CHƯƠNG 2 MỘT SỐ THUẬT TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU
2.5. Hạn chế nhiễu PXNL
Sóng PXNL thường được quan sát thấy trên hầu hết các băng ghi ĐCNPGC. Sóng này đi đến đầu thu như những sóng phản xạ thực và có thể gây khó khăn khi khơng phân biệt được với sóng phản xạ chính. Một trong những nhiễu PXNL gặp thường xuyên nhất trong ĐCNPGC là nhiễu PXNL từ đáy biển. Do mật độ giữa lớp nước và lớp trầm tích có sự khác biệt lớn nhất (sự khác biệt về mật độ giữa các lớp trầm tích là rất nhỏ, có thể có nhưng khó phát hiện) nên sóng PXNL bề mặt đáy biển được thể hiện rõ nhất trên các băng ghi địa chấn. Về mặt biên đồ và tần số của sóng PXNL giống với sóng phản xạ thực, do vậy không thể sử dụng các bộ lọc tần số để hạn chế.
Để giải quyết vấn đề này, có thể dựa vào chu kỳ lặp của chúng để dự báo trước thời gian xuất hiện [10]. Tín hiệu phản xạ từ mặt đáy biển có thể đi tới mặt biển rồi lại đi xuống giống như một tín hiểu giả phát ra do mặt biển là mặt phản xạ rất tốt (hệ số phản xạ bằng 1) nên hầu hết năng lượng được phản xạ lại tạo ra một tín hiệu đi xuống thứ hai, bị trễ về thời gian (bằng bội số thời gian truyền của sóng phản xạ thực). Cường độ sóng PXNL từ đáy biển nơng thường lớn hơn các sóng PX từ dưới sâu, khiến cho các sóng phản xạ từ các tầng dưới của đáy biển bị che mờ, khó quan sát được trên băng ghi địa chấn, do vậy việc hạn chế chúng là cần thiết. Sóng PXNL có thời gian truyền sóng dài hơn so với sóng phản xạ thực và bị đảo pha. Trên cơ sở đó có thể sử dụng bộ lọc tiên đốn và sai số tiên đoán để phát hiện và loại trừ chúng. Đây là cơ sở chính để hạn chế nhiễu PXNL.
Bộ lọc ngược tiên đốn
Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý để hạn chế sóng PXNL, tuy nhiên chưa có phương pháp nào có thể loại bỏ hồn tồn được nhiễu này, việc áp dụng phương pháp này hay phương pháp kia phụ thuộc vào tính chất số liệu và tính chất của sóng PXNL [7]. Để loại trừ sóng PXNL dựa vào đặc điểm chu kỳ lặp lại, trong xử lý số liệu địa chấn thường sử dụng lọc ngược tiên đoán. Bộ lọc này thực hiện trong miền T-X, nghĩa là trong hệ tọa độ có trục thời gian t và khoảng cách x. Đây là cơng cụ
hạn chế sóng lặp từ đáy biển được sử dụng rộng rãi hiện nay. Một trong những giả thiết khi thực hiện bộ lọc này là tia sóng vng góc với ranh giới phản xạ.
Vì sóng PXNL chính là sóng PX 1 lần lặp lại ở những ranh giới nhất định, nên chúng xuất hiện trên băng địa chấn ở những thời điểm muộn hơn sóng phản xạ thực một khoảng thời gian bằng bội của khoảng lặp trong ĐCNPGC, khoảng lặp chính là khoảng thời gian sóng phản xạ phản xạ từ đáy biển.
Nếu khoảng lặp là α thì dựa vào các xung sóng phản xạ 1 lần xuất hiện ở các thời điểm t chúng ta có thể dự đốn được các sung sóng PXNL xuất hiện ở các thời điểm t+α nằm cách t một khoảng đoán, hoặc ở các thời điểm t+2α, t+3α v.v… trong trường hợp này, tín hiệu mong muốn S(t) ở lối ra của bộ lọc tiên đốn sẽ chính là tín hiệu ở lối vào y(t+α):
S(t) = y(t + α) (2.15)
Với khái niệm trên thì phương trình Vine sẽ có dạng:
∑ 𝑙𝑖𝑅𝑦(𝑚 − 𝑖) = 𝑅𝑦(𝑚 + 𝛼) ∑ 𝑙𝑖𝑅𝑦(𝑚 − 𝑖) = 𝑅𝑦(𝑚 + 𝛼) (2.16) Giải phương trình trên dựa vào số liệu y(t) chứa trong đường ghi địa chấn và khoảng đoán α được xác định như thời gian phản xạ sóng từ đáy biển và máy sẽ xác định được giá trị hàm lọc li. Sau khi có được giá trị của hàm lọc, tiếp tục tính y(t + α) dựa vào y(t) và hàm trọng số li tính được.
Tiếp theo, thực hiện tính sai số dự đốn bằng phép trừ đường ghi địa chấn với tín hiệu PXNL dự báo được. Kết quả thực hiện phép trừ sẽ cho phép loại trừ được sóng PXNL trên đường ghi và chỉ giữ lại các tín hiệu phản xạ có ích. Nếu hệ số phản xạ của đáy biển là K và thời gian sóng đi trong lớp nước là tn thì tập số liệu băng địa chấn có chứa sóng PXNL từ đáy biển sẽ bằng:
SΣ = S(t) ∗ (1,0, . . . ,0, − K, 0, . . . ,0, − K2, 0, . . . ,0, − K3, . . . ) (2.17) Từ cơng thức này có thể thấy rằng, để hạn chế phông nhiễu PXNL lặp lại từ đáy biển cần tiến hành lọc mảng số liệu y(t) ghi được trên mỗi đường ghi của mặt cắt ĐCNPGC với bộ lọc sai số tiên đốn có hàm lọc dạng:
Trong các công thức trên α = tn
∆t với ∆t là bước mẫu hóa.
Việc áp dụng phương pháp lọc ngược tiên đoán dẫn đến một bước xử lý tiếp theo nhằm xác định một tín hiệu phản xạ là trực tiếp (sơ cấp) hay là thứ cấp, gọi là phép tương quan. Một sóng PXNL là một bản sao của sóng phản xạ trực tiếp do đó phải có các thuộc tính giống hệt hoặc tương tự như sóng phản xạ thực. Các sóng PXNL kế tiếp có thể nhận biết bằng việc áp dụng giá trị hệ số tương quan cao. So sánh tương quan giữa một tín hiệu với một bản sao theo bội số thời gian của chính nó được gọi là tự tương quan. So sánh một chuỗi thời gian với một chuỗi khác để thu được một giá trị hoặc đặc điểm tương quan định lượng được gọi là tương quan liên kết, trong đó tự tương quan là một trường hợp đặc biệt.
Trong ĐCNPGC, nhiễu PXNL gặp thường xuyên nhất vẫn là nhiễu PXNL từ đáy biển, đối với nhiễu này thì thời gian xuất hiện của chúng xác định được tương đối dễ dàng. Thường thì thời gian xuất hiện có giá trị bằng n*t1, trong đó t1 là thời gian truyền sóng trong lớp nước biển. Tùy theo thời điểm bắt đầu và kết thúc xử lý trên đường ghi, chiều dài của khoảng thời gian đoán sẽ bằng hoặc nhỏ hơn chiều dài khoảng thời gian sóng truyền trong lớp nước, đây cũng là khoảng thời gian được tính từ đáy biển mà trên đường ghi không tồn tại nhiễu.
Kết luận chương 2
Chương 2 tập trung tìm hiểu một số thuật tốn của phẩn mềm Reflexw áp dụng cho việc xử lý tín hiệu địa chấn một mạch, cụ thể là: phục hồi biên độ, trung bình hóa các đường ghi, các bộ lọc tần số hạn chế nhiễu, hạn chế nhiễu phản xạ nhiều lần. Đây là phần mềm đã được các nhà địa chấn trong nước sử dụng khá phổ biến và cho kết quả xử lý đáng tin cậy. Các thuật toán nêu trên là các thuật toán cần thiết để xử lý các mặt cắt ĐCNPGC trong khu vực nghiên cứu.