CN112327362A - 速度域的海底多次波预测与追踪衰减方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种速度域的海底多次波预测与追踪衰减方法，属于地震资料处理与分析领域。本发明具体的实施过程主要分为以下四步：1)高分辨率速度域记录的创建；2)基于初始速度域记录预测海底多次波速度谱；3)双曲型多次波同相轴的追踪；4)利用FK扇形滤波的多次波同相轴衰减。与常规多次波压制方法相比，本方法不依赖多次波的周期，不须对输入的CMP道集进行动校正处理；其在时空域中进行多次波压制，不受截断效应的影响；同时可自由设定所截取记录的时窗长度，当时窗较小时能够衰减叠加速度与一次波较为接近的多次波，从而避免了对一次波的损伤；相较于自由界面多次波衰减方法，其可有效压制远偏移距道中的多次波，而且具有明显的效率优势。

Description

速度域的海底多次波预测与追踪衰减方法

技术领域

本发明涉及地震资料处理与分析领域，是一种应用于地震数据的速度域海底多次波预测与追踪衰减方法。

背景技术

目前，应用于油气勘探的地震勘探方法主要为反射波法，其通常认为一次反射是有效的，而直达波、浅层折射波和多次波等均为干扰波。对于直达波及浅层折射波等干扰，一般可直接在记录上予以切除，而多次波的识别与压制问题则是长期以来人们一直重点研究的热点问题之一。对于海上地震勘探来说，由于海面和海底一般均为强波阻抗界面，相应的地震记录中通常包含大量振幅较强的海底多次波。若不予以消除，其将严重影响地震成像的真实性与可靠性，进而误导后续的地震地质解释。

当前的多次波剔除方法主要有预测反褶积技术、基于视速度差异的多次波压制方法与基于波动理论的多次波压制方法等。预测反褶积具有高效率的优点，但多次波的周期呈时变、空变特征，因此无法给定准确的预测步长，从而导致多次波残余或损伤有效信号，而且其难以有效衰减长周期多次波。基于视速度差异的多次波压制方法在实际地震数据处理中得到了广泛应用，但由于近偏移距道中的时差较小，常导致强振幅多次波同相轴的严重残余，而且引入的动校正、反动校正等额外处理步骤往往会使处理结果中产生波形畸变。在基于波动理论的多次波压制方法中，自由界面多次波衰减方法(SRME)已成为地震数据处理的首选方法之一,但其难以有效压制远偏移距道中的多次波，而且运算量较大，这影响了SRME在实际生产中的应用效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种速度域的海底多次波预测与追踪衰减方法。其首先将炮集记录选排到CMP域，利用同相加权技术创建高分辨率的叠加速度谱；然后根据海底模型确定当前速度谱位置的海底深度与海水速度，于速度域预测得到仅包含海底多次波能量的叠加速度谱；最后基于同相轴追踪技术确定时空域中的多次波同相轴，通过记录重排的手段将多次波同相轴校正为水平，并应用视速度滤波方法予以压制。该方法实现的关键有两点：即海底多次波速度谱的预测和多次波同相轴的追踪，其通过前者保证追踪的均为多次波同相轴，而通过后者获得所追踪同相轴精确的旅行时信息。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

速度域的海底多次波预测与追踪衰减方法，所述方法的具体步骤如下：

1)高分辨率速度域记录的创建在海上地震勘探中，通过人工震源连续走航式的激发地震波，接收地震信号，获得包含多次波的系列炮记录；将炮集记录选排到CMP域，对获得的CMP记录d(x,t)作速度叠加变换，将得到横向坐标为叠加速度v、纵坐标为零偏移距时τ的初始速度域记录，其计算公式表示为

式中：x、t、v和τ分别为偏移距、旅行时、叠加速度和零偏移距时，x₁和x₂分别表示最小偏移距和最大偏移距，d和u分别表示偏移距域记录和初始速度域记录；

为使初始速度域记录u(v,τ)具有更高的分辨率，计算各速度值的同相加权因子w(v,τ)，即当地震记录中存在该速度的同相轴时此加权因子的值较大，否则较小或者为零

式中，l表示时窗长度；N_x为偏移距域记录的道数；x、t、v和τ分别为偏移距、旅行时、叠加速度和零偏移距时，x₁和x₂分别表示最小偏移距和最大偏移距，d表示偏移距域记录，C为保证分母不为零的常数，取平均振幅的0.01～0.001；

利用式(2)计算的同相加权因子w(v,τ)对初始速度域记录u(v,τ)进行同相加权，即可获得高分辨率的速度域记录s(v,τ)

s(v,τ)＝u(v,τ)w(v,τ) (3)

式中，v和τ分别为叠加速度和零偏移距时；

2)基于公式(3)获得的初始速度域记录预测海底多次波速度谱输入包含海底深度和海水速度的海底模型，根据当前速度域记录的空间位置确定海底深度z和海水速度v_w；若海底较为平坦，对于高分辨率速度域记录s(v,τ)中任意v、τ处的反射能量，其在水层中沿垂向再往返传播一次，将形成海底多次波的反射能量，因此求出相应海底多次波能量的速度参数v_m和τ_m，进而预测出仅包含海底多次波的速度域记录s_m(v_m,τ_m)，即

式中，m标志与多次波相关的数据或参量；v₁和v₂表示速度域记录的最小速度值和最大速度值；τ₁和τ₂表示速度域记录的最小零偏移距时和最大零偏移距时，τ₁通常为0；

对矩阵s_m取绝对值即可获得仅含有海底多次波能量的叠加速度谱E(v,τ)

E(v,τ)＝|s_m(v,τ)| (5)

式中，s_m为仅包含海底多次波的速度域记录，v和τ分别为叠加速度和零偏移距时；

3)基于公式(5)获得的仅含有海底多次波能量的叠加速度谱E(v,τ)进行双曲型同相轴的追踪对E(v,τ)进行适度平滑后，d(x,t)中叠加速度值v_i、零偏移距时τ_i的双曲线同相轴，将在速度谱E(v,τ)中形成以(v_i,τ_i)为中心极值的团状结构能量；应用等值线追踪方法求出各能量团的分布范围，并搜索出其极值点位置，则根据该点的坐标(v_i,τ_i)拟合出时空域中的相应同相轴，即其所经各道的旅行时

为

式中，i(i≥1)表示追踪同相轴的序号，n表示CMP记录d(x,t)中各道数据的道号，x_n表示第n道记录的偏移距，v_i和τ_i分别代表所追踪同相轴的叠加速度值和零偏移距时；

4)利用FK扇形滤波进行多次波同相轴衰减基于同相轴追踪过程确定出多个多次波同相轴，将其准确参数τ_i及v_i代入公式(6)计算所经地震道的旅行时

则通过FK扇形滤波法进行消除；针对每个同相轴的滤波过程为：①在各地震道中以

为中心截取给定的一个短时窗长度的记录段，使各记录段沿起点位置对齐，从而将目标同相轴校正为水平；②以截取的多道记录段作为输入，通过FK扇形滤波滤出已被校正为水平的同相轴；③将滤波后的记录反重排，并放回各地震道的原时窗位置。

本发明与现有技术相比的有益效果：

与常规多次波压制方法相比，本方法不依赖多次波的周期，不须对输入的CMP道集进行动校正处理；其在时空域中进行多次波压制，不受截断效应的影响；同时可自由设定所截取记录的时窗长度，当时窗较小时能够衰减叠加速度与一次波较为接近的多次波，从而避免了对一次波的损伤；相较于自由界面多次波衰减方法(SRME)，其可有效压制远偏移距道中的多次波，而且具有明显的效率优势。

附图说明

图1为速度域海底多次波预测与追踪衰减的流程；

图2为原始地震记录的CMP道集示例；

图3为基于图1创建的高分辨率速度域记录(左)与预测的海底多次波速度谱(右)；

图4为多次波同相轴追踪结果示例；

图5为衰减海底多次波后的CMP道集。

具体实施方式

本发明提出的速度域的海底多次波预测与追踪衰减方法，具体的实施过程主要分为以下四步：1)高分辨率速度域记录的创建；2)基于初始速度域记录预测海底多次波速度谱；3)双曲型多次波同相轴的追踪；4)利用FK扇形滤波的多次波同相轴衰减。

实施例1

A海域为硬海底区域，海底较为平坦，水深在100米～110米间平缓变化。通过船尾拖曳的空气枪或电火花震源连续走航式的激发地震波，利用多道水听器或检波器接收地震信号。所选测线X₁长约37.5千米，采用324道接收，炮间隔和道间隔分别为50米和12.5米，最小偏移距为150米,数据的采样间隔与记录长度分别为0.004秒与4秒。由于海面和海底均为强波阻抗界面，相应的地震记录中存在大量振幅较强的海底多次波，这严重影响了地下构造的成像质量，进而会误导后续的地质解释分析。

以下结合附图详细阐述本发明的具体实施过程，方法流程如图1所示：

1)高分辨率速度域记录的创建。将炮集记录选排到CMP域，得到如图2所示的CMP记录d(x,t)，令零偏移距时τ在0秒至4秒间变化(间隔为0.004秒)，而叠加速度v的变化范围和间隔分别为1000米/秒～4000米/秒与25米/秒，对其作同相加权的速度叠加变换，得到横向坐标为叠加速度v、纵坐标为零炮检距时τ的初始速度域记录，其计算公式表示为

式中：x、t、v和τ分别为偏移距、旅行时、叠加速度和零偏移距时，d和u分别为代表偏移距域记录和初始速度域记录的二维矩阵；

为使初始速度域记录u(v,τ)具有更高的分辨率，计算各速度值的同相加权因子w(v,τ)，即当地震记录中存在该速度的同相轴时此加权因子的值较大，否则较小或者为零

式中，l表示时窗长度，N_x为偏移距域记录的道数(即输入数据的道数324)，x、t、v和τ分别为偏移距、旅行时、叠加速度和零偏移距时，d表示偏移距域记录，C为保证分母不为零的常数，取平均振幅的0.01～0.001，经试验分析令l＝0.02秒、C＝0.01；

利用式(2)计算的同相加权因子w(v,τ)对初始速度域记录u(v,τ)进行同相加权，即可获得如图3(左)所示的高分辨率速度域记录s(v,τ)

s(v,τ)＝u(v,τ)w(v,τ) (3)

式中，v和τ分别为叠加速度和零偏移距时；

2)基于公式(3)获得的初始速度域记录预测海底多次波速度谱。所选测线水深在100米～110米间平缓变化，根据图2所示CMP在测线中的位置确定出海底深度z为108米，设海水速度v_w为1500米/秒；输入图3(左)所示的高分辨率速度域记录，利用公式(4)预测出仅包含海底多次波能量的速度域记录，其计算公式表示为

式中，v_m和τ_m为相应海底多次波能量的速度参数，v_m的取值范围与间隔分别为1000米/秒～4000米/秒、25米/秒，τ_m在0秒至4秒间变化(间隔为0.004秒)；

对矩阵s_m取绝对值即可获得仅含有海底多次波能量的叠加速度谱E(v,τ)

E(v,τ)＝|s_m(v,τ)| (5)

3)双曲型同相轴的追踪。对于图3(右)所示仅含有海底多次波能量的叠加速度谱E(v,τ)，应用等值线追踪方法求出各能量团的分布范围(见图4(左))，并搜索出其极值点位置，则可根据各点的坐标拟合出时空域中的相应同相轴，即图4(右)所示CMP记录中各曲线指示的位置，其计算公式表示为

式中，i(i≥1)表示所追踪同相轴的序号，n表示CMP记录中各道数据的道号，x_n为该道数据的偏移距，v_i和τ_i分别代表所追踪同相轴的叠加速度值和零偏移距时；

4)利用FK扇形滤波的多次波同相轴衰减。对于图4(右)所示CMP记录中每一条曲线代表的同相轴，以曲线的旅行时

为中心，在各道中截取给定长度为0.06秒的记录段，使各记录段沿起点位置对齐，从而将目标同相轴校正为水平；以截取的多道记录段作为输入，利用FK扇形滤波法消除已被校正为水平的同相轴；将滤波后的记录反重排，并放回各地震道的原时窗位置。

最终的多次波衰减结果见图5，通过对比可知，图2中的海底多次波得到了较好压制，数据的信噪比显著提升，从而为后续的速度分析与偏移成像奠定了良好基础。

Claims (1)

1.一种速度域的海底多次波预测与追踪衰减方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：

1)高分辨率速度域记录的创建在海上地震勘探中，通过人工震源连续走航式的激发地震波，接收地震信号，获得包含多次波的系列炮记录；将炮集记录选排到CMP域，对获得的CMP记录d(x,t)作速度叠加变换，将得到横向坐标为叠加速度v、纵坐标为零偏移距时τ的初始速度域记录，其计算公式表示为

式中：x、t、v和τ分别为偏移距、旅行时、叠加速度和零偏移距时，x₁和x₂分别表示最小偏移距和最大偏移距，d和u分别表示偏移距域记录和初始速度域记录；

为使初始速度域记录u(v,τ)具有更高的分辨率，计算各速度值的同相加权因子w(v,τ)，即当地震记录中存在该速度的同相轴时此加权因子的值较大，否则较小或者为零

式中，l表示时窗长度；N_x为偏移距域记录的道数；x、t、v和τ分别为偏移距、旅行时、叠加速度和零偏移距时，x₁和x₂分别表示最小偏移距和最大偏移距，d表示偏移距域记录，C为保证分母不为零的常数，取平均振幅的0.01～0.001；

利用式(2)计算的同相加权因子w(v,τ)对初始速度域记录u(v,τ)进行同相加权，即获得高分辨率的速度域记录s(v,τ)

s(v,τ)＝u(v,τ)w(v,τ) (3)

式中，v和τ分别为叠加速度和零偏移距时；

2)基于公式(3)获得的初始速度域记录预测海底多次波速度谱输入包含海底深度和海水速度的海底模型，根据当前速度域记录的空间位置确定海底深度z和海水速度v_w；若海底较为平坦，对于高分辨率速度域记录s(v,τ)中任意v、τ处的反射能量，其在水层中沿垂向再往返传播一次，将形成海底多次波的反射能量，因此求出相应海底多次波能量的速度参数v_m和τ_m，进而预测出仅包含海底多次波的速度域记录s_m(v_m,τ_m)，即

式中，m标志与多次波相关的数据或参量；v₁和v₂表示速度域记录的最小速度值和最大速度值；τ₁和τ₂表示速度域记录的最小零偏移距时和最大零偏移距时，τ₁通常为0；

对矩阵s_m取绝对值即获得仅含有海底多次波能量的叠加速度谱E(v,τ)

E(v,τ)＝|s_m(v,τ)| (5)

式中，s_m为仅包含海底多次波的速度域记录，v和τ分别为叠加速度和零偏移距时；

3)基于公式(5)获得的仅含有海底多次波能量的叠加速度谱E(v,τ)进行双曲型同相轴的追踪对E(v,τ)进行适度平滑后，d(x,t)中叠加速度值v_i、零偏移距时τ_i的双曲线同相轴，将在速度谱E(v,τ)中形成以(v_i,τ_i)为中心极值的团状结构能量；应用等值线追踪方法求出各能量团的分布范围，并搜索出其极值点位置，则根据该点的坐标(v_i,τ_i)拟合出时空域中的相应同相轴，即其所经各道的旅行时

为

式中，i表示追踪同相轴的序号，其中i≥1，n表示CMP记录d(x,t)中各道数据的道号，x_n表示第n道记录的偏移距，v_i和τ_i分别代表所追踪同相轴的叠加速度值和零偏移距时；

4)利用FK扇形滤波进行多次波同相轴衰减基于同相轴追踪过程确定出多个多次波同相轴，将其准确参数τ_i及v_i代入公式(6)计算所经地震道的旅行时

则通过FK扇形滤波法进行消除；针对每个同相轴的滤波过程为：①在各地震道中以

为中心截取给定的一个短时窗长度的记录段，使各记录段沿起点位置对齐，从而将目标同相轴校正为水平；②以截取的多道记录段作为输入，通过FK扇形滤波滤出已被校正为水平的同相轴；③将滤波后的记录反重排，并放回各地震道的原时窗位置。

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