高效地震资料中干涉炮噪声压制方法

高效地震资料中干涉炮噪声压制方法

地震“双向”勘探可以显著提高地震资料的覆盖时间和成像质量，是未来地震勘探的主要发展方向。而地震采集需要在经济成本与数据质量之间进行权衡。传统采集方式是前一炮数据采集完成之后才进行下一炮的激发,因而先后激发的炮之间的时间间隔较长。由于“两宽一高”的勘探方式需要进行高密度的炮检点排列,因此,若采用传统方式进行采集,必然需要投入高昂的勘探成本。缩短采集周期、提高采集效率、降低采集成本,成为野外地震数据采集的必然要求,因此,高效采集方式得到了广泛关注。高效采集是通过缩短相邻炮之间的激发时间间隔来提高生产效率的一种野外数据采集方式。目前,高效采集的震源激发方式主要有4种:交替扫描激发、滑动扫描激发、距离分离同步扫描激发和独立同步扫描激发高效采集在提高采集效率的同时,也给地震记录带来了严重的干涉炮能量干扰,从而严重影响后续的数据处理,因此,需要对地震记录进行干涉炮噪声压制。目前,对干涉炮噪声进行压制的方法主要有2类:基于噪声压制类的方法和基于稀疏反演类的方法。基于噪声压制类方法的前提条件是地震信号的相干性。通常情况下,对于独立同步扫描激发方式来说,在原始炮集记录里,干涉炮噪声和主炮信号类似,具有较强的相干性。但是在其它道集,比如共检波点道集、共偏移距道集或者共中心点道集,干涉炮噪声则往往表现为随机噪声,此时,利用常规噪声压制方法,便可对干涉炮噪声进行压制。HUO等压制干涉炮噪声的另一大类方法是基于稀疏反演类的,WASON等本文提出一种L1正则化和L0正则化混合迭代压制干涉炮噪声的方法。首先,简单介绍了基于信号相干性的干涉炮噪声去除方法;然后,介绍了基于稀疏反演的干涉炮噪声去除方法,利用实际资料干涉炮噪声的压制效果对比了2种方法的优劣;最后,采用稀疏反演方法对实际资料去噪结果进行叠加处理,获得和常规采集相当的叠加结果,但高效采集提高了效率,从而降低了采集成本。1中值滤波中值滤波法是一种有效压制随机噪声的信号处理方法,其基本原理是把数字序列或数字图像中某点的值用该点的某个邻域中各点值的中值来代替,从而压制随机噪声。矢量中值滤波为中值滤波的扩展,下面介绍其定义。假设一组矢量可表示为{X式中:l=0,1,2或∞,本文中l取1和0。该组矢量的中值矢量X基于矢量中值滤波的定义,可以建立中值滤波器去除地震记录的干涉炮噪声。矢量元素可以通过在一个地震道内的滑动时窗获得。但矢量中值滤波需要有一个假设前提,即地下反射界面是水平的。通常情况下,这样的假设很难满足。因此,HUO等同样,公式(3)中的中值矢量X式中:p代表倾角方向;X2正则化混合迭代算法基于稀疏反演的干涉炮噪声压制方法,通过地震记录的混叠延时数据构造混叠参数矩阵,然后利用该矩阵将干涉炮噪声分离抽象成一个矩阵求解问题。由于混叠矩阵的逆往往不存在,所以不能通过矩阵求逆直接得到干涉炮噪声压制后的地震数据,而是将混叠参数矩阵的共轭转置与混叠数据矩阵的相乘结果作为反演初值进行迭代反演。由于该矩阵求解是一个欠定问题,因此在求解的时候需要加上正则化条件进行约束反演。对于不存在延迟时间的两个震源同时激发,假设获得的地震记录S为:式中:S上述方程组可简写为:建立目标函数:式中:C表示稀疏变换;λ表示拉格朗日乘子。通常,可采用L0和L1约束进行该目标函数的求取。本文采用L1正则化和L0正则化混合迭代的算法求解该目标函数,完成干涉炮噪声的压制。首先,应用软阈值迭代算法求解如下问题:通过求解该问题,可以为下一步的计算提供一个好的迭代初值,并估计信号的稀疏水平。然后,采用硬阈值迭代算法求解以下问题:通过迭代反演,直至获得最优的干涉炮噪声压制结果。3干涉炮噪声压制以西部沙漠某工区的三维可控震源分布式独立扫描高效采集地震数据为例。工区范围约200km干涉炮噪声压制的主要流程:首先,在共炮点道集对部分噪声进行压制;然后,将共炮点道集的地震记录分选为共接收点道集(或共中心点道集、共偏移距道集等),在这些道集对干涉炮噪声做进一步压制;最后,将干涉炮噪声压制后的道集分选回共炮点道集,获得最终干涉炮噪声压制后的结果。因此,首先根据可控震源自主扫描获得地震记录的干涉炮噪声特征,在共炮点道集对其进行压制,同时一并去除三角区噪声、谐波干扰等噪声。图1a所示的地震记录去噪后的结果如图2所示。对比图1a和图2可以看出,共炮点道集去噪后,部分噪声得到了较为有效的压制,但道集中还存在相当一部分的干涉炮噪声。对去噪后的共炮点道集地震记录进行抽道集处理,获得共中心点道集地震记录(图3a)。分别采用基于信号相干性的矢量中值滤波干涉炮噪声压制方法和基于稀疏反演的干涉炮噪声压制方法,对图3a所示的共中心点道集地震记录进行干涉炮噪声压制,结果如图3b和图3c所示。对比图3b和图3c可以看出,在不伤害有效信号的情况下,矢量中值滤波方法保留了较多的干涉炮噪声,而基于稀疏反演的去噪方法可以将干涉炮噪声压制得比较干净,其结果优于矢量中值滤波去噪的结果。经过在共炮点道集和共中心点道集两次去噪处理之后,原始地震记录的干涉炮噪声基本上被压制。将共中心点道集的稀疏反演去噪结果分选到共炮点道集,得到如图4a所示的干涉炮噪声压制后的单炮地震记录(其去噪前记录见图1a),图4b为去除的噪声。从图4a可以看出,干涉炮噪声得到了很好的压制,并且去除的噪声(图4b)中几乎不含有效信号。该处理方法最大程度地保留了原始记录中的有效信号。从图4a还可以看出,初至走时的拾取不再困难。将干涉炮噪声压制前后的地震记录分别进行叠加,并抽取叠加剖面,如图5所示。图5a为原始炮记录的叠加剖面,图5b为干涉炮噪声压制后的叠加剖面,图5c为图5a与图5b之差,即为去除的噪声。对比该组叠加剖面可以看出,干涉炮噪声能量得到了很好的压制,地震剖面质量得到了极大提高。原始叠加剖面的很多同相轴被干涉炮噪声淹没,浅层更甚,基本无法追踪同相轴;干涉炮噪声压制后的地震记录,浅层同相轴清晰地显现出来,中深层同相轴也更加清晰连续,为后续处理提供良好的叠加数据。4地震记录的干涉炮噪声压制本文研究了可控震源独立同步扫描的地震记录干涉炮噪声压制方法。首先在共炮点道集进行去噪处理,然后在共中心点道集做进一步的干涉炮噪声压制,最终获得高质量的地震记录。比较了基于信号相干性的矢量中值滤波干涉炮噪声压制方法和基于稀疏反演的干涉炮噪声压制方法,可以看出,基于稀疏反演的干涉炮噪声压制方法