用加权偏振滤波压制OBN纵波分量中的地震噪声_张庆淮.pdf
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1、张庆淮,王明星,路交通 用加权偏振滤波压制 纵波分量中的地震噪声 石油物探,():,():收稿日期:。第一作者简介:张庆淮(),男,高级工程师,长期从事地球物理勘探方法研究工作。:通信作者:王明星(),男,高级工程师,主要从事地震资料处理及方法研究工作。:基金项目:中石化地球物理公司基础性技术攻关课题()资助。()用加权偏振滤波压制 纵波分量中的地震噪声张庆淮,王明星,路交通(中石化石油工程地球物理有限公司,北京 )摘要:舒尔特波和导波是海洋地震勘探中常见的噪声,尤其在浅海地区,能量很强的舒尔特波和导波往往掩盖了地震信号,极大地降低了地震数据的信噪比。利用浅海 采集中的水检和陆检垂直分量数据,
2、对信号和噪声进行加权偏振分析,并利用它们的不同偏振参数设计滤波器,在一定的频率内利用加权偏振滤波压制舒尔特波,在一定的速度范围内利用加权偏振滤波压制导波,从而取得很好的噪声压制效果。加权偏振滤波解决了 数据中的噪声在水检和陆检两个分量中的能量差异造成的噪声识别困难,而且基于同一物理点的地震道计算,并对每个接收点的多分量数据独立处理,不受空间假频的影响,相比基于 或 变换的方法具有明显优势。模拟记录试算和实际数据处理结果表明,加权偏振滤波不依赖数据采样密度,可以有效分离 数据纵波分量中的舒尔特波和导波,并在压制噪声的同时很好地保护有效信号。关键词:加权偏振滤波;舒尔特波;导波;纵波;噪声压制;双
3、检数据中图分类号:文献标识码:文章编号:():,(,):,(,),第 卷第期 年月石油物探 ,:,浅海 地震勘探中,舒尔特波和导波是两种常见的噪声。舒尔特波是地震波在水层和海底界面产生的面波,具有低频、低速、频散和能量强等特点。导波是由平面波在自由表面和水底之间以超临界角的角度入射,并在水面和海底之间多次传播产生的一种噪声,具有频带宽、能量强,高频端往往产生假频的特点。基于多道统计的滤波技术经常被用来压制这两种噪声,但是此类方法对地震信号的采样密度有较高的要求,压制效果取决于数据的采样密度以及信号的频率和视速度。为应对滤波过程中由采样率不足引起的假频问题,通常在对地震数据进行滤波前采用插值的办
4、法来对数据加大采样密度和规则化。一般情况下,地震采集中的接收线距和道距较大,采用插值的方法增大采样密度会带来计算资源需求的极大增加。在压制导波之前,先用线性动校正改善导波的假频问题,然后用 滤波或者奇异值分解压制导波,在实际应用中取得了不错的效果,但是这种方法仍然对采样率有一定的要求。唐杰等根据叠前高密度地震数据的特点,建立面波去噪训练库,利用去噪卷积神经网络衰减地震数据的面波噪声;徐阳等提出了广义变换与二维离散小波变换相结合的面波压制方法。这些研究对压制舒尔特波都有积极意义。近年来,在海洋地震勘探中应用越来越广泛,有关 噪声的压制也得到越来越多的关注。张明强等对 地震数据中与水层相关的某些噪
5、声提出双检合并结合波动方程的方法进行压制。在三分量数据处理中,利用、和分量地震数据的偏振特性,设计偏振滤波器压制地滚波、随机噪声和分离纵横波有很多成果和实例。等介绍了一种定向滤波方法,根据瞬时偏振属性从多分 量 记 录 中 分 离 不 同 类 型 的 地 震 波;等将该方法扩展到连续小波变换,通过在时频域中设计偏振滤波器来分离不同类型的地震波;陈赟等在引入多窗谱分析方法的基础上,通过求解谱密度矩阵特征问题提取三分量数据的偏振参数,设计滤波器压制随机噪声;邱新明等介绍了多分量面波的频散特征和偏振特性以及多分量地震数据处理中利用不同的偏振属性分离面波的方法和挑战;金聪等 将偏振滤波应用到三维三分量
6、井间地震的纵横波分离中,分别利用水平方向和垂直方向的偏振方向分离 和 波;马小军等 利用三分量地震数据的偏振特性,采用滑动窗加权奇异值分解方法对背景噪声互相关波形进行分解、重构,以达到去噪的目的。浅海 地震采集中,舒尔特波在水检和陆检的垂直分量数据中能量差异很大,导波不但在两个分量中能量差异大,而且是体波,不能在原始数据上用椭圆率有效地进行分离。因此,偏振滤波在压制浅海双检数据舒尔特波和导波中的应用几乎不被关注。实际数据处理中的一个发现是通过加权处理,可以放大 数据中舒尔特波、导波和其它信号的偏振属性差异,从而使得偏振滤波在压制 数据垂直分量中舒尔特波和导波的应用成为可能。本文研究了 采集中水
7、检和陆检垂直分量地震信号的偏振特性,提出使用加权偏振分析方法得到信号分离需要的偏振系数,通过加权偏振滤波压制舒尔特波和导波,在实际应用中取得了很好的效果。方法原理 等 的经典著作 界面波 中详细描述了地震数据中舒尔特波在水固分界面的质点运动轨迹和偏振现象。其中介绍了在远离水固分界面的时候,舒尔特波能量在水层中比在固体介质中衰减更快,所以,主要感应水层压力的水检中的舒尔特波振幅会远远小于感应水层和固体介质的陆检中的舒尔特波振幅。相反,导波绝大部分能量在水层中传播,只有一小部分能量被传播到水层下的固体介质中,主要感应水层压力的水检中导波能量远大于陆检中导波能量。等 详细介绍了导波在海水中的产生和传
8、播理论。舒尔特波和导波的能量差异从相同增益显示的水检和陆检记录中可以明显看出(图)。也正是因为这个原因,常规的偏振分析一直不能很好地提取用于分离 双检数据中这两种噪声的偏振属性,使得偏振滤波方法在压制 地震数据纵波分量中的这两种噪声第期张庆淮等 用加权偏振滤波压制 纵波分量中的地震噪声图水检记录()和陆检记录()一直没有得到广泛应用。地震数据中的舒尔特波是椭圆偏振的,与体波的偏振属性明显不同。给定一对水检和陆检垂直分量数据,如果在舒尔特波到达的时窗周围绘制径向分量和垂向分量,我们将观察到如图所示的椭圆,其上升角接近。当数据集中在以体波为主的时窗内,在零偏移距附近,椭圆将塌陷成一条线(),纵波的
9、上升角接近,随着偏移距增大,纵波的上升角减小。导波的上升角在零值附近,质点振动呈线图具有几何属性的椭圆偏振示意性偏振,通常不能使用偏振滤波进行压制。但是,在 双检数据中可以通过加权处理,得到导波区别于其它信号的偏振属性。图中的是参与计算的水检和陆检之间的相位差,通常是。取为整数,根据偏振的定义,如果时,为线性偏振;当()时,为椭圆偏振。椭圆率是短轴和长轴的比值,其值的大小取决于参与计算的两个分量地震信号的振幅比值。使用加权偏振分析,适当地对信号的振幅进行缩放,可以放大噪声与有效波之间的偏振属性差异,提取用于从 垂直分量数据中分离舒尔特波和导波的偏振参数,并依据这些偏振参数设计滤波器,压制这两种
10、噪声。双检数据的加权偏振分析偏振分析中,对水检或者陆检某一分量进行加权处理,可以很好地提取舒尔特波和导波区别于其它信号的偏振属性。以加权水检数据为例,定义水检地震道()和陆检地震道()在某个时窗内的平均值:?()()?()石油物探第 卷式中:?是时窗内水检地震道的加权平均值;是加权系数,通过匹配噪声振幅获得,即 ,其中,为陆检数据中要压制的噪声的平均振幅,为水检数据中要压制的噪声的平均振幅;?是时窗内陆检地震道的平均值;定义了计算时窗;为样点数。定义两个分量地震数据协方差:(,)(?)(?)()式中:是加权后的水检数据。协方差数据组成协方差矩阵:()式中:代表分量的协方差;代表分量的协方差;代
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