CN103605157B

CN103605157B - 衰减近地表散射波的方法

Info

Publication number: CN103605157B
Application number: CN201310479157.2A
Authority: CN
Inventors: 徐基祥
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-10-14
Also published as: CN103605157A

Abstract

本发明提供了一种衰减近地表散射波的方法，包括以下步骤：输入能量均衡的炮集波场和直达波场；根据直达波地震干涉测量技术对所述炮集波场和所述直达波场进行处理，获得时域近地表散射波场；用多道自适应匹配滤波技术将所述时域近地表散射波场从所述炮集波场中滤除。本发明可以预测近地表多种类型的散射波，包括侧面散射波，从而能有效预测并衰减复杂不均匀地表产生的近地表散射波，提高了复杂山地地震数据的体波信噪比，从而有利于获得高质量的地震勘探数据，因此，本发明适用于砾石区和山地等复杂近地表区地震资料处理。

Description

衰减近地表散射波的方法

技术领域

本发明涉及地球物理油气勘探中地震数据处理技术，尤其涉及一种衰减近地表散射波的方法。

背景技术

地震勘探是一种利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下构造形态和岩层性质的方法。地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘察、区域地质研究和地壳研究等方面，地震勘探也得到广泛应用。地震勘探在分层的详细程度和勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。

地震勘探通常分为折射波地震勘探和反射波地震勘探，目前在石油和天然气资源勘查领域，主要采用反射波地震勘探，由地震数据采集、地震数据处理和地震资料解释三个阶段组成。在反射波地震勘探中，地下一次反射波是有效信号，地震数据处理的目的是提高一次反射波的信噪比和分辨率，而其他地震波都认为是噪声，所以噪声压制成为地震数据处理的首要环节。地震波从激发到接收，一般要两次经过近地表。当近地表由不均匀介质组成时，地震波要经历两次散射，这种散射就属于近地表散射。更严重的近地表散射是不均匀近地表对沿地表传播的地震波（如直达波、折射波和面波）的散射作用，由于这类波能量强，导致这种近地表散射影响比较明显。近地表散射波仅仅是由于近地表介质不均匀性造成的，与勘探目的层无关或关系不大，但是却严重影响了地震资料的品质，降低了地震资料的信噪比。

目前已经研发了多种噪声压制技术，主要分以下五类：（1）采集和处理相结合压制噪声，如采集上炮点组合和接收点组合；（2）利用频率分布特性压制噪声，如滤波法；（3）利用视速度差异压制噪声，如折射波和面波压制；（4）利用传播规律压制噪声，如压制多次波和切除直达波；（5）利用波形差异压制噪声，如调幅和调频法。这些方法常常把近地表散射波作为随机噪声进行处理，然而近地表散射波有其规律，而非随机噪声。为了压制近地表散射噪声，用逆散射方法衰减瑞雷散射波（瑞雷散射波实质是一种面波散射波），然而该方法反演计算量大，并且这种方法只能衰减瑞雷波散射波，而近地表散射波不仅包括瑞雷散射波，还包括直达散射波和折射散射波等。为了解决复杂近地表对地震波的影响，虚源法将检波器放置在复杂近地表下方的水平井中，但由于地形起伏剧烈的山峰、沟壑纵横的黄土塬和山前砾石区等因素严重影响了地震数据的质量，这种方法在山区实施起来非常困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种衰减近地表散射波的方法，以衰减复杂近地表散射波，提高复杂山地地震数据的体波信噪比。

为达到上述目的，本发明提供了一种衰减近地表散射波的方法，包括以下步骤：

输入能量均衡的炮集波场和直达波场；

根据直达波地震干涉测量技术对所述炮集波场和所述直达波场进行处理，获得时域近地表散射波场；

用多道自适应匹配滤波技术将所述时域近地表散射波场从所述炮集波场中滤除。

本发明首先根据直达波地震干涉测量技术对能量均衡的炮集波场和直达波场进行处理，获得时域近地表散射波场，其次，采用多道自适应匹配滤波技术将时域近地表散射波场从炮集波场中滤除，当用直达面波作为直达波场时，可以预测散射面波；当用初至波波场作为直达波场时，可以预测直达散射波和折射散射波，即本发明可以预测近地表多种类型的散射波，包括侧面散射波，从而能有效预测并衰减复杂不均匀地表产生的近地表散射波，提高了复杂山地地震数据的体波信噪比，从而有利于获得高质量的地震勘探数据，因此，本发明适用于砾石区和山地等复杂近地表区地震资料处理。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中衰减近地表散射波的方法的流程图；

图2为本发明实施例中x和y的对应关系图；

图3为本发明实施例中输入的能量均衡的炮集波场图；

图4为本发明实施例中输入的直达波场图；

图5为本发明实施例中采用直达波地震干涉测量技术处理后得到的时域近地表散射波场图；

图6为本发明实施例中采用多道自适应匹配滤波技术滤除掉时域近地表散射波后的炮集波场图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

请参阅图1所示，本发明实施例的衰减近地表散射波的方法包括以下步骤：

步骤S1、输入能量均衡的炮集波场和直达波场。能量均衡的炮集波场和直达波场由以下步骤获得：

（1）、对输入的地震炮集数据进行预处理。具体的，首先输入地震炮集数据，其中每个炮集按道号顺序排列，其次，根据地震炮集数据中的测量信息设置地震道道头字，形成米桩号道字头；最后，通过逐炮检查共炮集记录剔除废炮废道，并用陷波技术消除单频工业干扰，再去除初至波之前的背景波场。其中：

在地震采集过程中，每放一炮，一般有多道接收，那么每炮就有多道记录，这些记录组合起来被称为共炮集，整个工区内所有共炮集组合起来就构成地震炮集数据。

米桩号就是一种以米为单位的桩号。由于野外施工时用大地坐标表示地震测线位置，而实际测线往往不是正南正北，若换算为米桩号后，即把测线旋转为正南或正东方向，便于处理计算。所以为了地震资料处理方便，常常把野外记录的炮点和接收点大地坐标转换为米桩号。

废炮废道是指报废的炮和报废的道。在施工中，有时会因为激发问题，导致整炮记录中不包含地下有效信息，这种记录就是废炮记录；有时因为接收问题，导致该道记录无效，这道记录就叫做废道记录。处理前必须人工去掉这些无效的记录。判断废炮废道的依据是：记录中是否包含地下有效信号，若没有，那就是废道，如果整炮记录所有道都是废道，那么该炮就是废炮。

（2）、将预处理后的地震炮集数据进行能量均衡处理，获取炮集波场。能量均衡处理既消除了接收因素差异影响，又消除了激发能量差异影响。

（3）、从炮集波场中分离直达波场。例如，从炮集波场中初至波旅行时开始，加一个时窗，从而分离出初至波波场，初至波波场由直达波和折射波组成。或者，结合直达面波分布区时窗对炮集波场进行倾角滤波处理，从而分离出直达面波波场。

图3和图4分别显示了该方法输入的能量均衡的炮集波场和直达波场，这里仅显示了地震炮集数据中一个炮集，本发明实施例中输入的数据体有2111炮，每炮1440道，有三条接收线，道长为8s，时间采样间隔为2ms。

步骤S2、根据直达波地震干涉测量技术对炮集波场和直达波场进行处理，获得时域近地表散射波场。具体包括以下步骤：

（a）、输入炮集波场和直达波场，分别进行傅里叶变换，从而得到频域炮集波场和频域直达波场。

（b）、根据公式

p_{s 1} (r_{A}, r_{B}, ω) = \frac{1}{NS} \underset{r_{S}}{Σ} \frac{p_{0} (r_{A}, r_{S}, ω) p^{*} (r_{B}, r_{S}, ω)}{p (r_{B}, r_{S}, ω) p^{*} (r_{B}, r_{S}, ω)}

对频域炮集波场及频域直达波场的近源道进行反褶积型地震干涉测量计算，其中，p_s1(r_A,r_B,ω)为近源道频域近地表散射波场，p₀(r_A,r_S,ω)为频域直达波场，p(r_B,r_S,ω)为频域炮集波场，p^*(r_B,r_S,ω)为p(r_B,r_S,ω)的复共轭，ω为圆频率，r_S为震源位置，r_A和r_B为接收点位置，NS为叠加所用的炮数，r_B为离r_S最近的接收点位置，r_S在r_B和r_A的单边位置上。

本发明实施例中，近源道是指炮检距小于600m的地震道，所用的炮数约为30炮，具体所用炮数可根据实际炮数而定，其中，炮检距是指炮点到检波点的距离。

（c）、根据公式

p_{s 2} (r_{A}, r_{B}, ω) = \frac{1}{NS} \underset{r_{S}}{Σ} \frac{p_{0} (r_{A}, r_{S}, ω) p (r_{B}, r_{S}, ω)}{p (r_{B}, r_{S}, ω) p^{*} (r_{B}, r_{S}, ω)}

对频域炮集波场及频域直达波场的远源道进行褶积型地震干涉测量计算，其中，p_s2(r_A,r_B,ω)为远源道频域近地表散射波场，其与p_s1(r_A,r_B,ω)共同构成一个完整的频域近地表散射波场，p₀(r_A,r_S,ω)为频域直达波场，p(r_B,r_S,ω)为频域炮集波场，p^*(r_B,r_S,ω)为p(r_B,r_S,ω)的复共轭，ω为圆频率，r_S为震源位置，r_A和r_B为接收点位置，NS为叠加所用的炮数，r_B为离r_S最近的接收点位置，r_S在r_B和r_A之间。

（d）、将频域近地表散射波场进行傅里叶反变换，获得对应的时域近地表散射波场。如图5所示，为本发明实施例利用直达波地震干涉测量技术得到的时域近地表散射波场图，对比图3和图5，可以清晰地看出，图5中炮集波场明显加强了这些线性散射波和双曲线侧面散射波。

步骤S3、用多道自适应匹配滤波技术将时域近地表散射波场从炮集波场中滤除。具体包括以下步骤：

（1）、由预定的第一道窗参数c1、第一时窗参数n1和滤波器长度参数nf，从炮集波场中提取数组y。

由预定的第二道窗参数c2、第二时窗参数n2和滤波器长度参数nf，从时域近地表散射波场中提取数组x；其中，c1=c2，nf为奇数，n2=n1+nf-1，且n1和n2居中对齐，即n2比n1在两侧各多出(nf-1)/2的长度，如图2所示。

（2）、采用最小二乘法求取一个匹配滤波器f，使得其中，*表示褶积运算。

（3）、计算y-f*x。

（4）、由预定滑动参数滑动时窗并重复上述步骤（1）～（3）直至完成全部数据计算，然后对各次计算的结果取平均即可获得衰减时域近地表散射波后的炮集波场，其中，预定滑动参数为：道窗每次滑动一道，时窗每次滑动半个时窗。

图6为采用多道自适应匹配滤波技术滤除掉时域近地表散射波场后的炮集波场图。对比图5和图6可看出，图6明显的消除了包括线性散射波、混响面波和双曲线侧面散射波等在内的时域近地表散射波场。

在步骤S3后，将衰减近地表散射波后的炮集波场进行后续的常规地震资料处理（例如叠加和偏移等），就可获得最终地震成像剖面。

本发明实施例首先根据直达波地震干涉测量技术对能量均衡的炮集波场和直达波场进行处理，获得时域近地表散射波场，其次，采用多道自适应匹配滤波技术将时域近地表散射波场从炮集波场中滤除，当用直达面波作为直达波场时，可以预测散射面波；当用初至波波场作为直达波场时，可以预测直达散射波和折射散射波，即本发明可以预测近地表多种类型的散射波，包括侧面散射波，从而能有效预测并衰减复杂不均匀地表产生的近地表散射波，提高了复杂山地地震数据的体波信噪比，从而有利于获得高质量的地震勘探数据，因此，本发明实施例适用于砾石区和山地等复杂近地表区地震资料处理。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种衰减近地表散射波的方法，其特征在于，包括以下步骤：

输入能量均衡的炮集波场和直达波场；

将所述炮集波场和所述直达波场分别进行傅里叶变换，从而得到频域炮集波场和频域直达波场；

根据直达波地震干涉测量技术对所述炮集波场和所述直达波场进行处理，获得时域近地表散射波场，具体包括：

根据公式对所述频域炮集波场及所述频域直达波场的近源道进行反褶积型地震干涉测量计算，其中，p_s1(r_A,r_B,ω)为近源道频域近地表散射波场，p₀(r_A,r_S,ω)为频域直达波场，p(r_B,r_S,ω)为频域炮集波场，p^*(r_B,r_S,ω)为p(r_B,r_S,ω)的复共轭，ω为圆频率，r_S为震源位置，r_A和r_B为接收点位置，NS为叠加所用的炮数，r_B为离r_S最近的接收点位置，r_S在r_B和r_A的单边位置上；

根据公式

p_{s 2} (r_{A}, r_{B}, ω) = \frac{1}{N S} \underset{r_{S}}{Σ} \frac{p_{0} (r_{A}, r_{S}, ω) p (r_{B}, r_{S}, ω)}{p (r_{B}, r_{S}, ω) p^{*} (r_{B}, r_{S}, ω)}

对所述频域炮集波场及所述频域直达波场的远源道进行褶积型地震干涉测量计算，其中，p_s2(r_A,r_B,ω)为远源道频域近地表散射波场，其与所述p_s1(r_A,r_B,ω)共同构成一个完整的频域近地表散射波场，p₀(r_A,r_S,ω)为频域直达波场，p(r_B,r_S,ω)为频域炮集波场，p^*(r_B,r_S,ω)为p(r_B,r_S,ω)的复共轭，ω为圆频率，r_S为震源位置，r_A和r_B为接收点位置，NS为叠加所用的炮数，r_B为离r_S最近的接收点位置，r_S在r_B和r_A之间；

用多道自适应匹配滤波技术将所述时域近地表散射波场从所述炮集波场中滤除，具体包括以下步骤：

(1)、由预定的第一道窗参数c1、第一时窗参数n1和滤波器长度参数nf，从所述炮集波场中提取数组y；由预定的第二道窗参数c2、第二时窗参数n2和所述滤波器长度参数nf，从所述时域近地表散射波场中提取数组x；其中，c1＝c2，nf为奇数，n2＝n1+nf-1，且n1和n2居中对齐；

(2)、采用最小二乘法求取一个匹配滤波器f，使得其中，*表示褶积运算；

(3)、计算y-f*x；

(4)、由预定滑动参数滑动时窗并重复上述步骤(1)～(3)直至完成全部数据计算，然后对各次计算的结果取平均即可获得衰减时域近地表散射波后的炮集波场，其中，所述预定滑动参数为：道窗每次滑动一道，时窗每次滑动半个时窗。

2.根据权利要求1所述的衰减近地表散射波的方法，其特征在于，所述能量均衡的炮集波场和直达波场由以下步骤获得：

对输入的地震炮集数据进行预处理；

将预处理后的地震炮集数据进行能量均衡处理，获取所述炮集波场；

从所述炮集波场中分离直达波场。

3.根据权利要求2所述的衰减近地表散射波的方法，其特征在于，所述从炮集波场中分离直达波场，具体包括：

从所述炮集波场中初至波旅行时开始，加一个时窗，从而分离出初至波波场，所述初至波波场由直达波和折射波组成。

4.根据权利要求2所述的衰减近地表散射波的方法，其特征在于，所述从炮集波场中分离直达波场，具体包括：

结合直达面波分布区时窗对所述炮集波场进行倾角滤波处理，从而分离出直达面波波场。

5.根据权利要求2所述的衰减近地表散射波的方法，其特征在于，所述对输入的地震炮集数据进行预处理，具体包括：

输入地震炮集数据，其中每个炮集按道号顺序排列；

根据所述地震炮集数据中的测量信息设置地震道道头字，形成米桩号道字头；

通过逐炮检查共炮集记录剔除废炮废道，并用陷波技术消除单频工业干扰，再去除初至波之前的背景波场。