地震资料处理技术教材-压制噪声-反褶积.doc

地震资料处理技术教材目录第一章 压 制 噪 声3第一节 前 言3第二节 噪声的分类3第三节 频 率 滤 波5一、频率滤波的概念5二、频率滤波在计算机上的实现6第四节 二 维 滤 波6第五节 时间域单频干扰波的压制7第六节 自适应面波压制9一、地震信号模型的建立9二、压制面波10第七节 强能量干扰的分频压制10第八节 叠前规则噪声压制11第九节 用地震信号多项式拟合提高叠加剖面信噪比13一、信号多项式拟合的可能性14二、相位时间拟合14三、信号振幅拟合和信号期望波形16四、期望信号剖面16第十节 fx域中随机噪声衰减16一、方法原理17二、倾角滤波和自适应增强18三、实现步骤18第十一节 p变换19一、p正反变换公式20二、p域中波的时距曲线特征21三、p变换的应用22第十二节 小 结23参 考 文 献23第二章 反 褶 积25第一节 子波与反褶积25第二节 地震记录与反褶积29第三节 其它一些应用和形式36第四节 小 结38参 考 文 献38第一章 压 制 噪 声第一节 前 言提高地震数据的分辨率和信噪比（包括时间和空间方向）几乎贯穿了当前地震数据处理的每个步骤。在我们国家的西部地区，由于表层的强烈吸收和中、新生界强反射界面的屏蔽作用，产生了比较强的噪声，使得中、深层反射波的信噪比低、频带窄。在东部地区，虽然地震数据的质量普遍较高，但由于该地区具有单砂层厚度小、断层断距小和地层构造幅度小的特点，因此要求地震数据具有较高的分辨率，如何提高地震数据高频部分的信噪比就成为一个非常重要的课题。针对上面的问题，许多地球物理科研人员在提高地震数据信噪比处理方法方面进行了深入的研究，取得了较好的科研成果和应用效果。本文将对近年来发展的几种压制噪声的新方法进行介绍；同时，为了使本章内容完整，也对一些传统的方法进行简述。第二节 噪声的分类随着油气勘探的深入和技术的发展，对地震数据精度的要求也越来越高。具体归纳为高信噪比、高分辨率、高保真度和准确成像，即三高一准。这是地质解释人员对地震数据提出的要求，也是地震数据处理的最终目的。三高一准之间不是互相孤立的，而是存在着内在的联系。地震数据的高信噪比是基础，没有一定的信噪比而要求高分辨率和高保真度就不可能实现。为了有效地压制噪声，先对噪声的性质和产生原因做一简述。噪声的类型和特点（主要针对陆上地震数据）可根据噪声的出现规律分为规则噪声和无规则噪声两大类。无规则噪声（即随机噪声）主要指没有固定频率和固定传播方向的波，在地震数据中形成杂乱无章的背景。随机噪声的来源大致可分为三类：第一类是地面微震，如风吹草动和一些人为因素引起的无规则的振动；第二类是仪器在接收时或处理过程中产生的噪声；第三类是激发所产生的不规则噪声，包括由于介质的不均匀性造成的弹性波的散射以及任意方向来的、相位变化毫无规律的波的叠加等等。这类与激发条件以及地震地质条件有关的随机噪声在水泡子、沙漠砾石和黄土覆盖等地区最为严重。这些随机噪声在地震记录上表现为杂乱无章的振动。它的频谱很宽，无一定视速度，因而很难利用随机噪声同有效波之间在频谱上的差异或传播方向上的差异对其进行压制。规则噪声主要是指有一定主频和一定视速度的噪声。如：面波、交流电干扰、声波、浅层折射和侧面波等。它们的主要特点如下：面波：地震勘探在陆上遇到最多的就是面波（如图1-1（a）所示）。它的特点是频率低，一般为几赫兹至30Hz，速度低，一般为1001000m/s，以200500m/s最为常见。面波的时距曲线是直线，因此在小排列（100150m）的波形记录上面同相轴是直的。面波随着传播距离的增大，振动延续时间也越长，形成“扫帚状”，即发生频散。面波能量的强弱与激发岩性、激发深度以及表层地震地质条件有关。这是因为在淤泥、厚黄土及沙漠地区，由于对有效波的强烈吸收，有效波能量减弱，面波能量相对增强；在疏松的低速岩层中激发或所用炸药量过大造成激发频率降低，使面波能量相对增强；炮井深时面波减弱，井浅时面波增强。交流电：当地震测线在高压电线下经过时，检波器受50Hz高压的静电感应所产生的干扰（如图1-（b）所示），其分布范围仅局限在高压线附近，通常影响地震数据的若干道，它在出现的位置上满足地表一致性规律，其强度有时可能超过有效波许多倍。图1-1（b） 地震数据中的交流电干扰图1-1（a） 地震数据中的面波声波：在坑中、浅水池中、河中和干井中爆炸，都会产生强烈的声波。声波是在空气中传播的弹性波，速度为340m/s左右，比较稳定，频率较高，呈窄带出现。在山区工作时，有时还会遇到多次声波的干扰。浅层折射波：当表层存在高速层，或第四系下面的老地层埋藏浅时，可能观测到同相轴为直线的浅层折射波。侧面波：在地表条件比较复杂的地区进行地震勘探工作时，还会出现叫做侧面波的干扰波。例如在黄土高原地区，由于水系切割，形成沟谷交错的复杂地形。黄土高原的侧面是沟，塬和沟的相对高差达数百米，在塬与沟的交界为陡峻的黄土与空气的接触面，形成一个强波阻抗分界面，因此地震波激发后，传播到黄土边沿，被反射回来，记录上可能出现来自不同方向的具有不同视速度的干扰波，这种干扰波是一种侧面波。还有一类噪声与随机噪声不同，与规则噪声相比又显得更复杂，这就是次生的低速干扰和次生的高速干扰。这类干扰在频率域中与有效波是不能分离的，在视速度和视波长域中次生高速干扰又和有效波部分重合，它们可以出现在地震记录上的任意一个位置。它们是激发源附近各种地面障碍物（沟、坝、公路、树木、电杆、房屋建筑及小山包等）以及近地表岩性不均匀性造成的，是由反射波、面波或各种折射波所激发，因此叫做次生干扰。它们的形成原理初步分析是：反射波到达地面后，使地面产生振动，地面上任何不均匀性和地物障碍就受激发而对地面做“敲击”动作，于是在近处就产生了次生的直达波和面波，在远处产生次生的反射波。这些波种类繁多，个数太多又来自不同方向，给地震记录造成了极大的复杂性。既然产生噪声的原因和噪声的种类如此的复杂和多样化，那么压抑噪声也要根据有效反射波与噪声的差异区别对待，尽量保证有效反射信号在压制噪声的过程中少受或不受损害。下面将根据噪声的特点，介绍几种压制噪声的新方法和地震数据处理中一些常规的压制噪声的方法。第三节 频 率 滤 波一、频率滤波的概念频率滤波是根据有效波和干扰波在频带上的差异来压制干扰波突出有效波。设地震记录中，既记录有效的反射波，又记录了干扰波，那么地震记录可表示为：我们已经知道，任何复杂的波x（t）都可以看成是由无限个不同频率f以不同振幅和不同初相（f）的简谐波合成的，记为 （1-1）其中X（f）称为x（t）的频谱，它是一个复数： （1-2）而称为x（t）的振幅谱，（f）称为x（t）的相位谱。如果干扰波和有效波的频谱（主要是噪声的振幅谱和信号的振幅谱）是分离的，就可以利用一个“滤波器”，把干扰波去除，而保留有效波。这个滤波器频率特征是：在有效波s（t）的频带范围内让其通过，而在干扰波n（t）的频带范围内不让其通过。这就要求滤波器的频率特征H（f）为 （1-3）这样，通过这个滤波器后就得到 X（f）H（f）=S（f） （1-4）频率滤波也可在时间域实现。由褶积定理，有 x（f）* h（f）=s（f） （1-5）设有效波的频带范围为（，），则 （1-6）于是 （1-7）二、频率滤波在计算机上的实现褶积公式（1-7）是信号分析的基础： （1-8）在用计算机计算时要对上式离散化，即对x（），h（） 进行采样，使0，1，2，等整数。由于滤波器是物理可实现的，所以h（）0，当0的数据，然后进行p反变换，其输出就是消除多次波以后的数据。可以证明，当我们用一次波的速度进行动校正以后，在p变换后的数据域内，多次波全部落在p0的区域内。第十二节 小 结根据地震数据处理工作的流程，介绍了基本的压制噪声的方法和一些近年来新研制的叠前去噪和信号增强方法。叠前去噪新方法有：强能量干扰的分频压制、线性干扰的滤除、自适应面波的压制和时间域单频干扰波压制。由于这些新方法在应用中有较强的针对性，因此，处理结果具有较高的保真度。总之，有效地提高地震数据的信噪比，可以直接改善地震数据振幅恢复、反褶积、速度分析及叠加的质量和精度，为后续处理提供数据质量上的保证。参 考 文 献1 熊 翥. 地震数据处理应用技术. 石油工业出版社，19932 中油油气勘探软件国家工程研究中心. 俞寿朋文集. 石油工业出版社，20013 钱忠平，蔡希玲，赵波. 自动识别和压制地震资料中高频噪声的方法. 石油地球物理勘探, 1997，3，P3183264 聂勋碧，钱宗良编著. 地震勘探原理和野外工作方法. 地质出版社，19905 陆基孟. 地震勘探原理. 石油工业出版社，19826 董敏煜. 地震勘探. 石油大学出版社，20007 渥伊尔马滋著，黄绪德译. 地震数据处理. 石油工业出版社，19948 徐忠范等.p变换压制干扰及道内插技术. 石油地球物理勘探，1985，1第二章 反 褶 积将地震记录看成是反射系数序列与地震子波的褶积，反褶积就是要消除这种褶积过程，从地震记录得到反射系数序列。一般说来，反褶积的目的是消除某种已知的或未知的褶积过程的运算。反褶积也可能用来消除震源信号或者记录仪器的响应。反褶积也可能是用另一种褶积过程代替原来的褶积过程。反褶积是一种滤波。与一般滤波的区别有两点：一是着眼点在改变子波，而不是衰减噪声。二是方法上是根据需要达到的目标由地震资料自动推导滤波器，而不是通过试验选择滤波器。反褶积是子波级的处理，是常规处理中最精细的环节。第一节 子波与反褶积原始记录上的子波不管如何千变万化，必然是单边子波。可控震源原始记录上的子波也是单边的，即扫描信号，经过相关以后才变成双边子波。单边子波是物理可实现的，双边子波是非物理可实现的。单边子波可以是最小相位子波、最大相位子波或混合相位子波。判别方法可以有很多，对于下面的讨论来说，用Z变换大概是最方便的。将子波的各个样点值作为系数、样点序号作为Z的幂次，写成Z多项式，如果Z多项式的根的模全部大于1，即根全部在单位圆外，就是最小相位子波；如果Z多项式的根全部在单位圆内，就是最大相位子波；如果Z多项式的根有一些在单位圆外，有一些在单位圆内，就是混合相位子波。Z多项式可以因式分解，每个因式有形式，它代表有一个根（可以是实数，也可以是复数。如是复数，必然共轭成对出现。）可见当时，这个因式是最小相位的；当时，这个因式是最大相位的。如果所有因式是最小相位的，子波就是最小相位的；如果所有因式是最大相位的，子波就是最大相位的；如果有一部分因式是最小相位的，有一部分因式是最大相位的，子波就是混合相位的。因此，最小相位子波的尾点的绝对值必然小于其首点的绝对值，最大相位子波的尾点的绝对值必然大于其首点的绝对值，混合相位子波则可以是任何情形。根据这个简单规则，至少在看到尾点的绝对值大于首点的绝对值的子波时，立刻就能判断它绝对不可能是最小相位子波。为什么要考究子波是不是最小相位呢？这与反褶积算子有关。为了要使反褶积结果是在子波起