異常振幅衰減法壓制海上船噪聲干擾

楊 爽， 王彥春， 何俊強

(中國地質大學(北京) 地球物理與信息技術學院，北京 100083)

0 引言

在海洋地震數據采集過程中，過往船只可以看成是一種震源，當其與采集拖纜達到一定的距離時，可在地震記錄上形成干擾波[1]。干擾波的形態取決于過往船只與采集拖纜的相對位置，當干擾船在采集拖纜的延長線上時，干擾波為直線型，具有直達波的性質；當干擾船在采集拖纜的垂直線上時，干擾波為雙曲線型，具有反射波的性質[2]。

直線型船干擾可用高精度拉東變換等線性干擾噪聲壓制方法進行壓制[3]，而雙曲型干擾不同于面波、散射等規則干擾波，且其頻帶與有效波重疊，用濾波等方法很難壓制。目前壓制雙曲型干擾主要有兩種方法：①將雙曲型干擾在局部時窗內當成直線型干擾[4]，并應用噪線性的方法進行壓制，該方法對雙曲型干擾的兩翼有較好的壓制，而對于反射噪音中能量最強的雙曲線頂部卻無能為力；②根據雙曲型時距曲線和正常時差來得到干擾源的位置，再以實際地震采集觀測系統模擬來自干擾源的干擾波，以此校正炮集記錄，拉平雙曲型干擾[5-6]，該方法對于海上平臺等位置固定的干擾源產生的雙曲型干擾波有很好地壓制效果，但是海上船的位置多變，如果無法對其運動特征進行有效描述，則需要對每一炮地震數據進行干擾船位置的掃描預測，這將大大增加計算量。

由于海上船相對于地震采集拖纜的位置一般都是隨機變化的，其產生噪聲干擾在共偏移距道集內為離散的不規則強能量點[7-8]，而異常振幅衰減法[9-13]對于道集中的強能量點有很好的壓制效果，筆者本文提出將炮集數據轉換至共偏移距道集，再應用異常振幅衰減法分時、頻地壓制海上船噪聲干擾的方法，并對南美某工區的海上地震資料進行了試驗分析。

1 方法原理

1.1 異常振幅衰減法

異常振幅噪聲和有效信號的主要差別在于振幅和頻率。在某一給定的時窗內，如果地震數據在某一頻段的平均振幅超出其計算門檻值，則認為該頻段地震數據含有噪聲，即有

Eftk≥Tftk

(1)

其中：Eftk、Tftk分別為第k道、時窗t、頻段f的平均振幅和計算門檻值。某一頻段內地震數據的平均振幅為

(2)

其中：Ai為第k道、時窗t、頻段f的第i個樣點振幅；Nftk為第k道、時窗t、頻段f的樣點數。相應頻段的地震數據的計算門檻值為

Tftk=Mftk·Ct

(3)

其中：Mftk為第k道、時窗t、頻段f的中值振幅；Ct為給定的、隨時間變化的門檻值系數，用于限定有效信號與噪聲的幅值差異，由于地震信號存在縱向衰減，為了能準確識別噪聲，門檻值系數在縱向上逐漸減小。中值振幅Mftk由給定時窗內所有道的時間方向平均振幅Eftk做中值濾波求取，即

Mftk=Lk*Eftk

(4)

其中：Lk表示中值濾波算子，算子長度為給定時窗內的地震道數。

在識別出異常振幅噪聲之后，給定衰減因子，對含噪聲頻帶的振幅進行衰減，可將噪聲頻率成分充分壓制。

1.2 海上船噪聲干擾壓制

船噪聲在炮集內為規則干擾，在共偏移距道集中為離散的不規則干擾，因此可將炮集轉換成共偏移距道集，然后用異常振幅衰減法進行壓制，其流程如圖1所示。

圖1 海上船噪聲干擾壓制流程Fig.1 The procedures of offshore vessel noise interference suppression

2 實際資料分析

圖2(a)為南美海上某工區的單炮記錄，從圖2(a)中可以看到，3.5 s～6.0 s船噪聲干擾為多條低速的雙曲線，嚴重覆蓋了深層的有效信號，如果不加以壓制，勢必會影響疊加剖面的效果，為此，對該地區的船噪聲干擾進行異常振幅衰減壓制。將炮集記錄轉換到共偏移距域后，分別設置低頻段和高頻段的時窗、壓制門檻值、濾波道數、衰減比例的參數如表1、表2所示。

表1 低頻段異常振幅衰減參數設置

表2 高頻段異常振幅衰減參數設置

圖2分別顯示了船噪聲干擾壓制前、后的炮集記錄以及共炮域內被壓制的船噪聲干擾，圖3分別顯示了共偏移距域剖面、壓制船噪聲干擾后共偏移距域剖面和共偏移距域內船噪聲干擾。從圖2、圖3中可以看出，船噪聲干擾在共偏移距域內為異常振幅點，利用異常振幅衰減技術有效地壓制了異常振幅，在轉換回的共炮域中，船噪聲干擾基本被壓制，信噪比明顯提高。

圖4是未壓制船噪聲干擾的疊加剖面，在全區存在斜干擾，在左下角3.5 s～5.0 s區域還存在弧形干擾，使用上述方法處理后得到圖5，對比剖面可以明顯地看出，船噪聲干擾已經被壓制，尤其是深部的位置，基本恢復了反射同相軸的原本面貌。

圖2 共炮域海上船噪聲干擾壓制Fig.2 Offshore vessel noise interference suppression in common shot domain(a)原始炮集；(b)船噪聲干擾壓制后炮集；(c)船噪聲干擾

圖3 共偏移距域海上船噪聲干擾壓制Fig.3 Offshore vessel noise interference suppression in common offset domain(a) 原始共偏移距域剖面；(b)船噪聲干擾壓制后剖面；(c)船噪聲干擾

3 結論

海洋地震資料中通常包含船噪聲干擾，該噪聲多以雙曲形態出現，常規濾波法難以將其壓制，由于船的移動性，干擾源預測重構減去技術也很難運用。筆者基于移動船干擾在共偏移距域內呈不規則異常振幅點的特性，將地震炮集轉換至共偏移距道集，然后采用異常振幅衰減法分時、分頻地壓制船噪聲干擾，該方法簡單快速，結合實際的海洋地震資料也取得了良好的應用效果，為海洋地震資料的外源干擾波及側面繞射波的壓制提供了一定的參考。

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圖4 原始疊加剖面Fig.4 Original stack profile

圖5 海上船噪聲干擾壓制后的疊加剖面Fig.5 Stack profile after suppressing offshore vessel noise interference

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