海洋可控源电磁勘探噪声降噪效果评估方法技术

本发明专利技术提供了海洋可控源电磁勘探噪声降噪效果评估方法，具体涉及海洋可控源电磁勘探中大地天然电磁信号噪声降噪效果评估方法，通过将MCSEM信号一维正演、MT噪声一维正演、噪声降噪处理、一维OCCAM反演相结合，利用电阻率反演结果与电阻率输入值的均方相对误差作为降噪效果的量化评价指标。既可以利用正演的手段生成MT噪声，也可以直接输入MCSEM发射机不开机时间段的实测数据作为MT噪声，保证了该评估方法具有较强的灵活性。本发明专利技术利用所提出的MT噪声降噪效果评估方法，对短时窗结合预白化滤波方法的降噪效果进行了量化评价，并验证了其降噪效果的有效性。本发明专利技术提出的降噪效果评估方法应用范围广，填补了噪声降噪效果的量化评估领域的空白。

【技术实现步骤摘要】
海洋可控源电磁勘探噪声降噪效果评估方法
本专利技术涉及海洋可控源电磁勘探降噪领域，具体涉及一种海洋可控源电磁勘探中大地天然电磁信号噪声降噪效果评估方法。
技术介绍
随着全球经济的持续发展，人类对自然资源的需求量不断增加。广阔的海洋蕴含着丰富的资源，具有巨大的开发潜力，因此许多石油公司纷纷把目光转向海洋。而海洋可控源电磁勘探(MarineControlled-SourceElectromagnetic，MCSEM)作为一种海洋油气探测新技术，能有效的识别海底高阻油气储层，明显提高钻井成功率，因此近年来在国际上得到了高度关注。信号去噪是海洋可控源电磁勘探数据处理中的重要环节，直接关系着资料解释的质量。在MCSEM主要的噪声源中，对于系统内部噪声的处理已相对成熟；对于空气波干扰，在浅水区影响较大，但在深水电磁勘探中影响不大；对于由海水运动造成的电磁噪声，目前也有一些处理方法。但对于大地天然电磁信号(MagnetoTelluric，MT)造成干扰的处理，目前国内外针对该问题的研究相对较少。大地电磁场是由于太阳风与地球磁层、电离层间复杂的相互作用以及雷电活动所形成的一种天然交变电磁场。这些交变电磁场射入地下时，一部分被地下介质吸收衰减，一部分被反射。MT信号的频谱成分较丰富，频带范围相对较宽。频率低于1Hz的大地电磁信号主要来源于太阳活动的粒子流和电辐射，而高于1Hz的大地电磁信号主要来源于人文活动和气象运动。同时MT信号在空间和时间上有着明显的分布规律。高纬度和中纬度的MT信号比较强而低纬度相对较弱；夏季强，冬季弱；白天强，夜间弱。MT信号在海洋中的传播过程与陆地相比是不同的。在海洋环境中，海水是一种高导电体，电磁波因为海水的天然屏蔽作用，其高频成分迅速衰减。因此，海洋环境类似于低通滤波器，允许低频成分顺利通过，屏蔽高频成分。由于海洋的这种特殊环境，使得MT信号的频谱主要集中在低频段，与MCSEM信号的频谱混叠，特别是在天然电磁活动比较强烈时其影响较难处理，成为影响MCSEM探测质量的主要噪声之一。在MCSEM勘探过程的中、远收发距处，MCSEM信号相对较弱，来自海底地层的有效信号将可能淹没于MT噪声中，从而难以识别和提取。因此，若不进行专门的MT噪声抑制，将可能造成无法有效探测出海底油气储层。因此，针对MT噪声的降噪开展研究是非常有必要的。Ryhove(2008)提出了一种基于远参考道技术的MT噪声降噪方法，但参考道布设区域与实际勘探区域间的适宜距离不易确定，且去噪过程的计算量较大。刘宁(2015)提出了一种时变双边滤波方法，但此方法滤波参数较多，不易控制，且计算时间相对较长。D.Myer(2011)提出了一种短时窗结合预白化滤波的方法，通过差分运算实现预白化滤波进而有效抑制低频噪声的影响，通过减小叠加处理中的时窗长度降低频谱泄露效应的影响。需指出的是，由于实测数据中信号与噪声相混合，真实信号的情况未知，导致上述几种方法的有效性缺乏降噪效果的量化评价作为佐证。因此，需要提供一种针对现有MT噪声降噪方法降噪效果量化评价的方法。
技术实现思路
针对现有的大地天然电磁信号噪声降噪方法缺乏降噪效果量化评价的问题，本专利技术将MCSEM信号一维正演、MT噪声一维正演、噪声降噪处理、一维OCCAM反演相结合，提出了海洋可控源电磁勘探中大地天然电磁信号噪声降噪效果评估方法。本专利技术采用以下的技术方案：海洋可控源电磁勘探中大地天然电磁信号噪声降噪效果评估方法，包括以下步骤：步骤1：根据需求的不同，判断是否采用海洋可控源电磁勘探发射机不开机时间段的实测数据作为MT噪声，若不采用，则进行步骤2；若采用，则进行步骤6；步骤2：输入地层层数、深度、电阻率等参数，参数用于MCSEM信号一维正演和MT噪声一维正演；步骤3：设置用于MT噪声一维正演的海表面磁场强度、接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率等输入参数，其中接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率等参数也用于MCSEM信号一维正演；步骤4：利用MT噪声一维正演模型，生成MT噪声数据文件；步骤5：设置用于MCSEM信号一维正演的发射源长度、初始坐标、航行速度、发射信号周期等其它输入参数，之后，进行步骤10；步骤6：利用发射机开机时间段的MCSEM实测数据，采用一维OCCAM反演模型，反演得到地层层数、深度、电阻率等参数；步骤7：读取MCSEM实测数据的相关配置文件，保存用于MT噪声一维正演的接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率等输入参数，这些参数也用于MCSEM信号一维正演；步骤8：选取MCSEM发射机不开机时间段的部分实测数据作为MT噪声数据文件，其数据点数应与MCSEM数据文件的数据点数相同；步骤9：读取MCSEM实测数据的相关配置文件，保存用于MCSEM正演的发射源长度、初始坐标、航行速度、发射信号周期等输入参数；步骤10：利用MCSEM信号一维正演模型，生成MCSEM正演数据文件；步骤11：根据MCSEM正演数据文件，生成无噪数据的MVO曲线；步骤12：将MCSEM正演数据文件中的电磁场数据与MT噪声数据文件中的电磁场数据相加，生成含噪MCSEM数据文件；步骤13：根据含噪MCSEM数据文件，生成含噪数据的MVO曲线；步骤14：利用短时窗结合预白化滤波等MT噪声降噪方法，对含噪MCSEM数据进行MT噪声降噪处理；步骤15：根据降噪后的MCSEM数据，生成降噪后的MVO曲线；步骤16：对比降噪前、后的MVO曲线，观察降噪效果，给出定性分析；步骤17：利用一维OCCAM反演模型，对降噪前、后的MCSEM数据分别进行反演，得到反演后的地层层数、深度、电阻率等结果；步骤18：分别画出真实电阻率与降噪前、后反演电阻率随深度变化的曲线，观察降噪处理对反演精度的提高，给出定性分析；步骤19：分别计算降噪前、后反演电阻率与真实电阻率之间的均方相对误差；步骤20：利用降噪前、后反演电阻率与真实电阻率之间的均方相对误差，对MT噪声的降噪效果给出最终的量化评价。优选的，MCSEM信号一维正演模型为：设立N层一维模型，其中，x轴和y轴位于水平面，z轴垂直向下，xyz坐标系满足右手定则，σm为第m层的电导率且为各向同性，zm为第m层层顶的z坐标，hm为第m层的深度，N为总共的层数；第1层总为空气层，z1为-∞，将h1设置为∞，第2层为海水，将z2设置为0，第N层的深度hN设置为∞；假设时间谐变偶极子源的时谐因子为e-jωt，忽略磁导率μ的变化，另外，角频率ω较低，导致位移电流也忽略不计，则麦克斯韦方程组可表示为：▽×E＝jωB(1)▽×B＝μσE+μJs(2)其中，▽为汉密尔顿算子，E为电场强度矢量，B为磁感应强度矢量，σ为电导率，Js为电偶极源的传导电流密度矢量；磁矢量势A与磁感应强度矢量B之间的关系为：B＝▽×A(3)由式(1)-(3)，电场强度矢量E可表示为：通过汉克尔变换，可计算矢量势A：其中，λ为信号波长，J0为第一类零阶贝塞尔函数，为经过傅里叶变换后的矢量势，r为水平距离矢量，r为r的模；在MCSEM勘探中，经常使用水平电偶极子作为发射源；若电偶极源沿y轴方向放置，则矢量势具有如下形式：其中，是满足的中间变量，且矢量势和是柱对称；当将电偶极子放置于第i层、深度坐标为zs的位置处时，则第m层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.海洋可控源电磁勘探中大地天然电磁信号噪声降噪效果评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据需求的不同，判断是否采用海洋可控源电磁勘探发射机不开机时间段的实测数据作为MT噪声，若不采用，则进行步骤2；若采用，则进行步骤6；步骤2：输入地层层数、深度、电阻率参数，参数用于MCSEM信号一维正演和MT噪声一维正演；步骤3：设置用于MT噪声一维正演的海表面磁场强度、接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率输入参数，其中接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率参数也用于MCSEM信号一维正演；步骤4：利用MT噪声一维正演模型，生成MT噪声数据文件；步骤5：设置用于MCSEM信号一维正演的发射源长度、初始坐标、航行速度、发射信号周期输入参数，之后，进行步骤10；步骤6：利用发射机开机时间段的MCSEM实测数据，采用一维OCCAM反演模型，反演得到地层层数、深度、电阻率参数；步骤7：读取MCSEM实测数据的相关配置文件，保存用于MT噪声一维正演的接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率参数，这些参数也用于MCSEM信号一维正演；步骤8：选取MCSEM发射机不开机时间段的部分实测数据作为MT噪声数据文件，其数据点数应与MCSEM数据文件的数据点数相同；步骤9：读取MCSEM实测数据的相关配置文件，保存用于MCSEM正演的发射源长度、初始坐标、航行速度、发射信号周期参数；步骤10：利用MCSEM信号一维正演模型，生成MCSEM正演数据文件；步骤11：根据MCSEM正演数据文件，生成无噪数据的MVO曲线；步骤12：将MCSEM正演数据文件中的电磁场数据与MT噪声数据文件中的电磁场数据相加，生成含噪MCSEM数据文件；步骤13：根据含噪MCSEM数据文件，生成含噪数据的MVO曲线；步骤14：利用短时窗结合预白化滤波MT噪声降噪方法，对含噪MCSEM数据进行MT噪声降噪处理；步骤15：根据降噪后的MCSEM数据，生成降噪后的MVO曲线；步骤16：对比降噪前、后的MVO曲线，观察降噪效果，给出定性分析；步骤17：利用一维OCCAM反演模型，对降噪前、后的MCSEM数据分别进行反演，得到反演后的地层层数、深度、电阻率结果；步骤18：分别画出真实电阻率与降噪前、后反演电阻率随深度变化的曲线，观察降噪处理对反演精度的提高，给出定性分析；步骤19：分别计算降噪前、后反演电阻率与真实电阻率之间的均方相对误差；步骤20：利用降噪前、后反演电阻率与真实电阻率之间的均方相对误差，对MT噪声的降噪效果给出最终的量化评价。...

【技术特征摘要】
1.海洋可控源电磁勘探中大地天然电磁信号噪声降噪效果评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据需求的不同，判断是否采用海洋可控源电磁勘探发射机不开机时间段的实测数据作为MT噪声，若不采用，则进行步骤2；若采用，则进行步骤6；步骤2：输入地层层数、深度、电阻率参数，参数用于MCSEM信号一维正演和MT噪声一维正演；步骤3：设置用于MT噪声一维正演的海表面磁场强度、接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率输入参数，其中接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率参数也用于MCSEM信号一维正演；步骤4：利用MT噪声一维正演模型，生成MT噪声数据文件；步骤5：设置用于MCSEM信号一维正演的发射源长度、初始坐标、航行速度、发射信号周期输入参数，之后，进行步骤10；步骤6：利用发射机开机时间段的MCSEM实测数据，采用一维OCCAM反演模型，反演得到地层层数、深度、电阻率参数；步骤7：读取MCSEM实测数据的相关配置文件，保存用于MT噪声一维正演的接收站个数和坐标、海水层深度和电阻率参数，这些参数也用于MCSEM信号一维正演；步骤8：选取MCSEM发射机不开机时间段的部分实测数据作为MT噪声数据文件，其数据点数应与MCSEM数据文件的数据点数相同；步骤9：读取MCSEM实测数据的相关配置文件，保存用于MCSEM正演的发射源长度、初始坐标、航行速度、发射信号周期参数；步骤10：利用MCSEM信号一维正演模型，生成MCSEM正演数据文件；步骤11：根据MCSEM正演数据文件，生成无噪数据的MVO曲线；步骤12：将MCSEM正演数据文件中的电磁场数据与MT噪声数据文件中的电磁场数据相加，生成含噪MCSEM数据文件；步骤13：根据含噪MCSEM数据文件，生成含噪数据的MVO曲线；步骤14：利用短时窗结合预白化滤波MT噪声降噪方法，对含噪MCSEM数据进行MT噪声降噪处理；步骤15：根据降噪后的MCSEM数据，生成降噪后的MVO曲线；步骤16：对比降噪前、后的MVO曲线，观察降噪效果，给出定性分析；步骤17：利用一维OCCAM反演模型，对降噪前、后的MCSEM数据分别进行反演，得到反演后的地层层数、深度、电阻率结果；步骤18：分别画出真实电阻率与降噪前、后反演电阻率随深度变化的曲线，观察降噪处理对反演精度的提高，给出定性分析；步骤19：分别计算降噪前、后反演电阻率与真实电阻率之间的均方相对误差；步骤20：利用降噪前、后反演电阻率与真实电阻率之间的均方相对误差，对MT噪声的降噪效果给出最终的量化评价。2.根据权利要求1所述的海洋可控源电磁勘探中大地天然电磁信号噪声降噪效果评估方法，其特征在于，MCSEM信号一维正演模型为：设立N层一维模型，其中，x轴和y轴位于水平面，z轴垂直向下，xyz坐标系满足右手定则，σm为第m层的电导率且为各向同性，zm为第m层层顶的z坐标，hm为第m层的深度，N为总共的层数；第1层总为空气层，z1为-∞，将h1设置为∞，第2层为海水，将z2设置为0，第N层的深度hN设置为∞；假设时间谐变偶极子源的时谐因子为e-jωt，忽略磁导率μ的变化，另外，角频率ω较低，导致位移电流也忽略不计，则麦克斯韦方程组可表示为：▽×E＝jωB(1)▽×B＝μσE+μJs(2)其中，▽为汉密尔顿算子，E为电场强度矢量，B为磁感应强度矢量，σ为电导率，Js为电偶极源的传导电流密度矢量；磁矢量势A与磁感应强度矢量B之间的关系为：B＝▽×A(3)由式(1)-(3)，电场强度矢量E可表示为：通过汉克尔变换，可计算矢量势A：其中，λ为信号波长，J0为第一类零阶贝塞尔函数，为经过傅里叶变换后的矢量势，r为水平距离矢量，r为r的模；在MCSEM勘探中，经常使用水平电偶极子作为发射源；若电偶极源沿y轴方向放置，则矢量势具有如下形式：其中，是满足的中间变量，且矢量势和是柱对称；当将电偶极子放置于第i层、深度坐标为zs的位置处时，则第m层、深度坐标为z的位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，周文强，吕伟强，戴永寿，孙伟峰，万勇，李立刚，曲晓俊，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37