[发明专利]一种神经网络以及利用该神经网络压制海上光纤拖缆地震数据噪声的方法

说明书

本发明提供了一种神经网络以及利用该神经网络压制海上光纤拖缆地震数据噪声的方法，本发明构建卷积神经网络，包括输入层、隐藏层、输出层，所述隐藏层包括卷积层、归一化层、激活层，所述卷积层、归一化层、激活层多个交替构成所述隐藏层。针对于海上光纤拖缆地震数据去噪，该网络使用的层数少，所需要训练的参数少，训练精度高，并且在对实际海上地震光纤数据噪声去除时有着良好的表现，对各类噪声进行了很有效的去除。经过试验还发现，若地震资料规律、质量高，则可以减少训练集数目，从而减少机器训练压力。

技术领域

本发明涉及基于人工智能的方法对海上光纤拖缆地震数据进行去噪的技术领域，具体而言，涉及一种神经网络以及利用该神经网络压制海上光纤拖缆地震数据噪声的方法。

背景技术

随着勘探技术的发展，油气勘探的重点逐渐从陆上转向对海洋天然气水合物的勘探。海洋光纤拖缆地震数据噪声种类繁多，常规的地震数据去噪方法比较繁琐，去噪是整个数据处理中最为关键并且困难的一步，去噪效果直接决定了地震数据的信噪比、分辨率、保真度以及能否正确成像。遂利用计算机数据处理的方式，基于人工智能的方法对海洋光纤拖缆数据进行去噪研究。

水听器是海上地震勘探主要利用的测量方法。水听器分为压电水听器与光纤水听器，以往海洋地震勘探通常使用压电水听器，但是压电水听器存在灵敏度低、动态范围小和抗干扰能力差的缺点，所以近些年来，光纤缆技术迅速发展。光纤水听器具有良好的信号分辨率、信号动态范围以及信号保真，并且其可以快速以及大量地传输地震数据，并且具有宽频带、高灵敏度以及高频响应的特点，这些特点大大提高了海洋地震数据的质量。早在2000年，美国就研制出应用于天然气勘探的96基元全光光纤水听器系统。并在此基础上，英国的QinetiQ公司在海底布放水听器以及在陆上埋设光缆和光纤加速器。2002年，我国在渤海进行了23基元的光纤水听器阵列的海上试验，为光纤水听器走向打下了良好的基础。2017年，广州海洋地质调查局在南海北部海域将光纤水听器阵列探测系统用于海上地震勘探，并得到了数据，并与压电水听器进行对比，得到了光纤水听器能够满足海洋地震勘探的性能要求的结论。

噪声压制是处理海洋地震数据中非常关键的步骤。通常情况下海洋地震勘探中的噪声可分为相干噪声和随机噪声，相干噪声是存在一定规律的噪声，其中包括水鸟产生的噪声、船体产生的噪声等等。而像海上的风、涌浪产生的没有规律的噪声则称为随机噪声。研究噪声的发育特征，分析噪声的形成机理，也有助于我们对噪声进行消除或者压制。

如图2所示，a、b、c分别表示不同海水深度的单炮记录，a最浅，c最深。可以发现不同深度处噪音的特点是不同的，不同的单炮记录噪音的特点也是不同的。

如图3所示，可观察到每隔16道会出现空间上的周期噪声，其特点是很有规律，间距相等。推测是光纤缆连接处所造成的，一条长的光纤缆是由多个短缆组成，所以在连接处会产生规律的噪声。

海上地震勘探另一种常见的噪声是涌浪噪声，涌浪噪声其频率低，能量强并且具有随机性。常规涌浪噪声中，涌的主频在3Hz，浪的主频在8Hz。如图4所示，对涌浪噪声进行频谱分析，其主频在4Hz 左右，并且在8Hz左右也有个峰值，速度约为34m/s。

对数据继续进行分析，发现从激发端至接收端和接收端至激发端分别出现了线性噪声，如图5的a、b所示，a为船体震动产生的线性噪声；b为尾部浮标震动产生的线性噪声。该两种线性噪声在形态上保持一致，比较有规律，速度相近，速度约为1080m/s，仅仅在方向上存在差异。所以推测该两种线性噪声分别由船体本身震动和尾部浮标震动造成的。船体在行驶的过程中会产生震动，带动船尾的浮标一起震动，这些震动都是比较有规律的。船体产生的震动导致了激发端至接收端的线性噪声，反之浮标的震动导致了接收端至激发端的线性噪声。

综上，海上光纤拖缆地震数据的噪声主要有四种，船体本身的噪声、涌浪噪声、随机噪声和仪器所产生的噪声。并且每炮与每炮之间的噪声都不尽相同，所以在处理光纤拖缆资料的时候，对噪声的去除比较重要，也是最具难度的过程。常规地震数据处理需要针对每种噪声进行去除，比较繁琐。