基于P、z 分量Radon 变换和非稳态自适应相减的OBN 横波噪声压制

摘要： 在OBN 地震采集中，检波器与海底耦合问题经常导致陆检z 分量接收到横波噪声。横波噪声对OBN 数据的处理、成像、解释、油藏监测均带来严重干扰，而且横波噪声的频带、曲率与有效信号非常相似，难以用常规方法有效压制。为此，提出了一种基于抛物线Radon 变换和非稳态自适应相减的OBN 横波噪声压制方法。首先，将OBN 数据的P 分量和z 分量数据通过抛物线Radon 变换从时空域变换到τ‐q 域，利用横波噪声与反射信号传播速度的差别，在τ⁃q 域尽可能分离横波噪声和一次波；其次，通过非稳态自适应相减算法的高度灵活性，从包含横波噪声的z 分量数据中去除P 分量中的反射信号成分，提取横波噪声；最后，将提取的横波噪声分量变换回时空域，并从原始z 分量数据中去除横波噪声，实现消除噪声的同时，尽可能保护地震数据中的反射信号。实际资料的处理结果证明，该方法能有效压制OBN 数据的横波噪声，提高地震资料的信噪比。

关键词： OBN 采集，Radon 变换，横波噪声，非稳态滤波，自适应相减

中图分类号：P631 文献标识码：A DOI：10. 13810/j. cnki. issn. 1000-7210. 2024. 06. 010

0 引言

海底节点（Ocean Bottom Node， OBN）采集是油气勘探领域近年来发展的一种新型海上地震采集方法，通过布设在海底的节点检波器，记录地层界面反射的多分量地震信号[1]。在OBN 多分量地震资料的处理中，P 分量的信噪比较高，z 分量则存在多种噪声，其中面波噪声具有能量强、频率低、速度低的明显特征，较为容易压制[2]。另外，在z 分量单炮上的横波噪声随机分布在炮域上，没有明显特征，能量较强，严重干扰有效信号，在地震资料的处理中经常被当做随机噪声。

OBN 设备的特点决定了横波能量仅能被陆检接收，所以在P 分量上几乎不存在横波噪声[3]。横波噪声在共检波点域与有效信号明显不同，表现为低速同相轴，在远炮检距接近线性。但横波噪声的频带、曲率与有效信号非常相似，很难用常规的噪声压制方法有效压制，从而影响后续水、陆检数据合并以及多次波压制的效果。当采取较为保守的去噪参数压制横波噪声时会有横波噪声残留，当采取较为激进的去噪参数压制横波噪声时会损害有效信号。

国内外关于OBN 横波噪声压制的研究较少。Wei[4]认为横波噪声是由于仪器本身的设计缺陷产生的。Moldoveanu[5]提出了基于水、陆检的相干能量分解、压制横波噪声的方法，取得了一定的压制效果。Gordon Poole 等[6]提出了基于上、下行波波场特性在稀疏τ-p 域压制横波噪声的方法，具有很好的效果。史文英等[7] 通过处理、分析乌石工区海底OBC 数据，发现横波噪声在共检波点道集上的特征更明显，横波噪声与一次波信号存在速度差异，于是使用τ-p 变换将OBC 数据变换到Radon 域来分离横波噪声与有效信号。范宝仓等[8]提出在十字交叉域进行小波变换的三维锥形滤波法，此方法在小波域比传统的傅里叶变换更具优势。在局部模拟噪声时，避免了一些传统方法导致的横波噪声压制不彻底且有效能量损失严重的问题，实现了真正的针对性去噪。周家雄等[9]采用基于Curvelet 域多分量域值控制的OBC 垂直分量压制横波噪声的方法，将多分量检波器采集到的水平分量记录的横波作为原始的横波模型，在Curvelet 域采用阈值控制的方法剔除水平分量的部分纵波，然后与原始垂直分量进行自适应匹配得到预测的横波模型，最后从垂直分量减去横波噪声，从而压制横波噪声。

针对以上方法横波噪声压制不彻底，压制方法不稳定的问题，本文提出了一种基于抛物线Radon变换和非稳态自适应相减的OBN 横波噪声压制方法。首先，将OBN 数据的P 分量和z 分量数据通过抛物线Radon 变换从t⁃x 域变换到τ⁃q 域，利用横波噪声与反射信号传播速度的差别，在τ⁃q 域尽可能分离横波噪声和一次波；其次，由于P 分量数据和z 分量数据的相位和能量存在差异，所以通过非稳态自适应算法将其匹配到同一量级，进而从包含横波噪声的z 分量数据中去除P 分量的反射信号，提取横波噪声；最后，将提取的横波噪声分量变换回时空域，并从原始z 分量数据中去除横波噪声，实现消除噪声的同时，尽可能保护地震数据中的反射信号。理论数据和实际资料的处理结果证明了该方法有很好的横波噪声衰减效果，能够有效提高地震资料的信噪比。

1 横波噪声

在采集OBN 地震数据时使用两种检波器，一种是压力检波器，另一种是速度检波器。其中压力检波器即水检P 分量，速度检波器即陆检包括x 分量、y 分量、z 分量，其中z 分量垂直地面接收纵波资料[10]。由于采集时检波器所在的海底位置并非水平，导致检波器与海底界面耦合不理想，陆检z 分量除了会接收到纵波还有可能接收到泄露的横波。图1 为OBN 的z 分量共炮点道集，道集上存在着一种不规则的噪声干扰，能量较强，严重干扰有效信号。将共炮点道集转换成共检波点道集（图2），由图可看出两种信号：一种为有效信号，呈双曲线形态，速度较高；一种为横波噪声，在近炮检距和有效信号交织在一起，在远炮检距呈线性状态，速度较低，图中红色方框内即为z 分量接收的横波噪声。