ZW地区风机干扰特征分析及去噪应用

ZW地区风机干扰特征分析及去噪应用

梁晓腾

（中石化地球物理公司胜利分公司）

1、前言

在ZW地区的野外地震资料采集时，该地区的风能、太阳能资源非常丰富，及国家、地方对可再生能源的政策支持，使得该地内风电厂、太阳能发电厂发展较为迅速。所以研究风机干扰的传播规律及表现特征，采取针对性的技术措施加以压制和去除，对于提高地震资料信噪比，改善成果剖面质量具有重要的意义。在目前的处理软件中，没有针对风机干扰波进行压制的成熟模块，而其它一些常规去噪方法效果不是十分理想，所以有必要对风机干扰的压制方法进行研究。本文就是在分析了风机干扰的特征基础上，利用SVD方法对风机干扰进行压噪处理，并得到了较好的处理效果。

2、风机干扰波的特征分析

根据距排列不同距离的单炮记录得出，风机离排列近时，干扰呈现由中间向两边近似呈线性分布；风机离排列较远时，越来越呈现双曲线分布；由于地表的频率吸收作用，随着距离的越来越远，频率有下降趋势。

井炮能量与震源能量相差几个数量级，所以风机干扰在井炮记录和震源记录上的表现特征有所差别。在视觉上：由于井炮开始能量强，记录初至前风机干扰较弱，随着时间的进行，记录上从上往下风机干扰逐渐增强的态势；而在可控震源记录上，风机干扰从上往下特征几乎一致，干扰较强。

（1）单炮自相关分析

选取工区某一单炮记录，对单炮进行自相关处理，从选择单炮记录中可以看出有公路干扰、高压线、风机干扰，ZW工区高压线干扰伴随着风机干扰，大部分都叠加在一起；从自相关剖面上可以看出风机干扰的自相关性非常高，说明单炮上风机干扰的波形自上而下比较一致，变化不大。利用SVD方法对水平分量敏感的特性，从波形处理的角度上利用该方法对风机干扰波进行压制是可行的。

（2）能量、频谱分析

通过单炮及不同时间的时窗分析、比较得出风机干扰特征：速度510m/s左右；主频16-21Hz，频宽3-36Hz，自上而下频率略有下降，但变化非常小；根据近地表的特点，影响道数为40-60道。从试验点的AGC及分频扫描记录可以看出，随着震次的增加，资料没有明显改善，几种震次资料相当，2-6次取得的效果没有太大区别。

从图7的能量、信噪比分析可以看出：能量方面，2次能量最强，3-6次能量相当；信噪比方面，在低频段随着震次的增加，信噪比降低；在高频段，2次信噪比较高，具有较大优势；频率方面，2次频带稍宽。因此综合考虑，2震次效果最好。

原因分析：而可控震源记录，采用4台20s扫描长度，可控震源2震次每炮需要时间（20+8+8）*2次=72秒，6震次需要（20+8+8）*6次=216秒，因此在216s以内，风机的转速及转向是随着风力和风向的变化而不停变化的，这使得虽然震次增加，但信噪比反而降低的原因。

小结：通过对考核试验资料分析，结合实际的地下地质构造情况（该地区属于山前带褶皱带，目的层1.5-2s左右），对风机群干扰而言，总结出以下建议：

（1）野外施工中，建议采用多台次少震次，风向变化不大时施工，使风机对每一炮的影响近似均匀（为方便后续的资料处理），并采取加密施工的办法；（2）现场处理上，建议NMO时单独进行精细速度分析流程，以提高速度分析的精度；（3）加强现场处理软件的功能挖潜，利用新技术、新流程、新方法进行去噪处理。

3、SVD压噪方法的应用

奇异值分解（SingularValueDecomposition，简称SVD）是线性代数中一种重要的矩阵分解，是矩阵分析中正规矩阵酉对角化的推广。

假设M是一个m×n阶矩阵，其中的元素全部属于域K（实数域或复数域）。则存在一个分解使得：

对数据进行SVD分解之后，然后依据向量在正交子空间内的正交性，通过奇异值的选择、排序、组合就可以重构任意的特征图像，既包括单个特征图像，也可以提取多个奇异值组合而成的特征图像。通过对噪音在不同域中的特征，选取不同的奇异值个数，对去噪后的数据进行重构，达到去除噪音的目的。

4.应用效果分析

针对风机群，物探研究院对风机干扰区的去噪效果见图2：

（a）去噪前（b）去噪后

图2FXCNS(频率空间域相干噪音衰减)

实际资料选取ZW工区14号线的第433炮，下面是SVD方法对资料进行风机干扰压制的效果比较。

（a）去噪前（b）去噪后（c）残差数据

通过比较上面的去噪效果可看出：本方法对风机干扰有较好的压制效果，能将浅中深层的风机干扰有效提取出来，风机干扰区的资料信噪比得到了明显的提高，并且该方法在压制干扰的同时能最大限度的保留有效信息，保真性较好。说明本方法能很好地压制风机干扰，达到了研究的目的。

5、结论

通过对风机干扰的分析，得出如下结论：

（1）单炮记录中的风机干扰自上而下：①自相关性强，波形变化小；②能量变化不大；③频率变化不大，风机干扰主频为16-21Hz，频宽3-36Hz。这说明风机干扰相对来说是比较稳定的。

（2）通过试验资料分析，针对风机干扰，建议采用多台次少震次、少扫描长度施工；尽量在风小或者风向变化不大时施工，目的是使风机对每一炮的影响近似均匀，以便于压噪处理。

（3）建议风机群干扰区需要加密施工。

（4）现场处理方面，建议NMO时单独进行精细速度分析流程，以提高速度分析的精度。加强现场处理软件的功能挖潜，利用新技术、新流程、新方法进行去噪处理。

（5）本文提出的方法对风机干扰压制效果较好，风机干扰区资料的信噪比明显提高，并且对有效信号损害小，具有较高的保真性，值得进一步研究和应用。