低信噪比叠前数据定量分析软件研发与应用

低信噪比叠前数据定量分析软件研发与应用

罗运宏

（珠海市泰德企业有限公司，广东珠海 519000）

摘要：地震数据的信噪比分析在野外地震采集项目中严重影响着各种施工参数的确定，包括：激发药量、激发井深等，并可以为野外后续生产工作提供有效的指导。作为评价地震资料数据的依据，过去的信噪比定性分析具有一定问题，还有待完善，为此，随着社会经济和科学技术的发展，定量分析信噪比开始逐渐取代了定性分析信噪比。现阶段，地震采集商业软件得到了广泛使用，但是其存在着信噪比定量分析功能不足问题，虽然一些商业采集软件的信噪比分析模块能够充分满足较高信噪比、平缓地区的应用实际需要，但是难以适应低信噪比、复杂地势的地区。基于此，本次研究针对于低信噪比叠前数据定量分析软件研发与应用进行了深入分析与探讨，以此为相关学者以及从业人员提供有价值的参考依据。

关键词：低信噪；比叠前；数据定量；软件；研发

想要确保资料采集的全面性和完整性，在实际展开野外项目施工工作之前，应当展开试验井深药量工作，借助于分析频率、信噪比、能量等，明确施工最终的参数值。绝大多数软件能够充分满足平缓地区的信噪比分析实际需要，但是却难以满足复杂地形地区的信噪比分析实际需要，包括：山地丘陵、沙漠戈壁等。现阶段，KLSeis软件和MESA软件是野外地震广泛使用的采集商业软件，其中MESA软件的信噪比分析功能模块不足；而在信噪比定量分析模块中，KLSeis软件采用的方法是频谱估算法；后来，作为地震资料处理软件，GMSeis被绿山公司所研发了出来，此软件采用互相关法，具备功能信噪比定量分析。通过相关研究调查发现，现阶段，地震资料采集的商业软件严重欠缺信噪比计算功能，为此，应当积极拓展复杂、低信噪比地区的信噪比定量分析方法。本文将从信噪比定量分析方法研究、信噪比定量分析模块研发、应用效果分析三大方面来进行深入剖析。

一、信噪比定量分析方法研究

频谱估算法、互相关法为当下常用的信噪比定量分析方法，详细内容如下：

（一）频谱估算法

在一定频带范围内，将地震波动假设为地震信号，优势频率为折断频带区域内的频率，假设噪声为较高和较低的频率；随机噪音假设其均匀的分布在频带之内，其存在着较小的幅值。为此，能够明确信号频带的具体区域和范围，并对噪声与信号的能量进行估算，近似的信噪比由公式（1）来进行计算。

公式（1）：

利用fL和fH（阀值）明确噪声与信号的具体范围，并对功率谱和信号的能量进行计算，以此计算出最后的信噪比。

在公式（1）中，振幅值是X（f），有效频带的最高频率为fH，有效频带的最低频率为fL，地震信号的最高频率为fc。

（二）互相关法

通常情况下，认为相邻地震道之中具有着相关性的信号，而这一特性在噪声中并未体现出来。互相关第i和i+1道的地震记录，信号互相关的结果为最终的结果。

公式（2）：

其中，第i + 1道的噪声为ni+1，第i道的噪声为ni；第z+1道的地震记录为xi+1，第i道的地震记录为xi；第i+ 1道的有效信号为si+1，第i道的地震记录为ni。

频谱估算法和互相关法被广泛应用在野外地震采集工作之中。通过相关研究调查发现，频谱估算法能够充分满足平缓地形工区计算信噪比的实际需求。而如若施工情况存在着较为复杂的地下构造、且地震资料信噪比相对而言较低，那么频谱估算法是否适用还有待验证。

二、信噪比定量分析模块研发

信噪比定量分析软件模块功能由Qt开发语言和C++联合编程开发。图一为信噪比定量分析软件模块架构设计图，可以依据工区地形的不同、实际需求的不同来选择合理的方法来定量计算信噪比，包括：功率谱法、能量叠加法、互相关法、频谱估算法。现阶段，互相关法计算信噪比功能不存在任何一个相关的野外采集软件之中，针对于野外常用采集软件来说，弥补了现阶段信噪比定量分析功能的空白[1]。

三、应用效果分析

选择构造地形不同的工区实际信息数据来对软件的信噪比定量分析功能进行测试。

（一）CGZ工区

东营南坡陈官庄断阶带为CGZ工区构造的位置，主要构造为东营南斜坡，东面方向和西面方向地势较为缓和，北面方向地势较深，南面方向地势较浅，相对来说，中部断层发育效果较好，其中存在着较小的断块以及较多的断层[2]。根据试验地震信息和数据，选取红色时窗、蓝色时窗两个不同目的的层面时窗，由于此工区存在着较为缓和的地形，因此，可以通过频谱估算法来计算信噪比定量分析时窗内的数据。

（二）MQ1井工区

新疆乌鲁木齐米东区和水磨沟区是MQl井工区的地理位置，博格达山北坡盆山结合部的第二排构造带为具体的构造位置，阜康市位于东北角，地形复杂，其中包括低缓丘陵、陡峭山地、高大丘陵[3]。由于地形具有多样性，且复杂程度较大，为此，地震数据所采集的信噪比相对来说不高[4]。

随机选取五组地震记录于该工区的地震数据之中，通过互相关法的使用，来对时窗内数据的信噪比进行计算和分析，与此同时，对比于地震数据处理软件GM-Seis结果

[5]。通过对比分析GMSeis软件的地震记录和信噪比与软件模块互相关法可以明确，两组结果相似，无较为明显的差异性[4]。将对比分析GMSeis软件的地震记录和信噪比与软件模块互相关法时窗内的相关数据进行局部放大，即能够获取到局部放大的相关地震数据，并清除观察到第三个地震记录有着更高信噪比、更高清晰度的时窗数据，这符合于软件计算的结果，佐证了在复杂地质结构以及较低信噪比的区域内互相关法计算信噪比模块的适用性和可行性较高[6]。

结束语：

总的来说，针对于信噪比定量分析方法（频谱估算法、互相关法），本文进行了详细的说明和介绍，同时，整理出了与其算法相对应的模块，借助于试验分析，获得的使用效果较好，详细内容为：借助于深入研究信噪比定量分析方法能够明确，在实际展开勘探采集野外地震的生产工作期间，常用于互相关法和频率估算法，互相关法更适用于具有复杂构造的地层，而频谱估算法适用于构造平缓的地形之中。通过互相关法和频率估算法的使用，形成了与其算法相对应的模块，并对低信噪比地区定量计算信噪比叠前数据的方式方法进行了健全和优化，有效完善了有关采集地震软件功能的不足之处，创新和革新了相关技术，并能够广泛应用在各种低信噪比地区之中，包括：山地、丘陵、沙漠戈壁等。

参考文献：

[1]祝雪芬,杨阳,沈飞,杨冬瑞,王立辉,陈熙源.基于软件接收机的GPS L2C信号采集与数据处理（英文）.中国惯性技术学报,2014(6):770-776.

[2]许安明,吴超,潘杨勇,尚江伟,陈维力,胡春雷.基于叠前深度偏移的三相融合速度分析与复杂圈闭落实.新疆石油地质,2019,40(1):122-126.

[3]白雪，杨晶，石翠翠，等.针对复杂地表的勘探技术质量控制及配套技术研发［C］ 〃中国地球物理学会油气地球物理专业委员会.2019年油气地球物理学术年会论文集.2019:367-370.

[4]李赋斌,胡鹏飞,费建博,陈松,周刚,闫艳琴.约束速度反演技术在低信噪比地震资料叠前深度偏移建模中的应用.新疆地质,2013,31(B12):56-60.

[5]Philip J Schneider, David HE berly.计算机图形学几何工具算法详解［M］.周长发，译■北京:电子工业出版社,2005.

[6]冯玉苹，徐维秀，杨晶，等.海量地震数据现场监控软件研发及应用［C］〃中国石油学会2019年物探技术研讨会论文集.2019：1 399-1 402