基于P、z 分量Radon 變換和非穩態自適應相減的OBN 橫波噪聲壓制

摘要： 在OBN 地震采集中，檢波器與海底耦合問題經常導致陸檢z 分量接收到橫波噪聲。橫波噪聲對OBN 數據的處理、成像、解釋、油藏監測均帶來嚴重干擾，而且橫波噪聲的頻帶、曲率與有效信號非常相似，難以用常規方法有效壓制。為此，提出了一種基于拋物線Radon 變換和非穩態自適應相減的OBN 橫波噪聲壓制方法。首先，將OBN 數據的P 分量和z 分量數據通過拋物線Radon 變換從時空域變換到τ‐q 域，利用橫波噪聲與反射信號傳播速度的差別，在τ?q 域盡可能分離橫波噪聲和一次波；其次，通過非穩態自適應相減算法的高度靈活性，從包含橫波噪聲的z 分量數據中去除P 分量中的反射信號成分，提取橫波噪聲；最后，將提取的橫波噪聲分量變換回時空域，并從原始z 分量數據中去除橫波噪聲，實現消除噪聲的同時，盡可能保護地震數據中的反射信號。實際資料的處理結果證明，該方法能有效壓制OBN 數據的橫波噪聲，提高地震資料的信噪比。

關鍵詞： OBN 采集，Radon 變換，橫波噪聲，非穩態濾波，自適應相減

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A DOI：10. 13810/j. cnki. issn. 1000-7210. 2024. 06. 010

0 引言

海底節點（Ocean Bottom Node， OBN）采集是油氣勘探領域近年來發展的一種新型海上地震采集方法，通過布設在海底的節點檢波器，記錄地層界面反射的多分量地震信號[1]。在OBN 多分量地震資料的處理中，P 分量的信噪比較高，z 分量則存在多種噪聲，其中面波噪聲具有能量強、頻率低、速度低的明顯特征，較為容易壓制[2]。另外，在z 分量單炮上的橫波噪聲隨機分布在炮域上，沒有明顯特征，能量較強，嚴重干擾有效信號，在地震資料的處理中經常被當做隨機噪聲。

OBN 設備的特點決定了橫波能量僅能被陸檢接收，所以在P 分量上幾乎不存在橫波噪聲[3]。橫波噪聲在共檢波點域與有效信號明顯不同，表現為低速同相軸，在遠炮檢距接近線性。但橫波噪聲的頻帶、曲率與有效信號非常相似，很難用常規的噪聲壓制方法有效壓制，從而影響后續水、陸檢數據合并以及多次波壓制的效果。當采取較為保守的去噪參數壓制橫波噪聲時會有橫波噪聲殘留，當采取較為激進的去噪參數壓制橫波噪聲時會損害有效信號。

國內外關于OBN 橫波噪聲壓制的研究較少。Wei[4]認為橫波噪聲是由于儀器本身的設計缺陷產生的。Moldoveanu[5]提出了基于水、陸檢的相干能量分解、壓制橫波噪聲的方法，取得了一定的壓制效果。Gordon Poole 等[6]提出了基于上、下行波波場特性在稀疏τ-p 域壓制橫波噪聲的方法，具有很好的效果。史文英等[7] 通過處理、分析烏石工區海底OBC 數據，發現橫波噪聲在共檢波點道集上的特征更明顯，橫波噪聲與一次波信號存在速度差異，于是使用τ-p 變換將OBC 數據變換到Radon 域來分離橫波噪聲與有效信號。范寶倉等[8]提出在十字交叉域進行小波變換的三維錐形濾波法，此方法在小波域比傳統的傅里葉變換更具優勢。在局部模擬噪聲時，避免了一些傳統方法導致的橫波噪聲壓制不徹底且有效能量損失嚴重的問題，實現了真正的針對性去噪。周家雄等[9]采用基于Curvelet 域多分量域值控制的OBC 垂直分量壓制橫波噪聲的方法，將多分量檢波器采集到的水平分量記錄的橫波作為原始的橫波模型，在Curvelet 域采用閾值控制的方法剔除水平分量的部分縱波，然后與原始垂直分量進行自適應匹配得到預測的橫波模型，最后從垂直分量減去橫波噪聲，從而壓制橫波噪聲。

針對以上方法橫波噪聲壓制不徹底，壓制方法不穩定的問題，本文提出了一種基于拋物線Radon變換和非穩態自適應相減的OBN 橫波噪聲壓制方法。首先，將OBN 數據的P 分量和z 分量數據通過拋物線Radon 變換從t?x 域變換到τ?q 域，利用橫波噪聲與反射信號傳播速度的差別，在τ?q 域盡可能分離橫波噪聲和一次波；其次，由于P 分量數據和z 分量數據的相位和能量存在差異，所以通過非穩態自適應算法將其匹配到同一量級，進而從包含橫波噪聲的z 分量數據中去除P 分量的反射信號，提取橫波噪聲；最后，將提取的橫波噪聲分量變換回時空域，并從原始z 分量數據中去除橫波噪聲，實現消除噪聲的同時，盡可能保護地震數據中的反射信號。理論數據和實際資料的處理結果證明了該方法有很好的橫波噪聲衰減效果，能夠有效提高地震資料的信噪比。

1 橫波噪聲

在采集OBN 地震數據時使用兩種檢波器，一種是壓力檢波器，另一種是速度檢波器。其中壓力檢波器即水檢P 分量，速度檢波器即陸檢包括x 分量、y 分量、z 分量，其中z 分量垂直地面接收縱波資料[10]。由于采集時檢波器所在的海底位置并非水平，導致檢波器與海底界面耦合不理想，陸檢z 分量除了會接收到縱波還有可能接收到泄露的橫波。圖1 為OBN 的z 分量共炮點道集，道集上存在著一種不規則的噪聲干擾，能量較強，嚴重干擾有效信號。將共炮點道集轉換成共檢波點道集（圖2），由圖可看出兩種信號：一種為有效信號，呈雙曲線形態，速度較高；一種為橫波噪聲，在近炮檢距和有效信號交織在一起，在遠炮檢距呈線性狀態，速度較低，圖中紅色方框內即為z 分量接收的橫波噪聲。