0 引言

地震资料在采集过程中会受到地表结构变化、激发接收条件差异、外部自然环境以及仪器接收等多种因素影响，产生不同程度的噪声干扰，影响和破坏反射波同相轴的连续性。叠前去噪是地震资料处理的基础和关键，其目的是恢复地下反射的原始特征。叠前去噪效果不仅会直接影响后续处理环节，而且会影响最终处理的成果质量。

传统的去噪技术多采用弱化噪声或增强信号，或两者兼顾的方法^[1]。目前常用压制叠前相干噪声的方法有：切除、高通滤波、F-K滤波及由其派生出的空间滤波方法(频域自适应滤波、T-X滤波、F-X预测滤波)、矢量分解法、τ-p变换、K-L变换、小波变换、曲波变换、多项式拟合、时域自适应相减等方法^[2-19]。切除法与高通滤波法是以牺牲部分有效信息为代价，这类去噪方法在保真处理中并不可取。F-K滤波需空间均匀采样，当地震数据存在振幅差异或空间采样稀疏时，易出现空间假频和“炕席”现象。传统的基于空间域的数据滤波方法和矢量分解法有共同特点，需将多道记录作为一个整体进行处理，依赖于一个前提，即相干噪声线性特征明显(基本为直线)，当噪声特征不满足条件时，会损伤重叠在其中的部分有效反射信息，参数不当还会出现同相轴“蚯蚓化”等波形失真现象。基于数据变换类的去噪方法充分利用地震数据在数学变换域内的稀疏特点，通过对变换域中的系数进行阈值处理，达到去噪的目的，但过程中数学变换往往计算量很大，同时也受限于存在假频效应和边界效应等不利因素。时域自适应相减的基本思想是从原始地震数据中估算噪声干扰，通过振幅、相位的调整，使估算的噪声干扰与实际地震数据中的噪声特征一致，再以基于最小平方误差的自适应相减滤波技术从原始地震数据中减去估算的规则干扰，得到压制噪声后的地震记录^[20]。该方法保幅性较好，并且在一定条件下可以达到保真去噪的目的。

借鉴GeoEast-VSP处理子系统中分离上、下行波的思路和技术，本文提出了沿时距曲线提取与分离噪声的处理方法，用相干噪声的时距方程得到的噪声波至时间构建时距曲线，沿噪声时距曲线在给定的时窗和炮检距范围内通过多次相关的中值滤波或自适应加权的线性预测技术提取噪声波场，采用总波场与噪声波场的自适应相减得到去噪结果。该方法是在GeoEast系统现有处理技术基础上通过流程设计和模块搭配组合实现的。该项技术可有效地压制地震记录中具有固定视速度的相干噪声及多次波，适应于各种干扰背景的信噪分离，满足保幅、保真去噪的要求，具有运行效率高、压噪效果好、真三维去噪等特点。数值模拟和实际地震数据处理表明，该方法对压制叠前噪声、提高地震资料信噪比、改善地震剖面质量具有实际意义。

1 VSP分离上、下行波场的方法原理

在GeoEast-VSP处理子系统中，波场选择模块用于分离上、下行波场，是VSP处理中除F-K滤波外的主要VSP波场分离模块。其实现过程如下：首先，在VSP记录中拾取初至时间并存入相应道头信息中(FB或VSP_FB)；其次，对包含下行波时距曲线(由初至时间构建)的VSP记录，在给定的时间和深度范围内沿滑动时窗提取VSP下行波的波场数据；最后，用总波场相减得到的剩余波场就是上行波的波场数据，以达到分离上、下行波的目的(图 1)。

VSP波场分离的假设前提是记录中上、下行波波场是连续的，具有空间相干性，特征基本一致。提取波场的算法有中值加权法、多次相关法、多次相关的中值加权法及线性预测法等。中值加权法是一种非线性平滑技术，基于统计学原理，将中值与权重相结合，使与中心不吻合的离群点具有很小的权重，减小离群点的影响，从而得到与源数据集合中心更吻合的结果。多次相关法是一种自适应加权叠加技术，其算法基于对地震道间相似性与叠加道能量这两个加权函数的估计与应用。加权函数的计算是沿时间方向滑动时窗实现的，在一个视速度范围内求取一个中值序列，然后利用多次相关在中值序列中求一个最佳中值作为预测的相干信号，通过加权叠加，所有不相似与能量异常的地震道被弱化。多次相关的中值加权是一个混合算法，先用中值加权法提取地震数据，然后将多次相关法应用到中值加权法提取的数据上，根据各道之间的相似性自动赋予不同的权值进行自适加叠加, 相似性好的部分道权值大，相似性差的部分道权值小。线性预测采用的最小二乘法的拟合直线回归方程，是传统的离散样点曲线拟合的算法。

波场选择模块对输入数据的要求是经分选排序后的VSP记录数据，通常情况下是以分量类型和检波点深度分选排序，数据道头必须包含波至时距曲线信息(前期交互拾取的初至)，保存在FB或VSP_FB道头字中；输出为提取的VSP下行波场数据或者剩余的上行波场数据，具体视参数而定。

2 沿时距曲线提取与分离噪声方法

地面地震处理中叠前去噪过程和VSP处理中波场提取与分离过程十分相似。沿时距曲线提取与分离噪声的思路来自于GeoEast-VSP处理中的上、下行波的分离技术，其方法原理也与VSP处理中的波场选取与分离的原理一致。在地面地震资料中，线性干扰及多次波等规则噪声可通过时距方程(用噪声的波至时间构成时距曲线) 描述，提取噪声波场的算法可参照VSP处理中下行波提取方法：沿噪声时距曲线在时间方向的滑动时窗内以多次相关与中值加权法或线性预测方法提取噪声模型，之后用原始波场对提取波场进行自适应相减后的剩余波场即为去噪结果。

地面地震记录不能直接应用VSP专用模块处理，需对地面地震记录的道头信息进行调整：首先将地面地震记录的接收点深度赋值为炮检距；然后将噪声的时距曲线赋值给VSP初至。在记录数据格式和特征上，VSP记录与地面地震记录本质上没有大的差异，均是按时间采样序列记录得到的地震波场信息，来自同一激发点的VSP记录是按接收点深度排序的，按空间位置关系以“炮—检波点深度”排布；地面地震中来自同一激发点的记录以“炮—道”的形式排序，按空间位置关系实际上是以“炮—炮检距”排布。两者差异仅在数据道头信息上。对道头字信息的分析可知，只需把地面地震记录道头字中接收点深度赋值为炮检距，就可将地面地震记录转变成VSP模块可处理的记录。噪声的时距曲线实际上是噪声首波的波至时间，通过时距曲线方程可以直接计算得到，也可通过交互拾取和线性插值获得。将噪声波至时间赋值给初至或VSP初至后，采用波场选择模块按处理VSP记录的方式实现对地面地震资料中相干噪声的提取，然后用原始波场对提取波场进行自适应相减后得到去噪结果。具体实现方法如下。

(1) 将地面地震记录变成VSP模块可处理的记录。利用道头运算模块，将炮检距信息赋值到接收点深度上，使地面地震记录的炮—炮检距关系变成VSP记录的炮—接收井深关系。输入的数据可以是炮集、检波点道集、CMP道集、CRP道集、十字排列正交子集等，要求必须是按炮检距顺序变化(递增或递减)的数据集。

(2) 建立噪声的表征信息。根据规则噪声的时距曲线方程计算噪声的波至时间，并赋值于记录的初至道头字或VSP初至道头字中。

线性规则噪声的时距曲线方程为

$T=t_0+\frac{X}{V^*}$

(1)

式中：t₀为线性干扰波在零炮检距的时间，或一次自激自收时间；X为炮检距；V^*是干扰波的视速度；T是炮检距为X的地震道中干扰波的到达时间。利用道头修改模块，依据时距曲线方程，用炮检距与线性噪声的视速度计算线性噪声的波至时间并赋值到初至或VSP初至道头中。

多次波的处理与线性规则噪声的处理方法类似。多次波的时距曲线方程为

$T_i=T_{\mathrm{a}}+\sqrt{t_i^2+\frac{X^2}{V^2}}$

(2)

式中：t_i是反射波自激自收时间，i=1, 2，…N，其中N为总层数；V是反射波速度；T_a是多次波与一次波时差。利用道头修改模块，可通过实际资料中多次波与反射波时差、一次反射波的速度和自激自收时间，直接计算多次波波至时间。

更多情况下，可按数据集的一定间隔通过交互拾取切除库的方式直接在记录中识别并拾取相干噪声的波至时间，存入定义的切除库中，然后在流程中调用切除库，选择假切，利用假切的自动插值功能，将道头字iuser1信息赋值于记录的初至或VSP初至道头信息中。这种处理方式非常适合相干噪声视速度横向变化的情况，仅需在确定的变化控制点记录中拾取噪声的空间形态特征。

(3) 噪声分离。借助GeoEast-VSP专有的波场选择模块，依据噪声时距曲线沿时间方向的滑动时窗，以选定的算法在给定的炮检距和处理时窗范围进行噪声提取或压制。处理的接收点深度范围实际的意义是炮检距的范围，时窗范围实际上是以噪声波至时间为基础定义的噪声分布的范围，通过炮检距参数及处理时窗参数的定义可实现仅在噪声出现的局部范围内去噪效果。去噪算法和压噪参数(空间相关道数)一般需根据实际资料测试来确定。去噪算法包括中值加权、多次相关、多次相关的中值滤波、线性预测。波场输出可直接选择剩余波场，即直接得到仅在噪声出现的区域内压制噪声后去噪结果，也可选择提取规则噪声，用自适应相减模块进行去噪。

3 应用实例与效果 3.1 数值模拟地震记录的验证

图 2a为有限差分数值模拟的一个单炮记录，采用240道对称排列接收，道距为50m，炮检距为0~6000m。单炮记录中按50%比例混入随机噪声，然后分别加入视速度分别为600、1200、2000m/s和对应频率范围分别为4~12Hz、6~32Hz、8~48Hz的三组线性噪声。

用本文方法对加噪后的炮集数据进行处理，采用道头修改+波场选择模块的3次迭代处理。道头修改模块参数GP_DEPTH=炮检距，VSP_FB=炮检距×1000/V^*, 3次迭代的视速度V^*分别为600、1200和2000m/s。波场选择模块均采用相同处理参数，炮检距范围为0~6000m，时窗为记录长度，采用多次相关的中值算法，空间相关道数为31，输出为剩余波场。

图 2是去噪前、后的单炮对比，由图可见，去噪后的单炮记录上没有明显的线性噪声遗留现象(图 2b)。图 3为原始、加噪和去噪后叠加剖面的对比，由图可见，原始剖面(图 3a)和去噪后(图 3c)的剖面波场特征基本一致，去噪过程中既没有伤害有效信号，也没有产生新的噪声，说明本方法具有相对保幅、保真的特点。

3.2 实际地震资料的应用效果

图 4为应用本文方法对塔里木盆地沙漠区二维地震测线共检波点道集上规则干扰压制效果的对比。由图可见，具有周期性倾斜同相轴的线性噪声得到有效压制，反射波的信噪比明显提高。

图 5为该测线线性噪声压制前后叠加剖面对比，由图可见，线性噪声压制效果好，反射波连续性增强，但频率和振幅特征并没有发生变化。

沙丘鸣震具有频率低、振幅强的特征，在噪声叠加剖面上具有起伏的特征，与地表高程和和沙丘厚度有关。图 6是应用本文方法在塔北某三维工区压制沙丘鸣震的效果对比，由图可见，在非纵中远排列的共检波点道集上，沙丘鸣震速度比较低，具有明显双曲线特征，从上到下呈周期状连续出现(图 6a)；图 6b为压制后的记录，低速双曲线同相轴得到有效衰减；图 6c是提取的鸣震噪声。

图 7是沙丘鸣震压制前、后及提取的鸣震噪声的叠加剖面对比。无论从单炮记录(图 6)还是叠加剖面(图 7)上均明显可见沙丘鸣震得到了有效压制，信噪比大幅度提升，在噪声记录中没有有效反射信息。

压制层间多次波的处理方法与压制沙丘鸣震的方法基本类似，区别是在叠前动校CMP道集或CRP道集上实现。

利用本文方法在鄂尔多斯盆地某三维工区开展了针对解释需求的目标性处理，用以消除煤层强反射对目的层有效反射信息的屏蔽作用。该区目的层为夹杂在两套强煤层之间的致密砂泥岩。受煤层强反射同相轴的影响，含气储层特征识别困难，叠前反演无法展开。

以本文方法为基础对该工区叠前时间偏移道集进行了目标处理。具体步骤如下：首先，应用道头运算模块将接收点深度赋值为炮检距；其次，应用道头运算模块将解释人员提供的经插值后，按线号、CMP、层位时间排序的强煤层反射层位文本信息赋于VSP_FB中，采用VSP波场选择模块在强煤层反射分布的时窗范围内分别提取强煤层反射波场及剩余波场，应用地震道数学运算模块对提取的强煤层反射波场进行能量衰减(用道头运算模块赋值的衰减系数与地震道相乘)；最后，采用地震道数学运算模块将经能量衰减后的强煤层反射波场及提取的剩余波场合并(地震道相加)，就得到了衰减强煤层响应的结果。对于多套层位仅需重复上述步骤即可。图 8是弱化强煤层反射能量前(图 8a)、后(图 8b)叠前时间偏移剖面的对比，图中红线所在层位为该工区的目的层，为渗透率较低的致密砂岩储层，其上、下各有一套较厚的煤系地层。受煤系地层强反射特征的影响，该储层波阻抗、振幅等物性参数的横向变化很难表征出来。经本文方法处理后，煤层响应得到明显衰减，其他地层的波组特征并没有发生任何变化，强振幅的屏蔽作用得以消除。重新处理的叠前道集为后续的叠前反演及储层预测奠定了良好基础。

4 结束语

在GeoEast软件的应用实践中，沿时距曲线提取与分离噪声的处理方法是一种相对保真、保幅的减去法去噪技术，具有操作简单、方便灵活、适应性强的特点。流程采用常规道头运算、道切除和VSP处理专用的波场选择模块搭配组合实现地面地震记录中规则噪声的压制。该方法可用于叠前炮集、检波点道集、“十字”排列、CRP道集等数据体，可直接在地震记录上拾取所见的任意形态的相干噪声模型，实现灵活去噪。模型数据和西部沙漠、戈壁、复杂山地等实际地震资料的处理结果证实了该方法的有效性和实用性。