自适应噪音衰减技术在去除滩浅海地震资料伪单频干扰中的应用

2019-03-14伍泽云

石油地质与工程 2019年1期

伍泽云

（中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010）

滩浅海地震勘探一直是世界性难题，它不仅具有特殊的地表条件和复杂多变的表层结构，而且地震勘探方法既不同于陆地勘探，也异于海洋勘探，地震资料处理流程较常规资料处理存在较大差异性[1-2]。以往关于滩浅海的地震资料处理，主要探讨了50 Hz工业干扰、海底鸣震压制、检波点二次定位、子波差异校正等方法[2-3]，而对于伪单频这种十分常见的干扰波，目前尚没有较好的压制方法。本文应用自适应噪音衰减技术去除浅滩海地震资料中的伪单频干扰，取得了一定的效果。自适应噪音衰减技术的基本原理是将干扰波表示为同频率不同振幅的余弦函数和正弦函数之和，然后从原始信号中将其减去，从而去除干扰波[4]。

1 伪单频成因及特征

在滩浅海OBC地震资料采集中，由于电源线的干扰，陆检资料会出现一种特有的干扰波——伪单频干扰。其在单炮上和叠加剖面上都表现为3～5个相邻地震道中的小平轴罗列起来的“长尾”条带，形态与线性干扰十分相近；但伪单频干扰波的同向轴方向是水平的，与条带的延展方向不一致，而线性干扰波的同向轴方向与条带的延展方向是一致的，利用以往常规去除线性干扰的方法（诸如F-K滤波等）无法将伪单频干扰去除。进一步分析发现，其频率在每个条带从上到下都有一个固定的主频窄频段，只是不同条带的固定主频值有所不同。

2 自适应噪音衰减技术

自适应方法在单频干扰波压制方面已有研究，但大都是在去除50 Hz工业电这种单频干扰方面的应用[5-9]，而对于出现在OBC陆检资料中的这种伪单频干扰，目前可借鉴的资料较少。本文尝试把自适应噪音衰减技术用于去除伪单频。

自适应噪音衰减技术是通过含有噪音的地震道来估计噪音的振幅和相位，然后将其去除的一个过程。这个估计是一个自适应的过程，是由输入的数据通过循环来实现的，具体实现过程如图1所示（参考CGG软件）。

将地震数据表示为：

式中：k为时间样点，S(k)为信号，N(k)为噪音。将噪音（伪单频）表示为：

式中：C为振幅，F为频率，ΔT为采样率，φ为相位。

将（2）式进行三角函数分解，可以写成：

式中：A=Csinφ ，B=Ccosφ。

自适应噪音衰减技术的基本原则是估计该模型中的C，也就是A和B，这个过程是通过输入地震数据中的每一个采样点而得到不断更新的模型来实现的。对于每一个样点k，单频噪音模型v(k)都会被当做误差从D(k)中减去。

为了减少均方差，模型不断更新来逐步逼近噪声，这个模型更新是通过求均方差的梯度来实现的。公式如下：

其中梯度表示为：

当均方差最小时，输出OUTPUT(k)=D(k)-v(k)，其中FBACK为增益因子[10-13]，一般为0.01～0.05，噪音的频率由处理人员通过对噪音进行频谱分析提供。

上述实现过程可简述为：

第一步：①输入地震信号，②A、B、F的初始值，③FBACK的初始值，得到噪音估算误差函数ERR(k)；

第二步：计算gradA[ERR2(k)]和gradB[ERR2(k)]，当均方差最小时，执行步骤⑤输出去除伪单频噪音后的地震信号OUTPUT(k)；否则通过循环步骤④，不断更新A和B的值，从而逐步逼近伪单频噪音v(k)，直到均方差最小时输出OUTPUT(k)。

图1 自适应噪音衰减技术流程

首先将伪单频干扰波表示为同频率不同振幅的正、余弦函数之和，然后将其减去，并且不要求伪单频与有效信号有任何相关。因此，利用该技术去除伪单频干扰的优势在于不损害有效信号S(k)。

3 应用效果

为了验证自适应噪音衰减技术在实际地震资料处理中的有效性，本文选取了某滩浅海区块的OBC二维地震资料进行试验。从图2中可以看出，原始单炮记录上（图2a，红色椭圆框）存在一条倾斜的“长尾”条带——伪单频干扰。利用自适应噪音衰减技术对原始单炮记录进行处理后的单炮记录（图2b）清晰显示，处理后的单炮资料中这种小平轴罗列起来的“长尾”条带消失不见（图2b，红色椭圆框）。频谱分析图上还显示，去除伪单频的同时并不损害有效波（图3），这符合地震资料处理的宗旨，从而证明该方法可以有效压制伪单频干扰。

处理前后的叠加剖面显示，利用自适应噪音衰减技术处理后的叠加剖面（图4b）较去除前的叠加剖面（图4a），伪单频干扰（红色椭圆框）得到有效压制，从而说明该方法对伪单频这种干扰波有很好的压制作用。