海底电缆Z分量横波噪音特征分析及衰减方法*

范宝仓 陈文贵 王海昆 李庆收

(中海油田服务股份有限公司物探事业部 天津 300451)

海底电缆Z分量横波噪音特征分析及衰减方法*

范宝仓 陈文贵 王海昆 李庆收

(中海油田服务股份有限公司物探事业部 天津 300451)

在海底电缆(OBC)多分量地震资料的处理中，陆检Z分量中除面波干扰外，还存在一种难消除的横波侧漏干扰噪音，这种横波噪音具有矢量性、振幅强、频带窄、相速度低的特点，并且在十字交叉排列的共检波点道集上表现为三维锥形特征。针对这种横波噪音特征，结合地震采集施工特点，提出在十字交叉域共检波点道集上的三维小波变换锥形滤波去噪方法。该方法通过小波变换，采用局部模拟噪声，仅针对干绕波存在区域内进行，回避了传统方法如F-K滤波等所带来的有效信息丢失问题，而且进行自适应的减法运算消除干扰，增强了去噪的保真度，实现了真正意义上的针对性去噪处理。该方法在渤海某区块实际资料的处理应用中取得了很好的噪音衰减效果，极大地提高了资料的信噪比。

海底电缆；Z分量；横波噪音；特征分析；十字交叉排列；小波域；锥形滤波

目前海底电缆(OBC)多分量地震资料(水检P分量，陆检X、Y和Z分量)的处理流程已趋于成熟，其中用于压制鬼波的水、陆检合并(即P和Z分量合并)是必不可少的步骤[1]，但在渤海地区实际资料处理中，常常会发现陆检资料(以下均指Z分量)的信噪比相对水检而言普遍偏低。该地区陆检资料干扰噪音中地滚波能量强、特征明显，易于压制，但陆检单炮上还存在一种不规则的噪音(图1)，在处理中很容易被当成随机噪音而忽视它的影响。由于这种噪音在近道处与有效信号的能量和频谱相近而很难区分，所以采用常规的压制方法容易损伤有效信号；但如果为了保护有效信号而采取保守的去噪方式，往往又制约陆检资料的信噪比提升，从而影响水、陆检合并效果，并且很难再从后续的处理中解决所带来的问题。针对上述问题，笔者通过分析该噪音的来源、产生机理、特征以及传统去噪方法存在的问题，结合地震采集施工特点，提出在十字交叉域共检波点道集上的三维小波变换锥形滤波方法去除噪音，并在渤海某区块实际资料处理中取得了很好的噪音衰减效果，极大地提高了资料的信噪比。

图1 渤海某测线地滚波压制后的水、陆检单炮Fig .1 SP gather after ground roll noise attenuation for a seismic line in Bohai sea

1 噪音特征分析

1.1 噪音来源

将图1中的资料转换为共检波点道集(图2)，陆检所示的噪音则表现为规则的干扰，其近道处能量和频谱与有效信号相近而很难区分，视速度明显低于有效信号的视速度，而且对比发现该噪音形态特征与陆检X、Y分量的资料极其相似。另外，从图1、2中可以看出该噪音干扰只存在于陆检，因此推测该噪音有可能是陆检的X、Y分量的信息侧漏带来的，即陆检横波噪音。通过对该噪音的频率成分进行分析(图3)，发现噪音频率主要集中于60 Hz以下，且表现为低速的线性或近双曲的特征，其振幅和频谱与有效波很相近，同样表明该噪音为陆检横波噪音。

图2 渤海某测线地滚波压制后的水、陆检共检波点道集Fig .2 Common receiver gather after ground roll noise attenuation for a seismic line in Bohai sea

图3 渤海某测线陆检共检波点道集频率扫描Fig .3 Frequency scanning on common receiver gather for a seismic line in Bohai sea

1.2 噪音产生机理

海底电缆为四分量采集(图4)，水检P分量的检波器为压力检波器，没有方向性；陆检为速度检波器，具有方向性，包括Z、X、Y分量，其中X、Y分量平行于地面接收转换波，而Z分量垂直于地面接收纵波资料[2]，且每个四分量检波器单元都封装在一个具有一定质量的扁平金属外壳中[3]。

实际采集中，由于海底并非完全水平等原因，检波器通常会与海底耦合不理想，即检波器与海底往往存在一定的角度，这样陆检Z分量就有可能接收到转换波资料，也可以直接理解为侧漏的横波信息，所以在陆检Z分量上就会存在横波干扰噪音。另外，单炮资料是由不同检波器接收的，由于检波器之间存在较大耦合差异，导致噪音干扰表现不明显，而共检波点道集是来自于同一个检波器，耦合情况基本相同，所以在共检波点上表现为比较规律的特征。

1.3 噪音在三维空间上的特征

在地震资料处理中，对于同一位置的检波点，由所有与之相关的炮点记录组成并按照炮点位置依次正交排列的道集称为一个共检波点十字交叉正交排列道集(图5a)，因此可以通过选取一组十字交叉排列数据来进一步了解该噪音在三维空间上的特征。从十字交叉排列数据的时间切片(图5b)上可以看到，横波干扰在近偏移距处比较强，在每个切片上呈圆形，由浅到深圆不断变大，形成三维矢量锥形体特征。而且结合图3的分析可知，该噪音还具有类似于面波的低相速度特征，且主要集中在某一频段内。

图4 海底电缆四分量采集示意图Fig .4 Diagram of OBC 4C receiver gather

图5 十字交叉排列道集示意图及时间切片Fig .5 Diagram of regular cross-spreading system and time slices

2 噪音衰减方法

2.1 常规去噪方法存在的不足

针对上述横波噪音，显然仅仅在共炮点道集上进行随机噪音衰减是远远不够的。而常规去除该噪音的方法是在共检波点道集上利用二维拉冬域去噪或F-K滤波去噪。若去噪参数应用较保守，去噪后在共检波点道集往往会有较多的残余噪音，而且残余噪音主要由于去噪方法的限制而集中在近偏移距附近(图6a)；若去噪参数应用较激进，虽然道集上表现良好(图6b),但叠加剖面上会发现明显损失了部分有效波(图6c)；因此，这2种常规方法的去噪效果都不理想，均会影响后续的叠加及水、陆检合并的效果。

图6 渤海某测线常规方法的噪音衰减效果Fig .6 Noise attenuation with conventional method for a seismic line in Bohai sea

2.2 十字交叉域小波变换三维锥形滤波法及去噪效果

在海底电缆多分量地震采集作业中，目前绝大部分采用较规则的密集施工方式，即炮线和检波点线是正交或平行的，炮点和检波点较密集。因此对于抽取共检波点十字交叉排列道集相对较容易，且具有分布相对较均匀的特点，从而避免了因地震记录的稀疏问题带来的假频影响[4-5]。分析可知，该横波噪音在十字交叉排列三维空间上表现出明显的规律特征，并能够与有效波区别，因此可以采用在正交十字排列的共检波点道集上进行小波域三维锥形滤波去噪处理，这主要是由于小波域处理较传统的傅里叶变换具有一定优势，它是采用局部模拟噪声，仅针对干绕波存在区域内进行，回避了F-K滤波、最小二乘滤波等传统方法所带来的有效信息丢失问题[6-9]。此外，小波变换可以通过伸缩平移运算对信号函数逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细分、低频处频率细分，即自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信号的任意细节[5],更为高效保真地压制噪音。

本文提出的十字交叉域小波变换三维锥形滤波法去噪处理过程包括5个步骤：①抽取十字交叉排列的共检波点道集(图5)；②根据频率速度分析提取横波干扰噪音的特征(图7)，并设计相应的小波滤波器；③通过高精度小波变换将原始数据分解为多个小波子带[6](图8a)；④根据噪音的主要存在区域在相应的子带内进行特征提取，建立噪音模型[7](图8b、c)，并设计滤波器减掉噪音干扰[4、8-11]；⑤通过小波域数据反变换回时间域，完成去噪过程[4]。

图7 原始共检波点道集与对应的频率-视速度Fig .7 Common receiver gather and frequency-apparent velocity panel

图8 小波变换的子带划分及噪音模型Fig .8 Sub-band division and noise models in wavelet domain

渤海某区块为海底电缆多分量地震采集区块，其陆检Z分量上存在明显的横波侧漏干扰噪音(图1、2)，图9～11为该区块某测线十字交叉排列的共检波点小波变换三维锥形滤波方法应用后的道集质控图，图12为该测线十字交叉排列的共检波点三维锥形滤波方法应用后的叠加质控图。对比发现，无论是共炮点道集质控(图9)，还是共检波点道集质控(图10)和三维质控(图11)，横波干扰噪音均得到了有效压制；去噪前后的叠加剖面对比表明有效信号基本没有损失，去噪效果较理想(图12)。

图13为该区块某测线陆检横波噪音采用常规F-K滤波法和十字交叉排列三维锥形滤波法去噪后对水、陆检合并的叠加效果对比及相应的自相关质控对比。很显然，十字交叉排列三维锥形滤波法去噪效果更好，叠加剖面的信噪比更高，而自相关质控对比也说明了水陆检合并的鬼波压制效果更好，亦更有利于后续的水、陆检合并处理。

图9 本文新方法对渤海某测线横波噪音衰减前后的共炮点道集Fig .9 Common shot gather before and after noise attenuation for a seismic line in Bohai sea with the suggested method

图11 本文新方法对渤海某测线横波噪音衰减前后三维立体显示Fig .11 3D display before and after noise attenuation for a seismic line in Bohai sea with the suggested method

图12 本文新方法对渤海某测线横波噪音衰减前后叠加剖面Fig .12 Stack section before and after noise attenuation for a seismic line in Bohai sea with the suggested method

图13 渤海某测线不同去噪方法的水陆检合并效果对比Fig .13 Dual-sensor summation with different noise attenuation methods for a seismic line in Bohai sea

3 结论

1) 海底电缆陆检Z分量中的横波噪音主要是由于检波器与海底的耦合不理想造成的横波侧漏，具有矢量性、振幅强、频带窄、相速度低的特点，在共炮点道集上表现为随机噪音，而在十字交叉排列的共检波点道集上表现为三维锥体特征。

2) 针对这种横波噪音特征，结合地震采集施工特点，提出在十字交叉域共检波点道集上的三维小波变换锥形滤波去噪方法。该方法通过小波变换，采用局部模拟噪声，仅针对干绕波存在区域内进行，回避了传统方法如F-K滤波、最小二乘滤波等所带来的有效信息丢失问题，而且进行自适应的减法运算消除干扰，增强了去噪的保真度，实现了真正意义的针对性去噪处理。该方法在渤海地区的实际应用中取得了很好的噪音衰减效果，叠加剖面的信噪比更高，也更利于后续的水、陆检合并处理。

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(编辑：张喜林)

Characteristic analysis and attenuation of OBC geophoneZcomponent shear wave noise

FAN Baocang CHEN Wengui WANG Haikun LI Qingshou

(COSLGeophysicalDivision,Tianjin300451,China)

Besides surface wave interference, the geophoneZcomponent noise from the shear wave leakage is difficult to be attenuated in OBC multi-components seismic data processing. This noise has the characteristics of vector, strong amplitude, narrow frequency, low phase velocity, and 3D cone-shaped in cross-spread receiver gather. Considering the characteristics of this noise and seismic acquisition, a new attenuation method of 3D cone-shaped filter using wavelet transform in cross-spread receiver gather is introduced. This method is based on wavelet transform and local analog noise, only used in the area which includesSwave interference, and can avoid the effective information loss caused by conventional methods such as F-K filtering. Furthermore the adaptive subtraction attenuation can enhance the fidelity of de-noising, realizing the true sense of the targeted de-noising. The data processing and application in a block of the Bohai sea show the effect of noise attenuation, which greatly improves the SNR of the data.

OBC;Zcomponent; shear wave interference; characteristic analysis; cross-spread; wavelet domain; cone-shaped filter

*国家高技术研究发展计划(863计划)“深水高精度地震勘探系统成套化研制(编号：2012AA09A211)”、中国海洋石油总公司“十二五”科技重大项目“海上开发地震技术集成及应用研究(编号：CNOOC-KJ125 ZDXM 06 LTD-10-KFSC-14)”部分研究成果。

范宝仓，男，高级工程师，1998年毕业于西南石油学院应用地球物理专业，获学士学位，主要从事地震资料处理工作。地址：天津市滨海新区中心北路1889号514信箱(邮编：300451)。E-mail：fanbc@cosl.com.cn。

1673-1506(2017)03-0031-09

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.03.005

P631.4

A

范宝仓,陈文贵,王海昆，等.海底电缆Z分量横波噪音特征分析及衰减方法[J].中国海上油气，2017,29(3)：31-39.

FAN Baocang,CHEN Wengui,WANG Haikun,et al.Characteristic analysis and attenuation of OBC geophoneZcomponent shear wave noise[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(3):31-39.