鄒 振,張立彬,王秀松,朱俊誠,趙文濤

(中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院地質(zhì)研究中心,河北涿州072751)

海上拖纜地震資料受潮汐、海水變化、拖纜漂移等采集條件影響,并且聯(lián)絡(luò)測線采樣稀疏,這些因素導(dǎo)致地下面元地震反射覆蓋次數(shù)分布不均,生成的地震屬性出現(xiàn)條帶狀的采集腳印噪聲(MARFURT等[1]將采集腳印定義為與地面震源和檢波器的幾何分布密切相關(guān)的任何形式的噪聲)。采集腳印噪聲影響了地震數(shù)據(jù)信噪比與分辨率,破壞了地層反射波組特征,給定量地震解釋帶來不利影響。

通過優(yōu)化地震采集參數(shù)以及疊前針對性處理(數(shù)據(jù)規(guī)則化、潮汐靜校正、海水速度校正、剩余靜校正等)[2-3],能夠顯著衰減采集腳印噪聲,但仍有部分殘留。因此需要對疊后地震數(shù)據(jù)進(jìn)一步壓制噪聲。疊后采集腳印壓制方法主要包括傾角濾波[1]、三維頻率-波數(shù)域濾波(f-Kx-Ky)[3-4]、時間切片波數(shù)域濾波[5-6]、主分量分解[7]、平穩(wěn)小波變換[8-9]等。國外商業(yè)軟件采集腳印噪聲壓制模塊通常采用f-Kx-Ky濾波方法,該方法利用采集腳印的周期性特征,通過設(shè)置陷波濾波器壓制采集腳印噪聲。時間切片二維波數(shù)域濾波方法[5]利用采集腳印沿時間切片方向的水平或垂直特征設(shè)置低通濾波器壓制噪聲,該方法計算效率高,壓制高波數(shù)噪聲效果明顯。

陸上地震采集腳印具有周期性特征,而海上拖纜地震采集腳印周期性差,通過設(shè)置合理的濾波器壓制時變、空變的采集腳印噪聲仍面臨挑戰(zhàn)。由于低波數(shù)采集腳印噪聲與有效信號重疊,因而濾波類方法在壓制低波數(shù)噪聲時可能損傷有效信號。針對三維地震數(shù)據(jù)中采集腳印強(qiáng)度隨深度增加而減弱這一特征,國內(nèi)學(xué)者開展了自適應(yīng)三維平穩(wěn)小波變換[9]與自適應(yīng)濾波方法[10]研究。ZOU等[11]采用奇異值分解與波數(shù)域濾波聯(lián)合壓制海上四維地震采集腳印噪聲,顯著壓制了高波數(shù)采集腳印噪聲,但壓制淺層低波數(shù)采集腳印噪聲方面應(yīng)用效果依然不理想。針對上述問題,本文提出采集腳印自適應(yīng)壓制的拉普拉斯算子+波數(shù)域濾波方法,該方法不僅避免了時變?yōu)V波器設(shè)置難的問題,并且有效地壓制了與信號重疊的低波數(shù)采集腳印噪聲。

1 技術(shù)方法

1.1 波數(shù)域濾波類方法問題分析

采集腳印噪聲沿時間切片分布具有規(guī)律性,因此波數(shù)域濾波、奇異值分解以及小波變換等方法通?；跁r間切片實施噪聲壓制。圖1a,圖1b分別展示了珠江口盆地某油田三維地震數(shù)據(jù)200ms時間切片及對應(yīng)波數(shù)譜。從圖1a可以看出,沿拖纜采集方向發(fā)育條帶狀的采集腳印噪聲,地震數(shù)據(jù)信噪比較低。該切片地震數(shù)據(jù)對應(yīng)的波數(shù)譜如圖1b所示,箭頭所示為采集腳印噪聲分布區(qū),主要集中于中、高波數(shù)段。圖2a,圖2b分別為該地震數(shù)據(jù)1000ms時間切片與對應(yīng)的波數(shù)譜,與圖1相比,采集腳印噪聲強(qiáng)度隨時間增加逐漸降低。

圖2 珠江口盆地某油田地震數(shù)據(jù)1000ms時間切片(a)及對應(yīng)的波數(shù)譜(b)

基于1000ms時間切片資料,采用時間切片波數(shù)域濾波方法測試不同濾波器壓制采集腳印噪聲的效果。采用中等強(qiáng)度低通濾波器壓制采集腳印后的時間切片與波數(shù)譜分別如圖3a,圖3b所示,該濾波器有效壓制了高波數(shù)采集腳印噪聲,但壓制低波數(shù)采集腳印噪聲能力弱;采用較大強(qiáng)度低通濾波器壓制采集腳印后的時間切片與波數(shù)譜分別如圖4a,圖4b所示,該濾波器壓制了低波數(shù)采集腳印噪聲的同時嚴(yán)重?fù)p傷了有效信號,造成斷點成像模糊、小地質(zhì)體不易區(qū)分,降低了地震數(shù)據(jù)的分辨率。不同濾波器所壓制的采集腳印噪聲如圖5a,圖5b所示,較大強(qiáng)度低通濾波器壓制的噪聲中含有部分有效的地震信息。

圖3 采用中等強(qiáng)度低通波數(shù)域濾波器壓制采集腳印后的時間切片(a)及對應(yīng)的波數(shù)譜(b)

圖4 采用較大強(qiáng)度低通波數(shù)域濾波器壓制采集腳印后的時間切片(a)及對應(yīng)的波數(shù)譜(b)

圖5 波數(shù)域濾波壓制的采集腳印噪聲a 中等強(qiáng)度低通波數(shù)濾波器; b 較大強(qiáng)度低通波數(shù)濾波器

應(yīng)用國外某商業(yè)軟件f-Kx-Ky濾波模塊,壓制采集腳印后的時間切片及對應(yīng)的波數(shù)譜如圖6a,圖6b 所示,與圖3,圖4相比可知,f-Kx-Ky方法應(yīng)用效果整體上優(yōu)于基于時間切片的波數(shù)域濾波方法。壓制的采集腳印噪聲如圖6c所示,壓制的采集腳印噪聲包含了有效的地震信息。采用f-Kx-Ky方法濾波時其參數(shù)設(shè)置復(fù)雜,對實際應(yīng)用人員經(jīng)驗要求高。

圖6 利用某商業(yè)軟件f-Kx-Ky濾波模塊壓制采集腳印的結(jié)果a f-Kx-Ky濾波模塊壓制采集腳印噪聲后的時間切片; b 采集腳印壓制噪聲后的波數(shù)譜; c 壓制的采集腳印噪聲

1.2 采集腳印自適應(yīng)壓制算法

針對現(xiàn)有方法存在的問題,本文提出一種能夠自動判別并壓制采集腳印噪聲的方法,即基于時間切片的拉普拉斯算子+波數(shù)域濾波方法。拉普拉斯算子物理意義對應(yīng)圖形的二階微分,通常用于提取圖像邊緣或高頻增強(qiáng)[12],拉普拉斯算子在去除逆時偏移低頻噪聲方面效果顯著[13]。我們將拉普拉斯算子應(yīng)用于時間切片地震數(shù)據(jù),突出高波數(shù)以及圖像邊緣,有利于識別采集腳印噪聲。二維拉普拉斯算子及差分近似分別如下:

(1)

(2)

f(x,y-1)+f(x,y+1)-4*f(x,y)

式中:f(x,y),f(x-1,y),f(x+1,y),f(x,y-1),f(x,y+1)分別為不同時間切片水平坐標(biāo)(x,y),(x-1,y),(x+1,y),(x,y-1),(x,y+1)處的振幅值。

圖7為拉普拉斯算子+波數(shù)域濾波方法壓制采集腳印算法流程,具體包括:①對各個時間切片地震數(shù)據(jù)應(yīng)用二維拉普拉斯算子識別采集腳印噪聲;②將該噪聲變換至波數(shù)域并根據(jù)采集腳印波數(shù)域振幅譜比值自適應(yīng)設(shè)置該時間切片的波數(shù)濾波器,濾波器設(shè)置主要依據(jù)振幅譜與最大振幅譜比值,該比值大于設(shè)定閾值,則波數(shù)域濾波器置為0,否則濾波器置為1;③將該濾波器與原始地震數(shù)據(jù)波數(shù)譜相乘;④最后將濾波后的波數(shù)域數(shù)據(jù)變換至空間域,得到采集腳印衰減后的地震數(shù)據(jù)。該方法的優(yōu)點是能夠根據(jù)海上拖纜地震數(shù)據(jù)采集腳印特點(淺層到深層逐步減弱),自適應(yīng)設(shè)置波數(shù)濾波器并壓制采集腳印噪聲,該方法保持有效地震信號的能力較強(qiáng)。

圖7 拉普拉斯算子+波數(shù)域濾波方法壓制采集腳印算法流程

圖8a,圖8b分別為拉普拉斯算子預(yù)測的采集腳印噪聲時間切片與波數(shù)譜,拉普拉斯算子預(yù)測的采集腳印噪聲中包含了高波數(shù)和低波數(shù)成分。采用本文方法壓制噪聲后的時間切片與波數(shù)譜如圖9a 和圖9b所示,與圖2的原始地震數(shù)據(jù)相比,本方法有效壓制了高、低波數(shù)采集腳印噪聲,實現(xiàn)了對采集腳印噪聲自適應(yīng)衰減。壓制的采集腳印噪聲如圖9c所示,與f-Kx-Ky方法壓制的噪聲(圖6c)相比,該切片清楚地顯示了近“南北向”條帶狀分布的采集腳印噪聲,幾乎不含有效地震信息,表明本文方法在有效壓制采集腳印噪聲的同時較好地保持了有效地震信號。

圖8 拉普拉斯算子預(yù)測的采集腳印噪聲時間切片(a)及對應(yīng)的波數(shù)譜(b)

圖9 拉普拉斯算子+波數(shù)域濾波壓制采集腳印a 本文方法壓制采集腳印噪聲后的時間切片; b 采集腳印噪聲壓制后的波數(shù)譜; c 壓制的采集腳印噪聲

2 應(yīng)用實例

渤海灣某油田存在較大規(guī)模氣云區(qū),該氣云區(qū)對下伏地層造成能量屏蔽。淺層氣埋深通常為50～500m,有效識別該淺層氣空間展布對后續(xù)速度建模和氣云區(qū)成像具有重要意義,但淺層地震數(shù)據(jù)采集腳印噪聲發(fā)育,不利于淺層含氣小砂體的空間刻畫。圖10a展示了100ms時間切片,條帶狀采集腳印噪聲幾乎掩蓋了所有有效地震信息,傳統(tǒng)疊后濾波方法不能有效衰減這類低波數(shù)采集腳印噪聲。應(yīng)用拉普拉斯算子+波數(shù)域濾波壓制采集腳印后的時間切片如圖10b所示,條帶狀采集腳印噪聲得到有效壓制,有效地震信號得到顯現(xiàn);壓制的采集腳印噪聲如圖10c所示,壓制的噪聲基本不含有有效信號。圖11展示了采集腳印壓制前、后的某聯(lián)絡(luò)測線地震剖面對比,壓制噪聲后的剖面信噪比顯著提升,且斷層等地質(zhì)信息保持較好。

圖10 渤海灣某油田100ms時間切片及采集腳印噪聲的壓制效果a 采集腳印噪聲壓制前; b 采集腳印噪聲壓制后; c 壓制的采集腳印噪聲

圖11 某地震數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)測線采集腳印噪聲壓制前(a)、后(b)的地震剖面

3 結(jié)論與認(rèn)識

海上拖纜地震數(shù)據(jù)采集腳印具有時變、空變以及周期性差等特點,傳統(tǒng)疊后采集腳印壓制方法存在濾波器設(shè)置復(fù)雜等問題。本文提出的拉普拉斯算子+波數(shù)域濾波采集腳印自適應(yīng)壓制方法,具有自動設(shè)置濾波器并壓制高、低波數(shù)采集腳印噪聲的能力。海上拖纜地震數(shù)據(jù)應(yīng)用結(jié)果證明了方法的有效性,本方法還可應(yīng)用于陸上三維地震數(shù)據(jù)采集腳印噪聲的壓制。