论文部分内容阅读
[摘 要]国内外可控震源高效地震采集技术目前正在快速发展和广泛应用。从近几年采集资料分析来看，与井炮相比，可控震源采集资料在沙漠地表的施工区域，存在明显的近道强能量干扰（俗称“黑三角”），从上至下影响范围递增，频带范围相对较宽，严重影响深层弱信号成像。基于此，本文进行了混合域矢量中值滤波可控震源黑三角压制方法研究，简要阐述了本方法的基本原理。通过实际单炮资料的处理结果表明，该方法在压制黑三角干扰的同时，能有效保护近道反射信号特别是深层弱反射信息，提高资料信噪比，明显优于常规处理方法的效果。
[关键词]可控震源;黑三角干扰;矢量中值滤波;弱信号成像
中图分类号：TP357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0261-01
Research on Vibroseis Black Triangle Suppression Method Based on Mixed Domain Vector Median Filtering
[ABSTRACT]Vibroseis high-efficiency seismic acquisition technology at home and abroad is currently developing rapidly and widely used. From the analysis of collected data in recent years， compared with explosives， vibroseis have obvious near-channel strong energy interference （commonly known as "black triangle"） in the construction area of desert surface， increasing the influence range from top to bottom， relatively wide frequency band， seriously affecting deep weak signal imaging. Based on this， this paper studies the black triangle suppression method of hybrid domain vector median filter vibroseis， and briefly describes the basic principle of this method. The processing results of the actual explosive data show that the method can effectively protect the near-channel reflection signal， especially the deep weak reflection information， and improve the signal-to-noise ratio of the data， while suppressing the black triangle interference， which is obviously better than the conventional processing method.
[Key words]vibroseis; black triangle interference; vector median filtering; weak signal imaging Author's brief introduction： Duan Weiwei （1986.10-）， male， engineer， seismic data processing.
引言
在大沙漠地表的施工区域中，常规的井炮发育较强的规则的面波干扰，具有较清晰的视速度和频率分布范围，利用目前的处理方法能够进行较好的噪音压制。可控震源表现为明显的近道强能量干扰，影响范围随传播时间渐增，频带范围宽，在記录中难以进行准确的噪音识别和信噪分离，对反射波尤其是深层弱信号的成像，产生严重的影响。图1为同一位置激发井炮与可控震源单炮记录及频谱对比。
在早期资料处理中，尝试采用切除法或区域异常振幅处理来压制黑三角噪音区域，但没有实现较好的信噪分离。本文基于可控震源黑三角干扰的特性，尝试采用矢量中值滤波法进行压制，从而达到提高资料信噪比，尤其是深层若反射信号信噪比的目的。
1技术方法
矢量中值滤波是一种针对滤波窗口内带矢量距离矩阵计算的滤波算法。通过分析当前信号样点滤波窗口的矢量距离矩阵与邻近信号样点矢量距离矩阵之间关系，设计滤波窗口内信号样点的排列规则。新矢量距离矩阵值大部分来自于邻近多个信号样点存储的矢量距离值。
若把地震采样点看成一个矢量X（i，j），记x（i，j）、y（i，j）、z（i，j）分别为对应于每个地震样点的空间（x，y，z）3个方向的分量，则样点矢量Xij可表示为
X（i，j）=[x（i，j），y（i，j），z（i，j）]T （1） 式中T为矩阵转置。设滤波样点集合为X={X（i，j）;i=1，2，…，m;j=1，2，…，n}（m为行数，n为列数），如果用XVM表示样点集合的中值XVM∈X，则对所有i=1，2，…，m;j=1，2，…，n来说，存在
（2）
式中：X（k，l）∈X;‖·‖表示矢量的L1范数‖X‖1=|X1|+|X2|+…+|Xk|;k=1，2，…，m;l=1，2，…，m，分别为滤波输出后样点值的下标。
设原始样点集合X的大小为m×n，被噪声污染的样点集合为X'，矢量滤波后的输出样点集合为Y，矢量中值滤波过程就是对噪声样点集合X'沿矩阵的空间方向，用一个n1×n1短窗口中的矢量中值X'VM代替原窗口中的中心矢量，即输出的样点矢量Yk=X'VM代替窗口中心位置的矢量，其中3≤n1≤5，且为奇数。矢量中值滤波的算法如下：
（1）在一个n1×n1的窗口内，对每一矢量X'（k，l）利用L1范数计算它到其他矢量的距离，并将这些计算结果相加
k=1，2，…，n1;l=1，2，…，n1 （3）
（2）求出使S（k，l）为最小的X'min（k，l），即
Smin=min{S（1，1），…，S（k，l），…，S（n1，n1）}
= （4）
（3）取矢量中值X'VM=X'min（k，l），滤波输出矢量Y（i，j）=X'VM，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。综上所述，利用式（1）～式（3）对噪声数据X'中所有数据进行中值滤波，即可得到整个输出数据的矢量集合Y。
2应用实例
2.1实际单炮处理效果
测试数据为可控震源三台一次激发采集的数据。图2显示从采集数据选取某一排列在黑三角区域做矢量中值滤波的处理效果及对应的频谱分析。从曲线来看，黑三角噪音频带范围宽，在全炮记录能量中占据比重大。从处理结果可明显看出：有效信号得到有效保持，干扰信号基本被滤除，达到了保幅和去噪的目的。
3结论
本文针对可控震源在大沙漠地表區域激发产生的黑三角现象，给出了混合域矢量中值滤波压制的解决方案，通过对实际单炮的应用对处理效果进行了分析。实际地震资料处理结果表明：对于可控震源黑三角，矢量中值滤波具有较好的压制作用，能够满足保幅与去噪的双重要求。在实际生产使用中，还应注意根据构造的陡倾程度及主要目的层埋深范围测试选取合理的滤波参数，以保证地质目标的精确成像。
作者简介
段伟伟（1986.10-），男，工程师，地震数据处理。
[关键词]可控震源;黑三角干扰;矢量中值滤波;弱信号成像
中图分类号：TP357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0261-01
Research on Vibroseis Black Triangle Suppression Method Based on Mixed Domain Vector Median Filtering
[ABSTRACT]Vibroseis high-efficiency seismic acquisition technology at home and abroad is currently developing rapidly and widely used. From the analysis of collected data in recent years， compared with explosives， vibroseis have obvious near-channel strong energy interference （commonly known as "black triangle"） in the construction area of desert surface， increasing the influence range from top to bottom， relatively wide frequency band， seriously affecting deep weak signal imaging. Based on this， this paper studies the black triangle suppression method of hybrid domain vector median filter vibroseis， and briefly describes the basic principle of this method. The processing results of the actual explosive data show that the method can effectively protect the near-channel reflection signal， especially the deep weak reflection information， and improve the signal-to-noise ratio of the data， while suppressing the black triangle interference， which is obviously better than the conventional processing method.
[Key words]vibroseis; black triangle interference; vector median filtering; weak signal imaging Author's brief introduction： Duan Weiwei （1986.10-）， male， engineer， seismic data processing.
引言
在大沙漠地表的施工区域中，常规的井炮发育较强的规则的面波干扰，具有较清晰的视速度和频率分布范围，利用目前的处理方法能够进行较好的噪音压制。可控震源表现为明显的近道强能量干扰，影响范围随传播时间渐增，频带范围宽，在記录中难以进行准确的噪音识别和信噪分离，对反射波尤其是深层弱信号的成像，产生严重的影响。图1为同一位置激发井炮与可控震源单炮记录及频谱对比。
在早期资料处理中，尝试采用切除法或区域异常振幅处理来压制黑三角噪音区域，但没有实现较好的信噪分离。本文基于可控震源黑三角干扰的特性，尝试采用矢量中值滤波法进行压制，从而达到提高资料信噪比，尤其是深层若反射信号信噪比的目的。
1技术方法
矢量中值滤波是一种针对滤波窗口内带矢量距离矩阵计算的滤波算法。通过分析当前信号样点滤波窗口的矢量距离矩阵与邻近信号样点矢量距离矩阵之间关系，设计滤波窗口内信号样点的排列规则。新矢量距离矩阵值大部分来自于邻近多个信号样点存储的矢量距离值。
若把地震采样点看成一个矢量X（i，j），记x（i，j）、y（i，j）、z（i，j）分别为对应于每个地震样点的空间（x，y，z）3个方向的分量，则样点矢量Xij可表示为
X（i，j）=[x（i，j），y（i，j），z（i，j）]T （1） 式中T为矩阵转置。设滤波样点集合为X={X（i，j）;i=1，2，…，m;j=1，2，…，n}（m为行数，n为列数），如果用XVM表示样点集合的中值XVM∈X，则对所有i=1，2，…，m;j=1，2，…，n来说，存在
（2）
式中：X（k，l）∈X;‖·‖表示矢量的L1范数‖X‖1=|X1|+|X2|+…+|Xk|;k=1，2，…，m;l=1，2，…，m，分别为滤波输出后样点值的下标。
设原始样点集合X的大小为m×n，被噪声污染的样点集合为X'，矢量滤波后的输出样点集合为Y，矢量中值滤波过程就是对噪声样点集合X'沿矩阵的空间方向，用一个n1×n1短窗口中的矢量中值X'VM代替原窗口中的中心矢量，即输出的样点矢量Yk=X'VM代替窗口中心位置的矢量，其中3≤n1≤5，且为奇数。矢量中值滤波的算法如下：
（1）在一个n1×n1的窗口内，对每一矢量X'（k，l）利用L1范数计算它到其他矢量的距离，并将这些计算结果相加
k=1，2，…，n1;l=1，2，…，n1 （3）
（2）求出使S（k，l）为最小的X'min（k，l），即
Smin=min{S（1，1），…，S（k，l），…，S（n1，n1）}
= （4）
（3）取矢量中值X'VM=X'min（k，l），滤波输出矢量Y（i，j）=X'VM，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。综上所述，利用式（1）～式（3）对噪声数据X'中所有数据进行中值滤波，即可得到整个输出数据的矢量集合Y。
2应用实例
2.1实际单炮处理效果
测试数据为可控震源三台一次激发采集的数据。图2显示从采集数据选取某一排列在黑三角区域做矢量中值滤波的处理效果及对应的频谱分析。从曲线来看，黑三角噪音频带范围宽，在全炮记录能量中占据比重大。从处理结果可明显看出：有效信号得到有效保持，干扰信号基本被滤除，达到了保幅和去噪的目的。
3结论
本文针对可控震源在大沙漠地表區域激发产生的黑三角现象，给出了混合域矢量中值滤波压制的解决方案，通过对实际单炮的应用对处理效果进行了分析。实际地震资料处理结果表明：对于可控震源黑三角，矢量中值滤波具有较好的压制作用，能够满足保幅与去噪的双重要求。在实际生产使用中，还应注意根据构造的陡倾程度及主要目的层埋深范围测试选取合理的滤波参数，以保证地质目标的精确成像。
作者简介
段伟伟（1986.10-），男，工程师，地震数据处理。