c)为模型数据去噪效果。在正演结果中加入了随机噪音，如图5(b)所示，使用这个资料作为输入进行延拓去噪，处理结果如图5(c)所示。对比图2到图5的分析结果，可以明确的得出延拓去噪对压制与浅层地表相关的噪音源相关噪音有很好的效果，但是对压制随机噪音无效。这一结论和延拓去噪的基本方法原理是吻合的。

为了进一步说明方法的处理效果，下面以桩海地区实际资料处理过程为例，进行分析。图6展示了该地区实际资料去噪前、去噪后及去除的噪音效果图。图6(a)为原始的实际数据，图6(b)去噪后的数据，图6(c)为去除的噪声。从去噪后的记录中可以看出，经过噪音压制后记录中，与近地表相关的面波、强折射波基本被压制干净。当然由于折射和面波除了在较浅层产生之外，深层也会产生一部分噪音，因此去噪后的记录中仍然存在少量的折射和面波干扰。原始记录和去噪后结果做差后得到了去噪的噪音图6(c),从图中可以看出去除的信号基本上完全是噪音。

为了进一步验证去噪前后的处理效果，对去噪前后的单炮数据按照相同的处理流程进行叠加处理，最终得到了如图7所示的去噪前后对比效果分析结果。图7(a)为未去噪前数据水平叠加结果，图7(b)为去噪后数据水平叠加结果。

从实际数据处理的结果对比分析可以看出，延拓去噪方法可以有效去除地震资料中的与近地表相关的噪音，且可以较好地保护实际资料的有效信号。在理论和实际资料的处理中，方法均表现出较好的处理效果。

Claims (1)

1.基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法，其特征在于，该基于波动方程延拓的近地表噪音压制方法包括：

步骤1，输入近地表速度厚度模型；

步骤2，将数据进行选排，分选为共炮，共检道集；

步骤3，共炮道集对检波点进行延拓，延拓到低速带底界面；

步骤4，共炮道集对检波点进行延拓，向上延拓到地表；

步骤5，将完成了炮点和检波点延拓的数据，进行重新选排，重新抽取回共炮道集，完成输出；

在步骤1中，输入的模型为离散网格数据，每个网格点的数值为当前位置纵波速度；

在步骤2中，将数据分别选排为共炮道集以进行检波点延拓和共检波点道集以进行共炮点延拓，进行延拓时采用的基本运算公式为：

式中，u表示在某一深度位置记录波场的傅里叶变换，v表示纵波在介质中的传播速度，ω表示圆频率，k_x表示水平方向上的圆波数，ΔZ表示深度域延拓步长，Z表示当前深度位置，公式中指数位置取正为向上延拓，取负值为向下延拓；

在步骤3中，选择有限差分方法在炮集和检波点道集记录中进行波场记录的向下延拓，将检波点和炮点延拓的低速带底界面，实现波场向下延拓过程，在延拓过程，仅保留正时间的地震数据，即延拓过程中对当前延拓面之上的信息进行清除；延拓到给定的高速顶，对u(z)进行傅里叶反变换，得到时间域信号u，对时间域信号u而言，由于经过了向下延拓处理，延拓目标位置之上的信息，时间上均为负值；对u中时间为负值的信息直接赋零值，实现对浅层噪音源的压制；

在步骤4中，选择有限差分方法在炮集和检波点道集记录中进行波场记录的向上延拓，将检波点和炮点延拓的低速带底界面，实现波场向上延拓过程。

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