蘇云，游洪文，李令喜，孟凡冰，李敏杰，唐娟，謝金麗

(1.中國石油化工股份有限公司 中原油田分公司 物探研究院地震資料處理研究所，河南 鄭州450000； 2.中國石油化工股份有限公司 中原油田分公司，河南 濮陽 457001)

0 引言

近幾年，寬方位、寬頻帶和高密度(“兩寬一高”)地震勘探技術在復雜油氣藏勘探開發(fā)中發(fā)揮著極其重要作用[1-4]，其中寬方位觀測可以大幅度提升成像精度，有利于識別低序級斷裂；寬頻帶采集主要是利用具有穿透力強、衰減慢的低頻信息來改善深層和基底成像；高密度采集通過炮道密度加大、覆蓋次數(shù)增加，提升原始采集資料信噪比[5-6]?！皟蓪捯桓摺钡卣鹂碧郊夹g具有投入設備多、觀測系統(tǒng)設計要求高、施工組織復雜、數(shù)據(jù)量大、采用井炮激發(fā)時成本高等特點，這也制約了寬方位高密度三維地震勘探技術的實際推廣應用。與井炮激發(fā)方法相比，低頻可控震源具有其獨特優(yōu)勢，平均每天可采集多達2萬～4萬炮[7]，在提高采集效率、降低成本的同時，降低了HSE風險[8-9]。隨著可控震源技術的不斷發(fā)展和相關配套技術的不斷進步，可控震源技術被國內外各大油田公司所采用，并在沙漠區(qū)、戈壁灘、山前帶等各種復雜地表應用中取得了良好效果[10-11]。

銀額盆地拐子湖凹陷位于我國內蒙古自治區(qū)中西部，該區(qū)以往采集的二維資料信噪比低、分辨率低，中生界白堊系地層反射界面模糊，無法連續(xù)追蹤，成像斷點不清晰，I級控凹斷層、II級控洼斷層無法準確識別，深層地震地質條件極差。為了解剖該區(qū)域整體構造格架，落實區(qū)帶構造特征和各級序斷裂展布，并開展構造、地層、巖性等類型圈閉刻畫，提升勘探成效，在該區(qū)域部署實施了可控震源“兩寬一高”三維地震采集，采集觀測系統(tǒng)縱橫比達0.92。

由于工區(qū)地表條件屬典型的風積沙漠地貌，呈疊置沙丘的復合型橫向沙山，地形起伏較大，沙丘相對高差一般在50～100 m，且沙丘地表松散，地表吸收衰減嚴重，采用炸藥震源時能量下傳受限。同時與在戈壁區(qū)或平原區(qū)激發(fā)不同，在該區(qū)采用可控震源激發(fā)時，近道存在明顯的強能量干擾，且時間上從上至下影響范圍遞增，呈現(xiàn)一種“三角”形態(tài)，因此稱該類噪聲為“黑三角”?！昂谌恰痹肼暤拇嬖趪乐赜绊懼猩顚尤跣盘柕某上?，因此如何有效識別并壓制該噪聲，并保護近道反射、深層弱反射信號，成為該區(qū)提高資料信噪比處理中非常關鍵的一環(huán)。

針對沙漠區(qū)可控震源“黑三角”強能量干擾形成的原因，國內外目前沒有統(tǒng)一的認識，瞿長青等[12]通過對比沙漠區(qū)可控震源與炸藥震源記錄認為，沙漠區(qū)可控震源“黑三角”強能量干擾形成的主要原因是由沙漠區(qū)特殊的表層結構所引起。針對“黑三角”噪聲，國內外專家學者提出了針對性的去噪方法，如曲英銘等[13]提出了一種基于可控震源諧波干擾的聯(lián)合壓制方法，夏洪瑞等[14]提出了一種小波時空閾值去噪方法，劉喜恒等[15]提出了混合域中值濾波及振幅加權均質濾波方法。這些方法均需要先對強振幅干擾進行統(tǒng)計分析，再進行相應壓制或去除，但由于本區(qū)“黑三角”噪聲能量分布范圍廣，在常規(guī)的單排列上無法準確統(tǒng)計“黑三角”噪聲，導致噪聲壓制后，殘留的噪聲過多?；诖?，本文在對該區(qū)“黑三角”噪聲特征進行分析的基礎上，提出了在炮—偏移距域壓制“黑三角”噪聲的方法。與常規(guī)去噪方法對比分析，驗證該方法能有效提高地震資料信噪比、改善資料品質。

1 “黑三角”噪聲特征分析

銀額盆地拐子湖凹陷位于額濟納旗和阿拉善右旗交界，地處巴丹吉林沙漠腹地。工區(qū)屬典型風積沙漠地貌，多呈疊置沙丘的復合型橫向沙山，沿SW—NE方向分布，地形起伏較大，海拔1 080～1 350 m，沙丘相對高差一般在50～100 m。由于該區(qū)特殊的地形、地貌條件，采用井炮地震激發(fā)，有效波的吸收衰減嚴重，信號主頻低，分辨率低(圖1a)。

基于此，中原油田于2016年采用低頻可控震源激發(fā)，在該區(qū)采集了“兩寬一高”地震資料，可控震源的掃描頻率為3～84 Hz，采集參數(shù)為12炮24線，資料為寬方位采集，橫縱比為0.92，覆蓋次數(shù)156次，面元為12.5 m×12.5 m。通過低頻可控震源激發(fā)，能夠提高激發(fā)效果，確保有效能量的下傳。但相對于井炮而言，可控震源采集記錄上近偏移距內，存在明顯的強振幅“黑三角”噪聲，且時間上從上至下影響范圍遞增(圖1b紅色虛線區(qū)域內)，且與面波、沙丘鳴震等干擾重疊，嚴重影響近偏移距的信噪比。

圖1 拐子湖凹陷原始采集單炮記錄Fig.1 The original single shot records of Guaizihu sag

從一炮所有排列記錄上來看，“黑三角”噪聲分布極廣，24個排列中有15個排列能觀測到“黑三角”噪聲，占總排列的62.5%，同時也可以看出，在一炮所有排列中，“黑三角”噪聲能量與偏移距有一定的關系，隨著偏移的增大，“黑三角”噪聲強度逐漸減弱(圖2)。

圖2 拐子湖凹陷原始采集單炮記錄Fig.2 The original one shot records of Guaizihu Sag

對比“黑三角”噪聲與遠偏移距有效信號振幅，“黑三角”噪聲能量高于正常記錄的25 dB(圖3a),同時從振幅衰減曲線來看，“黑三角”噪聲振幅并沒有明顯的衰減特征(圖3b)。

圖3 “黑三角”噪聲與有效信號頻譜曲線(a)及振幅衰減曲線(b)對比Fig.3 Comparison of spectrum curve(a) and amplitude attenuation curve(b) of “black triangle” noise and effective signal

對可控震源記錄“黑三角”區(qū)域進行分頻分析(圖4)和頻譜分析(圖3a)可以看出，4 Hz以下強能量主要集中在三角區(qū)域，同時“黑三角”強能量噪聲分布在整個頻帶。

圖4 可控震源“黑三角”分頻掃描結果Fig.4 Frequency division scanning results of vibroseis “black triangle”

同時從沙丘不同部位激發(fā)的單炮記錄對比發(fā)現(xiàn)：“黑三角”噪聲與地表高程有較大關聯(lián)，在沙丘高部位激發(fā)的單炮，“黑三角”噪聲強度較低部位激發(fā)的單炮要大(圖5)。

圖5 沙丘不同部位激發(fā)“黑三角”噪聲對比Fig.5 Comparison of “black triangle”noise in the different parts of sand dune

對比我國其他地區(qū)利用可控震源采集地震記錄，如柴達木盆地尖頂山低頻可控震源采集資料[10]、我國西部復雜山前帶可控震源采集資料[11]、遼河坳陷低頻可控震源采集資料[16]等，認為：該區(qū)可控震源“黑三角”強能量干擾主要是由于該區(qū)沙丘地形特殊的表層結構(地形起伏變化、沙丘的厚度、近地表低降速帶速度等)所造成，同時采用的可控震源剛好在地表激發(fā)，且采用的是長時間掃描，使得激發(fā)能量在低降速帶內來回震蕩，形成這種獨特的“黑三角”強能量干擾。這種噪聲具有能量強、頻帶寬、分布廣，且能量強度隨偏移距增大而減小的特征。受該噪聲的影響，疊加剖面中很難見到明顯的有效信號反射，資料信噪比整體偏低。

2 “黑三角”噪聲壓制技術及應用效果

針對“黑三角”噪聲，去噪試驗時采用分頻噪聲衰減方法進行，該方法是基于能量統(tǒng)計方法的地表一致性去噪方法，是一種“多道識別、單道去噪”方法，根據(jù)衰減系數(shù)，采用時、空變方式壓制，這種方法具有較高的保真度，是目前壓制異常振幅干擾常用的方法[17-18]。該方法具體操作為：在共炮點域、共檢波點域、共偏移距域或共中心點域將地震數(shù)據(jù)分為不同的頻段范圍，通過求取給定頻率段不同時窗內地震樣點的振幅強度，預測出強能量的噪聲，以地震樣點組的平均絕對振幅值作為標定，確定地震采樣點的振幅衰減曲線，采用時變的門檻值來有效壓制強能量噪聲干擾。但通過試驗線證明，該區(qū)運用分頻噪聲衰減技術壓制“黑三角”噪聲，效果并不太理想，去噪后在炮集中深層存在大量的殘余“黑三角”噪聲(圖6b藍色虛框)。

圖6 共炮域“黑三角”噪聲壓制試驗Fig.6 The test of “black triangle” noise suppression in common shot domain

造成該試驗不理想的原因在于：由于“黑三角”噪聲的強度與偏移距有關，在單一排列域上，統(tǒng)計的樣點不能推廣到全區(qū)，因此也就無法準確地估算出全部炮集上“黑三角”噪聲振幅的強度?；诖耍疚奶岢鱿葘⒐才邳c域數(shù)據(jù)進行重排至共炮—偏移距域，然后在此域應用分頻噪聲衰減技術壓制“黑三角”噪聲的技術思路。

傳統(tǒng)的共炮點域數(shù)據(jù)體，是以束線為單位，按照檢波線順序進行排列，如圖7b所示，紅色圓圈表示炮點，三角形表示檢波器點，當在炮點激發(fā)時，所有檢波器均能接收到地下信號，按照檢波線號進行排列，就構造了該炮點的共炮點數(shù)據(jù)集(圖2)，其中最遠檢波線道集稱為遠偏移距道集(如圖7a中按照編號11、12、13、14、15進行排列后的數(shù)據(jù)集和按照編號51、52、53、54、55進行排列后的數(shù)據(jù)集)，而最近的檢波線道集稱為近偏移距道集(如圖7a按照編號31、32、33、34、35進行排列后的數(shù)據(jù)集合)。

共炮—偏移距域是將一束線按照炮點到檢波器的距離從小到大進行排列(如圖7a所示，按照1、2、3、…進行排列)，其中如果距離相同，則按照檢波器號進行排序，如圖7b所示，2、3與4、5點與炮點距離相等，但2與3均在一條檢波線上，因此3排在4之前。

圖7 共炮域(a)與共炮—偏移距域(b)地震道排列示意Fig.7 Seismic trace arrangement of common shot area(a) and common shot offset domain(b)

對比共炮域(圖2)與共炮—偏移距域單炮數(shù)據(jù)集(圖8a)可以看出：經(jīng)過數(shù)據(jù)重排后，“黑三角”噪聲更加集中，能夠更加準確統(tǒng)計出“黑三角”噪聲的強度，因此在此域，利用分頻噪聲方法能夠將“黑三角”噪聲進行較為徹底的壓制(圖8b)。

圖8 共炮—偏移距域原始記錄(a)及去噪后記錄(b)Fig.8 Original record(a) and denoised record(b) in common shot-offset domain

為了與炮點域去噪方法進行對比，將共炮—偏移距域壓制“黑三角”噪聲后的記錄重新選排到炮點域，從對比來看在共炮—偏移距中壓制強振幅“黑三角”噪聲效果更佳明顯，且壓制噪聲后單炮能量整體均衡，輸出噪聲亦無明顯有效信號(圖9)。

圖9 可控震源“黑三角”噪聲衰減方法對比Fig.9 Comparison of noise attenuation methods of vibroseis “black triangle”

對比單一共炮點域采用分頻噪聲衰減方法壓制“黑三角”噪聲后疊加剖面與在共炮—偏移距域采用分頻噪聲衰減方法壓制“黑三角”噪聲后疊加剖面可以看出，在共炮—偏移距域壓制“黑三角”噪聲后的疊加剖面信噪比更高，烏蘭蘇海組(圖10b藍色箭頭)、銀根組(圖10b紅色箭頭)地層反射波組特征更加清晰，這也證實在共炮—偏移距域，“黑三角”噪聲去除得更加徹底。

圖10 不同域“黑三角”噪聲壓制后疊加剖面對比Fig.10 Comparison of stack profile after “black triangle” noise suppression in different domain

同時從白堊系地層資料信噪比對比來看，噪聲壓制前，原始信噪比極低，“黑三角”噪聲壓制后(圖11)，目的層系資料信噪比得到較大幅度提升，高信噪比區(qū)域集中在洼陷帶及斜坡帶，這些高信噪比區(qū)域也是該區(qū)地層—巖性油氣藏勘探重點區(qū)帶。

從單炮近、中偏移距(572～2 192 m)統(tǒng)計時頻譜對比來看(圖12)，該方法在有效壓制“黑三角”的同時，能有效保護近道反射信號，特別是深層弱反射信息，說明在共炮—偏移距域應用分頻去噪方法進行噪聲壓制具有較好的保真性。

3 結論與認識

可控震源采集技術大大提高了地震資料的施工效率，降低了地震資料采集成本，也促進“兩寬一高”地震勘探技術的推廣應用。與山前帶、黃土塬地區(qū)采集不同，沙漠區(qū)利用可控震源采集數(shù)據(jù)中易產(chǎn)生“黑三角”干擾，通過在共炮—偏移距域開展分頻噪聲技術實踐與應用，取得了較好的噪聲壓制效果，形成以下幾個方面的認識：

1)沙漠區(qū)可控震源“黑三角”噪聲形成原因主要是沙漠地貌特殊的表層結構引起，可控震源在沙丘上激發(fā)時，激發(fā)的能量在低降速帶來回震蕩，形成了“黑三角”強能量干擾；

2)“黑三角”噪聲具有能量強、頻帶寬、分布廣、形態(tài)差異大等特征，在共炮點域、共接收點域等單一排列上利用分頻噪聲衰減技術不能將該類噪聲完全壓制，在炮偏移距內“黑三角”噪聲分布特征更加清楚，振幅異常統(tǒng)計更加準確，在此域內運用分頻噪聲衰減技術能去除可控震源三角區(qū)內的異常能量干擾，且振幅保真性好，亦不降低縱向分辨率，這也拓寬了地震資料疊前去噪處理的新思路；

3)在沙漠區(qū)進行可控震源采集時，如何改善可控震源激發(fā)工藝，將“黑三角”強能量干擾對記錄影響降到最小，從源頭上確保資料信噪比，是沙漠區(qū)可控震源地震勘探技術推廣應用的關鍵。