叠前去噪技术在鄂尔多斯黄土塬区地震资料的应用

秦 婕， 李辉峰， 王宏伟， 丁相虎

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院， 西安 710065;2.中国地震局 地球物理勘探中心,郑州 450002;3.河北省保定地质工程勘察院，保定 071051)



叠前去噪技术在鄂尔多斯黄土塬区地震资料的应用

秦 婕1， 李辉峰1， 王宏伟2， 丁相虎3

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院， 西安 710065;2.中国地震局 地球物理勘探中心,郑州 450002;3.河北省保定地质工程勘察院，保定 071051)

黄土塬地区特殊的地形、地貌条件对地震资料的激发和接收产生一些不利的影响，其表层被巨厚的黄土覆盖，对有效波的吸收衰减严重，信号主频低、分辨率不高，噪声干扰严重，信噪比低。这里针对黄土塬地震资料的特殊性，对该区某地震资料进行了分析，了解了原始资料有效波和噪音的主频、频带和分布规律，制定了针对性的去噪流程，选择合理的方法搭配，通过迭代和多域去噪，达到净化叠前数据的目的，提高了资料的信噪比。

叠前去噪； 黄土塬； 多域

0 前言

在黄土塬地区，地形、地貌条件复杂，表层有黄土层覆盖，沟壑纵横，海拔高程变化较大。在黄土、淤泥、砾石等疏松沉积覆盖区，激发、接收条件受到很大的影响，表层低降速带的厚度及速度变化大，所以地震波吸收衰减严重，对高频成分吸收尤为明显，得到的有效波主频普遍较低，分辨率不高；噪声干扰类型多，能量强，频带宽；基础静校正困难，长波长问题严重。总体而言，黄土塬的资料信噪比低，资料品质差。为了提高资料的信噪比，改善资料的品质，经过几年的发展，针对黄土塬区，在野外采集和室内处理方面都有了一些成熟有效的技术。例如在采集上，已经形成了二维地震弯线采集技术、黄土山地直测线采集技术、黄土塬区宽线采集技术、滚动非纵采集技术、三维采集技术，使得到的野外资料品质有了极大的改善；针对静校正问题，也逐渐形成了多种静校正方法，包括多域迭代法静校正、近地表平均速度模型正演法静校正、线性反演静校正、层析反演静校正等，很好地解决了长波长问题；叠前去噪作为地震处理的基础工作，能很大程度提高信噪比，很多学者也进行了大量的研究，对传统的去噪方法进行改进，优化参数，形成适合黄土塬资料去噪的方法，如针对非纵测线非线性干扰的时空变换去噪；针对井区干扰的自适应去噪；利用振幅和频率差异对高能噪声的压制。同时也在去噪思路上不断创新，制定针对性的去噪流程，并进行联合多域去噪，多种方法多个模块搭配使用，达到最佳的去噪效果。在以往的处理中，为了最大限度地提高资料的信噪比，常常进行大幅度地去噪，但往往会导致有效信息的丢失，例如，在叠前去噪时会滤除所有的线性信息，导致较多倾斜地层的有效信息丢失，针对这一情况，这里先作好基础静校正，以保真保幅为前提，加强基础资料分析，强调模块的搭配使用，同时注重保护低频和高频有效信号，对于某些难以去除的噪音先予以保留，以免过度去噪，在去噪方法上，对于一些异常强能量，采用多域分频去噪的方法，在多域还原其噪音特征，通过振幅和频率的差异，进行“多道识别，单道去噪”，保真度高；而对一些规则线性干扰，依据视速度的差异，采用多道识别、单道主道压制的方针，较好地适应线性噪音同相轴的变化，避免假频现象和有效低频的丢失。

1 黄土塬区某测线地震资料特征

研究区位于陕西省定边县西部，西临大水坑镇，北靠盐池县，南接姬塬镇，东抵定边县，该区地处黄土沙漠过渡带地区，在沙漠区近地表条件较好，资料信噪比较高。在近地表低降速厚值区、黄土沙漠过渡带，资料信噪比有所下降。由于黄土塬区地质条件的复杂性和特殊性，地震资料一般有几个特点：①噪音类型多，包括面波、浅层折射波、近炮点强能量、工业干扰、浅层折射波、声波、散射干扰、多次折射、多次波、机械干扰、50 Hz工业电干扰等(图1(c))；②噪音频带宽，常常与有效波重叠，能量强，往往原始单炮上噪音能量掩盖有效信号，很难看到有效信号(图1(b))；③面波等线性规律不强，压制困难(图1(a))；④受地表条件影响，地震波吸收衰减严重，振幅能量一致性差，纵向上能量差异大(图1(d))。

研究区中某测线为直测线，单点激发，道距为25 m，炮距为8 m～9 m，覆盖次数为864次。图2 (a)和(b)分别是黄土塬某测线地震资料原始单炮和初叠加剖面。在单炮上可见近炮点能量很强，远道能量弱，在初叠加剖面上振幅一致性差。通过高通扫描得知有效信号的频率可达50 Hz，带宽在2 Hz～50 Hz左右。图2 (c)和(d)分别是有效信号和噪声频谱，图2(e)是原始资料的F-K谱，由此可以看出，噪声与有效信号频带重叠，尤其在F-K谱上，有效信号能量在2 Hz到40 Hz以上分布，而噪声的能量也在这个频带范围内均有分布。

由于黄土塬地震资料的特殊性，要取得较好的去噪效果，大幅提高地震资料的信噪比，需要仔细分析资料特点，制定有效合理的去噪流程，选取合适的去噪方法，才能达到较佳的效果。这里依据该区的资料特点，制定了去噪流程(图3)，并在每步去噪中选定合适有效的方法，进行去噪模块的合理搭配，通过迭代和多域去噪，尽可能地提高资料品质。

2 黄土塬地震资料去噪处理

2.1 异常振幅和近炮点强能量的压制

由于该资料存在较强的异常振幅和近炮点能量，会直接影响振幅补偿的效果，为做好地表一致性处理，就要先压制异常振幅，因为球面扩散补偿和地表一致性补偿会改变振幅的强弱关系，若在这之后再进行异常能量的压制，就不能达到较好的效果，所以补偿之前先进行压噪。反射波与异常能量在有效的频带范围内具有不同的能量分布，在较高的频率范围内，异常振幅具有较强的能量分布，而反射波的能量较弱。所以运用分频处理的方式，即对噪音的检测衰减工作是在不同的频带进行的，只在其占据的频带内进行压制, 其他频带内的信号不受影响，这样处理结果保真度较高[1-3]。其原理为设一组地震道记录为x(i,j)，经过频率滤波后的记录为xfk(i,j)，根据复数道分析理论可以计算该记录道的包络pfk(i,j)，则有：

图1 黄土塬典型地震资料

图2 原始地震资料及频谱

图3 去噪处理流程图

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

其中：h(i)为希尔伯特因子；i为时间序号(i=1,2,…,N)；j道号(j=1,2,...,2m+1)；fk为频带序号k=1、2、...、L；wi为加权系数；Mfk(i)为包络序列pfk(i,j)的加权中值。

在横向上具有连续性是叠前记录的一大特点，而振幅的横向变化也是光滑的, 其包络也是如此，那么在fk频带内的信号包络在该时刻的标值就可以中值Mfk(i)代替。如果强能量干扰出现在某些道上，它们的分布特征和信号的横向变化规律有差异，其包络值与中值的比值通常比较大，可以由浅层到深层定义一个时变的门槛值，以此值来识别记录道中的强能量噪声。以pfk(i,j)/Mfk(i)的值作为识别参量，在T-X域对分频带内的信号进行检测和衰减，最终将信号进行重构就可得到分频压噪后的结果。从处理的效果看(图4)，去噪前的单炮图4(a)上存在很强的近炮点能量，50Hz工业干扰，还有异常振幅，图4(b)是压噪后的单炮记录，而这些干扰都被有效地压制，压噪后的叠加剖面(d)与压噪前的叠加剖面(c)对比，有效波的同相轴已经清晰地显示出来。

2.2 面波和线性干扰的压制

除了异常振幅会影响地表一致性振幅补偿，一些中低频的线性干扰同样会破坏振幅统计的有效性，所以一致性处理前还要压制这些中低频的线性干扰。由图3可以看出，对于一些较为明显的规则的线性噪音，剩余静校正前，采用F-X域相干噪音压制法予以去除；另一方面，如前文所提到的某些面波等线性干扰呈现弱的线性规律，对于此类噪音，则在剩余静校正后采用自适应面波衰减和F-X域相干噪音压制循环迭代的方法进行消除。

2.2.1 面波的压制

在黄土塬地区，其表面覆盖的黄土层使有效波被严重吸收和衰减，面波的能量就会相对地加强，而且其土质疏松，速度横向变化大[4-6]，所以在黄土塬的地震资料中面波并不呈现典型的规律性。对于面波，传统的处理方法是高通滤波，F-K滤波，倾角滤波[7-9]，高通滤波能够有效地滤除面波，但是也会把有效信号的一部分低频成分损失掉。而对于提高分辨率和波阻抗反演而言，这些低频成分有着重要的意义[9]。F-K滤波方法假设反射波同相轴具有线性或局部线性的特性，在F-K谱上，黄土塬区的面波并不呈现典型的线性规律，而且该测线有效信号在10Hz以下都有分布，而面波的频带在2Hz到15Hz，用该方法只能滤除小部分面波，而绝大部分不能滤除，由于是全局性滤波，没有干扰的部位也进行处理，容易产生信号失真。这里采用自适应面波压制方法，当识别出面波后通过公式Ft′(f)=Ht(f)Ft(f)来压制，其中Ft(f)为地震信号在t时刻的频谱；Ht(f)为面波的压制因子；Ft′(f)为面波压制后的频谱，面波的压制因子为：

当Yt(f)

则Ht(f)=1。

当Yt(f)>Pt(f)时：

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

其中:Yt(f)为地震记录在时间t的归一化振幅谱的包络；Pt(f)为地震子波相对于峰值频率的归一化振幅谱。

该方法是从视速度、能量及频率分布范围等各方面的差异，利用时频分析的方法确定面波的存在范围，并根据加权衰减对面波进行压制。这种方法只压制面波，对有效波的低频成分和其他信号基本没有影响。

图4 噪音压制前后单炮和叠加剖面记录

2.2.2 线性干扰的压制

F-X域相干噪音压制是利用有效波和线性干扰视速度的不同，来识别干扰并予以压制。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频率范围内的相干噪声，然后从原来的记录中将其减去。这种方法是在F-X域进行的，对空间采样的规则性没有特别的要求，而且它是将统计出来的相干干扰减去，所以对有效信号的损害较小，能较好地保持记录的波形特征。在去除规则线性干扰的基础上，在剩余静校正之后，相干关系加强，再将自适应面波衰减和F-X域相干噪音压制模块串联结合来去除残余线性，并且进行多次累加去噪。图5(a)、(b)分别是压噪前单炮、压噪后单炮，可以看到主要的线性噪音已经被很好地去除，反射波的双曲线特征变得明显。

2.3 低频和高频异常强能量的压制

在经过前面一系列的噪音压制以后，发现还有一些残余的异常振幅，尤其是一些低频线性和异常高频成分干扰。从F-K谱图6(g)上看出，在12Hz以下还有残余线性，而在25Hz到40Hz之间也分布着一些异常干扰。这些干扰在前面的炮集中没有被有效地压制。但噪音的去除可以在多域进行，在叠前多个数据集或数据域中进行去噪，选择最有利的域，进行信噪分离，再反变回正常域，可以达到比较好的效果。如小道距的高密度测线有利于炮集的F-K滤波去噪，假频影响小，并且在动校正和静校正之后的FK谱上，线性噪音与有效波更容易分离，利于去线性噪音；在施加剩余静校正之后的炮集，使用优化参数的最小平方法可以有效压制高频线性噪声；在共炮域和共CDP域使用拉动变换去除多次波[10]、线性和随机噪音也能取得良好的效果。对于这些残留噪声先转到CMP域使用分频去噪压制中频异常振幅，再采用随机道序炮集分频去噪和随机道序共偏移距去噪来进行试验，去除残留的低频和高频异常。这些噪音在原始道序的不同频带内虽然表现出异常能量，但是与有效波的能量差异已经不足以进行有效识别，单纯使用分频去噪不能很好地识别噪音，所以很难消除。采用随机道头的方法，将它们的道头打乱成为随机的，在随机域噪声和有效波呈现大的能量差异，再在炮集和共偏移距域使用分频去噪，能达到较好的去噪效果。图6中的(a)是去噪前的单炮，图6(b)、图6(c) 是分别采用随机道序炮集分频去噪和随机道序共偏移距分频去噪法去噪后的炮集。图6 (d)是去噪前的频谱，图6 (e)、图6 (f)为炮集去噪和共偏移距去噪的频谱。从图6的频谱上可以看出，使用随机道序炮集分频去噪对低频和高频噪音的压制都取得较好的效果，而共偏移距去噪对高频噪音效果较好，低频成分并没有进行压制。

3 结论

黄土塬区的资料噪音干扰严重，有效信号淹没其中。在原始资料中难以看到有效信号，但切勿一开始就大幅地压噪。在做地表一致性处理前可以将主要的异常振幅和线性进行压制，对于频率高、速度大、相干性不强的噪音，可在剩余静校正后选择合适的方法去除，循序渐进，多种方法搭配使用。振幅处理和去噪可迭代进行，才能做到在保真、保幅的基础上提高信噪比。此外，各种去噪方法也有其各自的特点。随机道序方法去噪适用于地下地层倾角较小的情况，对于倾角较大的地层该方法并不适用，而且使用该法来压制高频异常能量效果较好，但不利于保真处理；在炮集使用自适应面波衰减和相干噪声压制方法能很好地去除线性干扰，且对有效波损害较小，使用分频去噪时要注意分频带内的信号与噪声在能量分布上应有所差异，这样更容易识别噪音，保留有效信号。

图5 线性噪音压制前后单炮记录

图6 噪音压制前和使用不同方法去噪后单炮记录及频谱记录

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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

西安石油大学研究生创新基金项目(2013cx120214)

秦婕(1989-)，女，硕士，主要从事地震资料数据处理，E-mail：463133876@qq.com。

1001-1749(2015)05-0644-07

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.05.17