VSP波场分离的径向中值滤波方法

VSP波场分离的径向中值滤波方法聂爱兰【摘要】在VSP资料中,中值滤波法是一种简单有效的波场分离方法,主要适用于简单线性波场分离.提出并实现的径向中值滤波方法,除具有常规中值滤波方法的优势外,对具有发散状多方向线性同相轴轨迹的干扰波场,其波场分解可一次完成.通过井中地震(VSP)实例测试表明,该方法能够更有效地分离VSP上下行波场,以及P波和P-SV波分解,且在压制面波或提取面波处理方面具有潜在的应用前景.%Separating up going and down going wave field efficiently is the most fundamental and crucial part in VSP data processing. The median filtering is a simple but effective method for wave field separation, but conventional median filtering method is only suitable for simple linear wave field separation. In this paper, a radial median filtering method is proposed and realized and the new method amend the old one when radial linear interference wave field exists in data, in this situation, the new method can separate wave fields in just one time. VSP data processing test shows that this new method is more efficient in separating up going and down going wave field of VSP data, and also good in separating P and P-SV wave field of VSP data, and will have a good application in surface wave suppression and surface wave extraction.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2011(039)005【总页数】4页(P69-71,75)【关键词】中值滤波;径向扫描;波场分离【作者】聂爱兰【作者单位】中煤科工集团西安研究院,陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】P631井中VSP方法既能够高精度测定地层速度和获取精细的“时间-深度”标尺，亦能够利用VSP反子波算子及地层吸收等参量关系，高可信度地提高地面地震剖面的有效分辨率(包括消除多次波)。

VSP资料与地面地震资料相比，具有反射振幅强、信噪比高、初至波清晰可辨等优势。

因此，在复杂构造地震精细勘探中，VSP技术再度得到重视[1-6]。

在VSP资料中高质量地分离上行波和下行波是基础和关键内容。

中值滤波法是一种简单有效的波场分离方法，常规中值滤波法可分为5个步骤[1，7]：a.拾取各地震道下行直达波初至时间；b.依据各道初至时间做静态时移，将下行波排齐；c.沿深度轴按所选跨度(即道数)实施中值滤波运算，得到下行波；d.原始剖面与下行波剖面相减得到上行波剖面；e.对上行波和下行波剖面分别做反向时移，得到上、下行波剖面。

常规中值滤波方法主要适用于简单线性波场分离，本文提出的径向中值滤波方法，除具有常规中值滤波方法的性能外，对具有发散状多方向线性同相轴轨迹的干扰波场，其波场分解处理可一次性完成，并且可进一步对复杂的P波和P-SV波场进行精细分解，为多波参数分析提供可靠的波场剖面信息。

中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术。

它把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替[8]。

基本算法及步骤为：a.设有一组数(x1,x2, …, xn)；b.对这N个数，按其数值大小排序；c.取重排序后的中间数值为输出：中值滤波具有算法简单，去噪明显等优点：a.中值滤波绝对阻止噪声峰值；b.中值滤波不改变阶跃函数在空间、时间上的位置；c.中值滤波对三角函数的平滑能力与滤波跨度有关；d.中值滤波对方波平滑能力与滤波跨度有关,当跨度足够长时，方波被完全平滑。

径向中值滤波法，是基于地震资料中各波场的视速度差异，沿强线性同相轴方向运用中值滤波法分离出线性干扰，进而利用“减去法”衰减强线性干扰，从而增强有效信号，得到期望的波场记录。

其实现步骤为(图1)：a 对于地震道上的点(i, j)(i记录道号；j为采样点号)，在记录上选取2m+1道(i为2m+1道的中心记录道号)，形成该采样点的径向扫描道集；b.给定斜率扫描范围，在扫描道集里面逐点扫描，当某个扫描斜率的振幅值的和的绝对值最大时，则将该斜率定义为需分离的线性干扰的斜率；c.将该斜率记录下来的振幅数列进行中值滤波，其结果为该点的新记录；d.对所有输入道集记录逐点逐道重复b和c过程，分离出线性干扰记录；e.用输入道集记录减去被分离出的线性干扰记录，从而得到对线性干扰的衰减，完成径向中值滤波。

其中径向扫描斜率范围有正负，定义沿着顺序道时间增大时为正，反之为负。

对于VSP波场上、下行波分离，径向中值滤波最主要的处理参数一是时空域内径向扫描斜率取值范围；二是空间跨度(道数)。

时空域内径向扫描斜率取值范围，应视其下行波和上行波视速度值变化情况而定；径向空间跨度对处理效果有重要影响。

通过多组模型进行空间跨度测试分析，当跨度较小时，容易出现假频；当跨度较大时，对波场的信息都有损失。

一般道集径向空间跨度建议采用9～13道。

图2a为模拟的非零偏VSP垂直分量记录，观测井段为200～1 700 m，道距10 m，偏移距300 m。

对模型运用径向中值滤波法是以分离出下行波场得到上行波场为目标。

依据原始记录中下行波场的视速度和测试分析，径向扫描斜率取值范围为1～10 ms/道，空间跨度取值为11道效果最佳。

图2b为处理结果，下行波得到很好的分离，和图2a原始记录中相位和能量保持了一致；图2c的上行波场可为后续VSP处理提供可靠信息。

图3a为非零偏VSP原始Z分量记录, 观测井段1 500～4 560 m，道距20 m，偏移距2 000 m。

由该记录剖面可见，除常规目标信号P波(下行直达P波、上行反射P波)之外，与地层岩性密切相关的转换横波P-SV在此记录剖面中也具有可识别的品质特征(见图中标注)。

下面以该实测VSP记录为例，就径向中值滤波方法用于VSP记录上、下行波分离，以及P波和P-SV波分解处理步骤和测试结果作如下简述。

图3a中视下行波场为干扰，需被分离，径向扫描斜率范围取2～15 ms/道，空间跨度为11道。

图3b为对应的下行波分离结果。

图3c是图3a记录“减去”3b 记录所得的上行波记录剖面。

由图3处理结果可见，图3b中几乎没有上行波成份，下行P波和P-SV波能量在记录剖面上得到了很好的增强，并且与图3a相对比，两者的下行P波初至和下行P-SV波的相位特征具有高保真度及较好的一致性，这一特点相对其他二维滤波方法有一定优势(如F-K方法)。

图3b中下行P波和下行P-SV波，特别是图3c中的上行P波和上行P-SV波相互重叠，即便是不提取转换波信息(P-SV)而只考虑纵波(P)问题时,对下行波子波提取、上行波成像处理及解释都将造成一定的影响。

因此，将P波和P-SV波进一步分解是精细波场分离的目标之一。

对于上、下行波场中P波和P-SV波分离，可依据图3a所示Z分量记录中纵波和转换横波的上、下行波视速度(或时差)的取值区间(差异)进行分离。

图4是图3b对应的径向扫描斜率范围取8～15 ms/道、空间跨度为11道，下行P波和下行P-SV波的分离结果。

图5是图3c对应的径向扫描斜率范围取8-15 ms/道、空间跨度为11道，上行P波和上行P-SV波的分离结果。

由图4可见，下行P波初至和下行P-SV波能量得到了增强，并且两者相对比，下行P波初至和下行P-SV波的相位特征具有高度一致性。

图4b中下行P波初至被有效分离，下行P-SV波与下行P波初至的交点更清晰。

图5a中，浅层三组上行P波同相轴波组和图3b中的相位一致，并且能量得到了增强；图5b中上行P波被分离出去，上行P-SV波能量得到增强，极易识别。

分离出来的P波和P-SV波场记录都可以提取各自的波场信息，这为后续的VSP处理提供可靠资料。

理论和实际资料处理结果表明，径向中值滤波法除了能保持中值滤波特性之外，还具有如下特点：a.径向中值滤波不需拾取地震道下行直达波初至时间，也不需依据各道初至做静态时移将下行波排齐。

b.常规中值滤波法是沿深度轴实施中值滤波，是一维滤波运算；径向中值滤波是在道方向以及时间方向上进行中值滤波，是二维滤波运算。

c.常规中值滤波法最基础的工作是在拾取地震道下行直达波初至时间之后进行的，对资料的信噪比要求高；而径向中值滤波法只要地震资料线性干扰的视速度可识别就可以实施，相较而言，对地震资料的信噪比要求就低些，比常规中值滤波法有更广的适用性。

d.常规中值滤波法在需要消除某组下行波时，先将该组下行波排齐后再进行中值滤波，要消除多组下行波就需进行多次中值滤波运算；而径向中值滤波只需一次即可完成不同视速度的多组下行波分离。

e.反射地震资料中，面波一般都视为干扰，在处理时都对其进行压制；而径向中值滤波法可以将地震资料中的面波分离出来，分离出来的波场有利于研究地表层低降速带结构[9-10]。

径向中值滤波法是一种非线性滤波技术，不仅对VSP资料，对上下行波场分解处理可一次性完成，亦可进一步对复杂的P波和P–SV波场进行精细分解，为多波参数分析提供可靠的波场剖面信息；对叠前地面地震反射资料，可分离任意方向的线性干扰，信噪分离能力强、振幅保真度高,是反射资料高分辨处理的理想方法。

【相关文献】[1] 朱光明.垂直地震剖面方法[M].北京：石油工业出版社，1988.[2] 郭建.VSP技术应用现状及发展趋势[J].勘探地球物理进展，2004，27(1)：1–8.[3] 涂齐崔.VSP射线追踪模拟与处理方法研究及应用[D].青岛：中国海洋大学，2006.[4] 于海超.非线性滤波技术在地震信号处理中的应用[D].大庆：大庆石油学院，2007.[5] 唐金良，曹辉.中值滤波在井间地震资料处理中的应用[J].石油物探，2005，44(1)：47–50.[6] 夏洪瑞，董江伟.环形非对称中值滤波技术在可控震源资料去噪处理中的应用[J].石油物探，2009，48(5)：510–514.[7] 李承楚.关于中值滤波的理论基础[J].石油地球物理勘探，1986，21(4)：372–379.[8] 胡光瑞，郑志航，戚飞虎.二维数字信号处理Ⅱ[M].北京：科学出版社，1985.[9] 周熙蘘，王利国.利用瑞利面波调查表层结构的可行性探讨[J].石油地球物理勘探，2004，39(2)：181–186.[10] 成锁.近地表调查中的面波方法与利用井资料提高分辨率的技术[D].长春：吉林大学，2008.。