CN108983284A - 一种适用于海上斜缆数据的f-p域鬼波压制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于海上斜缆数据的f‑p域鬼波压制方法，属于海洋勘探技术领域，作为一种端到端的处理方法，输入为斜缆地震数据，输出即为鬼波压制后的地震数据。通过对传统的线性Radon变换改进得到适用于斜缆地震数据的线性Radon变换算子，随后基于改进的Radon变换算子将地震波分解为不同入射方向的平面波，从平面波角度给出了一次波与鬼波的时差，以该时差公式为基础在f‑p域建立了一次波、虚反射与总波场的关系式，鬼波压制问题也就转换为求解线性方程组的问题。本发明不再需要对鬼波进行预测和匹配相减，简化了鬼波压制的处理流程，提高了处理效率；由于不受中间环节的影响，得到处理结果的信噪比更高。

Description

一种适用于海上斜缆数据的f-p域鬼波压制方法

技术领域

本发明属于海洋勘探技术领域，具体涉及一种适用于海上斜缆数据的f-p域鬼波压制方法。

背景技术

海上地震勘探相对陆地勘探而言是一种比较灵活的地震勘探作业方式，一般为了避免噪声的干扰，需要将震源和检波器沉放到一定深度进行激发和接收，从而获得高信噪比地震资料。但由于海水和空气的分界面是一个强波阻抗界面(接近自由表面)，一次波在传播到海面时会被反射继续向下传播，并被检波器接收，进而形成鬼波(一般也称之为检波器虚反射)。其与一次波波形一致极性相反，并紧跟在一次波后面难以区分，因此在实际地震资料中很难直接分离一次波和鬼波。鬼波的存在对于后续的资料处理有非常大的影响，一方面，由于在某些频率处一次波和虚反射会相互抵消，地震资料会缺失某些频率成分，即存在陷频点；另一方面，还会导致最终的叠加或偏移剖面中存在较多虚假的同相轴，难以甄别，严重影响地震资料的解释。

如何压制海上地震资料中的鬼波一直是海上地震资料处理中的关键问题，国内外专家学者做了大量研究工作并取得一定进展。近年来，海上宽频地震勘探技术发展迅速，相继出现了斜缆采集技术、双检采集技术、上下双缆采集技术以及四分量采集技术。而斜缆采集技术作为海上宽频地震勘探中的一项重要技术，应用最为广泛，通常采用如图1所示的拖缆进行地震数据采集，其缆型是倾斜的，并且检波器的深度随着炮检距的增大而增大，正是这种独特的缆型使得斜缆相对传统拖缆具有显著优势，一方面能够采集到更为丰富的地震波场，因为不同深度检波器所采集的地震波场具有不同的频率成分，最终能够相互叠加和补偿；另一方面，由于引入多样化的鬼波，也有利于后续的鬼波压制。

早在1982年，Ray就在专利中提出了斜缆采集技术，但由于没有相应的处理技术，斜缆采集技术一直没有得到实际应用；直到2010年，Soubaras通过将叠后的常规成像数据和镜像成像数据进行联合反褶积成功压制了鬼波，正是该方法的提出才使得斜缆采集技术被广泛应用。随后，Soubaras进一步发展了该方法，基于常规成像和镜像成像后的共成像点道集进行多道联合反褶积，在压制鬼波的同时还具有很好的保幅性；在此基础上，众多专家学者对斜缆数据鬼波压制问题进行了研究，目前对于鬼波的压制主要以下两类方法，第一类以宽频采集技术为主体，所提出的虚反射压制算法都是针对特定的宽频采集系统，斜缆采集系统中最具代表性的就是基于Radon变换正反演的鬼波压制方法；第二类方法是预测相减法，该类方法以地震波波动理论为基础，通过波动方程精确模拟实际的地震波场，或者通过反演的手段来预测虚反射，常见的方法有基于格林函数理论的虚反射压制方法和基于逆散射级数的虚反射压制方法。

尽管传统的鬼波压制方法已经取得一定效果，但其计算效率和处理结果的信噪比仍然是实际应用的关键问题。对于实际生产中的海洋地震勘探来说，如何寻求一种有效的鬼波压制方法非常重要，一方面在计算效率上能满足实际生产的要求，另一方面能提供高信噪比的处理结果。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种适用于海上斜缆数据的f-p域鬼波压制方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于斜缆数据鬼波压制的方法，包括如下步骤：

步骤1：分别对线性Radon变换算子进行时间校正和炮检距校正，包括如下步骤：

步骤1.1：将一次波、虚反射沿着传播路径分别延拓至海平面，等效于将检波器置于海平面来接收地震波场，延拓的时差表示如下：

其中：

Z_i为第i个检波点的深度；

v_w为海水速度；

Δh_i,j为海平面延拓接收点到实际接收点的水平距离，并表示如下：

Δh_i,j＝Z_i tanθ (2)；

sinθ＝v_wp_j (3)；

其中：

θ为地震波入射方向或反射方向与垂直方向的夹角；

p_j为射线参数；

步骤1.2：计算海面延拓点的炮检距x_i+Δh_i,j，并替换线性Radon变换算子中的炮检距x_i，校正之后表示如下：

τ_pr＝(x_i+Δh_i,j)p_j-Δτ_pi (4)；

将τ_pr代入到Radon变换算子中，得到适用于斜缆数据的线性Radon变换算子，表示如下：

L_u＝exp(-iωτ_pr) (5)；

步骤2：构建海水中一次波和相应的海平面鬼波之间关系的平面波模型；

步骤3：基于步骤2建立的平面波模型，建立斜缆观测系统下一次波与鬼波的时差公式，其是与入射角度、海水速度以及检波器深度相关的，表示如下：

其中，z为接收点相对海平面的深度，Δτ为鬼波比一次波晚到达接收点的时间；

步骤4：基于步骤1构建的线性Radon变换算子和步骤3构建的时差关系，在f-p域建立一次波、虚反射与全波场的关系式，进而构建待求解的线性方程组：

P+G＝S (7)；

其中：

P为一次波波场；

G为鬼波波场；

S为全波场；

通过步骤3构建的一次波与鬼波的时差关系，得到P与G的关系如下：

G＝Re^-iωΔτP (8)；

由于Δτ是与角度相关的，因此必须在f-p域才能对其进行表征，通过步骤1构建的线性 Radon算子将(7)式映射到f-p域，进而得到最终的求解形式：

L_uP+RL_ue^-iωΔτP＝L_uS (9)；

其中：

R为海面反射系数；

L_u为改进之后的线性Radon变换算子；

通过求解式(9)得到最终的P，即得到只包含一次波数据的地震数据。

优选地，在步骤4中，具体包括如下步骤：

步骤4.1：输入地震数据S，并进行直达波切除及相关预处理；

步骤4.2：对地震数据S进行Fourier变换得到频率域地震数据；

步骤4.3：依次对每个频率的地震数据S_i和一次波数据P_i在f-p域建立线性方程组；

步骤4.4：运用共轭梯度法求解步骤3中的线性方程组，得到一次波数据P；

步骤4.5：Fourier反变换得到t-x域虚反射压制后的数据；

步骤4.6：输出结果。

本发明所带来的有益技术效果：

通过构建海水中一次波和相应的鬼波之间的平面波模型；建立一次波与鬼波的时差关系 (该时差关系与电缆深度、海水中声波速度以及地震波入射角度相关)；构建一次波、鬼波与全波场的关系式；将鬼波压制问题转换为求解线性方程组的问题，通过常用的优化算法(例如：共轭梯度法，高斯消元法以及LU分解法)即可得到较理想的结果。

上述技术方案中作为一种端到端的处理方法，没有中间处理环节，输入为斜缆地震数据，输出即为鬼波压制后的地震数据，相对传统的基于Radon变换正反演方法以及预测相减的方法，处理方式灵活高效，处理结果信噪比高；另外，本发明中算子的构建只依赖于斜缆观测系统参数，与地震数据无关，对于相同观测系统下采集到的地震数据具有通用性，后期通过只需构建一次算子即可将之用于所有炮的数据，能够大大提高实际地震资料处理的效率。

本发明相对于现有技术，具有处理效率高，省时、省力、省费用等有益效果。

附图说明

图1为斜缆观测系统下一次波，虚反射的传播示意图；

图2为一次波和相应的鬼波之间关系的平面波模型示意图；

图3为工区模型及斜缆观测系统示意图；

图4为图3速度模型正演得到的斜缆地震记录示意图；

图5为本发明处理后得到的地震记录示意图，其中，P1、P2为一次反射波，P11、P22为一阶多次波；

图6为本发明和传统鬼波压制算法的效果对比图，其中，左图为原始记录，中图为基于Radon变换正反演的虚反射压制算法处理结果，右图为本发明的处理结果；

图7为待频谱分析的原始斜缆地震记录示意图，其中1、2区域为待频谱分析的区域；

图8为图7中1区域的频谱分析结果示意图；

图9为图7中2区域的频谱分析结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为斜缆观测系统下一次波，虚反射的传播示意图。

如图1所示，一次波被检波器接收的时间相对海平面上接收的时间提前了Δτ_p，Δτ_p可以通过一次波的入射角θ，检波器深度Z_n以及海水速度来表示。利用Δτ_p可以将平面一次波沿传播方向延拓至海平面假想接收点，以海面假想接收点的炮检距作为新的炮检距，并将Δτ_p和新的炮检距作为校正项代入到传统的线性Radon变换算子中，进而得到适用于斜缆的线性 Radon变换算子。

图2为海水中一次波和相应的鬼波之间关系的平面波模型示意图。

图1中来自某个方向的一次平面波(简称一次波)，以θ角入射到海平面，并被海平面反射形成鬼波，可以将这个过程等效为图2中所示，鬼波从海平面向下传播到达接收点的射线长度与鬼波从海平面向上到镜像点的射线长度是相等的，一次波先到达接收点，然后对应的虚反射到达接收点，鬼波到达接收点的时间等同于一次波继续传播到达镜像点的时间，根据如图2所示的海水中一次波和相应的鬼波之间关系的平面波模型，建立一次波与鬼波的时差关系为：

式(6)中，z为接收点相对海平面的深度，θ为平面波与竖直方向的夹角，v_w为海水速度，Δτ为鬼波比一次波晚到达接收点的时间。

如图3所示，模型大小为3000m*5000m，正演的网格为2.5m，海底位于1300m处，第二个岩层界面位于2300m处，速度分别为1500m/s(对应海水层)，2000m/s，3000m/s；所设计的观测系统中，震源位于模型工区横向50m处，深度为5m；最小炮检距为200m，道间距为12.5m，240道接收；缆深从6m逐渐增加到52m；最大接收时间为6s，采样率为2ms。

图4为基于图3模型正演得到的原始记录示意图，并切除了直达波。可以看出，海底一次反射波出现在1.8s处，第二个地层界面的反射波出现在2.6s处，其余均为多次波；紧接在反射波后面的还有一个与反射波波形一致但极性相反的“尾巴”，这个“尾巴”就是鬼波；值得注意的是，全程多次波也存在虚反射。图5为本发明进行鬼波压制之后的记录示意图，对比图4与图5可以发现，一次波与多次波后面的“尾巴”都消失了，也就是鬼波得到了很好的压制，一次波得到很好的保留。

下面结合实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例1：

(1)选取海上某工区的实际地震资料，该工区采用斜缆观测系统进行数据采集，检波器沉放深度从5m逐渐变化到50m。单炮记录共480道，道间距为12.5m，采样点为3500，采样间隔为2ms，单炮记录如图6所示；

(2)初始化的Radon域P值为0-0.0006，步长为0.000001，海水速度为1500m/s，算子构建所需要的其他观测系统参数可直接从地震资料道头读取；

(3)基于步骤(2)的参数，构建适用于斜缆的线性Radon变换算子L_u；

(4)基于步骤(2)的参数，构建斜缆观测下鬼波与一次波的时差算子e^-iωΔτ；

(5)基于步骤(3)、(4)中所构建的算子，建立一次波与全波场的关系式；

(6)通过共轭梯度法求得(5)中线性方程组的最小二乘解，并通过设置阻尼因子系数为0.05来保证求解的稳定性。

分别利用现有技术和本发明对该实际资料进行处理。图6中单炮记录从左至右依次为原始单炮记录、现有技术处理后的结果、本发明处理后的记录，通过对比可以发现：两种算法均能够有效地压制斜缆地震资料中的鬼波，但现有技术处理结果包含较多噪音，分布在整个记录当中，严重影响了地震资料的信噪比，而本发明处理结果的信噪比有明显提高。另外，在相同处理参数的情况下，本发明的处理效率更高，相对现有技术计算效率提高近10倍。对图7中的区域进行频谱分析，图8为1区域对应的频谱，图9为2区域对应的频谱，通过对比分析虚反射压制前后记录的频谱可以发现：压制鬼波之后整个地震记录的频带得到拓宽，并且其中的陷频点特得到很好的补偿。

表明：本发明的鬼波压制方法，相对现有技术更加适合在实际生产中应用。从而，更加方便快捷，既省时省力，又可大幅提高处理结果的信噪比。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于斜缆数据鬼波压制的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：分别对线性Radon变换算子进行时间校正和炮检距校正，包括如下步骤：

步骤1.1：将一次波、虚反射沿着传播路径分别延拓至海平面，等效于将检波器置于海平面来接收地震波场，延拓的时差表示如下：

其中：

Z_i为第i个检波点的深度；

v_w为海水速度；

Δh_i,j为海平面延拓接收点到实际接收点的水平距离，并表示如下：

Δh_i,j＝Z_i tanθ (2)；

sinθ＝v_wp_j (3)；

其中：

θ为地震波入射方向或反射方向与垂直方向的夹角；

p_j为射线参数；

步骤1.2：计算海面延拓点的炮检距x_i+Δh_i,j，并替换线性Radon变换算子中的炮检距x_i，校正之后表示如下：

τ_pr＝(x_i+Δh_i,j)p_j-Δτ_pi (4)；

将τ_pr代入到Radon变换算子中，得到适用于斜缆数据的线性Radon变换算子，表示如下：

L_u＝exp(-iωτ_pr) (5)；

步骤2：构建海水中一次波和相应的海平面鬼波之间关系的平面波模型；

步骤3：基于步骤2建立的平面波模型，建立斜缆观测系统下一次波与鬼波的时差公式，其是与入射角度、海水速度以及检波器深度相关的，表示如下：

其中，z为接收点相对海平面的深度，Δτ为鬼波比一次波晚到达接收点的时间；

步骤4：基于步骤1构建的线性Radon变换算子和步骤3构建的时差关系，在f-p域建立一次波、虚反射与全波场的关系式，进而构建待求解的线性方程组：

P+G＝S (7)；

其中：

P为一次波波场；

G为鬼波波场；

S为全波场；

通过步骤3构建的一次波与鬼波的时差关系，得到P与G的关系如下：

G＝Re^-iωΔτP (8)；

由于Δτ是与角度相关的，因此必须在f-p域才能对其进行表征，通过步骤1构建的线性Radon算子将(7)式映射到f-p域，进而得到最终的求解形式：

L_uP+RL_ue^-iωΔτP＝L_uS (9)；

其中：

R为海面反射系数；

L_u为改进之后的线性Radon变换算子；

通过求解式(9)得到最终的P，即得到只包含一次波数据的地震数据。

2.根据权利要求1所述的斜缆数据鬼波压制方法，其特征在于：在步骤4中，具体包括如下步骤：

步骤4.1：输入地震数据S，并进行直达波切除及相关预处理；

步骤4.2：对地震数据S进行Fourier变换得到频率域地震数据；

步骤4.3：依次对每个频率的地震数据S_i和一次波数据P_i在f-p域建立线性方程组；

步骤4.4：运用共轭梯度法求解步骤3中的线性方程组，得到一次波数据P；

步骤4.5：Fourier反变换得到t-x域虚反射压制后的数据；

步骤4.6：输出结果。