基于P、z 分量Radon 變換和非穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)相減的OBN 橫波噪聲壓制

摘要： 在OBN 地震采集中，檢波器與海底耦合問(wèn)題經(jīng)常導(dǎo)致陸檢z 分量接收到橫波噪聲。橫波噪聲對(duì)OBN 數(shù)據(jù)的處理、成像、解釋、油藏監(jiān)測(cè)均帶來(lái)嚴(yán)重干擾，而且橫波噪聲的頻帶、曲率與有效信號(hào)非常相似，難以用常規(guī)方法有效壓制。為此，提出了一種基于拋物線Radon 變換和非穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)相減的OBN 橫波噪聲壓制方法。首先，將OBN 數(shù)據(jù)的P 分量和z 分量數(shù)據(jù)通過(guò)拋物線Radon 變換從時(shí)空域變換到τ‐q 域，利用橫波噪聲與反射信號(hào)傳播速度的差別，在τ?q 域盡可能分離橫波噪聲和一次波；其次，通過(guò)非穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)相減算法的高度靈活性，從包含橫波噪聲的z 分量數(shù)據(jù)中去除P 分量中的反射信號(hào)成分，提取橫波噪聲；最后，將提取的橫波噪聲分量變換回時(shí)空域，并從原始z 分量數(shù)據(jù)中去除橫波噪聲，實(shí)現(xiàn)消除噪聲的同時(shí)，盡可能保護(hù)地震數(shù)據(jù)中的反射信號(hào)。實(shí)際資料的處理結(jié)果證明，該方法能有效壓制OBN 數(shù)據(jù)的橫波噪聲，提高地震資料的信噪比。

關(guān)鍵詞： OBN 采集，Radon 變換，橫波噪聲，非穩(wěn)態(tài)濾波，自適應(yīng)相減

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10. 13810/j. cnki. issn. 1000-7210. 2024. 06. 010

0 引言

海底節(jié)點(diǎn)（Ocean Bottom Node， OBN）采集是油氣勘探領(lǐng)域近年來(lái)發(fā)展的一種新型海上地震采集方法，通過(guò)布設(shè)在海底的節(jié)點(diǎn)檢波器，記錄地層界面反射的多分量地震信號(hào)[1]。在OBN 多分量地震資料的處理中，P 分量的信噪比較高，z 分量則存在多種噪聲，其中面波噪聲具有能量強(qiáng)、頻率低、速度低的明顯特征，較為容易壓制[2]。另外，在z 分量單炮上的橫波噪聲隨機(jī)分布在炮域上，沒(méi)有明顯特征，能量較強(qiáng)，嚴(yán)重干擾有效信號(hào)，在地震資料的處理中經(jīng)常被當(dāng)做隨機(jī)噪聲。

OBN 設(shè)備的特點(diǎn)決定了橫波能量?jī)H能被陸檢接收，所以在P 分量上幾乎不存在橫波噪聲[3]。橫波噪聲在共檢波點(diǎn)域與有效信號(hào)明顯不同，表現(xiàn)為低速同相軸，在遠(yuǎn)炮檢距接近線性。但橫波噪聲的頻帶、曲率與有效信號(hào)非常相似，很難用常規(guī)的噪聲壓制方法有效壓制，從而影響后續(xù)水、陸檢數(shù)據(jù)合并以及多次波壓制的效果。當(dāng)采取較為保守的去噪?yún)?shù)壓制橫波噪聲時(shí)會(huì)有橫波噪聲殘留，當(dāng)采取較為激進(jìn)的去噪?yún)?shù)壓制橫波噪聲時(shí)會(huì)損害有效信號(hào)。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于OBN 橫波噪聲壓制的研究較少。Wei[4]認(rèn)為橫波噪聲是由于儀器本身的設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生的。Moldoveanu[5]提出了基于水、陸檢的相干能量分解、壓制橫波噪聲的方法，取得了一定的壓制效果。Gordon Poole 等[6]提出了基于上、下行波波場(chǎng)特性在稀疏τ-p 域壓制橫波噪聲的方法，具有很好的效果。史文英等[7] 通過(guò)處理、分析烏石工區(qū)海底OBC 數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)橫波噪聲在共檢波點(diǎn)道集上的特征更明顯，橫波噪聲與一次波信號(hào)存在速度差異，于是使用τ-p 變換將OBC 數(shù)據(jù)變換到Radon 域來(lái)分離橫波噪聲與有效信號(hào)。范寶倉(cāng)等[8]提出在十字交叉域進(jìn)行小波變換的三維錐形濾波法，此方法在小波域比傳統(tǒng)的傅里葉變換更具優(yōu)勢(shì)。在局部模擬噪聲時(shí)，避免了一些傳統(tǒng)方法導(dǎo)致的橫波噪聲壓制不徹底且有效能量損失嚴(yán)重的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了真正的針對(duì)性去噪。周家雄等[9]采用基于Curvelet 域多分量域值控制的OBC 垂直分量壓制橫波噪聲的方法，將多分量檢波器采集到的水平分量記錄的橫波作為原始的橫波模型，在Curvelet 域采用閾值控制的方法剔除水平分量的部分縱波，然后與原始垂直分量進(jìn)行自適應(yīng)匹配得到預(yù)測(cè)的橫波模型，最后從垂直分量減去橫波噪聲，從而壓制橫波噪聲。

針對(duì)以上方法橫波噪聲壓制不徹底，壓制方法不穩(wěn)定的問(wèn)題，本文提出了一種基于拋物線Radon變換和非穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)相減的OBN 橫波噪聲壓制方法。首先，將OBN 數(shù)據(jù)的P 分量和z 分量數(shù)據(jù)通過(guò)拋物線Radon 變換從t?x 域變換到τ?q 域，利用橫波噪聲與反射信號(hào)傳播速度的差別，在τ?q 域盡可能分離橫波噪聲和一次波；其次，由于P 分量數(shù)據(jù)和z 分量數(shù)據(jù)的相位和能量存在差異，所以通過(guò)非穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)算法將其匹配到同一量級(jí)，進(jìn)而從包含橫波噪聲的z 分量數(shù)據(jù)中去除P 分量的反射信號(hào)，提取橫波噪聲；最后，將提取的橫波噪聲分量變換回時(shí)空域，并從原始z 分量數(shù)據(jù)中去除橫波噪聲，實(shí)現(xiàn)消除噪聲的同時(shí)，盡可能保護(hù)地震數(shù)據(jù)中的反射信號(hào)。理論數(shù)據(jù)和實(shí)際資料的處理結(jié)果證明了該方法有很好的橫波噪聲衰減效果，能夠有效提高地震資料的信噪比。

1 橫波噪聲

在采集OBN 地震數(shù)據(jù)時(shí)使用兩種檢波器，一種是壓力檢波器，另一種是速度檢波器。其中壓力檢波器即水檢P 分量，速度檢波器即陸檢包括x 分量、y 分量、z 分量，其中z 分量垂直地面接收縱波資料[10]。由于采集時(shí)檢波器所在的海底位置并非水平，導(dǎo)致檢波器與海底界面耦合不理想，陸檢z 分量除了會(huì)接收到縱波還有可能接收到泄露的橫波。圖1 為OBN 的z 分量共炮點(diǎn)道集，道集上存在著一種不規(guī)則的噪聲干擾，能量較強(qiáng)，嚴(yán)重干擾有效信號(hào)。將共炮點(diǎn)道集轉(zhuǎn)換成共檢波點(diǎn)道集（圖2），由圖可看出兩種信號(hào)：一種為有效信號(hào)，呈雙曲線形態(tài)，速度較高；一種為橫波噪聲，在近炮檢距和有效信號(hào)交織在一起，在遠(yuǎn)炮檢距呈線性狀態(tài)，速度較低，圖中紅色方框內(nèi)即為z 分量接收的橫波噪聲。