CN115840249A

CN115840249A - 基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法

Info

Publication number: CN115840249A
Application number: CN202211437162.2A
Authority: CN
Inventors: 段伟伟; 张倩慧; 彭仁艳; 杨晨莹; 陈良; 苏燕; 颜晓霞; 赵思思; 付婷
Original assignee: Science And Technology Research And Development Center Of Sinopec Petroleum Engineering Geophysics Co ltd; Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Petroleum Engineering Geophysics Co Ltd
Current assignee: Science And Technology Research And Development Center Of Sinopec Petroleum Engineering Geophysics Co ltd; Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Petroleum Engineering Geophysics Co Ltd
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2023-03-24

Abstract

本发明公开了一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其步骤为：步骤一、根据“黑三角”强能量干扰分布特征对地震道进行重排；步骤二、采用时变、空变及多域处理的方式，利用矢量中值滤波进行三角区强能量干扰衰减；步骤三、利用高分辨率Radon变换，对干扰波和有效波进行分离，最终实现“黑三角”区的信噪分离。本发明通过对随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换两项技术的联合应用，最终实现了“黑三角”区的信噪分离；采用本方法单炮干扰明显压制，信噪比明显提高，三角区中深层有效反射特征清晰可见，地震资料叠加结果信噪比明显提高，波组特征突出，中深层弱信号得到保护和恢复。

Description

基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法

技术领域

本发明涉及一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，属于可控震源地震资料处理技术领域。

背景技术

随着中石化油气勘探的不断深入，复杂地表、复杂构造区精细勘探成为油气勘探的主战场，宽方位、宽频带和高密度的采集技术在勘探开发中起着越来越重要的作用。自20世纪60年代以来，可控震源已逐渐成为地震勘探中最重要的激发源之一。与炸药震源相比，可控震源的突出优点有以下几方面：

(1)输出信号可控。不产生地层不传播的振动频率，从而节约能量。炸药震源记录到的地震波是带限频率，而可控震源则可以根据地层特性选择损耗最少、最适合于地层传播的频带作为扫描频带。

(2)可控震源能流密度非常小，对环境的破坏较小，是一种环保震源。炸药震源激发的大部分能量主要用于对围岩的破坏上，传入地下的只是小部分能量。可控震源冲击地面的力量一般是5-15吨，对岩石的破坏较小。

(3)抗干扰能力强。可控震源在采集中输出的是一个非脉冲信号，在处理过程中，通过相关将其压缩成脉冲子波的形式，而相关过程本身就是一个滤波的过程，可以在一定程度上压制背景噪音，因此可控震源资料的品质相对来说更优越一些。

(4)节约成本，特别是在一些干旱缺水或者难以打井的区域，潜水面非常深，有的甚至可以达到一二百米，如果采用炸药震源的话，激发井就是一个很大的问题，而采用可控震源就可以降低钻探激发井的成本。

(5)可控震源由于对地面损害小，而且施工灵活便捷，作业效率较高，特别适宜于居民稠密的工区工作。

目前国内的可控震源施工项目所占比重40％左右，国外所占比重高达70％，中东地区几乎达到100％，因此随着可控震源采集技术和配套装备的不断发展与提升，可控震源技术被国内外各大油气公司所采用，并将成为“两宽一高”地震采集的主要激发震源。

受可控震源采集设备特征和复杂地表结构的影响，可控震源采集技术在提高野外施工效率的同时，给室内数据处理带来了巨大的挑战，尤其原始资料中的近道区会大范围存在“黑三角”噪音，该噪音具有能量强、影响面积大、频带分布宽、形态复杂多变的特征，影响范围随传播时间渐增，严重降低了资料信噪比及深层弱信号的成像效果，目前“黑三角”噪音压制已经成为沙漠区域可控震源资料处理的难点之一，因此为了有效识别并压制噪音，尽最大可能的保护有效信号并提高资料信噪比，中石化地球物理公司开展了针对“黑三角”噪音压制的方法研究。

针对沙漠地区可控震源资料的强能量噪音，国内外学者们提出了多种噪音压制方法。Yilmaz等采用基于低频率的高通滤波方法，Karsli等分别采用维纳滤波器和F-K滤波技术进行噪音压制，但滤波方法主要是利用噪音与反射波的单一特征差异，在时间域进行全局化处理，对强能量、宽频带“黑三角”噪音适应性差，并且在去噪的同时会损失较多的有效信号；Deighan等利用小波变换的时频分析特性对低频域做滤波处理来压制噪音，夏洪瑞等提出了一种小波时空阈值去噪方法，刘喜恒等提出了混合域中值滤波及振幅加权均质滤波方法，均取得了一定的效果，但这些技术方法较单一，不可避免地产生一些人为的假象或消除不干净或损失有效波的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，利用随机道分频中值滤波和高分辨率Radon变换波场分离技术对“黑三角”强能量干扰进行压制。该方法的总体思路是首先将接收道进行随机分布处理，利用矢量中值滤波进行强能量干扰衰减；再利用高分辨率Radon变换实现波场分离。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其包括如下步骤：

步骤一、根据“黑三角”强能量干扰分布特征对地震道进行重排；

步骤二、采用时变、空变及多域处理的方式，利用矢量中值滤波进行三角区强能量干扰衰减；

步骤三、利用高分辨率Radon变换，对干扰波和有效波进行分离，最终实现“黑三角”区的信噪分离。

进一步的，所述步骤一和二中，首先将地震数据分为不同的频段，在不同的频段范围内识别地震记录中存在的强能量干扰，确定噪声出现的空间位置，再定义相应的门槛值和衰减系数，然后采用时变、空变及多域的方式进行压制，达到压制高能干扰以及实现高保真去噪。

进一步的，强能量干扰在振幅、频率特征方面，呈随机发育特征。

进一步的，所述步骤三中，利用Radon变换进行波场分离时，通过在最小二乘抛物线拉冬变换的算子中引入非线性规则化对角矩阵W实现将拉冬域数据约束至一些离散的(τ，q)点，即：

(LL^H+W^HW)M＝LD (1)

其中，非线性对角矩阵W的物理意义理解为曲率参数q的权重向量，L为Radon变换算子，L^H表示L的共轭转置算子，M是频率域地震数据，D是Radon域数据和频率空间域数据相互关系的矩阵形式。

更进一步的，采用广义最小二乘原理，递归求取权重的方法，将Radon域数据的能量集中于其能量最强的频带内，实现对有效波与干扰波的高效分离。

更进一步的，具体的变换过程表示为：

M(ω_k)＝WL(L^HWL+εI)^-1 D(ω_k) (2)

其中，M(ω_k)为频率为k时的频率域地震数据，I为单位矩阵，ε为阻尼因子，D(ω_k)是Radon域数据和频率空间域数据在频率为k时的相互关系的矩阵形式。

更进一步的，利用低频带求出的变换结果作为对高频带权重的约束因子。

更进一步的，采用的权重求取方法表示为：

W_ii(ω_k)＝||M_i(ω_k-1)||，i＝1,…,N_q (3)

其中，W_ii(ω_k)为频率为k时的权重。

本发明的有益效果是：本发明基于随机道矢量中值滤波和高分辨率Radon变换技术，形成了可控震源采集资料深层弱信号成像精度的关键处理技术序列，对可控震源高效采集的应用和推广起到积极的推动作用。通过上述两项技术的联合应用最终实现了“黑三角”区的信噪分离。经实践表明，采用本方法单炮干扰明显压制，信噪比明显提高；三角区中深层有效反射特征清晰可见；地震资料叠加结果信噪比明显提高，波组特征突出，中深层弱信号得到保护和恢复。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是随机道分频中值滤波过程图；

图2是慢度谱模型；

图3是慢合成地震记录；

图4是常规Radon变换的得到的慢度谱；

图5是高分辨率Radon变换得到的慢度谱；

图6是常规Radon变换分离出的干扰波；

图7是常规Radon变换分离出的有效波；

图8是高分辨率Radon变换分离出的干扰波；

图9是高分辨率Radon变换分离出的有效波；

图10是同位置不同震源单炮显示；

图11是相同位置交替扫描单炮频率显示；

图12是相同位置滑动扫描单炮频率显示；

图13是相同位置自主扫描单炮频率显示；

图14是三角区内频谱分析；

图15是三角区外频谱分析；

图16是矢量中值滤波+高精度RADON变换技术去噪前后单炮

图17是矢量中值滤波+高精度RADON变换技术去噪前后叠加。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提出了一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，该方法利用随机道分频中值滤波和高分辨率Radon变换波场分离技术对“黑三角”强能量干扰进行压制。首先将接收道进行随机分布处理，利用矢量中值滤波进行强能量干扰衰减；再利用高分辨率Radon变换实现波场分离。具体如下：

(1)随机道分频中值滤波技术

“三角区”强能量干扰在单炮上主要发育在近偏移距视速度700m/s以下的三角区内，能量超强、呈杂乱反射，与有效信号干涉在一起。分频中值滤波的原理是：强能量噪声在不同频带内的表现特征不同，在不同的时间区域，反射信号与噪声的能量之比是变化的，这是分频振幅衰减法压制噪声的基本依据；首先将地震数据分为不同的频段，在不同的频段范围内识别地震记录中存在的强能量干扰，确定噪声出现的空间位置，再定义相应的门槛值和衰减系数，然后采用时变、空变及多域的方式进行压制，达到压制高能干扰的目的，真正实现高保真去噪。在定义的相邻道里，通过样点振幅的相关频率和时变的门槛值去检测和压制噪声，这些噪声在不同的频带范围和不同的时间段内是特殊的。随机道分频中值滤波技术的核心思想是：根据“三角区”强能量干扰分布特征，重排地震道顺序，改变相邻地震道平均振幅统计中，强能量干扰在振幅、频率特征方面，呈随机发育特征，而不是连续出现。如图1。

(2)高分辨率Radon变换波场分离技术

利用Radon变换进行波场分离的关键是地震数据在拉冬域的分辨率和聚焦性，其基本思想是将拉冬域数据约束至一些离散的(τ，q)点，数学上是在最小二乘抛物线拉冬变换的算子中引入非线性规则化对角矩阵W实现，即：

(LLH+WHW)M＝LD (1)

利用上述方法，可以将每个同相轴的能量集中于其能量最强的频带内，显著提高拉冬域数据的聚焦性。其求解过程采用共轭梯度法与循环行列式相结合的快速算法，计算量与最小二乘抛物线Radon变换基本相当。由于数据旅行时的先验信息中关于曲率参数q的信息并不充分准确，因此权重向量必须从地震数据中提取，引入循环迭代的过程，因而增加了处理的成本。

本发明采用广义最小二乘原理，递归求取权重的方法，不用进行循环迭代权重向量即可将Radon域数据的能量集中于其能量最强的频带内。实现对有效波与干扰波的高效分离。具体的变换过程可表示为：

M(ωk)＝WL(LHWL+εI)-1 D(ωk) (2)

其中，最重要的是对权重向量W进行递归求取。高分辨率抛物线Radon变换通过提高Radon域数据的稀疏性来提高干扰波与有效波的分离效果的思想有一个潜在的假设——信号在Radon域不发散，因此不同频率的变换算子基本相同。频率越低，产生空间假频的可能性越低，因此将分辨率问题与空间假频问题相结合分析，利用低频带求出的变换结果作为对高频带权重的约束因子。

本发明采用的权重求取方法可表示为：

Wii(ωk)＝||Mi(ωk-1)||，i＝1,…,Nq (3)

其中，W_ii(ω_k)为频率为k时的权重。

这样统计得到的权重相比于由循环迭代得到的权重对空间假频的压制效果更好，而且通过递归求取的算法更加稳定。方程的求解过程采用Mauricio和Milton Porsani等人提出的将共轭梯度法与循环行列式相结合的快速解法。

为验证上面的反演算法，本发明进行了模型测试，图2中左面三个子波代表一次波慢度成分，右面两个子波代表干扰波慢度成分；图3表示合成的地震记录；图4、5分别表示应用常规和高分辨率Radon变换均迭代20次求解得到的结果，显然图5得到的聚焦效果更好，基本消除了剪刀状效应；图6、7分别表示应用常规Radon变换分离出来的干扰波和有效波成分，图8、9分别表示应用高分辨率Radon变换分离出的干扰波和有效波成分，对比可以看出，常规Radon变换分离出的干扰波含有有效波成分，图9能看出分离的干扰波基本不包含有效波成分，即分离的效果更好。

下面结合具体实例对本发明进行详细说明。

依托2016年顺8井工区北部浮土区10束线资料进行研究成果的应用。可控震源与井炮由于激发方式不同，在采集过程中会产生一些特有的干扰，通过图10可以看出三种可控震源激发方式(交替扫描、滑动扫描、自主扫描)都发育“黑三角”强能量干扰，影响范围随着传播时间渐增，图11、12、13为三种震源相同位置的单炮频率扫描结果，可见“黑三角”噪音在各个频段都出现，由低到高全频带发育，并在各频带都表现为强能量、低速、杂乱、不具有线性关系的特征。对分离后的三角区强能量干扰进行频谱分析可以得到，三角区内强能量干扰波主要发育频带在30hz以下(图14)，三角区外资料频带主要在60hz以下(图15)。通过对单炮进行能量分析可见(图16)，三角区内振幅明显强于三角区外，平均振幅三角区能是三角区外的5-10倍。

由此可见，“黑三角”强能量干扰对反射波尤其是深层弱信号的成像，产生了严重的影响，有必要对其开展针对性压制研究。

本实施例首先应用随机道分频中值滤波技术，根据“黑三角”强能量干扰分布特征对地震道进行重排，采用时变、空变及多域处理的方式，利用矢量中值滤波进行三角区强能量干扰衰减，再利用高分辨率拉东变换，对干扰波和有效波进行分离，通过上述两项技术的联合应用最终实现了“黑三角”区的信噪分离。从图16中可以看出单炮干扰明显压制，信噪比明显提高；三角区中深层有效反射特征清晰可见。从图17中可以看出地震资料叠加结果信噪比明显提高，波组特征突出，中深层弱信号得到保护和恢复。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、根据“黑三角”强能量干扰分布特征对地震道给定一个随机编号进行重排；

步骤二、采用时变、空变及多域处理等现有的处理方式，利用矢量中值滤波进行三角区强能量干扰衰减；

2.根据权利要求1所述的一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其特征在于，所述步骤一和二中，首先将地震数据分为不同的频段，在不同的频段范围内识别地震记录中存在的强能量干扰，确定噪声出现的空间位置，再定义相应的门槛值和衰减系数，然后采用时变、空变及多域的方式进行压制，达到压制高能干扰以及实现高保真去噪。

3.根据权利要求2所述的一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其特征在于，强能量干扰在振幅、频率特征方面，呈随机发育特征。

4.根据权利要求1所述的一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其特征在于，所述步骤三中，利用Radon变换进行波场分离时，通过在最小二乘抛物线拉冬变换的算子中引入非线性规则化对角矩阵W实现将拉冬域数据约束至一些离散的(τ，q)点，即：

(LL^H+W^HW)M＝LD (1)

5.根据权利要求4所述的一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其特征在于，采用广义最小二乘原理，递归求取权重的方法，将Radon域数据的能量集中于其能量最强的频带内，实现对有效波与干扰波的高效分离。

6.根据权利要求5所述的一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其特征在于，具体的变换过程表示为：

M(ω_k)＝WL(L^HWL+εI)^-1D(ω_k) (2)

7.根据权利要求6所述的一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其特征在于，利用低频带求出的变换结果作为对高频带权重的约束因子。

8.根据权利要求7所述的一种基于随机道矢量中值滤波及高分辨率Radon变换的黑三角噪音压制方法，其特征在于，采用的权重求取方法表示为：

W_ii(ω_k)＝||M_i(ω_k-1)||，i＝1,…,N_q (3)

其中，W_ii(ω_k)为频率为k时的权重。