CN110618457A - 一种可控震源地震数据的联合去噪方法及其装置 - Google Patents

一种可控震源地震数据的联合去噪方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及地震勘探数据处理领域，具体涉及一种可控震源地震数据的联合去噪方法及其装置。本发明的方法是在经过去噪预处理的可控震源地震数据的基础上，通过数据下移、线性动校正、空间振幅平滑、反线性动校正、数据上移和分频噪声衰减技术手段的联合处理，有效的对噪声进行了压制，提高了可控震源地震数据的信噪比和品质。

Description

一种可控震源地震数据的联合去噪方法及其装置
技术领域
本发明涉及地震勘探数据处理领域，具体涉及一种可控震源地震数据的联合去噪方法及其装置。
背景技术
高大沙山地区可控震源采集的地震资料的噪声主要由震源车本身激发产生的谐波、激发引起介质(松软的沙丘)产生的环境噪声、面波以及散射波、多次折射波等多种噪声重叠形成。这些噪声能量强、速度低，在近偏移距底部，速度决定的三角区域呈现高能的黑色(形象地称为“黑三角”)，“黑三角”噪声严重影响了地震资料的品质，增加了叠前噪声去除的难度。
当前可控震源地震数据去噪方法，主要围绕谐波的压制展开过大量研究：吉林大学的姜弢等人公开了一种可控震源地震数据的强脉冲噪声检测及压制技术，该发明(申请号：201210346894.0)依赖原始非相关数据，适用于采集现场，而进入室内处理阶段的可控震源资料都是经过相关处理的数据，无法用该方法进行处理。刘宏杰公开了一种谐波噪声的压制处理方法及装置(申请号：201610299277.8)，该方法的应用前提是准确识别出含谐波噪声的样点，该方法对于混合了谐波、面波、环境噪声以及多次折射、散射多种噪声的“黑三角”的识别压制能力有限，且含谐波噪声的样点难以确定。
发明内容
本发明的目的是提供一种可控震源地震数据的联合去噪方法及其装置，用以解决现有技术只能处理可控震源地震数据噪声中的谐波噪声，不能对重叠了多种噪声的噪声进行有效压制，去噪效果不理想的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种可控震源地震数据的联合去噪方法，包括以下步骤：
获取经过去噪预处理的可控震源地震数据；
对所述可控震源地震数据按照设定时移量进行数据下移，得到下移可控震源地震数据；
对所述下移可控震源地震数据按照设定线性动校正速度进行线性动校正处理，得到校正可控震源地震数据；
对所述校正可控震源地震数据进行空间振幅平滑处理，得到平滑可控震源地震数据；
对所述平滑可控震源地震数据按照设定线性动校正速度进行反线性动校正处理，得到反校正可控震源地震数据；
对所述反校正可控震源地震数据按照设定时移量进行数据上移，得到上移可控震源地震数据；
对所述上移可控震源地震数据进行分频噪声衰减处理，得到最终的可控震源地震数据。
相应的，本发明还提供了一种可控震源地震数据的联合去噪装置，包括数据接收单元和数据处理单元；
所述数据接收单元用于：接收经过去噪预处理的可控震源地震数据；
所述数据处理单元用于：对所述可控震源地震数据按照设定时移量进行数据下移，得到下移可控震源地震数据；
对所述下移可控震源地震数据按照设定线性动校正速度进行线性动校正处理，得到校正可控震源地震数据；
对所述校正可控震源地震数据进行空间振幅平滑处理，得到平滑可控震源地震数据；
对所述平滑可控震源地震数据按照设定线性动校正速度进行反线性动校正处理，得到反校正可控震源地震数据；
对所述反校正可控震源地震数据按照设定时移量进行数据上移，得到上移可控震源地震数据；
对所述上移可控震源地震数据进行分频噪声衰减处理，得到最终的可控震源地震数据。
本发明的有益效果是：在经过去噪预处理的可控震源地震数据的基础上，通过数据下移、线性动校正、空间振幅平滑、反线性动校正、数据上移和分频噪声衰减技术手段的联合处理，有效的对噪声进行了压制，提高了可控震源地震数据的信噪比和品质。
作为本发明所述方法或装置的改进，所述去噪预处理包括数据解编、观测系统定义、静校正和球面扩散补偿。
作为本发明所述方法或装置的进一步改进，通过线性动校正扫描，根据近偏移距初至波校平的情况，确定设定线性动校正速度。
作为本发明所述方法或装置的又一次改进，根据最大偏移距偏移量和所述设定线性动校正速度，得到线性动校正后的最大偏移距上移时间，所述设定时移量不小于所述最大偏移距上移时间减去远偏移初至时间的差值。
附图说明
图1是本发明一种可控震源地震数据的联合去噪方法的流程图；
图2为本发明实施例中处理前的地震数据图；
图3为本发明实施例中进行数据下移处理后的地震数据图；
图4为本发明实施例中进行线性动校正后的地震数据图；
图5为本发明实施例中进行空间振幅平滑处理后地震数据图；
图6为本发明实施例中进行反线性动校正后的地震数据图；
图7为本发明实施例中进行数据上移后的地震数据图；
图8为本发明实施例中进行分频噪声衰减处理后的地震数据图；
图9(a)和图9(b)分别为本发明实施例中去噪前和去噪后叠加剖面对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明采用的技术方案是，针对高大沙山地区可控震源采集的三维地震数据，在已完成数据解编、观测系统定义、静校正和球面扩散补偿等去噪预处理流程的基础上，通过空间振幅平滑、分频噪声衰减等手段，完成对“黑三角”噪声的压制，提高高大沙山地区可控震源地震数据的信噪比。
空间振幅平滑和分频噪声压制都是噪声压制手段，空间振幅平滑可以在地震资料横向(空间方向)上对噪声进行压制，但是该处理手段要求横向(空间方向)上能量变化相对均匀，而采集的地震资料由于地震波传播路径所决定远偏移距初至时间更大，近偏移距初至时间更小，横向(空间方向)上能量变化是不均匀的；分频噪声压制在纵向(时间方向)上对超过某门槛值的地震数据将其压制到该门槛值上，对于“黑三角”噪声，仅只能在在纵向上(时间方向)上进行噪声压制，其对噪声的压制方向上是不全面的。因此可以通过这两种处理手段相配合的方法进行“黑三角”噪声压制。在应用空间振幅平滑技术手段前，创新性的对单炮进行了线性动校正，以保证远偏移距校正后与近偏移距横向上(空间方向)能量变化相对均匀，避免空间振幅平滑因能量不均匀造成对有效信号的损失。同时为了避免线性动校正后远偏移距校正过量上移后超过零时间线造成远偏移距数据丢失情况，因此在线性动校正前对数据进行了整体时移(下移)以做保护。通过下移后再进行线性动校正，保证了数据不丢失，横向(空间方向)上能量变化相对均匀之后采用空间振幅平滑在横向(空间方向)上进行“黑三角”噪声压制。通过反线性动校正，数据整体时移(上移)以对数据长度以及空间展布进行还原，随后通过分频噪声压制技术在纵向(时间方向)上对“黑三角”噪声进行压制。通过以上2种去噪技术(空间振幅平滑、分频噪声衰减)以及2种处理手段(数据整体时移、线性动校正)辅助配合完成对“黑三角”噪声的有效压制。
以下以中国银额盆地某高大沙山地区可控震源地震数据为实施例详述本发明实施过程与所得结果。
图1为本发明所述方法的流程图，经过去噪预处理的可控震源地震数据依次经过数据下移、线性动校正、空间振幅平滑、反线性动校正、数据上移和分频噪声衰减技术手段的联合处理，得到压制噪声效果良好的地震数据。
图2所示为获取的可控震源地震数据D1中的典型单炮的一个排列，可控震源地震数据D1经过了去噪预处理。所述去噪预处理包括数据解编、观测系统定义、静校正以及球面扩散补偿。从图2可以看到该排列上其存在很强的“黑三角”噪声干扰。
图3所示是可控震源地震数据D1整体下移后的可控震源地震数据D2，整体下移过程包括：
通过线性动校正扫描，根据近偏移距初至波校平的情况，确定线性动校正速度V0；计算线性动校正后远偏移上移量T移(单位毫秒)：
T移＝Mo/V0*1000 (1)
其中，Mo为最大偏移距偏移量，单位为米，V0为线性动校正速度，单位为米/秒；
统计远偏移距初至时间T初至，当T初至小于T移时，表明线性动校正后远偏移距会上移到零时间以上造成数据丢失，因此可以确定最小的数据时移量T0(T0≥(T移-T初至))，以防止线性校正后远偏移距上移造成数据丢失情况；
对得到的可控震源地震数据D1数据下移T0毫秒，获得下移后的可控震源地震数据D2，公式为：
iO＝T0/Tsamp (2)
A移(i+iO)＝A移(i) (3)
其中，Tsamp表示数据采样间隔，单位为毫秒，iO表示对应时移量T0需要时移的样点个数，A移(i)表示任意道第i个采样点的振幅值。
在本例中T0采用的是500ms，图3与图2对比，可以看到数据整体下移了500ms,并且数据总时间增大到6500ms(图2为6000ms)，图中纵坐标时间轴单位为秒，图3显示为6.5秒。
图4是对可控震源地震数据D2进行线性动校正处理后得到的可控震源地震数据D3，计算公式为：
Tj移＝Mj/V0 (4)
ij移＝Tj移/Tsamp (5)
Aj(i-ij移)＝Aj(i) (6)
其中Mj表示第J道的偏移距，Tj移表示第j道线性动校正后时移量，ij移表示与Tj移对应第j道线性动校正后时移量所对应的样点移动个数，Aj(i)表示第j道第i个采样点的振幅值。
从图4可以看到，完成线性动校正后，每一道均按照公式定义的时移量上移，上移后单炮浅层初至已经被拉平，浅层横向振幅变化较为均匀。
图5所示是对可控震源地震数据D3进行空间振幅平滑处理后得到的可控震源地震数据D4；所述空间振幅平滑处理包括以下步骤：
1.空间振幅平滑是在每NC个记录道(NC为奇数)进行，指定统计时窗长度TL，计算被处理道以及与其相邻的NC-1道(对于中间的地震道则选用被处理道左右各(NC-1)/2道),总共NC道的平均振幅值M，同时统计需要被处理的道的振幅值m，通过振幅统计后，计算一个系数M/m，将该系数直接乘到需要被处理的道上实现空间振幅平滑，计算公式为：
Aj(i)＝Aj(i)*M/m (7)
其中，Aj(i)表示第j道第i个采样点的振幅值；
2.对于下一个地震道，重复步骤1的工作，直到完成该炮所有地震道振幅处理工作；
3.对于下一炮，重复步骤1和2完成所有单炮的空间振幅平滑处理，衰减浅层的黑三角噪声，得到空间振幅平滑处理后的可控震源地震数据D4；
与图4对比，可以看到可控震源地震数据的浅层“黑三角”噪声得到了衰减。
图6是对可控震源地震数据D4按照线性动校正速度V0对其进行反线性动校正后得到的可控震源地震数据D5，计算公式为：
Tj移＝Mj/V0 (8)
ij移＝Tj移/Tsamp (9)
Aj(i+ij移)＝Aj(i) (10)
其中，Mj表示第j道的偏移距，Tj移表示第j道线性动校正后时移量，ij移表示与Tj移对应第j道线性动校正后时移量所对应的样点移动个数，Aj(i)表示第j道第i个采样点的振幅值。
从图6可以看到，完成反线性动校正后，每一道均按照公式定义的时移量下移，下移后单炮浅层初至被还原到图2状态。
图7是对可控震源地震数据D5数据上移T0时间得到的地震数据D6，计算公式为：
iO＝T0/Tsamp (11)
A(i-iO)＝A(i) (12)
其中，Tsamp表示数据采样间隔，单位为毫秒；iO表示对应时移量T0需要时移的样点个数，A移(i)表示任意道第i个采样点的振幅值。
在本例中T0采用的是500ms，与图6对比可知，数据整体上移了500ms,数据总时间长度由6500ms减少为了6000ms。(图中纵坐标时间轴单位为秒，图6显示为6秒)。
图8是对可控震源地震数据D6进行分频噪声衰减处理得到的可控震源地震数据D7，所述分频噪声衰减包括以下步骤：
1.通过在“黑三角”噪声的时间空间窗中，进行傅里叶变换，变换到频率域，进行分频带统计分析，统计该时间-空间-频带的中值振幅，根据设置不同频带的门槛值(一般门槛值设定为1-5)对大于门槛值倍数的地震振幅衰减至中值振幅Eftk。
公式中：Nftk为样点总数，t为时窗，f为频带，k为道数，i为样点数，A为振幅。
2.分频带统计:原则是将频谱分析确定的“黑三角”噪声所在的频率范围f低(低频端)至f高(高频端)，分成N个频带分别统计分析(频带个数N根据试验效果确定)，每个频带的频率范围如公式(14)；每一个分析频带的低频、高频范围分别由公式15、16表示:
fN低＝f低+f平*(N-1) (15)
fN高＝f低+f平*N (16)
公式中fN低、fN高分别表示第N个频带的低频端、高频端，N分别取1至N。
完成分频噪声衰减后，与图7对比可知，可控震源地震数据D7深层的“黑三角”噪声得到了有效衰减。
图9所示为可控震源地震数据D1经过本发明所述方法去噪前后的叠加剖面效果对比，图9(a)是未经过本发明所述方法直接叠加的剖面效果，图中基本看不到有效反射，地层反射信息被噪声所掩盖；图9(b)是经过本发明所述方法进行噪声衰减压制后的叠加剖面，图中可看到有效反射，地震反射信息较为丰富。图中横向为CDP号，纵向为时间，通过本发明所述方法处理后噪声得到有效衰减，剖面同相轴连续性得到改善，剖面的信噪比得到提高。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，通过数据下移、线性动校正、空间振幅平滑、反线性动校正、数据上移和分频噪声衰减技术手段的联合处理，有效的对噪声进行了压制，提高了可控震源地震数据的信噪比和品质。
但本发明不局限于所描述的实施方式，例如改变空间振幅平滑或者分频噪声衰减方法中具体参数的大小，例如数据上移或下移的时移量，或者分频带数量等，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可控震源地震数据的联合去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取经过去噪预处理的可控震源地震数据；
对所述可控震源地震数据按照设定时移量进行数据下移，得到下移可控震源地震数据；
对所述下移可控震源地震数据按照设定线性动校正速度进行线性动校正处理，得到校正可控震源地震数据；
对所述校正可控震源地震数据进行空间振幅平滑处理，得到平滑可控震源地震数据；
对所述平滑可控震源地震数据按照设定线性动校正速度进行反线性动校正处理，得到反校正可控震源地震数据；
对所述反校正可控震源地震数据按照设定时移量进行数据上移，得到上移可控震源地震数据；
对所述上移可控震源地震数据进行分频噪声衰减处理，得到最终的可控震源地震数据。
2.根据权利要求1所述一种可控震源地震数据的联合去噪方法，其特征在于：所述去噪预处理包括数据解编、观测系统定义、静校正和球面扩散补偿。
3.根据权利要求1或2所述一种可控震源地震数据的联合去噪方法，其特征在于：通过线性动校正扫描，根据近偏移距初至波校平的情况，确定设定线性动校正速度。
4.根据权利要求3所述一种可控震源地震数据的联合去噪方法，其特征在于：根据最大偏移距偏移量和所述设定线性动校正速度，得到线性动校正后的最大偏移距上移时间，所述设定时移量不小于所述最大偏移距上移时间减去远偏移初至时间的差值。
5.一种可控震源地震数据的联合去噪装置，其特征在于：包括数据接收单元和数据处理单元；
所述数据接收单元用于：接收经过去噪预处理的可控震源地震数据；
所述数据处理单元用于：对所述可控震源地震数据按照设定时移量进行数据下移，得到下移可控震源地震数据；
对所述下移可控震源地震数据按照设定线性动校正速度进行线性动校正处理，得到校正可控震源地震数据；
对所述校正可控震源地震数据进行空间振幅平滑处理，得到平滑可控震源地震数据；
对所述平滑可控震源地震数据按照设定线性动校正速度进行反线性动校正处理，得到反校正可控震源地震数据；
对所述反校正可控震源地震数据按照设定时移量进行数据上移，得到上移可控震源地震数据；
对所述上移可控震源地震数据进行分频噪声衰减处理，得到最终的可控震源地震数据。
6.根据权利要求5所述一种可控震源地震数据的联合去噪装置，其特征在于：所述去噪预处理包括数据解编、观测系统定义、静校正和球面扩散补偿。
7.根据权利要求5或6所述一种可控震源地震数据的联合去噪装置，其特征在于：所述数据处理单元通过线性动校正扫描，根据近偏移距初至波校平的情况，确定设定线性动校正速度。
8.根据权利要求7所述一种可控震源地震数据的联合去噪装置，其特征在于：所述数据处理单元根据最大偏移距偏移量和所述设定线性动校正速度，得到线性动校正后的最大偏移距上移时间，所述设定时移量不小于所述最大偏移距上移时间减去远偏移初至时间的差值。
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