基于能量差异的滑动扫描数据谐波压制方法

刘宏杰，蒋　立，张仲祜，陈　勇，张　进

（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所，乌鲁木齐830013）

基于能量差异的滑动扫描数据谐波压制方法

刘宏杰，蒋立，张仲祜，陈勇，张进

（中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所，乌鲁木齐830013）

随着高密度采集需求日趋增加,出现了高效、高保真、环保的可控震源勘探技术。滑动扫描采集虽然缩短了相邻两炮的滑动时间，采集效率得到很大提高，但也使后一炮中的谐波畸变对前一炮的基波产生影响，降低了地震资料的质量。通过分析可控震源谐波的产生机理，提出一种基于能量差异分频谐波压制方法。地震资料处理和叠加成像结果表明，该方法在有效压制谐波噪声的同时，能够较好地保护有效信号，提高资料信噪比。

能量差异；分频；谐波压制；滑动扫描；高密度采集

由于可控震源机械系统、液压伺服系统的非线性以及震源与大地耦合等因素的影响，在可控震源地震勘探中，不可避免地会出现高次谐波干扰和低次谐波干扰。尤其是当可控震源采用滑动扫描时，后一炮不等前一炮扫描结束就已经开始激发，导致前后两炮、甚至几炮的数据产生部分叠加，后一炮的高次谐波会污染前一炮、甚至前几炮的数据，前一炮的低次谐波也会污染到后一炮、甚至后几炮的数据，从而形成谐波干扰，降低了资料的信噪比。为此，科研人员进行了大量研究[1-8]。本文提出了一种适用于滑动扫描的基于能量差异的分频谐波压制方法，能有效地识别、压制谐波噪声，在实际应用中取得了较好的效果。

1　谐波干扰压制方法原理

由于震源的机械装置和震动装置的非线性震动和震板与大地的耦合，在震源向地下输入能量的同时，产成谐波畸变。这种畸变以扫描信号频率范围的倍数出现，分别为二次谐波、三次谐波……N次谐波，可形成谐波干扰，降低资料的信噪比。

在共偏移距道集中，滑动扫描谐波干扰表现为随机分布强振幅干扰[9]。由于滑动扫描每组可控震源的震动要间隔一个滑动时间，而震动间隔时间越长，相邻炮的谐波噪声与本炮记录的能量差异就越大[10]，这为利用能量差异识别和压制谐波干扰提供了条件。而由于谐波与基波存在倍频关系，这又为采用分频压制谐波提供了依据。其机理是将地震数据分成多个频率段，采用带通滤波方法将地震道分频处理，将谐波干扰分在同一个频段或多个频段内，使其谐波能量更加突出，仅对有谐波干扰的频带加以压制，更好地保护反射信号，以识别和压制谐波干扰。

假设，第i个共偏移距道集第j道数据为xij(t)，用带通滤波分频函数hk(t)进行滤波分频[10]，这些滤波函数是根据用户提供的频率窗口设定的，分频过程表达为

式中t——时间方向的样点变量；

xijk(t)——xij(t)的第k个频带分量；

N——频带个数。

1.1能量平均绝对值计算

识别某一强振幅能量，不是看其瞬时能量，而是看一个完整波形的能量，因此，计算能量平均绝对值，应以完整波形为计算单元。同一波形的所有样点的能量平均绝对值相同。设L1和L2为某一波形的起止样点号，其平均绝对值用yijk(t)表示，计算公式为

式中q——完整波形中的样点变量。

1.2时空窗能量平均绝对值的计算

（1）如果把xijk(t)和一个有代表性的、与其相关联的参考对象作比较就能分出强弱，这个参考对象应是以该点为中心的mn时空窗的平均振幅能量。

（2）对xijk(t)计算其对应的mn时空窗的能量平均绝对值

式中m——空间方向道数；

p——空间方向变量，j-m/2≤≤p≤≤j+m/2；

n——时间方向点数；

l——时间方向变量，t-n/2≤≤l≤≤t+n/2.

（3）由于谐波干扰的强振幅能量通常是非谐波干扰数值的若干倍，在计算zijk(t)时，应先将大值排除在外，然后再计算平均振幅能量，再乘以用户给定的倍数M，即可作为识别谐波干扰的标准。

（4）当yijk(t)≥≥Mzijk(t)时，则要对xijk(t)加以压制，对xijk(t)的数值清零[11-12]。

当yijk(t)＜Mzijk(t)时，xijk(t)数值保持不变。

图1　原始单炮地震记录（a）及其频谱分析（b）

2　谐波干扰压制应用实例

研究区位于准噶尔盆地西部，该区可控震源高密度高效三维地震采集施工数据量大，通过高密度采集宽方位观测，提高数据的信息量，提高覆盖次数，有利于为识别非构造圈闭提供高品质数据。但由于滑动扫描技术等待时间较短，易导致在信息采集过程中出现谐波干扰问题。其中，滑动扫描参数分别为：扫描频率3~90 Hz，11 s滑动时间，16 s扫描时间。

由图1可看出，部分单炮中谐波干扰已经影响到目的层（图1a）；谐波频率大都在30~90 Hz的高频范围内，难以用现有去噪方法将此频率范围内的信号和噪声有效识别及合理压制，严重影响了后续地震资料的高分辨率处理。

由图2可看出，谐波干扰在空间上呈现出随机分布特征，利用能量差异方法可很好地识别出噪声的位置；图2b为谐波干扰压制后结果；图2c为图2a减去图2b道集的噪声结果，噪声结果中未见到有效信号。这表明，谐波噪声得到了有效压制，且有效信号未损失，证明该方法是一种高保真的谐波干扰压制方法。

图3为将压制滑动扫描谐波干扰的共偏移距道集反抽生成的压制谐波后炮集和压制前的原始炮集对比，图3a中很强的谐波在图3b中已被清除干净，图3c中30~90 Hz频带谐波频谱接近图3a谐波频谱，也说明其谐波噪声得到有效压制。

综合分析图2和图3可看出，共炮道集数据的谐波干扰呈现集中分布的特征，而在共偏移距道集数据中则呈现随机分布特征，由于异常能量识别方法是在一定的空间范围内识别谐波干扰，如果噪声集中分布在一个区域，可能被识别成有效信号，无法得到压制。而谐波干扰在共偏移距数据中则分散在不同区域，因此可以更好地被识别出来。因此本方法更适合在共偏移距数据集中进行处理。

由图4a可看出，由于谐波的能量大于有效波能量，造成有效波能量相对减弱，影响了以岩性圈闭目标为主的地震资料品质。由图4b可看出，强能量谐波干扰被压制后，图中4.00~4.75 s处的有效波能量得到加强，谐波噪声得到了有效压制。

图2　在共偏移距道集上谐波干扰压制前后对比

图3　谐波干扰压制前后单炮对比

应用结果表明，由于谐波干扰主要表现为随机分布强振幅干扰，而实际资料有效波能量较弱，谐波干扰和有效信号的能量之间有一定差异，利用能量差异法压制滑动扫描的谐波干扰更加有效。

图4　谐波干扰压制前后叠加剖面对比

3　结束语

本文提出了基于能量差异的滑动扫描数据谐波压制方法压制谐波噪声。特别是在没有震源力的前提下，可压制邻炮谐振、机械和异常能量等多种类型干扰，实用性较广，能较好地解决地震高效采集带来的谐波噪声干扰，提高地震资料品质，具有一定的适用性及实用性。总结出一套适合准噶尔盆地实际应用的谐波噪声干扰压制处理模块及流程，在研究区三维高密度地震资料处理中都取得了较好效果。大幅度提高了地震数据质量，为提高油气勘探精度创造了条件。

基于能量差异的滑动扫描数据谐波噪声压制研究只是一个开始，还需要来自更多的实际应用验证。由于同时考虑了谐波频率和能量的不同，能够较好地对谐波噪声进行自适应识别与压制，如果考虑谐波视速度，相当于又增加了一维空间识别谐波噪声，效果会更加明显，这也是下一步工作重点。

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Method for Harmonic Noise Suppression of Slip Scan Data Based on Energy Difference

LIU Hongjie,JIANG Li,ZHANG Zhonghu,CHEN Yong,ZHANG Jin
(Institute of Geophysics,Research Institute of Exploration and Development,XinjiangOilfield Company, PetroChina,Urumqi,Xinjiang 830013,China)

With the increasing of demand for high⁃density acquisition,the vibroseis prospecting technologies of high⁃efficiency,high⁃fideli⁃ty and environmental protection have come into use,of which,the sliding scan acquisition can shorten the slip time between two neighbor⁃ing shots and improve the efficiency of acquisition,but its harmonic distortion can reduce the quality of seismic data for the impact of the latter shot on the former one.This paper presents the mechanism of vibroseis harmonic noise and proposed a method for frequency⁃division harmonic noise suppression based on energy difference.The seismic data processing and superposition imaging results show that this meth⁃od can obviously suppress the harmonic noise,protect effective signals and improve the signal/noise ratio.

energy difference;frequency division;harmonic noise suppression;slip scanning;high density acquisition

P631.443.5

A

1001-3873（2015）01-0098-04DOI：10.7657/XJPG20150120

2014-06-12

2014-11-10

刘宏杰（1963-），男，山东龙口人，高级工程师，博士，石油地质，（Tel）0991-4299061（E-mail）lhjie@petrochina.com.cn.