CN104345343A - 一种复杂海底相关的层间多次波预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复杂海底相关的层间多次波预测方法，包括以下步骤：1)利用先验信息或对原始地震数据以海水速度进行常速偏移结果，得到海底聚焦点坐标(X_d,h)，并同时读取炮点坐标(X_s,h_s)以及检波点坐标(X_r,h_r)，其中，X_d＝(x,y)，x是海底聚焦点处X方向坐标，y是海底聚焦点处Y方向坐标，h为点X_d对应的海底深度；2)计算每个海底聚焦点的CRFP道集；3)计算每个海底聚焦点的CSFP道集；4)对所有海底聚焦点的CSFP道集和CRFP道集进行褶积，预测得到复杂海底相关的层间多次波；5)采用匹配相减方法从原始地震数据中减去预测得到的层间多次波，得到不含海底层间多次波的地震数据。本发明可以广泛应用于地震资料处理过程中。

Description

一种复杂海底相关的层间多次波预测方法

技术领域

本发明涉及地震资料处理领域，特别是关于一种复杂海底相关的层间多次波预测方法。

背景技术

地震是油气勘探最主要的手段，在进行地震勘探时，地震波在不同地层之间、薄层之间、裂缝内部与裂缝之间都会发生多次散射或折射，然后被检波器接受，这类的波统称为多次波或多次散射。多次波处理不当容易混淆、干扰一次波的能量，甚至出现多次波同相轴掩盖了一次波同相轴的情况，在很大程度上降低了地震资料的偏移成像效果，甚至导致对地震资料解释和地下构造的错误认识，直接影响着探井井位部署和勘探的成功率。因此，如何有效地解决叠前多次波的压制问题是地震资料处理中的重点、难点和热点。

如图1所示，地震波在地下介质传播过程中，如果只有一次上行反射然后被接受点接受，称为一次波，如图(a)所示；如果发生多次下行反射然后被接受点接受，称为多次波，如图(b)所示；根据多次波下行反射发生的位置差异，多次波可以分为表面多次波和层间多次波。自由表面多次波是指在自由表面至少发生一次下行反射的地震波，如图(c)所示；层间多次波是指下行反射发生在自由表面以下的反射界面的地震波，如图(d)所示。当前，表面多次波预测与衰减已有成熟的理论和方法，且得到了大规模的应用，而层间多次波的消除技术还不完善，仍然面临着巨大的挑战。扩展的SRME(表面相关的多次波衰减)算法，又称‘CFP算法’，主要原理如下：实际地震剖面上，只能看出有限的地层产生的层间多次波，因此合理的去除层间多次波的扩展SRME算法就是利用全波场重建基准面方法把所有炮点和检波点都延拓至产生层间多次波的界面上，于是地下的反射面就变成了新的“表面”了，这样就可以重复利用SRME算法去除层间多次波，扩展SRME的方法有模型驱动和数据驱动两种方法，下面分别进行详细说明：

1、模型驱动的与界面有关的层间多次波去除方法，该方法需要两个数据体，一个数据体是震源在表面上，虚接受点在产生多次波的界面上，如图2所示，z_n表示产生层间多次波的界面，‘星号’表示震源，CFP道集表示从震源激发在z_n界面上接受的地震数据；另一个数据体是接受点在表面上，虚震源在产生多次波的界面上，如图2所示，三角符号表示接受点，CFP道集表示在z_n界面上激发在接受点处接受的地震数据，则界面z_n所产生的多次波可以表示为上述两个数据体的褶积运算(图3所示)。该算法去除界面有关的层间多次波的具体步骤为：1)得到产生层间多次波界面的重建基准面算子；2)对炮记录重建基准面，切除该反射界面以上的反射；3)进行界面一致性褶积以预测多次波；4)从原始的地面数据中减去预测出的多次波得到去除多次波后的结果，此种方法计算CFP道集主要采用波场延拓的方法，具有N*N的计算量。

2、数据驱动的与界面有关的层间多次波去除方法，对于模型驱动的层间多次波预测中，重建的激发点和接受点基准面时所需要的两个逆传播算子的结合可以通过对应界面的一次反射的逆来构建，即通过三个一次反射波来预测对应界面的层间多次波，如图4所示，三个一次反射分别指震源‘2’到接受点‘2’(记为P22)、震源‘1’到接受点‘1’(记为P11)以及震源‘2’到接受点‘1’(记为P21)这三个一个反射波。层间多次波可表示为P22与p11褶积然后与P21做相关运算。该算法去除界面有关的层间多次波的具体过程如下：1)从炮记录上挑选与产生多次波界面有关的一次反射；2)将切除过的地表数据和该算子进行两次地表一致性褶积；3)从原始数据中减去预测出的多次波。该方法预测过程只涉及激发点和接受点在地表的地震数据，比较复杂的是如何将该一次反射从整个地震数据中分类出来，导致步骤非常繁琐，并不实用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够快速预测复杂海底相关的层间多次波的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种复杂海底相关的层间多次波预测方法，包括以下步骤：1)利用先验信息或对原始地震数据以海水速度进行常速偏移结果，得到海底聚焦点坐标(X_d,h)，并同时读取炮点坐标(X_s,h_s)以及检波点坐标(X_r,h_r)，其中，X_d＝(x,y)，x是海底聚焦点处X方向坐标，y是海底聚焦点处Y方向坐标，h为点X_d对应的海底深度；2)计算每个海底聚焦点的CRFP道集；3)计算每个海底聚焦点的CSFP道集；4)对所有海底聚焦点的CSFP道集和CRFP道集进行褶积，预测得到复杂海底相关的层间多次波；5)采用匹配相减方法从原始地震数据中减去预测得到的层间多次波，得到不含海底层间多次波的地震数据。

所述步骤2)每个海底聚焦点的CRFP道集的计算过程为：2.1)计算每个炮点到海底聚焦点的射线参数p：2.2)计算每个炮点关于射线参数p的倾斜叠加变换即：τ-p变换，得到每个炮点通过海底聚焦点的τ-p域道集；2.3)计算τ-p域炮点到海底聚焦点的单程波场ds；2.4)计算τ-p域的层间多次波预测算子A_in，具体计算过程为：2.4.1)对τ-p变换后的地震记录按海底聚焦点顺序排列，得到τ-p域炮点出发经过海底聚焦点的波场d，然后计算波场d和的预测算子A_d和其中，具体计算公式如下：

$(A_{d1}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}),A_{d2}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}))=(\cosh \left(\sqrt{r}\right)+{\mathrm{\η}}_0\frac{\sinh \sqrt{r}}{\sqrt{r}},{\mathrm{\η}}_1\frac{\sinh }{\sqrt{r}})---\left(1\right)$

$(A_{\stackrel{\‾}{d}1}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}),A_{\stackrel{\‾}{d}2}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}))=(\cosh \left(\sqrt{r}\right)+{\mathrm{\η}}_0\frac{\sinh \sqrt{r}}{\sqrt{r}},{\mathrm{\η}}_1\frac{\sinh }{\sqrt{r}})---\left(2\right)$

r＝η₀η₀+η₁η₁

${\mathrm{\η}}_{i=\mathrm{0,1}}=f_i^{\left[\mathrm{1,1}\right]}$

对于公式(1)，具体表达式如下

$\left\{\begin{array}{c}{f}_0^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{re}\left(\hat{F}\left(d\right)\right)\\ f_1^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{im}\left(\hat{F}\left(d\right)\right)\\ f_i^{[1,1]}={\∫}_0^{\mathrm{\τ}}{f}_i^{\left[\mathrm{1,2}\right]\mathrm{d\τ}}i=\mathrm{0,1}\end{array}\right.---\left(3\right)$

对于公式(2)，具体表示式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_0^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{re}\left(\hat{F}\left(\stackrel{\‾}{d}\right)\right)\\ f_1^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{im}\left(\hat{F}\left(\stackrel{\‾}{d}\right)\right)\\ f_i^{[1,1]}={\∫}_0^{\mathrm{\τ}}{f}_i^{\left[\mathrm{1,2}\right]\mathrm{d\τ}}i=\mathrm{0,1}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，表示d的傅里叶变换,表示的实部，表示的虚部，τ是地震记录的时间长度，ω表示角频率,A_d1(ω,τ)表示A_d的实部，A_d2(ω,τ)表示A_d的虚部，表示的实部，表示的虚部；

2.4.2)根据和A_d得到层间多次波预测算子A_in：

$A_{\mathrm{in}}=A_{\stackrel{\‾}{d}}-A_d---\left(5\right)$

2.4.3)对层间多次波预测算子A_in进行τ-p反变换，得到CRFP道集。

所述步骤5)的匹配相减方法采用L2范数匹配相减方法。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明与扩展SRME的方法原理相同，不用之处在于扩展的SRME方法(CFP算法)求取CFP道集采用波场延拓的方式，计算量约为N*N(N为数据个数)，本发明求取CFP道集采用李代数积分求解，从公式(4)到(7)可以看出，主要采用傅里叶快速计算，因此计算量可以降为N*log(N),因此更适合大数据量地震资料处理，有效提高地震资料处理速度。2、本发明在τ-p域进行计算，而CFP算法通常在X-T域直接计算，由于在τ-p域地震波以射线参数p进行传播，因此求取CFP道集时不需要对全部数据进行操作，从而减少了存储量与计算量。本发明可以广泛应用于地震资料处理过程中。

附图说明

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

图1是地震波类型示意图；

图2是CFP算法层间多次波预测原理示意图；

图3是复杂海底层间多次波原理示意图，F表示聚焦点，(a)表示一个层间多次波路径，(b)表示CSFP(海底聚焦点—地表炮点道集)的路径，(c)表示CRFP(海底聚焦点—地表接受点道集)的路径；

图4是数据驱动的CFP路径示意图；

图5是本发明的层间多次波消除流程示意图；

图6是本发明的τ-p域CFP(包括CSFP,CRFP道集)计算流程示意图；

图7是本发明的τ-p域炮点出发经过聚焦点的全波场d，(a)显示地震波场d的路径，F为聚焦点，(b)是实际地震数据d的炮集记录；

图8是本发明的τ-p域炮点到聚焦点的单程波场ds，(a)显示单程波场路径，(b)是实际地震数据ds的炮集记录；

图9是本发明τ-p域聚焦点激发的层间多次波预测算子波场，(a)表示从聚焦点激发的层间多次波预测算子波场的路径，(b)是从聚焦点激发的层间多次波预测算子波场的具体炮集记录；

图10是本发明对图9(b)作的τ-p反变换，得到x-t(空间-时间)域的地震数据，即CRFP道集，(a)CRFP道集的波场路径示意图，(b)是CRFP具体的炮集记录示意图；

图11是本发明实施例中预测的复杂海底相关的层间多次波；

图12(a)是本发明实施例消除层间多次波后的地震数据，(b)是本发明实施例的原始数据。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图3所示，Z表示海平面，Z_d表示复杂海底，数学上层间多次波可以表示为CSFP与CRFP的褶积。

如图5所示，本发明的复杂海底相关的层间多次波预测方法，包括以下步骤：

1)利用先验信息或初始偏移结果(对原始地震数据以海水速度进行常速偏移)，得到海底聚焦点坐标(X_d,h)，并同时读取炮点坐标(X_s,h_s)以及检波点坐标(X_r,h_r)；三维情况下，X_d＝(x,y)，x是海底聚焦点处X方向坐标，y是海底聚焦点处Y方向坐标，h为点X_d对应的海底深度。

2)如图6所示，计算每个海底聚焦点的CRFP道集(海底聚焦点—地表接收点道集)，具体计算过程为：

2.1)如图7所示，计算每个炮点到海底聚焦点的射线参数p：

$p=\frac{X_d-X_s}{v\sqrt{{(h-h_s)}^2+{(X_d-X_s)}^2}}---\left(1\right)$

式中，v是海水速度。

2.2)计算每个炮点关于射线参数p的倾斜叠加变换(τ-p变换)，得到每个炮点通过海底聚焦点的τ-p域道集。

2.3)如图8所示，计算τ-p域炮点到海底聚焦点的单程波场ds：

τ＝t-p(X_d-X_s)   (2)

ds(p,τ)＝r(X_d,h)   (3)

式中，t为单程波场ds的走时，r(X_d,h)为海底聚焦点(X_d,h)的反射系数。

2.4)如图9所示，计算τ-p域的层间多次波预测算子A_in，具体计算过程为：

2.4.1)对τ-p变换后的地震记录按海底聚焦点顺序排列，去除海底反射，得到τ-p域炮点出发经过海底聚焦点的波场d，然后计算波场d和的预测算子A_d和其中，具体计算公式如下：

$(A_{d1}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}),A_{d2}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}))=(\cosh \left(\sqrt{r}\right)+{\mathrm{\η}}_0\frac{\sinh \sqrt{r}}{\sqrt{r}},{\mathrm{\η}}_1\frac{\sinh }{\sqrt{r}})---\left(4\right)$

$(A_{\stackrel{\‾}{d}1}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}),A_{\stackrel{\‾}{d}2}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}))=(\cosh \left(\sqrt{r}\right)+{\mathrm{\η}}_0\frac{\sinh \sqrt{r}}{\sqrt{r}},{\mathrm{\η}}_1\frac{\sinh }{\sqrt{r}})---\left(2\right)$

r＝η₀η₀+η₁η₁

${\mathrm{\η}}_{i=\mathrm{0,1}}=f_i^{\left[\mathrm{1,1}\right]}$

对于公式(4)，具体表达式如下

$\left\{\begin{array}{c}{f}_0^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{re}\left(\hat{F}\left(d\right)\right)\\ f_1^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{im}\left(\hat{F}\left(d\right)\right)\\ f_i^{[1,1]}={\∫}_0^{\mathrm{\τ}}{f}_i^{\left[\mathrm{1,2}\right]\mathrm{d\τ}}i=\mathrm{0,1}\end{array}\right.---\left(6\right)$

对于公式(5)，具体表示式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_0^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{re}\left(\hat{F}\left(\stackrel{\‾}{d}\right)\right)\\ f_1^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{im}\left(\hat{F}\left(\stackrel{\‾}{d}\right)\right)\\ f_i^{[1,1]}={\∫}_0^{\mathrm{\τ}}{f}_i^{\left[\mathrm{1,2}\right]\mathrm{d\τ}}i=\mathrm{0,1}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，表示d的傅里叶变换,表示的实部，表示的虚部，τ是地震记录的时间长度，ω表示角频率，A_d1(ω_,τ)表示A_d的实部，A_d2(ω,τ)表示A_d的虚部，表示的实部，表示的虚部。

2.4.2)根据和A_d得到层间多次波预测算子A_in：

2.4.2)如图10所示，对层间多次波预测算子A_in进行τ-p反变换，得到CRFP道集。

3)计算每个海底聚焦点的CSFP道集，CSFP道集的计算过程和CRFP道集的计算过程相同，区别之处在输入数据为共检波点地震数据,射线参数p指的是检波点与聚焦点的关系，公式如下:

$p=\frac{X_d-X_r}{v\sqrt{{(h-h_r)}^2+{(X_d-X_r)}^2}}---\left(9\right)$

4)采用如下公式对所有海底聚焦点的CSFP道集和CRFP道集进行褶积，预测得到复杂海底相关的层间多次波：

$M(x_s,h_s,x_r,h_r)=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{a}_s(X_d,{h,X}_s,h_s)*a_r(X_d,h,X_r,h_r)---\left(10\right)$

式中，a_s(X_d,h,X_s,h_s)是CSFP道集，(X_d,h)是海底聚焦点坐标，(X_s,h_s)是炮点坐标，a_r(X_d,h,X_r,h_r)是CRFP道集，(X_r,h_r)是检波点坐标，M(x_s,h_s,x_r,h_r)是预测的从炮点(X_s,h_s)激发到检波点(X_r,h_r)接受的层间多次波数据，m是海底聚焦点个数。

5)如图11、图12所示，采用匹配相减方法从原始地震数据中减去预测得到的层间多次波，从而得到不含海底层间多次波的地震数据，本发明实施例中采用L2范数匹配相减方法，但是不限于此，可以采用现有的其它的匹配相减方法。

上述各实施例仅用于说明本发明，方法各步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种复杂海底相关的层间多次波预测方法，包括以下步骤：

1)利用先验信息或对原始地震数据以海水速度进行常速偏移结果，得到海底聚焦点坐标(X_d,h)，并同时读取炮点坐标(X_s,h_s)以及检波点坐标(X_r,h_r)，其中，X_d＝(x,y)，x是海底聚焦点处X方向坐标，y是海底聚焦点处Y方向坐标，h为点X_d对应的海底深度；

2)计算每个海底聚焦点的CRFP道集；

3)计算每个海底聚焦点的CSFP道集；

4)对所有海底聚焦点的CSFP道集和CRFP道集进行褶积，预测得到复杂海底相关的层间多次波；

5)采用匹配相减方法从原始地震数据中减去预测得到的层间多次波，得到不含海底层间多次波的地震数据。

2.如权利要求1所述的一种复杂海底相关的层间多次波预测方法，其特征在于：所述步骤2)每个海底聚焦点的CRFP道集的计算过程为：

2.1)计算每个炮点到海底聚焦点的射线参数p：

2.2)计算每个炮点关于射线参数p的倾斜叠加变换即：τ-p变换，得到每个炮点通过海底聚焦点的τ-p域道集；

2.3)计算τ-p域炮点到海底聚焦点的单程波场ds；

2.4)计算τ-p域的层间多次波预测算子A_in，具体计算过程为：

2.4.1)对τ-p变换后的地震记录按海底聚焦点顺序排列，得到τ-p域炮点出发经过海底聚焦点的波场d，然后计算波场d和d的预测算子A_d和其中，具体计算公式如下：

$(A_{d1}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}),A_{d2}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}))=(\cosh \left(\sqrt{r}\right)+{\mathrm{\η}}_0\frac{\sinh \sqrt{r}}{\sqrt{r}},{\mathrm{\η}}_1\frac{\sinh \left(\sqrt{r}\right)}{\sqrt{r}})---\left(1\right)$

$(A_{\stackrel{\‾}{d}1}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}),A_{\stackrel{\‾}{d}2}(\mathrm{\ω},\mathrm{\τ}))=(\cosh \left(\sqrt{r}\right)+{\mathrm{\η}}_0\frac{\sinh \sqrt{r}}{\sqrt{r}},{\mathrm{\η}}_1\frac{\sinh \left(\sqrt{r}\right)}{\sqrt{r}})---\left(2\right)$

r＝η₀η₀+η₁η₁

${\mathrm{\η}}_{i=\mathrm{0,1}}=f_i^{\left[\mathrm{1,1}\right]}$

对于公式(1)，具体表达式如下

$\left\{\begin{array}{c}{f}_0^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{re}\left(\hat{F}\left(d\right)\right)\\ f_1^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{im}\left(\hat{F}\left(d\right)\right)\\ f_i^{\left[\mathrm{1,1}\right]}={\∫}_0^{\mathrm{\τ}}{f}_i^{\left[\mathrm{1,2}\right]}\mathrm{d\τi}=\mathrm{0,1}\end{array}---\left(3\right)\right.$

对于公式(2)，具体表示式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_0^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{re}\left(\hat{F}\left(\stackrel{\‾}{d}\right)\right)\\ f_1^{\left[\mathrm{1,2}\right]}=\mathrm{im}\left(\hat{F}\left(\stackrel{\‾}{d}\right)\right)\\ f_i^{\left[\mathrm{1,1}\right]}={\∫}_0^{\mathrm{\τ}}{f}_i^{\left[\mathrm{1,2}\right]}\mathrm{d\τi}=\mathrm{0,1}\end{array}---\left(4\right)\right.$

式中，表示d的傅里叶变换,表示的实部，表示的虚部，τ是地震记录的时间长度，ω表示角频率,A_d1(ω,τ)表示A_d的实部，A_d2(ω,τ)表示A_d的虚部，表示的实部，表示的虚部；

2.4.2)根据和A_d得到层间多次波预测算子A_in：

$A_{\mathrm{in}}=A_{\stackrel{\‾}{d}}-A_d---\left(5\right)$

2.4.3)对层间多次波预测算子A_in进行τ-p反变换，得到CRFP道集。

3.如权利要求1或2所述的一种复杂海底相关的层间多次波预测方法，其特征在于：所述步骤5)的匹配相减方法采用L2范数匹配相减方法。