自適應噪音衰減技術在去除灘淺海地震資料偽單頻干擾中的應用

伍澤云

（中國石油遼河油田分公司勘探開發研究院，遼寧盤錦 124010）

灘淺海地震勘探一直是世界性難題，它不僅具有特殊的地表條件和復雜多變的表層結構，而且地震勘探方法既不同于陸地勘探，也異于海洋勘探，地震資料處理流程較常規資料處理存在較大差異性[1-2]。以往關于灘淺海的地震資料處理，主要探討了50 Hz工業干擾、海底鳴震壓制、檢波點二次定位、子波差異校正等方法[2-3]，而對于偽單頻這種十分常見的干擾波，目前尚沒有較好的壓制方法。本文應用自適應噪音衰減技術去除淺灘海地震資料中的偽單頻干擾，取得了一定的效果。自適應噪音衰減技術的基本原理是將干擾波表示為同頻率不同振幅的余弦函數和正弦函數之和，然后從原始信號中將其減去，從而去除干擾波[4]。

1 偽單頻成因及特征

在灘淺海OBC地震資料采集中，由于電源線的干擾，陸檢資料會出現一種特有的干擾波——偽單頻干擾。其在單炮上和疊加剖面上都表現為3～5個相鄰地震道中的小平軸羅列起來的“長尾”條帶，形態與線性干擾十分相近；但偽單頻干擾波的同向軸方向是水平的，與條帶的延展方向不一致，而線性干擾波的同向軸方向與條帶的延展方向是一致的，利用以往常規去除線性干擾的方法（諸如F-K濾波等）無法將偽單頻干擾去除。進一步分析發現，其頻率在每個條帶從上到下都有一個固定的主頻窄頻段，只是不同條帶的固定主頻值有所不同。

2 自適應噪音衰減技術

自適應方法在單頻干擾波壓制方面已有研究，但大都是在去除50 Hz工業電這種單頻干擾方面的應用[5-9]，而對于出現在OBC陸檢資料中的這種偽單頻干擾，目前可借鑒的資料較少。本文嘗試把自適應噪音衰減技術用于去除偽單頻。

自適應噪音衰減技術是通過含有噪音的地震道來估計噪音的振幅和相位，然后將其去除的一個過程。這個估計是一個自適應的過程，是由輸入的數據通過循環來實現的，具體實現過程如圖1所示（參考CGG軟件）。

將地震數據表示為：

式中：k為時間樣點，S(k)為信號，N(k)為噪音。將噪音（偽單頻）表示為：

式中：C為振幅，F為頻率，ΔT為采樣率，φ為相位。

將（2）式進行三角函數分解，可以寫成：

式中：A=Csinφ ，B=Ccosφ。

自適應噪音衰減技術的基本原則是估計該模型中的C，也就是A和B，這個過程是通過輸入地震數據中的每一個采樣點而得到不斷更新的模型來實現的。對于每一個樣點k，單頻噪音模型v(k)都會被當做誤差從D(k)中減去。

為了減少均方差，模型不斷更新來逐步逼近噪聲，這個模型更新是通過求均方差的梯度來實現的。公式如下：

其中梯度表示為：

當均方差最小時，輸出OUTPUT(k)=D(k)-v(k)，其中FBACK為增益因子[10-13]，一般為0.01～0.05，噪音的頻率由處理人員通過對噪音進行頻譜分析提供。

上述實現過程可簡述為：

第一步：①輸入地震信號，②A、B、F的初始值，③FBACK的初始值，得到噪音估算誤差函數ERR(k)；

第二步：計算gradA[ERR2(k)]和gradB[ERR2(k)]，當均方差最小時，執行步驟⑤輸出去除偽單頻噪音后的地震信號OUTPUT(k)；否則通過循環步驟④，不斷更新A和B的值，從而逐步逼近偽單頻噪音v(k)，直到均方差最小時輸出OUTPUT(k)。

圖1 自適應噪音衰減技術流程

首先將偽單頻干擾波表示為同頻率不同振幅的正、余弦函數之和，然后將其減去，并且不要求偽單頻與有效信號有任何相關。因此，利用該技術去除偽單頻干擾的優勢在于不損害有效信號S(k)。

3 應用效果

為了驗證自適應噪音衰減技術在實際地震資料處理中的有效性，本文選取了某灘淺海區塊的OBC二維地震資料進行試驗。從圖2中可以看出，原始單炮記錄上（圖2a，紅色橢圓框）存在一條傾斜的“長尾”條帶——偽單頻干擾。利用自適應噪音衰減技術對原始單炮記錄進行處理后的單炮記錄（圖2b）清晰顯示，處理后的單炮資料中這種小平軸羅列起來的“長尾”條帶消失不見（圖2b，紅色橢圓框）。頻譜分析圖上還顯示，去除偽單頻的同時并不損害有效波（圖3），這符合地震資料處理的宗旨，從而證明該方法可以有效壓制偽單頻干擾。

處理前后的疊加剖面顯示，利用自適應噪音衰減技術處理后的疊加剖面（圖4b）較去除前的疊加剖面（圖4a），偽單頻干擾（紅色橢圓框）得到有效壓制，從而說明該方法對偽單頻這種干擾波有很好的壓制作用。

圖2 偽單頻去除前后單炮對比

圖3 偽單頻去除前（a）后（b）頻譜對比

圖4 偽單頻去除前（a）后（b）疊加剖面對比

4 結論

（1）偽單頻是灘淺海地震資料中特有的一種干擾波，利用自適應噪音衰減技術在不損害有效波的前提下，可以有效地去除偽單頻干擾。

（2）這種方法的成功應用，一方面為提高灘淺海地震資料的處理品質提供了一定的保障，另一方面也擴展了自適應噪音衰減技術在地震資料處理領域的應用范圍。