CN106526677A - 一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，其特征在于包括以下内容：1)去噪后的叠前炮集地震记录；2)将叠前炮集地震记录进行时间域速度分析，并进行深度域速度建模，得到深度域速度体；对叠前炮集地震记录进行数据解析，拆分为数据和道头两部分信息，并利用道头信息生成炮集数据索引文件；3)读取炮集数据，将读取的炮集数据作为宽频逆时偏移输入数据体，并将深度域速度体作为宽频逆时偏移输入参数，进行三维鬼波自适应压制，完成单炮宽频逆时偏移成像得到单炮集偏移结果；4)对单炮集偏移结果进行噪音压制处理，并根据单炮偏移结果的实际空间位置坐标，对所有噪音压制后的单炮偏移结果进行叠加，获得最终的宽频成像结果。

Description

一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法

技术领域

本发明涉及一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，涉及地震成像技术领域。

背景技术

海上地震资料采集时，气枪和检波器沉放于水面以下一定深度，因而地震记录中必然出现由这种自由表面产生的虚反射干扰——鬼波，鬼波主要包括震源鬼波、检波点鬼波和震源-检波点混合鬼波。由于鬼波的存在导致地震记录中出现严重的陷频问题，影响高频和低频成分，鬼波特征与地震记录中一次反射波相似，消除比较困难，严重干扰有效波，直接影响地震数据后续的反演和解释。

近几年鬼波压制在海上地震记录处理中非常重要，在采集、处理等方面研发了一系列压制鬼波的宽频地震技术，也成为业界研究的热点问题。现有技术的采集技术主要有：变深度缆、上下缆、双检等；处理方法为反褶积类、t-p变换类、基于Green理论的鬼波压制方法等，鬼波是随出射角发生变化，即与偏移距相关的三维算子，因而需要三维算法才能实现鬼波有效压制。常规鬼波压制处理方法都是基于地震记录的叠前道集数据，另外实现全三维鬼波压制相对困难，压制效果也会受到一定影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现三维鬼波压制的海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，包括以下内容：1)对地震记录进行叠前噪音压制处理，获得去噪后的叠前炮集地震记录；2)将叠前炮集地震记录进行时间域速度分析，并进行深度域速度建模，得到深度域速度体；对叠前炮集地震记录进行数据解析，拆分为数据和道头两部分信息，并利用道头信息生成炮集数据索引文件；3)根据炮集数据索引文件记录的数据索引关系，并行读取炮集数据，将读取的炮集数据作为宽频逆时偏移输入数据体，并将深度域速度体作为宽频逆时偏移输入参数，进行三维鬼波的自适应压制，完成单炮宽频逆时偏移成像得到单炮集偏移结果；4)对每个单炮集偏移结果进行噪音压制处理，并根据每个单炮偏移结果的实际空间位置坐标，对所有噪音压制后的单炮偏移结果进行叠加，获得最终的宽频成像结果。

进一步地，所述步骤2)得到深度域速度体的具体过程为：首先，将得到的叠前炮集地震记录抽成共中心点道集数据，并对共中心点道集数据，利用时间域速度分析方法进行多轮速度分析迭代，得到时间域速度体；然后，以时间域速度体为基础，采用深度建模方法进行多次迭代，得到深度域速度体。

进一步地，数据索引文件用于记录每炮信息情况，包括每炮道数和采样点数。

进一步地，所述步骤3)的具体计算过程为：根据地震波传播理论，鬼波表达式为：

式中，θ为鬼波初射角，ω为角频率，z为震源或检波点的沉放深度，v是海水速度，f是鬼波陷频点，将含鬼波新边值条件应用于逆时偏移波场延拓所用波动方程中，以实现成像过程中压制鬼波，具体形式如下：

a)实际检测点为某个高度，根据逆时偏移震源波场正演所用新的修改边值条件公式(1)，利用时间方向为四阶差分精度的伪谱法计算正演波场P_F：

式中，P_F为正演波场，为P_F傅里叶到频率域波场，v是海水速度，t是时间，ω为角频率，x,y,z分别为空间坐标，x_s为炮点坐标位置，为频率域的震源点鬼波波场，为频率域震源函数，为空间导数算子；

b)实际检波点下沉一段距离，根据逆时偏移检波点波场逆推所用新的修改边值条件公式(2)，利用时间方向为四阶差分精度的伪谱法计算逆推波场P_B：

式中，P_B为检波点逆推波场，为P_B傅里叶到频率域波场，v是海水速度，t是时间，ω为角频率，x,y,z分别为空间坐标，x_s为炮点坐标位置，为频率域的检波点鬼波波场，为频率域震源函数；

c)将正演波场P_F和逆推波场P_B应用互相关成像条件公式(3)进行成像，获得单炮宽频逆时偏移成像结果：

式中，P_F为正演波场，P_B为检波点逆推波场，偏移成像振幅，t是时间，x为空间坐标；

d)对单炮宽频逆时偏移成像结果采用时间方向为四阶差分精度的伪谱法数值解法进行抗频，具体公式如下：

式中，F是傅里叶算子，F^-1是逆傅里叶算子，k_x、k_y和k_z分别是x、y和z三个方向的波数，p为波场值，c为介质速度，Δt为时间间隔，n为时间方向差分片。

进一步地，所述步骤5)采用拉普拉斯变换压制低频噪音。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将鬼波压制融入到逆时偏移中，将鬼波压制和偏移成像同步完成，实现三维鬼波的有效压制，达到宽频成像的效果，恢复鬼波引起的陷频问题，有利于改善中层复杂构造成像效果。2、本发明在不增加额外太多偏移计算量的情况下能够有效实现鬼波压制。3、本发明通过修改在逆时偏移中所用波动方程边界条件，增加了含有鬼波的压制项，因此能够比较容易的在计算震源正演波场和检波点逆推波场过程中，附带求出鬼波波场传播角度，进而实现三维鬼波的自适应压制。本发明可以广泛应用于海上地震记录处理的鬼波压制中。

附图说明

图1是本发明实施例中某深水工区地震采集关系系统示意图；

图2(a)和图2(b)是本发明实施例中实际单炮地震记录噪音压制前后对比示意图；

图3是本发明实施例的深度域速度模型图；

图4(a)和图4(b)是本发明实施例自适应压制鬼波的常规逆时偏移和宽频逆时偏移成像对比图；

图5(a)和图5(b)是分别对应于图4(a)和图4(b)的逆时偏移成像结果的频谱图。

具体实施方式

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。

本发明提供的海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，包括以下内容：

1、将海上常规水平拖缆采集的地震数据进行加载和解编，得到地震记录。

如图1所示，本实施例是平均水深为2000m深水区采集到的地震记录，炮点下放深度为6m，检波点水深9m，将采集的地震数据进行加载和解编得到地震记录。

2、对地震记录进行叠前噪音压制处理，获得去噪后的叠前炮集地震记录，如图2所示，其中，叠前炮集地震记录包括炮点、检波点位置处水深信息以及坐标信息，另外，噪音包括低频涌浪噪音、多次波噪音、线性干扰噪音。

3、将步骤2得到的叠前炮集地震记录进行时间域速度分析，并进行深度域速度建模，得到深度域速度体，具体为：

首先，将得到的叠前炮集地震记录抽成共中心点道集数据，并对共中心点道集数据，利用常规时间域速度分析方法进行多轮速度分析迭代，得到时间域速度体；

然后，以时间域速度体为基础，采用常规深度建模流程和方法经过多次迭代，最后得到精细的深度域速度体，如图3所示。

4、对步骤2得到的叠前炮集地震记录进行数据解析，拆分为数据和道头两部分信息，并利用道头信息生成炮集数据索引文件，其中，数据索引文件用于记录每炮信息情况，包括每炮道数和采样点数。

5、根据炮集数据索引文件记录的数据索引关系，通过MPI(信息传递接口)编程实现并行读取炮集数据，将每个进程该读取的数据作为宽频逆时偏移输入数据体，并将深度域速度体作为宽频逆时偏移输入参数，每个进程即可开始实施宽频逆时偏移成像，进行三维鬼波的自适应压制，完成单炮宽频逆时偏移成像得到单炮集偏移结果。

本发明关键是在震源波场正演和检波点波场逆推过程中，附带计算三维鬼波的传播角度，进而实现三维鬼波的自适应压制，达到宽频成像。本发明的自适应压制鬼波宽频逆时偏移的原理，是根据地震波传播理论，鬼波表达式为如下：

式中，θ为鬼波出射角，ω为角频率，z为震源(或者检波点)沉放深度，v是海水速度，f是鬼波陷频点，从上式可见，若要实现适应时空变的鬼波压制关键点是必须求准出射角θ。那么，对于逆时偏移这种全波场偏移方法而言，在偏移波场延拓中很容易求得出射角。本发明提出采用一种含鬼波新边值条件应用于逆时偏移波场延拓所用波动方程中，以实现成像过程中压制鬼波，具体形式如下：

1)实际炮点下沉6m，根据逆时偏移震源波场正演所用新的修改边值条件公式(1)，利用时间方向为四阶差分精度的伪谱法计算正演波场P_F：

式中，P_F为正演波场，为P_F傅里叶到频率域波场，v是海水速度，t是时间，ω为角频率，x，y，z分别为空间坐标，x_s为炮点坐标位置，为频率域的震源点鬼波波场，为频率域震源函数，为空间导数算子。

2)实际检波点下沉9m，根据逆时偏移检波点波场逆推所用新的修改边值条件公式(2)，利用时间方向为四阶差分精度的伪谱法计算逆推波场P_B：

式中，P_B为检波点逆推波场，为P_B傅里叶到频率域波场，v是海水速度，t是时间，ω为角频率，x，y，z分别为空间坐标，x_s为炮点坐标位置，为频率域的检波点鬼波波场，为频率域震源函数。

3)将正演波场P_F和逆推波场P_B应用互相关成像条件公式(3)进行成像，获得单炮宽频逆时偏移成像结果。

式中，P_F为正演波场，P_B为检波点逆推波场，偏移成像振幅，t是时间，x为空间坐标。

4)由于鬼波压制后，高频成分增加，对单炮宽频逆时偏移成像结果采用时间方向为四阶差分精度的伪谱法数值解法进行抗频，具体公式如下：

式中，F是傅里叶算子，F^-1是逆傅里叶算子，k_x、k_y和k_z分别是x、y和z三个方向的波数，p为波场值，c为介质速度，Δt为时间间隔，n为时间方向差分片。

6、对步骤5中产生的每个单炮集偏移结果分别进行拉普拉斯变换压制低频噪音，并根据每炮偏移结果的实际空间位置坐标，对所有的噪音压制后的单炮偏移结果进行叠加，获得最终的宽频成像结果。

7、将宽频成像结果数据利用专业图形显示软件，将其转换为地下反射构造剖面图，地震波反射波成像振幅对应地下地层构造形态(或岩性界面)，如图4、图5所示，其中，图4(a)为常规逆时偏移结果，图4(b)为本发明宽频逆时成像结果，对比可见本发明技术成像结果低频更加丰富，地层细节更多，说明本发明的成像方法能有效压制鬼波恢复成像的低频成分，有利于改善中深层复杂构造的成像效果。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案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 (6)

1.一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，其特征在于包括以下内容：

1)对地震记录进行叠前噪音压制处理，获得去噪后的叠前炮集地震记录；

2)将叠前炮集地震记录进行时间域速度分析，并进行深度域速度建模，得到深度域速度体；对叠前炮集地震记录进行数据解析，拆分为数据和道头两部分信息，并利用道头信息生成炮集数据索引文件；

3)根据炮集数据索引文件记录的数据索引关系，并行读取炮集数据，将读取的炮集数据作为宽频逆时偏移输入数据体，并将深度域速度体作为宽频逆时偏移输入参数，进行三维鬼波的自适应压制，完成单炮宽频逆时偏移成像得到单炮集偏移结果；

4)对每个单炮集偏移结果进行噪音压制处理，并根据每个单炮偏移结果的实际空间位置坐标，对所有噪音压制后的单炮偏移结果进行叠加，获得最终的宽频成像结果。

2.如权利要求1所述的一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，其特征在于，所述步骤2)得到深度域速度体的具体过程为：

首先，将得到的叠前炮集地震记录抽成共中心点道集数据，并对共中心点道集数据，利用时间域速度分析方法进行多轮速度分析迭代，得到时间域速度体；

然后，以时间域速度体为基础，采用深度建模方法进行多次迭代，得到深度域速度体。

3.如权利要求1所述的一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，其特征在于，数据索引文件用于记录每炮信息情况，包括每炮道数和采样点数。

4.如权利要求1或2或3所述的一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，其特征在于，所述步骤3)的具体计算过程为：

根据地震波传播理论，鬼波表达式为：

$G(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})=1-e^{-\frac{i\mathrm{\ω}}{f}};$

$f=\frac{v}{2zcos\left(\mathrm{\θ}\right)};$

式中，θ为鬼波初射角，ω为角频率，z为震源或检波点的沉放深度，v是海水速度，f是鬼波陷频点，将含鬼波新边值条件应用于逆时偏移波场延拓所用波动方程中，以实现成像过程中压制鬼波，具体形式如下：

a)实际检测点为某个高度，根据逆时偏移震源波场正演所用新的修改边值条件公式(1)，利用时间方向为四阶差分精度的伪谱法计算正演波场P_F：

$\left\{\begin{array}{c}\left(\frac{1}{v^2}\frac{{\∂}^2}{\∂t^2}-{\▿}^2\right)P_F(x;t;x_s)=0,\\ {\hat{P}}_F(x,y,z=0;\mathrm{\ω};x_s)=\mathrm{\δ}(x-x_s)\frac{\hat{f}\left(\mathrm{\ω}\right)}{i\mathrm{\ω}{\hat{G}}_s(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，P_F为正演波场，为P_F傅里叶到频率域波场，v是海水速度，t是时间，ω为角频率，x,y,z分别为空间坐标，x_s为炮点坐标位置，为频率域的震源点鬼波波场，为频率域震源函数，为空间导数算子；

b)实际检波点下沉一段距离，根据逆时偏移检波点波场逆推所用新的修改边值条件公式(2)，利用时间方向为四阶差分精度的伪谱法计算逆推波场P_B：

$\left\{\begin{array}{c}\left(\frac{1}{v^2}\frac{{\∂}^2}{\∂t^2}-{\▿}^2\right)P_B(x;t;x_s)=0,\\ {\hat{P}}_B(x,y,z=0;\mathrm{\ω};x_s)=\frac{\hat{d}(x,y;x_s)}{{\hat{G}}_r(\mathrm{\ω},\mathrm{\θ})}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，P_B为检波点逆推波场，为P_B傅里叶到频率域波场，v是海水速度，t是时间，ω为角频率，x,y,z分别为空间坐标，x_s为炮点坐标位置，为频率域的检波点鬼波波场，为频率域震源函数；

c)将正演波场P_F和逆推波场P_B应用互相关成像条件公式(3)进行成像，获得单炮宽频逆时偏移成像结果：

$R\left(x\right)=\∫{\stackrel{\→}{P}}_B(x,t){\stackrel{\→}{P}}_F(x,t)dt---\left(3\right)$

式中，P_F为正演波场，P_B为检波点逆推波场，偏移成像振幅，t是时间，x为空间坐标；

d)对单炮宽频逆时偏移成像结果采用时间方向为四阶差分精度的伪谱法数值解法进行抗频，具体公式如下：

$\frac{p^{n+1}-2p^n+p^{n-1}}{c^2{\mathrm{\Δt}}^2}=-\[F^{-1}(k_x^2+k_z^2+k_y^2)F\]p^n+\frac{{\mathrm{\Δt}}^2}{12c^2}{\[c^2{F}^{-1}(k_x^2+k_z^2+k_y^2)F\]}^2{p}^n---\left(4\right)$

式中，F是傅里叶算子，F^-1是逆傅里叶算子，k_x、k_y和k_z分别是x、y和z三个方向的波数，p为波场值，c为介质速度，Δt为时间间隔，n为时间方向差分片。

5.如权利要求1或2或3所述的一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，其特征在于，所述步骤5)采用拉普拉斯变换压制低频噪音。

6.如权利要求4所述的一种海上自适应压制鬼波的宽频逆时偏移成像方法，其特征在于，所述步骤5)采用拉普拉斯变换压制低频噪音。