采集腳印自適應(yīng)壓制方法

鄒 振,張立彬,王秀松,朱俊誠(chéng),趙文濤

(中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院地質(zhì)研究中心,河北涿州072751)

海上拖纜地震資料受潮汐、海水變化、拖纜漂移等采集條件影響,并且聯(lián)絡(luò)測(cè)線采樣稀疏,這些因素導(dǎo)致地下面元地震反射覆蓋次數(shù)分布不均,生成的地震屬性出現(xiàn)條帶狀的采集腳印噪聲(MARFURT等[1]將采集腳印定義為與地面震源和檢波器的幾何分布密切相關(guān)的任何形式的噪聲)。采集腳印噪聲影響了地震數(shù)據(jù)信噪比與分辨率,破壞了地層反射波組特征,給定量地震解釋帶來不利影響。

通過優(yōu)化地震采集參數(shù)以及疊前針對(duì)性處理(數(shù)據(jù)規(guī)則化、潮汐靜校正、海水速度校正、剩余靜校正等)[2-3],能夠顯著衰減采集腳印噪聲,但仍有部分殘留。因此需要對(duì)疊后地震數(shù)據(jù)進(jìn)一步壓制噪聲。疊后采集腳印壓制方法主要包括傾角濾波[1]、三維頻率-波數(shù)域?yàn)V波(f-Kx-Ky)[3-4]、時(shí)間切片波數(shù)域?yàn)V波[5-6]、主分量分解[7]、平穩(wěn)小波變換[8-9]等。國(guó)外商業(yè)軟件采集腳印噪聲壓制模塊通常采用f-Kx-Ky濾波方法,該方法利用采集腳印的周期性特征,通過設(shè)置陷波濾波器壓制采集腳印噪聲。時(shí)間切片二維波數(shù)域?yàn)V波方法[5]利用采集腳印沿時(shí)間切片方向的水平或垂直特征設(shè)置低通濾波器壓制噪聲,該方法計(jì)算效率高,壓制高波數(shù)噪聲效果明顯。

陸上地震采集腳印具有周期性特征,而海上拖纜地震采集腳印周期性差,通過設(shè)置合理的濾波器壓制時(shí)變、空變的采集腳印噪聲仍面臨挑戰(zhàn)。由于低波數(shù)采集腳印噪聲與有效信號(hào)重疊,因而濾波類方法在壓制低波數(shù)噪聲時(shí)可能損傷有效信號(hào)。針對(duì)三維地震數(shù)據(jù)中采集腳印強(qiáng)度隨深度增加而減弱這一特征,國(guó)內(nèi)學(xué)者開展了自適應(yīng)三維平穩(wěn)小波變換[9]與自適應(yīng)濾波方法[10]研究。ZOU等[11]采用奇異值分解與波數(shù)域?yàn)V波聯(lián)合壓制海上四維地震采集腳印噪聲,顯著壓制了高波數(shù)采集腳印噪聲,但壓制淺層低波數(shù)采集腳印噪聲方面應(yīng)用效果依然不理想。針對(duì)上述問題,本文提出采集腳印自適應(yīng)壓制的拉普拉斯算子+波數(shù)域?yàn)V波方法,該方法不僅避免了時(shí)變?yōu)V波器設(shè)置難的問題,并且有效地壓制了與信號(hào)重疊的低波數(shù)采集腳印噪聲。

1 技術(shù)方法

1.1 波數(shù)域?yàn)V波類方法問題分析

采集腳印噪聲沿時(shí)間切片分布具有規(guī)律性,因此波數(shù)域?yàn)V波、奇異值分解以及小波變換等方法通?；跁r(shí)間切片實(shí)施噪聲壓制。圖1a,圖1b分別展示了珠江口盆地某油田三維地震數(shù)據(jù)200ms時(shí)間切片及對(duì)應(yīng)波數(shù)譜。從圖1a可以看出,沿拖纜采集方向發(fā)育條帶狀的采集腳印噪聲,地震數(shù)據(jù)信噪比較低。該切片地震數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的波數(shù)譜如圖1b所示,箭頭所示為采集腳印噪聲分布區(qū),主要集中于中、高波數(shù)段。圖2a,圖2b分別為該地震數(shù)據(jù)1000ms時(shí)間切片與對(duì)應(yīng)的波數(shù)譜,與圖1相比,采集腳印噪聲強(qiáng)度隨時(shí)間增加逐漸降低。

圖2 珠江口盆地某油田地震數(shù)據(jù)1000ms時(shí)間切片(a)及對(duì)應(yīng)的波數(shù)譜(b)

基于1000ms時(shí)間切片資料,采用時(shí)間切片波數(shù)域?yàn)V波方法測(cè)試不同濾波器壓制采集腳印噪聲的效果。采用中等強(qiáng)度低通濾波器壓制采集腳印后的時(shí)間切片與波數(shù)譜分別如圖3a,圖3b所示,該濾波器有效壓制了高波數(shù)采集腳印噪聲,但壓制低波數(shù)采集腳印噪聲能力弱;采用較大強(qiáng)度低通濾波器壓制采集腳印后的時(shí)間切片與波數(shù)譜分別如圖4a,圖4b所示,該濾波器壓制了低波數(shù)采集腳印噪聲的同時(shí)嚴(yán)重?fù)p傷了有效信號(hào),造成斷點(diǎn)成像模糊、小地質(zhì)體不易區(qū)分,降低了地震數(shù)據(jù)的分辨率。不同濾波器所壓制的采集腳印噪聲如圖5a,圖5b所示,較大強(qiáng)度低通濾波器壓制的噪聲中含有部分有效的地震信息。

圖3 采用中等強(qiáng)度低通波數(shù)域?yàn)V波器壓制采集腳印后的時(shí)間切片(a)及對(duì)應(yīng)的波數(shù)譜(b)

圖4 采用較大強(qiáng)度低通波數(shù)域?yàn)V波器壓制采集腳印后的時(shí)間切片(a)及對(duì)應(yīng)的波數(shù)譜(b)

圖5 波數(shù)域?yàn)V波壓制的采集腳印噪聲a 中等強(qiáng)度低通波數(shù)濾波器; b 較大強(qiáng)度低通波數(shù)濾波器

應(yīng)用國(guó)外某商業(yè)軟件f-Kx-Ky濾波模塊,壓制采集腳印后的時(shí)間切片及對(duì)應(yīng)的波數(shù)譜如圖6a,圖6b 所示,與圖3,圖4相比可知,f-Kx-Ky方法應(yīng)用效果整體上優(yōu)于基于時(shí)間切片的波數(shù)域?yàn)V波方法。壓制的采集腳印噪聲如圖6c所示,壓制的采集腳印噪聲包含了有效的地震信息。采用f-Kx-Ky方法濾波時(shí)其參數(shù)設(shè)置復(fù)雜,對(duì)實(shí)際應(yīng)用人員經(jīng)驗(yàn)要求高。

圖6 利用某商業(yè)軟件f-Kx-Ky濾波模塊壓制采集腳印的結(jié)果a f-Kx-Ky濾波模塊壓制采集腳印噪聲后的時(shí)間切片; b 采集腳印壓制噪聲后的波數(shù)譜; c 壓制的采集腳印噪聲

1.2 采集腳印自適應(yīng)壓制算法

針對(duì)現(xiàn)有方法存在的問題,本文提出一種能夠自動(dòng)判別并壓制采集腳印噪聲的方法,即基于時(shí)間切片的拉普拉斯算子+波數(shù)域?yàn)V波方法。拉普拉斯算子物理意義對(duì)應(yīng)圖形的二階微分,通常用于提取圖像邊緣或高頻增強(qiáng)[12],拉普拉斯算子在去除逆時(shí)偏移低頻噪聲方面效果顯著[13]。我們將拉普拉斯算子應(yīng)用于時(shí)間切片地震數(shù)據(jù),突出高波數(shù)以及圖像邊緣,有利于識(shí)別采集腳印噪聲。二維拉普拉斯算子及差分近似分別如下:

(1)

(2)

f(x,y-1)+f(x,y+1)-4*f(x,y)

式中:f(x,y),f(x-1,y),f(x+1,y),f(x,y-1),f(x,y+1)分別為不同時(shí)間切片水平坐標(biāo)(x,y),(x-1,y),(x+1,y),(x,y-1),(x,y+1)處的振幅值。

圖7為拉普拉斯算子+波數(shù)域?yàn)V波方法壓制采集腳印算法流程,具體包括:①對(duì)各個(gè)時(shí)間切片地震數(shù)據(jù)應(yīng)用二維拉普拉斯算子識(shí)別采集腳印噪聲;②將該噪聲變換至波數(shù)域并根據(jù)采集腳印波數(shù)域振幅譜比值自適應(yīng)設(shè)置該時(shí)間切片的波數(shù)濾波器,濾波器設(shè)置主要依據(jù)振幅譜與最大振幅譜比值,該比值大于設(shè)定閾值,則波數(shù)域?yàn)V波器置為0,否則濾波器置為1;③將該濾波器與原始地震數(shù)據(jù)波數(shù)譜相乘;④最后將濾波后的波數(shù)域數(shù)據(jù)變換至空間域,得到采集腳印衰減后的地震數(shù)據(jù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)海上拖纜地震數(shù)據(jù)采集腳印特點(diǎn)(淺層到深層逐步減弱),自適應(yīng)設(shè)置波數(shù)濾波器并壓制采集腳印噪聲,該方法保持有效地震信號(hào)的能力較強(qiáng)。

圖7 拉普拉斯算子+波數(shù)域?yàn)V波方法壓制采集腳印算法流程

圖8a,圖8b分別為拉普拉斯算子預(yù)測(cè)的采集腳印噪聲時(shí)間切片與波數(shù)譜,拉普拉斯算子預(yù)測(cè)的采集腳印噪聲中包含了高波數(shù)和低波數(shù)成分。采用本文方法壓制噪聲后的時(shí)間切片與波數(shù)譜如圖9a 和圖9b所示,與圖2的原始地震數(shù)據(jù)相比,本方法有效壓制了高、低波數(shù)采集腳印噪聲,實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集腳印噪聲自適應(yīng)衰減。壓制的采集腳印噪聲如圖9c所示,與f-Kx-Ky方法壓制的噪聲(圖6c)相比,該切片清楚地顯示了近“南北向”條帶狀分布的采集腳印噪聲,幾乎不含有效地震信息,表明本文方法在有效壓制采集腳印噪聲的同時(shí)較好地保持了有效地震信號(hào)。

圖8 拉普拉斯算子預(yù)測(cè)的采集腳印噪聲時(shí)間切片(a)及對(duì)應(yīng)的波數(shù)譜(b)

圖9 拉普拉斯算子+波數(shù)域?yàn)V波壓制采集腳印a 本文方法壓制采集腳印噪聲后的時(shí)間切片; b 采集腳印噪聲壓制后的波數(shù)譜; c 壓制的采集腳印噪聲

2 應(yīng)用實(shí)例

渤海灣某油田存在較大規(guī)模氣云區(qū),該氣云區(qū)對(duì)下伏地層造成能量屏蔽。淺層氣埋深通常為50～500m,有效識(shí)別該淺層氣空間展布對(duì)后續(xù)速度建模和氣云區(qū)成像具有重要意義,但淺層地震數(shù)據(jù)采集腳印噪聲發(fā)育,不利于淺層含氣小砂體的空間刻畫。圖10a展示了100ms時(shí)間切片,條帶狀采集腳印噪聲幾乎掩蓋了所有有效地震信息,傳統(tǒng)疊后濾波方法不能有效衰減這類低波數(shù)采集腳印噪聲。應(yīng)用拉普拉斯算子+波數(shù)域?yàn)V波壓制采集腳印后的時(shí)間切片如圖10b所示,條帶狀采集腳印噪聲得到有效壓制,有效地震信號(hào)得到顯現(xiàn);壓制的采集腳印噪聲如圖10c所示,壓制的噪聲基本不含有有效信號(hào)。圖11展示了采集腳印壓制前、后的某聯(lián)絡(luò)測(cè)線地震剖面對(duì)比,壓制噪聲后的剖面信噪比顯著提升,且斷層等地質(zhì)信息保持較好。

圖10 渤海灣某油田100ms時(shí)間切片及采集腳印噪聲的壓制效果a 采集腳印噪聲壓制前; b 采集腳印噪聲壓制后; c 壓制的采集腳印噪聲

圖11 某地震數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)測(cè)線采集腳印噪聲壓制前(a)、后(b)的地震剖面

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

海上拖纜地震數(shù)據(jù)采集腳印具有時(shí)變、空變以及周期性差等特點(diǎn),傳統(tǒng)疊后采集腳印壓制方法存在濾波器設(shè)置復(fù)雜等問題。本文提出的拉普拉斯算子+波數(shù)域?yàn)V波采集腳印自適應(yīng)壓制方法,具有自動(dòng)設(shè)置濾波器并壓制高、低波數(shù)采集腳印噪聲的能力。海上拖纜地震數(shù)據(jù)應(yīng)用結(jié)果證明了方法的有效性,本方法還可應(yīng)用于陸上三維地震數(shù)據(jù)采集腳印噪聲的壓制。