CN102890291A - 一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法，它首先对地震数据进行均值滤波，自适应地定位每个外源干扰时距曲线的顶点；然后依次对每个顶点执行以下步骤：根据外源干扰产生的机理模型，扫描外源干扰时距曲线，得到每个外源干扰与检波器的相对距离；在对所对应的时距曲线进行同相轴拉平后，采用分段的样点空间调序法中值滤波对同相轴拉平后的结果进行处理，将滤波结果按调序规律复位后用调序前的数据减去，按其位置依次填回原始的共炮点道集中，从而完成外源干扰压制。本发明具有自适应性，与传统的外源干扰压制算法相比可以高效地处理数据量庞大的地震数据资料，有效地提升压制效果。本发明可以广泛用于地震勘探技术领域，处理外源干扰复杂分布的地震数据。

Description

一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法

技术领域

本发明涉及一种干扰信号压制方法，特别是关于一种用于海上地震勘探，对外源干扰分布复杂的地震数据资料进行干扰压制的地震资料中外源干扰的自适应压制方法。

背景技术

海上外源干扰是指在海上地震勘探过程中由附近的岛礁、不规则海底结构、海上平台和过往船只等产生的干扰。由于外源干扰信号与地震震源有效信号没有明显的物理特征差异，干扰信号频谱与有效信号频谱重叠，因此会很大程度上降低地震资料信噪比，影响有效信号的解释工作，进而降低油气藏的发现概率。针对此类问题，传统的解决方法是在共炮点道集上使用线性滤波对地震数据进行处理：如采用F-K域滤波（Grasmueck M.3D ground-penetrating radar applied tofracture imaging in gneiss.Geophysics,1996,61(4):1050-1064）；或者通过对地震数据进行分频，在假设外源干扰信号同相轴局部线性的前提下，利用Burg算法估计干扰波倾角，对其进行压制（童思友,徐磊磊,崔树果,等.南黄海地震资料叠前有源干扰的自动识别与压制.海洋地质动态,2008,24(8):14-19）。上述F-K域滤波等传统方法虽然能够实现对外源干扰双曲时距曲线两翼末端近乎直线部分噪声的有效压制，但却无法彻底滤除时距曲线顶点附近的噪声。这也就限制了这类方法的应用范围。

近年来，有研究人员开始关注对外源干扰同相轴的识别和局部的波场分离处理（Manin M,Bonnot J N.Industrial and seismic noise removal in marineprocessing.55th Conference & Exhibition,EAGE,Expanded Abstracts,1993），它主要流程是通过人工或机器自动拾取地震资料中外源干扰信号的同相轴，延同相轴开一个各道均有相同时间长度的时窗并将之拉平。数据经过重新排列后，外源干扰信号时距曲线成为水平直线，又因为视速度不同，有效信号仍然为曲线，此时可以使用线性滤波将外源干扰剔除，然后再按抽取规律重新排回原始地震资料，得到压制结果（Fookes G,Warner C,Borselen R V.Practical interferencenoise elimination in modern marine data processing.73rd AnnualInternational Meeting,SEG,Expanded Abstracts,2003:1905-1908）。该方法是一种半人工的处理方法，一般先用可视化软件进行手工定位，在每隔数炮人工标定辅助点的基础上，再由计算机根据幅值进行自动搜索（王童奎,路鹏飞,孙明.基于散射理论的外源干扰压制法研究.SPG/SEG深圳2011国际地球物理会议论文集,2011,698-701）。由于这类方法必须基于对外源干扰同相轴的有效拾取进行，而目拾取过程大多采用半人工的方式实现，因此人工成本高，效率较低，难以满足高效且自适应强的压制需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能够对数据量庞大，且外源干扰分布复杂的地震数据资料进行高效处理的地震资料中外源干扰的自适应压制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法，其包括以下步骤：

1）对地震数据进行均值滤波；

2）对均值滤波结果进行能量筛选，确定各外源干扰的同相轴顶点位置；

3）提取一个尚未压制的外源干扰同相轴顶点进行压制：

3.1）扫描外源干扰的时距曲线，确定外源与其距离最近的检波器R_i的真实距离d′；

3.2）对真实距离d′所对应的时距曲线所开时窗进行同相轴拉平；

3.3）将经过同相轴拉平后的时窗内的数据按照给定长度分段，依次对每一段进行样点空间调序后，再对整体数据做中值滤波，将滤波结果按调序规律复位后用调序前的数据减去，并按其位置依次填回原始的共炮点道集中；

4）判断步骤2）所确定的外源干扰同相轴顶点是否全部压制完毕：

如果否，返回步骤3）；

否则，结束。

上述步骤1）中，均值滤波所采用的时窗的大小小于地震数据，a为时窗宽度，b为时窗长度，b＞2a。

上述步骤2）中，能量筛选是将均值滤波结果中能量低于给定筛选阈值的采样点全部归0，再获取残留能量块的几何中心确定为外源干扰同相轴顶点。

上述步骤2）中，能量筛选是将均值滤波后能量低于给定值的采样点全部归为0，扫描定位残留能量块的几何中心确定为外源干扰同相轴顶点。

上述步骤3.1）包括以下小步骤：

①根据以下公式初步计算外源与其距离最近的检波器R_i的距离d_i：

$t_j=\frac{\sqrt{d_i^2+h_i^2}+\sqrt{d_i^2+{h_{j-i}}^2}}{v}$

其中v是地震波在水中的传播速度，为常量；t_j为除检波器R_i以外的任一检波器R_j接收外源传来的外源干扰的时间，其值由现场测定；h_i为勘探船所携震源与检波器R_i之间的距离，h_j-i为检波器R_j与检波器R_i之间的距离，h_i和h_j-i的值均根据外源干扰同相轴顶点所在位置确定；

②根据初步计算的距离d_i定位出外源干扰的时距曲线，沿着此时距曲线开一个对各道均有相同时间长度的时窗，在该时窗内求取均值能量，当均值能量最强时，所对应的外源与检波器R_i之间的距离即为外源到检波器R_i的真实距离d′。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明由于采用自适应的同相轴拾取和线性波场分离的方法处理地震数据，因此与传统的外源干扰压制算法相比，可以更加高效地处理数据量庞大的地震数据资料。

2、本发明由于采用同相轴拾取拉平后的分段样点空间调序法中值滤波处理地震数据，因此与传统的外源干扰压制算法相比，可以有效地提升压制效果。

本发明可以广泛用于地震勘探技术领域，处理外源干扰复杂分布的地震数据。

附图说明

图1是本发明的工作流程示意图；

图2是本发明的数学模型示意图；

图3是本发明仿真实验效果的含有外源干扰的原始数据示意图；

图4是本发明仿真实验效果的压制结果示意图；

图5是本发明仿真实验效果的被压制去除的外源干扰示意图。

具体实施方式

现有技术中，均值滤波是一种能够滤除窄脉冲干扰，对数据起到平滑作用的非线性滤波。当均值滤波窗的大小选择合适时，可以通过均值滤波保留具有水平同相轴的信号。

样点空间调序法是一种在共炮点道集上对同一时刻各道的样点按一给定规律进行循环采样重排的方法，它通过改变样点位置改变波场分布规律，加大有效波和干扰波的差异，以便后期压制干扰信号。其调序方法可以描述为（Bruland L,Naess O E.New reversible method for seismic noise attenuation.62th AnnualInternational Meeting,SEG,Expanded Abstracts,1992:1218-1220）：假设输出序列第i道的采样点取自输入序列第j道，则输出序列第i+1道的采样点取自输入序列第j-p道，其中，p为循环步长；但是如果j-p＜1，则输出序列第i+1道的采样点取自输入序列j-p+n道，其中，n为总道数。对于同一道各时刻的采样点，其调序规律类同。当对某段地震数据通过样本空间调序法重新排列后，进行中值滤波，可以很好地保留其中具有水平同相轴的信号，然后将保留的具有水平同相轴的信号按调序规律复位后，用调序前的数据减去它，就可以压制地震数据中具有水平同相轴的外源干扰。

基于上述均值滤波和样点空间调序法，本发明的地震资料中外源干扰的自适应压制方法先采用均值滤波对地震数据资料进行预处理，自适应地定位每个外源干扰的同相轴的顶点位置，然后依次对每个外源干扰的同相轴进行重排拉平，对拉平结果进行分段样点空间调序法中值滤波，进而完成外源干扰自适应压制。本发明既可以用于处理二维地震数据，也可以用于处理三维地震数据，下面以处理二维地震数据为实施例，结合附图对具体工作流程进行详细描述。

如图1所示，本发明的工作流程包括以下步骤：

1）对地震数据进行均值滤波：

其中，均值滤波时窗的大小a×b必须小于地震数据，a为时窗宽度，b为时窗长度，b＞2a。

2）对均值滤波结果进行能量筛选，确定各外源干扰的同相轴顶点位置：

由均值滤波特性可知，在外源干扰顶点处，其同相轴几于水平，经过均值滤波后其能量被较好地保留了下来，而在外源干扰顶点的两侧，经过均值滤波后其能量被大大削弱。对一共炮点道集做均值滤波后，根据给定的筛选阈值λ对其进行能量筛选，即将均值滤波后能量低于λ的采样点全部归为0。如此对所有共炮点道集进行逐道扫描滤波处理，就可以确定残留能量所在位置及其大小，然后取残留能量块的几何中心为顶点坐标，即可以确定该地震数据中各外源干扰的同相轴顶点位置。

3）从步骤2）确定的且尚未压制的外源干扰同相轴顶点中选取一个，执行以下步骤：

3.1）根据外源干扰产生机理扫描该外源干扰的时距曲线，确定外源与其距离最近的检波器的真实距离。

如图2所示，V代表勘探船，S代表勘探船所携震源，N代表地震波在外源反射时近似的点震源（以下可代表外源），R_i和R_j分别代表第i个和第j个检波器，其中，距离外源N最近的检波器是R_i（以下称中心点检波器）。假设以下三个理想化条件成立：

①拖缆保持直线，即震源S与拖缆上所有检波器在同一直线上；

②外源N到中心点检波器R_i的传播路径与拖缆垂直；

③地震波在水中的传播速度为常量v。

由几何关系可知地震波从S传播至N的距离p，地震波从N传播至R_i和R_j的距离d_i和d_j,以及S与R_i之间的距离为h_i，R_j与R_i之间的距离h_j-i之间有如下关系：

$t_i=\frac{p+d_i}{v}=>>t_i=\frac{\sqrt{d_i^2+h_i^2}+d_i}{v}$

$t_j=\frac{p+d_j}{v}=>>t_j=\frac{\sqrt{d_i^2+h_i^2}+\sqrt{d_i^2+{\underset{\‾}{h}}_j}}{v}$

其中，t_i和t_j分别是检波器R_i和R_j接收到外源N传来的外源干扰的时间。

步骤2）中已经求得了各外源干扰的同相轴顶点的所在位置，它包含有以下两个信息：

即顶点所在道i和顶点被接收到的时间（即检波器R_i接收到外源N传来的外源干扰的时间）t_i，而根据数据的道头可以由顶点所在道i进一步求得h_i和h_j-i，在理想化的假设条件中v已被定义为常量，由此通过上述关系可以求得d_i。

由于上述方法初步确定的距离d_i与其真实距离存在偏差，因此需要根据外源干扰产生机理扫描该外源干扰的时距曲线,对外源N到中心点检波器R_i的距离d_i进行遍历，获取其真实值。即在定位出外源干扰的时距曲线后，沿着时距曲线开一个对各道均有相同时间长度t_L的时窗，在该时窗内求取均值能量，当均值能量最强时，所对应的外源N与中心点检波器R_i之间的距离即为外源N到中心点检波器R_i的真实距离d′。

3.2）对步骤3.1）中外源N到中心点检波器R_i的真实距离d′所对应的时距曲线所开时窗进行同相轴拉平，即在时窗中将数据重新排列使得外源干扰的时距曲线保持为一条直线，此时由于视速度不同，有效信号的时距曲线为一条曲线，有利于外源干扰信号和有效信号的分离。

3.3）将经过步骤3.2）同相轴拉平后的时窗内的数据按照给定长度分段（余下的自成一段），依次对每一段进行样点空间调序后，再对整体数据做中值滤波，将滤波结果按调序规律复位后用调序前的数据减去，并按其位置依次填回原始（即采用本发明处理前）的共炮点道集中，就可以得到该外源干扰压制结果。

4）判断步骤2）所确定的外源干扰同相轴顶点是否全部压制完毕：

如果否，返回步骤3）；

否则，结束。

如图3所示，在仿真实验中，利用PLUTO数据人工合成了一段含有位置和能量各不相同的六个外源干扰的二维地震道集。

如图4所示，实验结果显示，采用本发明进行压制处理后的六个外源干扰都得到了有效的去除：

同相轴覆盖区域内的信噪比从原来的5 dB，1 dB，0 dB，-2 dB，-1 dB，3dB（从上至下），依次提高为13.5052dB，9.7166dB，10.2926dB，7.3967dB，9.9467dB，10.5988dB。与采用传统的F-K域滤波的结果9.7490 dB，0.6203 dB，2.4531 dB，-0.4845 dB，1.4132 dB，3.8965 dB相比，具有更好的压制效果。

如图5所示，本发明能够较好地将外源干扰分离出来。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法，其包括以下步骤：

1）对地震数据进行均值滤波；

2）对均值滤波结果进行能量筛选，确定各外源干扰的同相轴顶点位置；

3）提取一个尚未压制的外源干扰同相轴顶点进行压制：

3.1）扫描外源干扰的时距曲线，确定外源与其距离最近的检波器R_i的真实距离d′；

3.2）对真实距离d′所对应的时距曲线所开时窗进行同相轴拉平；

3.3）将经过同相轴拉平后的时窗内的数据按照给定长度分段，依次对每一段进行样点空间调序后，再对整体数据做中值滤波，将滤波结果按调序规律复位后用调序前的数据减去，并按其位置依次填回原始的共炮点道集中；

4）判断步骤2）所确定的外源干扰同相轴顶点是否全部压制完毕：

如果否，返回步骤3）；

否则，结束。

2.如权利要求1所述的一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法，其特征在于：所述步骤1）中，均值滤波所采用的时窗的大小小于地震数据，a为时窗宽度，b为时窗长度，b＞2a。

3.如权利要求1所述的一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法，其特征在于：所述步骤2）中，能量筛选是将均值滤波结果中能量低于给定筛选阈值的采样点全部归0，再获取残留能量块的几何中心确定为外源干扰同相轴顶点。

4.如权利要求2所述的一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法，其特征在于：所述步骤2）中，能量筛选是将均值滤波后能量低于给定值的采样点全部归为0，扫描定位残留能量块的几何中心确定为外源干扰同相轴顶点。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种地震资料中外源干扰的自适应压制方法，其特征在于，所述步骤3.1）包括以下小步骤：

①根据以下公式初步计算外源与其距离最近的检波器R_i的距离d_i：

$t_j=\frac{\sqrt{d_i^2+h_i^2}+\sqrt{d_i^2+{h_{j-i}}^2}}{v}$

其中v是地震波在水中的传播速度，为常量；t_j为除检波器R_i以外的任一检波器R_j接收外源传来的外源干扰的时间，其值由现场测定；h_i为勘探船所携震源与检波器R_i之间的距离，h_j-i为检波器R_j与检波器R_i之间的距离，h_i和h_j-i的值均根据外源干扰同相轴顶点所在位置确定；

②根据初步计算的距离d_i定位出外源干扰的时距曲线，沿着此时距曲线开一个对各道均有相同时间长度的时窗，在该时窗内求取均值能量，当均值能量最强时，所对应的外源与检波器R_i之间的距离即为外源到检波器R_i的真实距离d′。

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