用于地震面波分离的倾角中值滤波法

聂爱兰

(中煤科工集团 西安研究院，西安 710077)

西部地区地表地质条件复杂，地形起伏变化大，低、降速层厚度和速度横向变化快，无潜水面，激发条件差等，造成地震野外采集的浅层地震反射数据中普遍存在着严重的干扰，面波尤为典型，资料的信噪比低。为提高资料的信噪比和分辨率，准确反映出地质构造，压制叠前地震资料中的面波是非常有必要的。

目前，地震资料处理中，常用的消除面波方法主要分为滤波法和波场分离法两种[1－4]。常采用的频率域带通滤波、f－κ域滤波、小波变换去噪和τ－ρ变换，是目前广泛使用的去除面波的滤波法。主要利用有效信号和面波在频率或视速度上的差异滤波。倾角中值滤波法是在中值滤波法的基础上加以改进，利用面波的线性特征和反射波的非线性特征对面波分离，达到增强有效信号的目的。笔者利用倾角中值滤波法分离地震面波，以提高地震资料的信噪比和分辨率。

1 倾角中值滤波法

倾角中值滤波法基于叠前地震单炮道集上面波的线性特征，对面波进行线性扫描，沿面波线性同相轴方向，运用中值滤波方法，分离出面波，进而利用“减去法”压制面波[5－8]。倾角中值滤波法分离地震面波过程如下:

(1)图1a是静校正后的共炮点道集，为输入道集，任意点(i，j)(i记录道号;j为采样点号)，在以第i道为中心记录道，选取2m+1道，形成该采样点的倾角扫描道集。

(2)给出面波斜率扫描范围p(p1，p2)，按一定扫描间隔扫描tp，记录每个扫描斜率的振幅值和的绝对值，由式(1)确定:

式中:m——空间跨度参数，2m+1即倾角道集扫描道数;

tp——斜率扫描间隔;

xi+k，j+ktp——第 i+k 道、第 j+ktp采样点处的振幅值。

(3)将记录下来的数列{Ai，j(p)}进行排序，最大值时的斜率定义为需被分离的面波的线性斜率，对该斜率的振幅序列进行中值滤波，其中值结果定义为该采样点的新振幅值。

(4)将输入的叠前单炮道集逐点逐道重复(2)和(3)过程，得到道集上所有采样点的新振幅值，将其定义为被分离的面波振幅值，记为面波记录，如图1b所示。

(5)将输入的叠前地震单炮道集减去面波记录，达到衰减面波目的，完成倾角中值滤波法，得到衰减后的记录，如图1c所示。

图1 倾角中值滤波法实现过程Fig.1 Explain process of dip median filtering method

2 理论合成记录实验

2.1 实验参数

为了验证倾角中值滤波法的有效性，进行了多组理论合成记录实验。表1为理论单炮道集记录的主要参数，为五层层状介质，在142 m有一低薄速层。图2是对应的理论单炮记录，采样率500 μs，道长 512 ms，道间距 4 m，48 道接收。记录中面波非常发育，资料的信噪比低。图3、4是以图2的理论道集为输入，主要对空间跨度参数进行测试分析，分别取了3道、13道、21道和31道四组，时空域内斜率扫描取值范围为8～25 ms/道。由结果分析可见:跨度太小的情况下，达不到衰减面波的目的;随着跨度增大，衰减面波的效果明显增大，但计算量也增大。在资料处理中，找到最优的时窗跨度即可。

表1 理论模型主要参数Table 1 Major parameters of model gathers

图2 理论单炮道集Fig.2 Theoretical gather

图3 不同空间跨度，倾角中值滤波法分离出的面波Fig.3 Separated surface wave after application of dip median filtering method with different spatia span

图4 不同空间跨度，倾角中值滤波法衰减面波后的记录Fig.4 Result gather after application of dip median filtering method with different spatia span

2.2 结果分析

图5 理论单炮记录应用倾角中值滤波法Fig.5 Application of dip median filtering method for theoretical gather

图5是理论模型应用倾角中值滤波测试结果。图5中斜率扫描取值范围为8～25 ms/道，空间跨度为13道。分析可知:面波完全分离，分离出的面波记录保持了面波的特性，面波区域内反射波能量增强，同相轴连续，信噪比提高。

3 实例

勘探井田位于陕北黄土高原北端，毛乌素沙漠东南缘。大部分地域被第四系风积半固定沙丘和固定沙丘所覆盖，以风蚀风积沙漠丘陵地貌为主。野外采集参数为采样率1 ms，道距10 m，接收道数100道，中间放炮。图6a是静校正后的典型的信噪比低原始单炮记录。单炮特点:初至折射波能量强，频率较高;面波发育，区域煤层反射同相轴完全被湮没，面波和浅层折射多次波为主要噪声。此次斜率扫描范围为25～350 ms/道，空间跨度11道，从结果可见，面波被很好的衰减。从单炮的频谱可以看出，处理后单炮高频成分得到了增强。图7c是应用倾角中值滤波法的叠加剖面，可以看出，主采煤5#煤的反射波同相轴连续，能量强，整个叠加剖面信噪比与分辨率均有提高。

图6 未去噪的记录与剖面Fig.6 Application of denoise method for shot and section

图7 应用倾角中值滤波后的记录与剖面Fig.7 Application of dip median filtering method for shot and section

4 结束语

面波是浅层反射数据中的主要干扰波之一，具有能量强、低速、频散等特点，极大地降低了资料的信噪比，对后续的主要处理产生很大影响，因此，叠前压制面波是一项重要、关键的去噪技术。笔者提出倾角中值滤波法。理论分析、模型测试和应用实例分析结果显示:倾角中值滤波法根据面波特性，有效分离面波，提高了资料的信噪比，满足了资料处理的需求，是一种分离面波的高分辨去噪技术。

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