噪声压制——吹尽狂沙始见金

2025-11-13 11:52:00

研究表明,除了地震波波长外,地震资料的最佳分辨率还取决于地震资料的信噪比,也就是说,提高地震资料分辨率的关键途径之一是改善信噪比。信噪比的大小取决于噪声的强弱。在野外地震资料采集中,检波器除了能够接收到携带有地质结构和岩石物理信息的有效反射波以外,还会不可避免地接收到沿着地表传播的面波、环境噪声等干扰波,通常将这些存在于地震资料中的干扰信息或无利用价值的信息统称为地震噪声,简称噪声。

噪声是由于地表和地下复杂的地质条件,以及地震野外激发、接收、检波器组合、外部环境等因素引起的。强噪声会掩盖有效信息。弱噪声虽然比有效信号弱,但也会严重影响地震勘探的成像质量,使地震同相轴变得不连续,使地震成像变得模糊不清,甚至破坏地震成像的完整性。当地震资料中混杂了大量的噪声后,费尽千辛万苦采集到的地震资料却被淹没在各种噪声中,岂不可惜?

噪声的来源及类型多种多样。从来源来说,有各种来自地震激发所产生的干扰地震波及次生地震波(在反射波法地震勘探中,面波、折射波、多次波作为干扰波来对待);有来自仪器本身的机械振动、来自震源激发时所产生的空腔鸣震(空腔指炸药爆炸在激发点附近所形成的空洞),有来自工区内高压电线的50赫兹工业电流干扰,还有来自工区内公路、铁路上的机动车的振动及生物活动等随机干扰。部分干扰波因传播路径、传播速度及方向存在一定的规律性,通常被称为规则噪声或规则干扰波;而某些干扰波的随机性很强,通常被称为随机噪声或随机干扰波。通常情况下,规则噪声和随机噪声的特性存在明显差异。规则噪声的主频和传播速度基本稳定且呈规律性变化,而随机噪声的出现及传播没有规律,会在地震记录上形成杂乱无章的干扰背景。

噪声压制,又称去噪或去噪处理,是一种以消除或压制地震数据中所存在的各种干扰波和多次波所引起的规则或随机噪声,提升有效波能量和地震资料信噪比为目的的地震资料处理方法。这就像唐代诗人刘禹锡所云“千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金”,其含义是,淘金要经过千遍万遍的过滤以淘尽泥沙。只有去除了泥沙,才会得到闪亮的黄金。地震数据也是如此,必须利用各种方法去掉噪声才能获得高品质的地震资料。

噪声压制既可以在地震采集过程中通过检波器组合和多次覆盖实现,也可以在地震资料处理阶段通过各种数学运算实现。在地震资料处理中,需要根据噪声特点有针对性地选择或设计有效的或合适的去噪方法。此外,为了衡量去噪效果,还需要对地震资料去噪前后的质量进行评价。通常采用信噪比作为地震资料的评价标准。在地震勘探中,常用有效地震信号的平均能量与干扰信号的平均能量之比的对数来表示信噪比。信噪比与地震资料的质量成正比,信噪比越高,表明地震资料的质量越高,地震资料的分辨率越高。

常用的噪声压制方法很多,但大致可将其划分为空间域滤波和频率域滤波等类型。空间域滤波是对原始地震资料直接进行滤波。根据地震资料垂直轴域类型的不同,空间域滤波又可划分为时间域滤波和深度域滤波等类型。由于单炮地震记录这种叠前地震资料都是时间域的,因而在大多数情况下空间域滤波实质上是一种时间域滤波,像均值滤波、高斯滤波、中值滤波等都属于时间域滤波范畴。与空间域滤波不同,频率域滤波需要事先对地震数据进行傅里叶变换,然后在频率域中将与噪声有关的频率成分过滤掉。频率—波数(FK)滤波(横坐标轴为频率,纵坐标轴为波数)是一种典型的频率域滤波方法。

在噪声压制处理中是选择空间域滤波方法还是频率域滤波方法好呢?这需要根据噪声信号的特点确定。比如,折射波具有一定的频率和视速度,可采用FK域滤波法去除,通过二维傅里叶变换算法将地震数据从时间—空间域(TX域,横坐标轴为空间距离,纵坐标轴为时间)变换至FK域,然后根据折射波与有效波在传播方向上的差异来压制折射波。而面波具有频率低、速度低等特点,易发生频散,在地震记录中呈“扫帚状”发散,通常采用频率域滤波方法来压制面波,即根据面波的低频特性设计一个合适的高通滤波窗口以此来压制低频面波。

由于面波的能量相对于反射信号很强,原始地震反射信号受面波干扰严重,如果不进行处理会严重影响地震成像质量。当面波信号被识别并压制后,单炮记录上地震有效信号的能量占比得到了显著增强。

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