疊前去噪技術在鄂爾多斯黃土塬區地震資料的應用

秦 婕， 李輝峰， 王宏偉， 丁相虎

(1.西安石油大學 地球科學與工程學院， 西安 710065;2.中國地震局 地球物理勘探中心,鄭州 450002;3.河北省保定地質工程勘察院，保定 071051)

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疊前去噪技術在鄂爾多斯黃土塬區地震資料的應用

秦 婕1， 李輝峰1， 王宏偉2， 丁相虎3

(1.西安石油大學 地球科學與工程學院， 西安 710065;2.中國地震局 地球物理勘探中心,鄭州 450002;3.河北省保定地質工程勘察院，保定 071051)

黃土塬地區特殊的地形、地貌條件對地震資料的激發和接收產生一些不利的影響，其表層被巨厚的黃土覆蓋，對有效波的吸收衰減嚴重，信號主頻低、分辨率不高，噪聲干擾嚴重，信噪比低。這里針對黃土塬地震資料的特殊性，對該區某地震資料進行了分析，了解了原始資料有效波和噪音的主頻、頻帶和分布規律，制定了針對性的去噪流程，選擇合理的方法搭配，通過迭代和多域去噪，達到凈化疊前數據的目的，提高了資料的信噪比。

疊前去噪； 黃土塬； 多域

0 前言

在黃土塬地區，地形、地貌條件復雜，表層有黃土層覆蓋，溝壑縱橫，海拔高程變化較大。在黃土、淤泥、礫石等疏松沉積覆蓋區，激發、接收條件受到很大的影響，表層低降速帶的厚度及速度變化大，所以地震波吸收衰減嚴重，對高頻成分吸收尤為明顯，得到的有效波主頻普遍較低，分辨率不高；噪聲干擾類型多，能量強，頻帶寬；基礎靜校正困難，長波長問題嚴重。總體而言，黃土塬的資料信噪比低，資料品質差。為了提高資料的信噪比，改善資料的品質，經過幾年的發展，針對黃土塬區，在野外采集和室內處理方面都有了一些成熟有效的技術。例如在采集上，已經形成了二維地震彎線采集技術、黃土山地直測線采集技術、黃土塬區寬線采集技術、滾動非縱采集技術、三維采集技術，使得到的野外資料品質有了極大的改善；針對靜校正問題，也逐漸形成了多種靜校正方法，包括多域迭代法靜校正、近地表平均速度模型正演法靜校正、線性反演靜校正、層析反演靜校正等，很好地解決了長波長問題；疊前去噪作為地震處理的基礎工作，能很大程度提高信噪比，很多學者也進行了大量的研究，對傳統的去噪方法進行改進，優化參數，形成適合黃土塬資料去噪的方法，如針對非縱測線非線性干擾的時空變換去噪；針對井區干擾的自適應去噪；利用振幅和頻率差異對高能噪聲的壓制。同時也在去噪思路上不斷創新，制定針對性的去噪流程，并進行聯合多域去噪，多種方法多個模塊搭配使用，達到最佳的去噪效果。在以往的處理中，為了最大限度地提高資料的信噪比，常常進行大幅度地去噪，但往往會導致有效信息的丟失，例如，在疊前去噪時會濾除所有的線性信息，導致較多傾斜地層的有效信息丟失，針對這一情況，這里先作好基礎靜校正，以保真保幅為前提，加強基礎資料分析，強調模塊的搭配使用，同時注重保護低頻和高頻有效信號，對于某些難以去除的噪音先予以保留，以免過度去噪，在去噪方法上，對于一些異常強能量，采用多域分頻去噪的方法，在多域還原其噪音特征，通過振幅和頻率的差異，進行“多道識別，單道去噪”，保真度高；而對一些規則線性干擾，依據視速度的差異，采用多道識別、單道主道壓制的方針，較好地適應線性噪音同相軸的變化，避免假頻現象和有效低頻的丟失。

1 黃土塬區某測線地震資料特征

研究區位于陜西省定邊縣西部，西臨大水坑鎮，北靠鹽池縣，南接姬塬鎮，東抵定邊縣，該區地處黃土沙漠過渡帶地區，在沙漠區近地表條件較好，資料信噪比較高。在近地表低降速厚值區、黃土沙漠過渡帶，資料信噪比有所下降。由于黃土塬區地質條件的復雜性和特殊性，地震資料一般有幾個特點：①噪音類型多，包括面波、淺層折射波、近炮點強能量、工業干擾、淺層折射波、聲波、散射干擾、多次折射、多次波、機械干擾、50 Hz工業電干擾等(圖1(c))；②噪音頻帶寬，常常與有效波重疊，能量強，往往原始單炮上噪音能量掩蓋有效信號，很難看到有效信號(圖1(b))；③面波等線性規律不強，壓制困難(圖1(a))；④受地表條件影響，地震波吸收衰減嚴重，振幅能量一致性差，縱向上能量差異大(圖1(d))。

研究區中某測線為直測線，單點激發，道距為25 m，炮距為8 m～9 m，覆蓋次數為864次。圖2 (a)和(b)分別是黃土塬某測線地震資料原始單炮和初疊加剖面。在單炮上可見近炮點能量很強，遠道能量弱，在初疊加剖面上振幅一致性差。通過高通掃描得知有效信號的頻率可達50 Hz，帶寬在2 Hz～50 Hz左右。圖2 (c)和(d)分別是有效信號和噪聲頻譜，圖2(e)是原始資料的F-K譜，由此可以看出，噪聲與有效信號頻帶重疊，尤其在F-K譜上，有效信號能量在2 Hz到40 Hz以上分布，而噪聲的能量也在這個頻帶范圍內均有分布。

由于黃土塬地震資料的特殊性，要取得較好的去噪效果，大幅提高地震資料的信噪比，需要仔細分析資料特點，制定有效合理的去噪流程，選取合適的去噪方法，才能達到較佳的效果。這里依據該區的資料特點，制定了去噪流程(圖3)，并在每步去噪中選定合適有效的方法，進行去噪模塊的合理搭配，通過迭代和多域去噪，盡可能地提高資料品質。

2 黃土塬地震資料去噪處理

2.1 異常振幅和近炮點強能量的壓制

由于該資料存在較強的異常振幅和近炮點能量，會直接影響振幅補償的效果，為做好地表一致性處理，就要先壓制異常振幅，因為球面擴散補償和地表一致性補償會改變振幅的強弱關系，若在這之后再進行異常能量的壓制，就不能達到較好的效果，所以補償之前先進行壓噪。反射波與異常能量在有效的頻帶范圍內具有不同的能量分布，在較高的頻率范圍內，異常振幅具有較強的能量分布，而反射波的能量較弱。所以運用分頻處理的方式，即對噪音的檢測衰減工作是在不同的頻帶進行的，只在其占據的頻帶內進行壓制, 其他頻帶內的信號不受影響，這樣處理結果保真度較高[1-3]。其原理為設一組地震道記錄為x(i,j)，經過頻率濾波后的記錄為xfk(i,j)，根據復數道分析理論可以計算該記錄道的包絡pfk(i,j)，則有：

圖1 黃土塬典型地震資料

圖2 原始地震資料及頻譜

圖3 去噪處理流程圖

yfk(i,j) =h(i)*xfk(i,j)

其中：h(i)為希爾伯特因子；i為時間序號(i=1,2,…,N)；j道號(j=1,2,...,2m+1)；fk為頻帶序號k=1、2、...、L；wi為加權系數；Mfk(i)為包絡序列pfk(i,j)的加權中值。

在橫向上具有連續性是疊前記錄的一大特點，而振幅的橫向變化也是光滑的, 其包絡也是如此，那么在fk頻帶內的信號包絡在該時刻的標值就可以中值Mfk(i)代替。如果強能量干擾出現在某些道上，它們的分布特征和信號的橫向變化規律有差異，其包絡值與中值的比值通常比較大，可以由淺層到深層定義一個時變的門檻值，以此值來識別記錄道中的強能量噪聲。以pfk(i,j)/Mfk(i)的值作為識別參量，在T-X域對分頻帶內的信號進行檢測和衰減，最終將信號進行重構就可得到分頻壓噪后的結果。從處理的效果看(圖4)，去噪前的單炮圖4(a)上存在很強的近炮點能量，50Hz工業干擾，還有異常振幅，圖4(b)是壓噪后的單炮記錄，而這些干擾都被有效地壓制，壓噪后的疊加剖面(d)與壓噪前的疊加剖面(c)對比，有效波的同相軸已經清晰地顯示出來。

2.2 面波和線性干擾的壓制

除了異常振幅會影響地表一致性振幅補償，一些中低頻的線性干擾同樣會破壞振幅統計的有效性，所以一致性處理前還要壓制這些中低頻的線性干擾。由圖3可以看出，對于一些較為明顯的規則的線性噪音，剩余靜校正前，采用F-X域相干噪音壓制法予以去除；另一方面，如前文所提到的某些面波等線性干擾呈現弱的線性規律，對于此類噪音，則在剩余靜校正后采用自適應面波衰減和F-X域相干噪音壓制循環迭代的方法進行消除。

2.2.1 面波的壓制

在黃土塬地區，其表面覆蓋的黃土層使有效波被嚴重吸收和衰減，面波的能量就會相對地加強，而且其土質疏松，速度橫向變化大[4-6]，所以在黃土塬的地震資料中面波并不呈現典型的規律性。對于面波，傳統的處理方法是高通濾波，F-K濾波，傾角濾波[7-9]，高通濾波能夠有效地濾除面波，但是也會把有效信號的一部分低頻成分損失掉。而對于提高分辨率和波阻抗反演而言，這些低頻成分有著重要的意義[9]。F-K濾波方法假設反射波同相軸具有線性或局部線性的特性，在F-K譜上，黃土塬區的面波并不呈現典型的線性規律，而且該測線有效信號在10Hz以下都有分布，而面波的頻帶在2Hz到15Hz，用該方法只能濾除小部分面波，而絕大部分不能濾除，由于是全局性濾波，沒有干擾的部位也進行處理，容易產生信號失真。這里采用自適應面波壓制方法，當識別出面波后通過公式Ft′(f)=Ht(f)Ft(f)來壓制，其中Ft(f)為地震信號在t時刻的頻譜；Ht(f)為面波的壓制因子；Ft′(f)為面波壓制后的頻譜，面波的壓制因子為：

當Yt(f)

則Ht(f)=1。

當Yt(f)>Pt(f)時：

Ht(f)=Pt(f)/Yt(f)

其中:Yt(f)為地震記錄在時間t的歸一化振幅譜的包絡；Pt(f)為地震子波相對于峰值頻率的歸一化振幅譜。

該方法是從視速度、能量及頻率分布范圍等各方面的差異，利用時頻分析的方法確定面波的存在范圍，并根據加權衰減對面波進行壓制。這種方法只壓制面波，對有效波的低頻成分和其他信號基本沒有影響。

圖4 噪音壓制前后單炮和疊加剖面記錄

2.2.2 線性干擾的壓制

F-X域相干噪音壓制是利用有效波和線性干擾視速度的不同，來識別干擾并予以壓制。其基本原理是在F-X域用最小平方法可以估算出指定速度和頻率范圍內的相干噪聲，然后從原來的記錄中將其減去。這種方法是在F-X域進行的，對空間采樣的規則性沒有特別的要求，而且它是將統計出來的相干干擾減去，所以對有效信號的損害較小，能較好地保持記錄的波形特征。在去除規則線性干擾的基礎上，在剩余靜校正之后，相干關系加強，再將自適應面波衰減和F-X域相干噪音壓制模塊串聯結合來去除殘余線性，并且進行多次累加去噪。圖5(a)、(b)分別是壓噪前單炮、壓噪后單炮，可以看到主要的線性噪音已經被很好地去除，反射波的雙曲線特征變得明顯。

2.3 低頻和高頻異常強能量的壓制

在經過前面一系列的噪音壓制以后，發現還有一些殘余的異常振幅，尤其是一些低頻線性和異常高頻成分干擾。從F-K譜圖6(g)上看出，在12Hz以下還有殘余線性，而在25Hz到40Hz之間也分布著一些異常干擾。這些干擾在前面的炮集中沒有被有效地壓制。但噪音的去除可以在多域進行，在疊前多個數據集或數據域中進行去噪，選擇最有利的域，進行信噪分離，再反變回正常域，可以達到比較好的效果。如小道距的高密度測線有利于炮集的F-K濾波去噪，假頻影響小，并且在動校正和靜校正之后的FK譜上，線性噪音與有效波更容易分離，利于去線性噪音；在施加剩余靜校正之后的炮集，使用優化參數的最小平方法可以有效壓制高頻線性噪聲；在共炮域和共CDP域使用拉動變換去除多次波[10]、線性和隨機噪音也能取得良好的效果。對于這些殘留噪聲先轉到CMP域使用分頻去噪壓制中頻異常振幅，再采用隨機道序炮集分頻去噪和隨機道序共偏移距去噪來進行試驗，去除殘留的低頻和高頻異常。這些噪音在原始道序的不同頻帶內雖然表現出異常能量，但是與有效波的能量差異已經不足以進行有效識別，單純使用分頻去噪不能很好地識別噪音，所以很難消除。采用隨機道頭的方法，將它們的道頭打亂成為隨機的，在隨機域噪聲和有效波呈現大的能量差異，再在炮集和共偏移距域使用分頻去噪，能達到較好的去噪效果。圖6中的(a)是去噪前的單炮，圖6(b)、圖6(c) 是分別采用隨機道序炮集分頻去噪和隨機道序共偏移距分頻去噪法去噪后的炮集。圖6 (d)是去噪前的頻譜，圖6 (e)、圖6 (f)為炮集去噪和共偏移距去噪的頻譜。從圖6的頻譜上可以看出，使用隨機道序炮集分頻去噪對低頻和高頻噪音的壓制都取得較好的效果，而共偏移距去噪對高頻噪音效果較好，低頻成分并沒有進行壓制。

3 結論

黃土塬區的資料噪音干擾嚴重，有效信號淹沒其中。在原始資料中難以看到有效信號，但切勿一開始就大幅地壓噪。在做地表一致性處理前可以將主要的異常振幅和線性進行壓制，對于頻率高、速度大、相干性不強的噪音，可在剩余靜校正后選擇合適的方法去除，循序漸進，多種方法搭配使用。振幅處理和去噪可迭代進行，才能做到在保真、保幅的基礎上提高信噪比。此外，各種去噪方法也有其各自的特點。隨機道序方法去噪適用于地下地層傾角較小的情況，對于傾角較大的地層該方法并不適用，而且使用該法來壓制高頻異常能量效果較好，但不利于保真處理；在炮集使用自適應面波衰減和相干噪聲壓制方法能很好地去除線性干擾，且對有效波損害較小，使用分頻去噪時要注意分頻帶內的信號與噪聲在能量分布上應有所差異，這樣更容易識別噪音，保留有效信號。

圖5 線性噪音壓制前后單炮記錄

圖6 噪音壓制前和使用不同方法去噪后單炮記錄及頻譜記錄

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The application of pre-stack noise attenuation technology forseismic data of Soil Yuan area in Ordos basin

QIN Jie1, LI Hui-feng1, WANG Hong-wei2, DING Xiang-hu3

(1.School of Earth Sciences and Engineering, Xian Shiyou University,Xi’an 710065， China;2.Geophysical Exploration Center ,China Earthquake Administration，Zhengzhou 450002,China;3.Geological Engineering Investigation Institute of Baoding,Hebei Province, Baoding 071051,China)

The unusual geological conditions in the Soil Yuan area make the excitation and reception of seismic wave difficult and the Soil Yuan area is covered with thick soil which causes seismic wave to be seriously absorbed and attenuated which causes low main frequency and resolution. So seismic data in the Soil Yuan mix with large amounts of noise and s/n is low. This article analyses the main frequency and frequency band of seismic wave and noise as well as distribution and then makes specific flow chart of noise attenuation, choose reasonable methods to suppress noise through multi-domain and iterative ways so that we can purify seismic data and improve the s/n.

noise attenuation before stack； the Soil Yuan； multidomain

2014-10-13改回日期：2014-12-14

西安石油大學研究生創新基金項目(2013cx120214)

秦婕(1989-)，女，碩士，主要從事地震資料數據處理，E-mail：463133876@qq.com。

1001-1749(2015)05-0644-07

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.05.17