CN1873441A - 地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及球物理勘探中地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法，利用初至前干扰背景能量来识别干扰波的横向分布，然后在频率域利用无干扰道的振幅包络对干扰道振幅包络进行约束，从而提高地震记录叠前资料的信噪比。本发明有效地提高了高密度资料的信噪比，同时由于去噪只在干扰道上进行，不影响正常道的原始波场特征，是一种相对保真的去噪方法。特别解决了陆上单点高密度采集资料信噪比明显降低的问题，发挥了其应用的潜力。

Description

地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探中地震数据的处理技术，是一种利用初至前干扰背景能量来识别干扰波的横向分布，然后在频率域利用无干扰道的振幅包络对干扰道振幅包络进行约束，从而提高地震记录叠前资料的信噪比的地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法。

技术背景

油田开发在很大程度上依赖于钻探的成功率，而钻探成功率的提高与地震勘探成果的精度和可靠性密切相关。目前的勘探技术主要利用纵波勘探来获得地下构造信息，再综合利用其它已有资料确定钻探位置，但在实际的地震勘探中，资料品质会受到各种因素的影响，比如火车、汽车、工厂、油井及大风等产生的背景干扰，这些影响因素有时会对资料品质造成严重影响，尤其是单点接收资料。

地震勘探中首先通过爆炸源或地面可控震源激发纵波，用单个检波器或检波器串组合进行接收，得到地面地震波场信息，再通过有针对性的处理方法，获取更多的地质构造、岩性变化和油气分布信息，是油气田开发的有效地球物理勘探方法。地震勘探可以基本分为三个大的环节：地震资料采集、地震资料处理、地震资料解释。

地震资料处理的主要任务是利用野外单检波器或检波器串组合获得的地震资料，根据地震波的传播理论，利用电子计算机等设备和相应的地震资料处理软件，对野外采集的转换波地震资料进行各种加工处理，以获得能反映地下地层结构的“地震剖面图”和反映地层岩性变化的地震波振幅、频率、传播速度等信息，供解释人员寻找有利油气圈闭、确定井位使用。

通常地震资料处理过程主要包括以下几个处理步骤：

(1)预处理：为后续资料处理所做的准备工作。首先，野外采集的原始地震资料需要进行解编或数据格式转换，把不同格式记录的原始地震数据转换成适合资料处理系统的数据格式。其次是加载观测系统信息，就是将野外采集的有关观测信息记入地震记录道头或特定的数据库，如：炮点位置、接收点位置、地表高程、排列图形等，供后续资料处理使用。第三是地震波的振幅处理。地震波在地下传播过程中，随着传播距离(时间)的增大，它的能量(振幅)和视频率逐渐降低，造成这种现象的主要原因是地震波的球面发散和大地介质的非完全弹性产生的大地吸收衰减。而振幅处理的目的就是尽量消除这种球面发散和大地吸收对地震波振幅和频率的影响，使地震波振幅和频率的变化只与地层岩性和地层反射系数的变化有关。另外，根据需要预处理还可能包括预滤波、野外静校正等处理。

(2)去噪：反射地震勘探的主要目的是获得反射波的地震成像，进而对地下地层结构进行解释，确定有利的钻探井位。由于野外采集得到的地震波场除了反射波之外还包括面波、声波、折射、多次波、各种次生散射、地面震动源干扰及地表微震等，在成像之前要尽可能地去除这些干扰。目前对于与激发源有关的面波、折射、多次波等干扰有很多处理方法，包括TX域、FX域、FK域、τ-p域等多种去噪方法。对于与激发源无关的背景干扰，目前还没有十分有效的方法，主要通过带通滤波等简单方法去除，随着单点接收采集技术的应用，背景噪声更为突出，需要更为有效的去噪手段。

(3)反褶积：由于大地滤波的影响，激发的地震子波在传播过程中频率逐渐降低，延续时间逐渐变长，反褶积的目的就是压缩地震子波，提高地震剖面的分辨率。

(4)水平叠加：目前地震勘探都普遍采用多次覆盖观测技术，地下同一反射点可以进行多次重复观测接收，将同一反射点多次观测的结果进行叠加，达到压制干扰波，突出有效波的目的。水平叠加包括两个主要步骤：速度分析和动校正，由于同一反射点每次观测的炮检距不同，地震波传播的路径和距离也不同，各次观测记录上反射波达到时间存在时差，这个时差与地层速度和反射界面深度有关，称为正常时差。速度分析和动校正的目的就是消除不同炮检距造成的正常时差影响，对地下同一反射点的记录道进行叠加，来提高地震剖面的信噪比。

(5)偏移归位：在水平叠加剖面中，倾斜反射界和断面波会偏离它的空间真实位置，另外水平叠加剖面中绕射波也很强。偏移的目的就是实现反射层的空间归位，把反射层偏移到其空间的真实位置上，并使绕射波收敛。

通过以上步骤，可以把野外采集的地震数据资料变为反映地下地层结构的地震剖面，完成了地震资料处理工作。

目前在地震数据处理中，现有各种背景噪声压制方法主要包括滤波法、去野值和道剔除法。

滤波法是由于背景噪声一般表现为高频，尤其是大风和工业活动引起的背景干扰，滤波法可以去除有效主频范围以外的干扰波能量，但也会对高频有效波造成不可挽回的损失。

去野值法是利用统计学方法可以自动识别环境噪声中的野值，然后将其压制到较低的振幅水平。对于点接收资料，由于接收道距一般较小，波场具有很好的横向与纵向连续性，基本不存在孤立的野值，统计学方法效果不好。

道剔除法是对于异常振幅的地震道进行直接剔除可以提高资料的信噪比和叠加效果，但当坏道较多时，大量的剔除坏道会造成覆盖次数不均匀，叠加剖面品质不稳定等不良后果。

地震勘探中接收到的波场可以以不同的方式进行分类，但主要包括两类：一种是与激发源有关的反射波、折射波、面波和各种次生散射波；另一种是与激发源无关的各种地面震动源干扰波和背景干扰。由于各种干扰的传播路径不同，其能量和频率特征差异明显(图1)。面波一般表现为低频高能干扰，有效反射波一般为中频，能量中等，而各种背景干扰由于主要能量直接被检波器接收，未经过大地滤波作用，其频带较宽，主要为高频能量。

在以往的常规勘探中，检波器串面积组合极大地压制了横向传播的各种干扰波能量，同时对有一定出射角的反射波也具有一定的压制作用，尤其是高频能量。单点高密度采集可以获得丰富的原始地震波场，通过室内检波器数字组合可以获得更为丰富的高频成分，但前提是每个检波器都可以获得具有一定信噪比的地震资料。实际采集过程中，尤其是陆上采集，单个检波器接收的信噪比与多组检波器串相比明显变差，背景干扰极强，降低了单点高密度资料的应用潜力(图2b)。

发明内容

本发明目地在于提供一种利用初至前振幅统计对背景干扰进行判别，然后在频率域利用正常道振幅包络对干扰道振幅包络进行约束，从而达到压制干扰波的地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法。

本发明提供如下技术方案：

首先利用单检波器或检波器串组合在野外获得地震数据，进行初至拾取并地表一致性振幅恢复处理，其特征在于，利用初至前振幅统计特征进行干扰道的判别，在频率域通过正常道振幅包络内插值与干扰道原始振幅包络比值获得噪声压制因子，并利用该压制因子在频率域对不正常道频谱进行压制，最终返回到时间域完成噪声压制过程，具体采用以下步骤：

a.拾取地震记录每道初至起跳位置；

b.进行地表一致性振幅恢复处理并计算初至前均方根振幅或平均振幅；

c.将求取的每道均方根振幅或平均振幅进行统计，取出中值，将中值乘以n作为门坎值，将均方根振幅或平均振幅大于门坎值的道标记为需要进行背景干扰压制处理的地震道，即干扰道，n取值在1.5-3之间；

d.对每一道进行快速付立叶变换(FFT)，并求取每一道振幅谱；

e.将振幅谱的极大值点相连再进行平滑获得每道的振幅包络函数B1(f)；

f.对于标记为干扰道的，通过邻近有效道或非干扰道的振幅包络函数进行线性内插获得内插后的振幅包络函数B2(f)；

g.通过下式求取振幅压制因子A(f)：

$A\left(f\right)=\frac{B_2\left(f\right)}{B_1\left(f\right)}---\left(1\right)$

其中：B1(f)为原始振幅包络函数，B2(f)为内插出的振幅包络函数；

h.对变换域数据，得到振幅压制因子A(f)后，通过下式得到频率域的目标输出：

              S₂(f)＝A(f)×S₁(f)                   (2)

其中：S1(f)为频率域输入原始数据，S2(f)为频率域目标输出；

i.将目标输出做快速付立叶反变换(IFFT)到时间域，完成去噪处理过程；

j.将去噪后记录进行静校正、动校正、反褶积、叠加、偏移等常规处理，获得改进后的叠加、偏移剖面，通过构造、岩性解释提供精确可靠的井位。

本发明还通过如下技术方案实现：

为不改变有效波频率成分的空间分布，在对干扰道求取振幅压制因子时避开有效波主频段。

有效波主频段为4-70Hz或通过叠前频谱获得。

将主频段振幅压制因子A(f)置为1，避开对有效波主频段进行压制。

重点对50Hz以上高频段进行压制，为避免产生吉布斯效应，压制段和非压制段之间的振幅压制因子要进行斜坡处理。

为获得最佳噪声压制效果，应在共炮检距道集上进行干扰道振幅压制因子的求取。

本发明利用背景干扰与地震源激发波场在时间域和频率域的特征进行判别和压制，有效地提高了高密度资料的信噪比，同时由于去噪只在干扰道上进行，不影响正常道的原始波场特征，是一种相对保真的去噪方法。特别解决了陆上单点高密度采集资料信噪比明显降低的问题，发挥了其应用的潜力。

附图说明

图1各主要波场的频率分布示意图；

图2a组合接收道间距＝25米单炮记录图；

图2b和点接收道间距＝5米单炮记录图；

图3a单点接收资料去噪前图；

图3b单点接收资料去噪后图；

图4a单点接收资料去噪前振幅谱对比图；

图4b单点接收资料去噪后振幅谱对比图；

图5a单点接收资料直接道组合图；

图5b单点接收资料去噪后道组合对比图；

图6a单点接收资料去噪前叠加剖面对比图；

图6b单点接收资料去噪后叠加剖面对比图；

图7a背景噪声压制前单炮对比图；

图7b背景噪声压制后单炮对比图；

图8背景噪声压制前初叠加剖面图；

图9背景噪声压制后初叠加剖面图。

具体实施方式

背景干扰特征是能量集中在高频部分，在时间域表现为随时间变化能量稳定，在空间上随着与干扰源的距离增加而逐渐衰减。因此在原始单炮上，利用初至前能量统计可以自动识别哪些道背景干扰较强，需要进行干扰波压制。

本发明以干扰为主的地震道的判别可分为三步，第一步是初至拾取，拾取初至起跳位置；第二步是初至前均方根振幅或平均振幅计算；第三步是将求取的每道均方根振幅或平均振幅进行统计，取出中值，将中值乘以n作为门坎值，将均方根振幅或平均振幅大于门坎值的道标记为干扰道(即需要进行背景干扰压制处理的地震道)。n为经验值，一般取值范围在1.5-3之间。

当干扰道被有效识别出来后，在频率域可以对其进行有针对性的压制。首先我们对每一道进行快速付立叶变换(FFT)，将每道地震数据由时间域变换到频率域，在频率域求取振幅谱，然后将振幅谱的极大值点相连再进行平滑获得每道的振幅包络函数B1(f)，对于那些在时间域利用初至前能量统计判断为干扰为主的地震道，通过邻近有效道(或非干扰道)的振幅包络函数进行线性内插获得内插后的振幅包络函数B2(f)，振幅压制因子A(f)可通过下式进行计算：

$A\left(f\right)=\frac{B_2\left(f\right)}{B_1\left(f\right)}---\left(1\right)$

其中：B1(f)为原始振幅包络函数，B2(f)为内插出的振幅包络函数。

得到振幅压制因子A(f)后，便可通过下式得到频率域的目标输出：

            S₂(f)＝A(f)×S₁(f)                     (2)

其中：S1(f)为频率域输入原始数据，S2(f)为频率域目标输出。

将目标输出S2(f)通过快速付立叶反变换(IFFT)到时间域，就获得了背景噪声压制后的地震记录。

本发明可以概括为以下几步：

利用单检波器或检波器串组合获得地震记录；

拾取每道初至起跳位置；

计算初至前均方根振幅或平均振幅；

将求取的每道均方根振幅或平均振幅进行统计，取出中值，将中值乘以n作为门坎值，将均方根振幅或平均振幅大于门坎值的道标记为干扰道(即需要进行背景干扰压制处理的地震道)。这里n为经验值，一般取值范围在1.5-3之间。

对每一道进行快速付立叶变换(FFT)；

求取每一道的振幅谱；

在频率域求取振幅谱，然后将振幅谱的极大值点相连再进行平滑获得每道的振幅包络函数B1(f)；

对于标记为干扰道的，通过邻近有效道(或非干扰道)的振幅包络函数进行线性内插获得内插后的振幅包络函数B2(f)；

利用(1)式求取振幅压制因子A(f)；

对变换域数据利用(2)式得到频率域目标输出；

将目标输出做快速付立叶反变换(IFFT)到时间域，完成去噪处理过程；

将去噪后记录进行静校正、动校正、反褶积、叠加、偏移等处理，获得改进后的叠加、偏移剖面，进行构造、岩性等解释工作，进而提供更为精确可靠的井位。

本发明为了尽可能不改变有效波频率成分的空间分布，在对干扰道求取振幅压制因子时可以避开有效波主频段。

在地震勘探中，有效波主频段一般在4-70Hz以内，不同的地区略有差异，通过叠前频谱分析可以很容易获得。噪音压制避开有效波主频段可以通过将主频段振幅压制因子A(f)置为1(即不进行压制)来实现，重点对高频段(一般为50Hz以上)进行压制，为避免产生吉布斯效应，压制段和非压制段之间的振幅压制因子要进行斜坡处理。

为了获得最佳噪声压制效果，可在共炮检距道集上进行干扰道振幅包络的约束和压制。因为在共炮检距域地震源激发的波场到达检波器的大地滤波作用近似，振幅谱的相似性和连续性更好，干扰道与正常道(非干扰道)的振幅谱接近，因此通过邻近有效道(或非干扰道)的振幅包络函数进行线性内插获得内插后的振幅包络函数B2(f)更准确，然后利用(1)式求取的振幅压制因子A(f)更有效。正因为振幅谱的相似性更好，当干扰道分布范围较广时，在共炮检距道集上求取的振幅压制因子A(f)的精度更高。

本发明对三分量高密度采集二维资料进行处理，由于测线上的自喷油井无法关闭，在地震记录上形成了大面积的干扰，干扰范围达数百米(图2a、b)。油井干扰能量主要集中在高频(30Hz-200Hz)。

本发明在原始单炮上，利用初至前能量统计可以识别哪些道背景干扰较强，需要进行干扰波压制。首先拾取初至起跳位置，然后计算初至前均方根振幅，最后将求取的每道均方根振幅进行统计，取出中值，将中值乘以1.5作为门坎值，将均方根振幅大于门坎值的道标记为干扰道(即需要进行背景干扰压制处理的地震道)。

当干扰道被有效识别出来后，在频率域可以对其进行有针对性的压制。首先我们对每一道进行快速付立叶变换(FFT)，将每道地震数据由时间域变换到频率域，在频率域求取振幅谱，然后将振幅谱的极大值点相连再进行平滑获得每道的振幅包络函数B1(f)，对于那些在时间域利用初至前能量统计判断为干扰为主的地震道，通过邻近有效道(或非干扰道)的振幅包络函数进行线性内插获得内插后的振幅包络函数B2(f)，振幅压制因子A(f)通过(1)式进行计算。得到振幅压制因子A(f)后，将主频段(5Hz-20Hz)的A(f)值置为1，并对0Hz-5Hz和20Hz-30Hz段的A(f)值进行斜坡处理，再通过(2)式得到频率域的目标输出S2(f)(图4b)。将目标输出S2(f)通过快速付立叶反变换(IFFT)到时间域，就获得了背景噪声压制后的地震记录。利用正常道振幅包络对干扰道进行压制后，干扰波能量被压制到较低的水平上(图3b)。通过时间域的对比可以看出，干扰波压制后能量已经明显低于反射及折射波场，道组合后已经基本看不到油井产生的干扰，与直接野外道组合相比信噪比明显提高(图5b)。叠加剖面显示油井附近干扰得到了有效的去除(图6b)。

本发明另一实例是在人口密集区进行地震勘探，人类活动(如火车、汽车、工厂等)产生的噪声较为突出，这些噪音在采集时无法避免。在单检波器接收地震记录上形成了大面积的干扰，干扰道数可达到10％以上(图7b)。这些干扰能量频带较宽，但主要集中在高频30Hz-120Hz。

在原始单炮上，利用初至前能量统计可以识别哪些道背景干扰较强，需要进行干扰波压制。首先拾取初至起跳位置，对于初至起跳位置不清楚的道，由相邻道初至内插得到；然后计算初至前平均振幅；最后将求取的每道平均振幅进行统计，取出中值，将中值乘以2作为门坎值，将平均振幅大于门坎值的道标记为干扰道(即需要进行背景干扰压制处理的地震道)。

当干扰道被有效识别出来后，在频率域可以对其进行有针对性的压制。首先每一道进行快速付立叶变换(FFT)，将每道地震数据由时间域变换到频率域，在频率域求取振幅谱，然后将振幅谱的极大值点相连再进行平滑获得每道的振幅包络函数B1(f)，对于那些在时间域利用初至前能量统计判断为干扰为主的地震道，通过邻近有效道(或非干扰道)的振幅包络函数进行线性内插获得内插后的振幅包络函数B2(f)，振幅压制因子A(f)通过(1)式进行计算。得到振幅压制因子A(f)后，再通过(2)式得到频率域的目标输出S2(f)。将目标输出S2(f)通过快速付立叶反变换(IFFT)到时间域，就获得了背景噪声压制后的地震记录(图7b)。利用正常道振幅包络对干扰道进行压制后，干扰波能量被压制到较低的水平上。通过时间域的对比可以看出，干扰波压制后其能量已经明显低于反射及折射波场，已经基本看不到工厂及火车产生的干扰，与原始道相比信噪比明显提高(图7a、b)。叠加剖面显示工厂、铁道附近的各种背景干扰得到了有效的去除(图9b)。

Claims (6)

1.一种地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法，首先利用单检波器或检波器串组合在野外获得地震数据，进行初至拾取并地表一致性振幅恢复处理，其特征在于，利用初至前振幅统计特征进行干扰道的判别，在频率域通过正常道振幅包络内插值与干扰道原始振幅包络比值获得噪声压制因子，并利用该压制因子在频率域对不正常道频谱进行压制，最终返回到时间域完成噪声压制过程，具体采用以下步骤：

a.拾取地震记录每道初至起跳位置；

b.进行地表一致性振幅恢复处理并计算初至前均方根振幅或平均振幅；

c.将求取的每道均方根振幅或平均振幅进行统计，取出中值，将中值乘以n作为门坎值，将均方根振幅或平均振幅大于门坎值的道标记为需要进行背景干扰压制处理的地震道，即干扰道，n取值在1.5-3之间；

d.对每一道进行快速付立叶变换(FFT)，并求取每一道振幅谱；

e.将振幅谱的极大值点相连再进行平滑获得每道的振幅包络函数B1(f)；

f.对于标记为干扰道的，通过邻近有效道或非干扰道的振幅包络函数进行线性内插获得内插后的振幅包络函数B2(f)；

g.通过下式求取振幅压制因子A(f)：

$A\left(f\right)=\frac{B_2\left(f\right)}{B_1\left(f\right)}---\left(1\right)$

其中：B1(f)为原始振幅包络函数，B2(f)为内插出的振幅包络函数；

h.对变换域数据，得到振幅压制因子A(f)后，通过下式得到频率域的目标输出：

S₂(f)＝A(f)×S₁(f)                (2)

其中：S1(f)为频率域输入原始数据，S2(f)为频率域目标输出；

i.将目标输出做快速付立叶反变换(IFFT)到时间域，完成去噪处理过程；

j.将去噪后记录进行静校正、动校正、反褶积、叠加、偏移等常规处理，获得改进后的叠加、偏移剖面，通过构造、岩性解释提供精确可靠的井位。

2、如权利要求1所述的一种地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法，其特征在于：为不改变有效波频率成分的空间分布，在对干扰道求取振幅压制因子时避开有效波主频段。

3、如权利要求1或2所述的一种地震数据处理中压制与激发源无关的 背景噪声的方法，其特征在于：有效波主频段为4-70Hz或通过叠前频谱获得。

4、如权利要求1 或2所述的一种地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法，其特征在于：将主频段振幅压制因子A(f)置为1，避开对有效波主频段进行压制。

5、如权利要求1所述的一种地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法，其特征在于：重点对50Hz以上高频段进行压制，为避免产生吉布斯效应，压制段和非压制段之间的振幅压制因子要进行斜坡处理。

6、如权利要求1所述的一种地震数据处理中压制与激发源无关的背景噪声的方法，其特征在于：为获得最佳噪声压制效果，应在共炮检距道集上进行干扰道振幅压制因子的求取。

Images