مجله ژئوفیزیک ایران

مجله ژئوفیزیک ایران

ارزیابی عملکرد روش نوفه خالص در حذف نوفه الکترومغناطیسی از داده‌های لرزه‌نگاری: با استفاده از مدل مصنوعی مارموزی ۲

نوع مقاله : مقاله پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی نفت، معدن و مواد، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران، ایران
2 استاد، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران
3 دکترای زمیی‌شناسی، مدیریت اکتشاف، شرکت ملی نفت ایران، تهران، ایران
4 دانشیار، گروه زمیی‌شناسی، واحد چالوس، دانشگاه آزاد اسلامی، چالوس، ایران
چکیده
نوفه‌زدائی از داده‌های لرزه‌نگاری همواره یکی از مهمترین دقدقه‌های پردازشگران این داده‌ها بوده‌ است. در نوفه‌زدائی با روش نوفه‌ خالص با استفاده از راهکار هیبرید ‌سخت‌افزار و ‌نرم‌افزاری، پس از برداشت نوفه‌ الکترومغناطیسی خالص توسط گیرنده EM که به‌صورت هم‌زمان با داده‌های لرزه‌نگاری برداشت شده و پس از انجام اصلاح دامنه و اصلاح فاز بر روی نویز، و کم کردن آن از داده‌های رد لرزه‌نگاری، داده نوفه‌زدائی شده بدست می‌آیند. این رویکرد با تمرکز بر عوامل متغیر در گیرنده‌ EM مثل دامنه، فاز و فرکانس امکان حذف نوفه‌ بدون آسیب به سیگنال‌های لرزه‌ای ارزشمند را فراهم می‌کند. در این پژوهش، اثربخشی روش "نوفه‌ خالص" برای حذف نوفه‌ الکترومغناطیسی از داده‌های لرزه‌نگاری با استفاده از مدل مصنوعی مارموزی 2 بررسی شده‌است. این مطالعه با استفاده از داده‌های مدل مصنوعی سعی کرده تا نتایج دقیق‌تر و کنترل‌پذیرتری به‌دست آورد، بطوریکه، نتایج حاصل به‌راحتی قابل ارزیابی و راستی‌آزمایی باشند. در این تحقیق، بجای اضافه کردن نوفه‌ EMمصنوعی به داده‌های لرزه‌نگاری از نوفه‌ EM واقعی برداشت‌شده‌ استفاده شده‌است. مدل مصنوعی مارموزی 2 ‌به‌دلیل ساختار پیچیده و چندلایه، محیطی مناسب برای ارزیابی کارآیی این روش فراهم کرده است. نتایج نشان‌ می‌دهد که روش پیشنهادی توانسته‌است با دقت بالایی نوفه‌ EM را از داده‌های لرزه‌نگاری حذف کند، بدون اینکه به سیگنال‌های اصلی سازندهای هدف مخصوصاً وقتی که با فرکانس نوفه‌ یکسان هستند آسیب برساند. نتایج بر اساس تحلیل خطا برای تعداد نمونه بهینه بازه 1-500، ضریب کاهشی اصلاح دامنه گیرنده EM، موقعیت قرارگیری گیرنده EM5 و نسبت سیگنال به نوفه‌ 3 به‌عنوان مقادیر بهینه بدست آمدند. با استفاده از پارامترهای تعیین شده مقدار خطای ناچیز از 0.009% تا 0.06% بدست آمد که روش نوفه‌ خالص به‌گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای لرزه‌نگاری در محیط‌هایی با نوفه‌ شدید برق فشار‌قوی تبدیل شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Evaluating the effectiveness of the pure noise method for electromagnetic noise removal: utilizing a synthetic model

نویسندگان English

Mohammad Reza Gerivani 1
Mohamad Ali Riahi 2
Iraj Abdollahi-Fard 3
Zohreh Sadat Riazi Rad 4
1 Ph.D. Student, Department of Petroleum, Mining and Materials Engineering, CT.C, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Professor, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Ph.D., Exploration Directorate, National Iranian Oil Company, Tehran, Iran
4 Associate Professor, Department of Geology, Chalus Branch, Islamic Azad University, Chalus, Iran
چکیده English

Electromagnetic (EM) noise induced by high-voltage power grids remains a significant impediment to seismic data acquisition, particularly in large-scale hydrocarbon exploration projects. While conventional frequency-based filtering methods are commonly used to suppress EM noise, they often fall short in handling the transient and spatially variable nature of such interference. Moreover, these techniques risk attenuating critical portions of the seismic signal when the frequency spectra of signal and noise overlap.
This study was focused on evaluating the performance of a novel approach to removing EM noise (herein referred to as “pure EM noise removal”), where the complex synthetic Marmousi II model was used as the testbed. In the evaluated denoising method, the EM noise was supposed to be recorded concurrently with seismic data via dedicated EM receivers, allowing direct application of amplitude and phase corrections prior to subtraction from the raw seismic traces. The Marmousi II model, with its high-resolution representation of geologically realistic subsurface structures, provides a rigorous and controlled environment to examine the behavior of EM noise suppression under varied conditions.
By simulating diverse acquisition scenarios within the Marmousi II framework, effects of critical parameters were systematically explored, including the phase correction window size (in number of samples), amplitude correction factor, signal-to-noise ratio (SNR), and the spatial positioning of the EM receivers relative to the source of the EM noise (i.e., power lines). Optimal performance was achieved with a 500-sample phase correction window, a negative amplitude correction factor, an SNR of 3, and positioning the EM receiver at an identified optimal location (EM5), resulting in denoising errors as low as 0.009%. The spatial positioning of EM receivers emerged as a key factor in the effectiveness of the denoising. Incorrect placement led to reduced quality of recorded noise and, hence, increased denoising errors or waveform distortion after processing. The controlled layout of the Marmousi II model enabled fine-grained assessment of receiver geometry, ensuring that optimal locations could be reliably identified and replicated across different acquisition trials.
Furthermore, the analysis highlighted the importance of synchronized acquisition of the EM noise together with the primary seismic acquisition, as the inherently dynamic and non-stationary behavior of the EM noise makes the real-time concurrent recording essential. Using the Marmousi II model made it possible to systematically follow a one-factor-at-a-time approach, offering insights that are often obscured by environmental noise, equipment variability, and logistical limitations in field data acquisition.
Time-domain and frequency-domain evaluations confirmed that the pure EM noise removal method effectively preserved the integrity of the seismic signal, even in cases of spectral overlap with the EM noise. The results suggest that the proposed method not only offers enhanced denoising capabilities but also reduces the risk of signal loss compared to traditional filtering techniques.
The findings underscore the potentials of the proposed method as a robust alternative to frequency-based filters, particularly in environments with strong power grid interference. Its adoption could significantly improve seismic data quality and interpretation reliability in both synthetic and real-world scenarios.

کلیدواژه‌ها English

High-voltage power grids, electromagnetic noise, pure noise, Marmousi II model, synthetic model
 Banjade, T. P., Zhou, C., Chen, H., Li, H., Deng, J., Zhou, F., & Adhikari, R. (2024). Seismic Random Noise Attenuation Using DARE U-Net. Remote Sensing, 16(21), 4051.
Butler, K. E., & Russell, R. D. (2003). Cancellation of multiple harmonic noise series in geophysical records. Geophysics, 68(3), 1083-1090.
Gardner, J., & Knopoff, L. (1974). Bulletin of the seismological society of America is the sequence of earthquakes in southern California, with aftershocks removed, Poissonian? Bulletin of the Seismological Society of America, 64(5), 1363-1367.
Gerivani, M. R., Riahi, M. A., & Abdollahi-Fard, I. (2025). Improving electromagnetic noise removal from seismic data using innovative EM receivers: a novel hybrid approach. Discover Applied Sciences, 7, 723.
Haus, H. A. (2012). Electromagnetic noise and quantum optical measurements. Springer Science & Business Media.
Hunsucker, R. D., & Hargreaves, J. K. (2007). The high-latitude ionosphere and its effects on radio propagation. Cambridge University Press.
Hussain, Y., Uagoda, R., Borges, W., Prado, R., Hamza, O., Cárdenas-Soto, M., Havenith, H.-B., & Dou, J. (2020). Detection of cover collapse doline and other Epikarst features by multiple geophysical techniques, case study of Tarimba cave, Brazil. Water, 12(10), 2835.
Ifeachor, E. C., & Jervis, B. W. (2002). Digital signal processing: a practical approach. Pearson Education.
Karslı, H., & Dondurur, D. (2018). A mean-based filter to remove power line harmonic noise from seismic reflection data. Journal of applied geophysics, 153, 90-99.
Larsen, J. J., Langhof, R. B., Kjær, M. W., Vang, M., Liu, L., Griffiths, M., & Grombacher, D. (2022). Efficient processing of surface NMR data with spectral analysis. Geophysical Journal International, 229(1), 286-298.
Linville, A. F., & Meek, R. A. (1992). Canceling stationary sinusoidal noise. Geophysics, 57(11), 1493-1501.
Martin, G. S., Wiley, R., & Marfurt, K. J. (2006). Marmousi2: An elastic upgrade for Marmousi. The leading edge, 25(2), 156-166.
Matei, R., & Chiper, D. F. (2024). Analytical Design of Gaussian Anisotropic 2D FIR Filters and Their Implementation Using the Block Filtering Approach. Electronics, 13(7), 1243.
Nyman, D. C., & Gaiser, J. E. (1983). Adaptive rejection of high-line contamination. In SEG Technical Program Expanded Abstracts 1983 (pp. 321-323). Society of Exploration Geophysicists.
Proakis, J. G. (2007). Digital signal processing: principles, algorithms, and applications, 4/E. Pearson Education India.
Schuster, G. T. (2017). Seismic inversion. Society of Exploration Geophysicists.
Versteeg, R. (1994). The Marmousi experience: Velocity model determination on a synthetic complex data set. The leading edge, 13(9), 927-936.
Xia, J., & Miller, R. D. (2000). Design of a hum filter for suppressing power-line noise in seismic data. Journal of Environmental & Engineering Geophysics, 5(2), 31-38.
Yilmaz, Ö. (2001). Seismic data analysis: Processing, inversion, and interpretation of seismic data. Society of exploration geophysicists.