一種自適應消除線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法

2023-10-22 21:56:32 4

專利名稱：一種自適應消除線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法
技術領域：
本發明涉及油田的勘探、開發、開採技術，具體是一種反映地下地層層位、油藏提供高解析度的地震圖形的自適應消除地震勘探線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法。

背景技術：
地震勘探的過程，就是在地面上的一系列點上，利用人工激發地震波，地震波向地下傳播，當遇到波阻抗(地震波在地層介質中向地下傳播的速度與介質密度的乘積)界面(即上下地層波阻抗不相等面)時，在波阻抗界面上地震波產生反射現象，地震波傳播方向發生改變，地震波開始向上傳播，在地面上的一系列接收點上安置著接收器，接收向上傳播的地震波數據，完成野外勘探。人工激發產生地震有效波的同時，也會產生聲波、面波、多次波等地震幹擾波。聲波是地震波通過空氣傳播到達地面接收器處，由地面接收器接收到的地震波，其特點是速度穩定(速度範圍為330-340米/秒)，在地震記錄上形成尖銳的強初至，頻率高，延續時間長。地表是一個非常好的地層波阻抗界面，在地震勘探領域這個界面通常稱為自由界面。在人工激發的地震波中，有一種波沿著自由界面附近傳播到達地面接收器處，由地面接收器接收到的地震波，這種地震波稱為面波，其特點是速度和頻率低，強度大，震動延續時間長。在地下存在強反射界面時，地震波會在強反射界面上發生多次反射，然後傳播到達地面接收器處，由地面接收器接收到的地震波，這種地震波稱為多次波。自由界面也是一個強反射界面，因此自由界面也容易產生多次波。
疊前和疊後去噪技術已經是地震數據處理流程中不可缺少的方法。由於地表地形起伏變化以及近地表非均勻的地震地質條件，引起地震波沿著地表或者近地表散射傳播至接收排列，造成接收到的地震記錄上出現各種聲波、面波、多次波等規則幹擾從而使得地震數據信噪比急劇降低。這些散射面波或者近地表信息帶有很少的地下反射信號，並且它們到達接收排列時比希望信號能量要強得多。而多次波雖然帶有地下反射波的信息，但是對於地震數據處理來說，多次波相對於一次反射波就是幹擾波，它與一次地震反射波互相干涉，汙染了一次反射波，使得地震數據信噪比降低。特別是海洋地震勘探，多次波的壓制是海洋地震勘探中最為關鍵的處理過程之一。
對於現有的規則幹擾噪聲消除的方法，目前最常用的方法有切除、帶通濾波、頻率-空間域濾波以及由此派生出的各種修正方法、小波變換以及中值濾波去噪方法。這些方法在去除線性幹擾方面取得了一定的效果，但是這些方法中的一些沒有很好地解決有效信號與噪聲的分離問題，在濾除噪聲的同時，沒有幹擾汙染的區域也會受到一定程度的影響。
去除多次波也有很多很好的方法，例如各種τ-p變換、基於模型和波動方程的去除多次波方法。另外可以利用有效波和多次波速度差異進行多次波的消除，本發明使用了這一思想。
研究有效的規則幹擾噪聲壓制技術是地震數據處理中最為關鍵的處理。本發明提出了一種自適應消除地震勘探線性規則噪聲以及多次波的方法。在儘可能抑制規則噪聲的同時，有效信號的能量可以得到很好的保持。特別是由於地表條件和地震波激發、傳播以及接收條件等諸多方面的原因，時常引起地震記錄上出現各種規則幹擾波。本發明主要針對當前地震數據處理中，地震剖面上存在的各種規則幹擾噪聲，提出了時間-空間域自適應規則幹擾噪聲衰減技術，進行信號與噪聲分離。這種方法把噪聲在整個處理平面上的視速度近似看作常量(正值或者負值)。可以有效的消除地震剖面上線性噪聲、面波以及多次波等，適應於各種幹擾背景的信噪分離，且對信號的保真度高，是複雜地區的低信噪比地震數據處理的一種理想的幹擾噪聲去除方法，具有運算速度快、壓制噪聲效果好等優點。


發明內容
本發明目的在於提供一種為反映地下地層層位、油藏提供高解析度的地震圖形的自適應消除線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法。
本發明採用如下技術方案實現，包括以下步驟 1)用通常的震源激發手段激發和採集地震數據，進行數據預處理； 所述的預處理包括對地震數據置標籤、定義觀測系統、動校正、靜校正、反動校正、速度分析、頻譜分析、疊加處理。處理人員進行頻譜分析，確定規則噪聲的有效頻段。
2)在時間域內，根據規則幹擾線性同相軸視傾角，對地震數據進行線性變換，得到變換域中的地震數據集； 3)用疊加公式在給定的時窗內，對地震數據進行疊加計算，並作為線性噪聲的模型道； 4)將地震道與噪聲模型道相減，得出當前的信號值，然後求出分離的噪聲與信號平均值的比率和驗概率密度函數，利用概率密度函數和門檻值，確定噪聲的接受概率，將分離出的噪聲從原始記錄中減去消除規則幹擾波； 5)在變換域內，根據規則噪聲線性同相軸的視傾角，對地震數據進行線性反變換，得到時間域中的地震數據集，將消除規則幹擾波的記錄進行線性反變換，得出消除規則幹擾波的地震記錄； 6)對地震數據進行分頻處理，在規則噪聲的頻段上進行噪聲壓制處理； 步驟6)所述的壓制處理的分頻處理技術採用小波變換分頻處理技術。
步驟6)噪聲壓制處理後對去除了規則幹擾的疊前地震數據，利用多次波的速度進行反動校正處理，得到消除多次波後的疊前地震數據道集。
7)採用通常的方法根據得出消除規則幹擾後的地震數據繪製消除規則幹擾後的地震數據剖面。
本發明的一種自適應消除地震勘探線性規則噪聲以及多次波的方法中的分頻處理使得它在消除幹擾波的同時，並不傷害有效波的頻率分量，同時具有運算速度快、壓制噪聲效果好、適用於疊前、疊後地震數據等優點，是消除線性幹擾波、面波以及多次波等各種規則幹擾的一種有效方法。



圖1疊前炮集數據處理前後對比圖 (a)實際地震炮集數據， (b)去除幹擾波後地震炮集數據， (c)(a)與(b)相減的地震線性幹擾波炮集數據； 圖2疊後地震數據處理前後對比圖 (a)包含線性幹擾波的疊後地震數據， (b)消除線性幹擾波後的疊後地震數據； 圖3消除多次波前後速度譜、部分疊加數據對比圖 (a)包含多次波的速度譜、部分疊加數據， (b)消除多次波後的速度譜及部分疊加地震數據； 圖4消除多次波前後疊加剖面對比圖 (a)包含多次波的疊加數據， (b)消除多次波後的疊加數據。

具體實施例方式 地震記錄是由信號和噪聲組成的，去噪的目的就是消除地震記錄上的噪聲。共深度點道集記錄經過水平疊加後有效信號得到加強，噪聲得到壓制，這是水平疊加的最大優點。如果按照幹擾波的傾角方向進行疊加得到的將是幹擾波。利用這一原理，可以根據傾角方向進行疊加組合，求出這一傾角的幹擾波。為了區分求出的幹擾波是在噪聲區，還是非噪聲區，可以求出這一時間的平均值，只有當幹擾波與平均值的比率大於給定的門檻值時，才將幹擾波從原始記錄中減去，這樣就清除了僅存在於記錄中的幹擾波，達到去除噪聲目的。
對於疊前疊後線性規則幹擾，規則幹擾的同相軸基本上是線性的，並且規則幹擾與有效信號的視速度不同。對於炮集或者CMP(Common Mid Point，共中心點)道集數據上的多次波，多次波的同相軸基本上是雙曲線的，使用多次波的速度經過動校正處理之後，其對應NMO(Normal MoveOut，正常時差)處理後的炮集或者CMP道集數據上，多次波的同相軸基本上是線性的，並且多次波規則幹擾與有效信號的視速度不同，這樣在校正域內消除線性規則噪聲以得到消除多次波的目的。
本發明對原始地震數據，首先由用戶進行頻譜分析；確定線性規則噪聲或者多次波幹擾的頻率範圍[fa，fb]；然後使用公式(12)進行小波變換，根據頻譜分析得到的規則幹擾頻率範圍[fa，fb]，利用公式(13)進行小波逆變換，再使用步驟(2)-(5)步驟，進行消除線性規則噪聲或者多次波幹擾處理。最後將消除線性規則噪聲或者多次波幹擾處理的數據利用利用公式(12)進行小波變換，將其中頻率範圍[fa，fb]內的數據與原始數據頻率範圍[fa，fb]之外的數據使用公式(13)進行小波逆變換，就得到消除線性規則噪聲或者多次波幹擾的地震數據。
本發明實例1，採用如下技術方案實現，包括以下步驟 (1)地震數據預處理。用通常的震源激發手段激發和採集地震數據，對地震數據置標籤、定義觀測系統、頻譜分析；通過頻譜分析確定地震數據線性規則噪聲或者多次波幹擾的有效頻段。
(2)地震記錄線性變換。得到傾角與道和時間之間的關係 式中，原始地震記錄為Rit(其中i為道號，t為時間)，幹擾波同相軸的視傾角為θ，t1、t2為地震數據雙程旅行時；n1、n2為地震數據記錄號。
根據公式(1)，當已知視傾角θ和某一道n的時間t時，可求出另外一道N相同傾角的時間值T。公式為 T＝t-(N-n)tgθ(2) 在時間域內，根據視傾角，對地震數據進行線性變換，得到變換域中的地震數據集。
(3)計算噪聲模型道。在一個時窗內，計算疊加地震記錄，作為線性噪聲的模型道，公式如下 式中Dt是線性噪聲的模型道，M是疊加的道數，t是對應的時間。
(4)信號與噪聲分離。將地震道與噪聲模型道相減，得出當前的信號值St， St＝Rt-Dt(4) 求出分離的噪聲與信號的平均值的比率 式中L為時間方向上的樣點數， 信噪分離採用的後驗概率密度函數為 根據概率密度函數，根據門檻值K，確定噪聲的接受概率 得到的噪聲為Nt＝aDt(9) 將分離出的噪聲從原始記錄中減去 S′t＝Rt-Dt(10) 式中S′t是消除線性規則噪聲或者多次波幹擾後的地震數據； (5)線性反變換。根據公式(1)，求出另外一道N相同傾角的時間值T T＝t+(N-n)tgθ(11) 上式已知視傾角θ，某一道n，時間t； 在變換域內，根據視傾角對地震數據進行線性反變換，得到時間域中的地震數據集。將消除規則幹擾波的記錄進行線性反變換，得出消除規則幹擾波的地震記錄； (6)對地震數據進行分頻處理。在線性規則噪聲或者多次波幹擾的頻段上進行噪聲壓制處理； 步驟6)所述的地震數據分頻處理採用小波變換分頻處理將地震記錄的小波變換為 和逆小波變換為 式中 WR(a，b) ----表示地震記錄序列的小波變換； ψ----表示小波函數； a ----表示尺度因子，決定頻率信息； b ----表示平移因子，決定時間信息； N ----表示地震記錄序列長度； Ri----表示一道地震記錄序列； i ----表示地震記錄序列號，i＝1，2，K，N； fa----表示初始尺度因子，決定初始頻率信息； fb----表示終止尺度因子，決定終止頻率信息； 小波變換將信號分解成位於不同頻帶和時段上的各個成分，時頻窗在時間--頻率相平面上，時頻窗的面積恆定，但形狀可變，|a|越小，時寬越小，頻寬越大，即時域解析度提高，頻域解析度下降，反之亦然。這表明小波變換提供的局部化格式是變化著的，表現在高頻處的時間解析度高。
(7)採用通常的方法根據得出消除規則幹擾後的地震數據繪製消除規則幹擾後的地震數據剖面。
本發明針對一個幹擾波存在的頻段內的地震數據，進行(2)～(6)的規則幹擾噪聲衰減處理，可以有效的在壓制噪聲的同時，最大可能的保持了有效波。對於疊前炮集或者CMP道集上的聲波、面波等線性規則幹擾波，本發明通過上述步驟，可以得出有效消除了規則幹擾波的地震記錄。
本發明圖1為一個實際的炮集數據處理前後對比，(a)為測線炮集數據，顯然數據中存在著較強的線性幹擾波；(b)為經過本模塊處理之後的測線炮集數據，有效地去除了線性幹擾波。(c)為(a)與(b)相減得出的純線性規則噪聲炮集數據。
本發明實例2，對於疊後地震數據中的聲波幹擾，本發明採用如下技術方案實現，包括以下步驟 (1)地震數據預處理。用通常的震源激發手段激發和採集地震數據，對地震數據置標籤、定義觀測系統、動校正、靜校正、速度分析、頻譜分析、疊加處理； (2)採用如實施例1的步驟(2)----步驟(7)處理。
對於疊後地震數據中的聲波、面波等線性規則幹擾波，本發明通過上述步驟，可以得出有效消除了規則幹擾波的地震記錄。
為了測試方法的功能，我們對實際地震數據進行了試算。圖2是疊後地震數據處理前後效果對比，(a)是原始疊後地震數據，剖面上存在著非常強的線性規則幹擾波，(b)是經過處理之後的地震數據；顯然在處理之後，線性規則幹擾得到了有效的壓制，特別是深層地震數據的信噪比明顯提高。
本發明實例3，對於疊前地震數據中的多次波這樣的幹擾波，本發明採用如下技術方案實現，包括以下步驟 (1)地震數據預處理。用通常的震源激發手段激發和採集地震數據，對地震數據置標籤、定義觀測系統、靜校正、頻譜分析、速度分析，拾取多次波的速度譜，然後利用多次波速度進行動校正處理。
(2)採用如實施例1的步驟(2)----步驟(6)處理。
(3)反動校正處理。對去除了規則幹擾的疊前地震數據，利用多次波的速度進行反動校正處理，可以得出消除多次波後的疊前地震數據道集。
(4)採用通常的方法根據得出消除規則幹擾後的地震數據繪製消除規則幹擾後的地震數據剖面。
針對一個多次波幹擾存在的頻段內地震數據，進行(1)～(3)的多次波幹擾衰減處理，可以有效的在壓制多次波的同時，最大可能的保持了有效波。我們這裡採用小波分頻處理技術進行分頻處理。
對於疊前地震數據中多次波幹擾，本發明通過上述步驟，可以得出有效消除了多次波幹擾的地震記錄。
本發明圖3和圖4是海上實際地震數據消除多次波的效果對比。圖3是消除多次波前後速度譜、部分疊加段數據對比；(a)是去除多次波前CMP450的速度譜、部分疊加剖面段數據；從速度譜上看，在1500ms以下顯然多次波明顯佔據優勢，壓制了有效反射波。(b)是消除多次波後的速度譜、部分疊加段數據；很明顯，從速度譜上看，在1500ms以下有效地消除了多次波，有效反射波的速度譜得到了顯著地改善。圖4是消除多次波前後疊加剖面對比；(a)是去除多次波之前的疊加剖面，顯然在1500ms以下多次波嚴重的汙染了反射波，在剖面上看不到有效反射波；(b)是消除多次波之後的疊加剖面，顯然在1500ms以下有效地消除了多次波，在剖面上清晰地看到了有效反射波。
權利要求
1、一種自適應消除線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法，其特徵在於採用以下步驟
1)用通常的震源激發手段激發和採集地震數據，進行數據預處理；
2)在時間域內，根據規則幹擾線性同相軸視傾角，對地震數據進行線性變換，得到變換域中的地震數據集；
3)用疊加公式在給定的時窗內，對地震數據進行疊加計算，並作為線性噪聲的模型道；
4)將地震道與噪聲模型道相減，得出當前的信號值，然後求出分離的噪聲與信號平均值的比率和驗概率密度函數，利用概率密度函數和門檻值，確定噪聲的接收概率，將分離出的噪聲從原始記錄中減去消除規則幹擾波；
5)在變換域內，根據規則噪聲線性同相軸的視傾角，對地震數據進行線性反變換，得到時間域中的地震數據集，將消除規則幹擾波的記錄進行線性反變換，得出消除規則幹擾波的地震記錄；
6)對地震數據進行分頻處理，在規則噪聲的頻段上進行噪聲壓制處理；
7)採用通常的方法根據得出消除規則幹擾後的地震數據繪製消除規則幹擾後的地震數據剖面。
2、根據權利要求1所述的自適應消除線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法，其特徵在於步驟1)所述的預處理包括對地震數據置標籤、定義觀測系統、動校正、靜校正、反動校正、速度分析、頻譜分析、疊加處理，確定規則噪聲的有效頻段。
3、根據權利要求1所述的自適應消除線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法，其特徵在於步驟6)所述的壓制處理的分頻處理技術採用小波變換分頻處理技術。
4、根據權利要求1所述的自適應消除線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法，其特徵在於步驟6)噪聲壓制處理後對去除了規則幹擾的疊前地震數據，利用多次波的速度進行反動校正處理，得到消除多次波後的疊前地震數據道集。
全文摘要
本發明是為油田的勘探提供高解析度的地震圖形的自適應消除地震勘探線性規則噪聲以及多次波幹擾的方法。根據規則幹擾線性同相軸視傾角，變換域中的地震數據集，將地震道與噪聲模型道相減，得出當前的信號值，利用概率密度函數和門檻值，確定噪聲的接收概率，將分離出的噪聲從原始記錄中減去消除規則幹擾波，在變換域內，對地震數據進行線性反變換得到數據集，將消除規則幹擾波的記錄進行線性反變換，得出地震記錄，再進行分頻處理，進行噪聲壓制處理。本發明不傷害有效波的頻率分量，同時具有運算速度快、壓制噪聲效果好、適用於疊前、疊後地震數據等優點。
文檔編號G01V1/36GK101598809SQ20081011437
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月4日 優先權日2008年6月4日
發明者高少武, 波 趙 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司