CN115113277A - 时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法 - Google Patents

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顾元
边冬辉
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Abstract

本发明涉及一种时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法，步骤如下：根据采集到的数据，计算直达波与震源鬼波的到达时差；对直达波进行时移，时移量为邻道直达波与震源鬼波的到达时差；将时移后的海洋地震直达波在时间域与邻道相加，组合出新的偏移距海洋地震直达波；累加计算求得远场子波，对剩余道海洋地震直达波重复时移和相加，直到组合出新偏移距海洋地震直达波时差满足零偏移距时的时差条件时，即获得远场子波；该方法通过在时间域对不同偏移距带震源鬼波的直达波进行时移叠加的方式求远场震源子波，整个过程不涉及滤波因子计算，简便稳定。

Description

时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法
技术领域
本发明涉及海洋地质监测领域，具体涉及一种时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法。
背景技术
地震震源子波通常又称“远场子波”，是地震数据信号处理的基本输入。如果有了精确的子波，很多信号处理目标就很容易实现。但震源子波通常很难精确得到，所以如何提取远场子波，并提高其估计精度成为地震信号处理的重要问题。
在海洋地震勘探中，直达波是地震震源激发后由震源直接传播到接收电缆被记录的波形，不携带地下地层界面的信息。直达波因传播路径最短，在海洋深反射勘探中，多数地震道上常作为初至波最早出现，不受反射波、折射波、面波等后续其它波的干扰，相对容易识别，可作为提取远场子波的重要信息。
海洋地震勘探中的直达波还叠加了震源鬼波。海洋地震勘探与陆地地震勘探不同，其震源和接收电缆均在水面以下一定深度沉放。地震波激发后，除震源出发直接传播到接收电缆上水听器处的直达波外，还有震源出发先向上传播在水面反射后再传播到水听器上的波，即伴随直达波出现的“震源鬼波”。
震源和接收电缆的沉放深度相对于地震波的总传播路径较小，因此震源鬼波的到达时间与直达波的到达时间非常接近。震源鬼波有在水面反射的过程，而水面处地震波的反射系数通常为-1，因此震源鬼波在地震道上的特征通常为在直达波之后较小的时间间隔以符号相反的起跳方向出现。不同偏移距(震源与水听器的水平间距)道上的直达波和震源鬼波到达时差不同，通常在时间域难以区分。
目前获得远场子波主要的方法有：一是现场直接观测；二是利用理论模拟；三是从反射地震数据本身提取。这些方法都存在不足之处：地震数据采集受现场环境、仪器装备等因素影响，从现场直接观测震源子波十分困难；理论模拟子波的方法受理论模型、震源类型及环境参数等因素限制，模拟子波与实际子波存在差异；反射地震数据中包含地层信息，影响远场子波提取结果。
2019年李福元等在石油地球物理勘探期刊发表了一篇文章“从海洋地震资料直达波提取震源子波”基于直达波不含地下地层信息的优势，发展了利用地震数据中的直达波提取远场子波的方法，得到直达波与震源信号之间的关系式，推导出了频率域利用直达波计算震源信号远场子波的解析式。但该方法理论基础复杂，需要考虑震源和接收系统组合效应，求子波需要解方程组，在编制程序时算法较复杂不易实现。故目前尚未有从直达波提取远场子波的简便方法。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法，该方法通过在时间域对不同偏移距带震源鬼波的直达波进行时移叠加的方式求远场震源子波。
本发明解决技术问题所采用的方案是，一种时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法，包括以下步骤：
S1：根据采集到的数据，取至少两个检波点，以偏移距最小的检测点为起始点，按偏移距依次递增的顺序，将各个检波点采集到的数据从第一道开始逐个编号；每个检测波点采集记录一道直达波数据与一道震源鬼波数据；
S2：根据采集到的数据，取偏移距为0处的直达波与震源鬼波数据，计算零偏移距到达时差Δt0；计算同一检测波点检测到的直达波与震源鬼波的到达时差，Δtn表示第n道的时差，其中n为不小于1的整数；
S3：累加计算远场子波；
从第一道直达波开始，将第二道直达波时移Δt1，形成第一道时移直达波，将第一道直达波与第一道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第一道组合直达波，该组合直达波对应的时差为Δt′1＝Δt2+Δt1；将第三道直达波时移Δt'1，形成第二道时移直达波，将第一道组合直达波与第二道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第二道组合直达波，该组合直达波对应的时差为Δt'2＝Δt3+Δt′1；
依此类推，第n道组合直达波对应的直达波与鬼波的时差为Δt'n＝Δtn+1+Δt'n-1，其中，Δt'0取为Δt1；
每累加形成一道新的组合直达波后，将该道组合直达波对应的时差与零偏移距处直达波与震源鬼波的到达时差进行比对：
如第n-1道组合直达波与第n道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第n道组合直达波后，满足Δt'n≈Δt0，则视为获得远场子波。
进一步的，在步骤S1之前，需设定用于模拟海洋地震勘探中的观测系统参数，参数包括震源沉放深度ds，检波点沉放深度dg，偏移距x，水中声波速度v，水面反射系数r；
直达波由震源激发后直接传播到检波点的信号的到达时间为
Figure BDA0003698932220000031
震源鬼波由震源激发后通过水面反射后传播到检波点的信号的到达时间为
Figure BDA0003698932220000032
直达波与震源鬼波的到达时差为
Δt＝t'-t。
一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：零偏移距(或近偏移距)远场子波可以看作由一系列不同偏移距的直达波组合而成，可以通过在时间域对不同偏移距带震源鬼波的直达波进行时移叠加的方式求远场震源子波，整个过程不涉及滤波因子计算，简便稳定。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为两道非零偏移距直达波求新偏移距直达波的方法示意图；其中，(a) 为直达波与震源鬼波时差为Δt1时的反射系数序列h1(t)、合成地震记录x1(t)；(b) 为直达波与震源鬼波时差为Δt2并时移Δt1后的反射系数序列h2(t)、合成地震记录 x2(t)；(c)中h3(t)为h1(t)与h2(t)相加的结果、x3(t)为x1(t)与x2(t)相加的结果；(d)为直达波与震源鬼波时差为Δt1+Δt2时的反射系数序列h(t)、合成地震记录x(t))。
图2为时间域利用海洋地震直达波求远场子波流程图。
图3为直达波和震源鬼波传播路径示意图。
图4为合成的不同偏移距海洋地震直达波记录。
图5为对直达波进行时移累加的结果。
图6为海洋地震直达波时移累加后的振幅谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
实施例1提供一种间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法。
本方法的原理如图1所示，海洋地震直达波记录中包含震源鬼波与直达波，两者的时间差以下简称为“时差”，水面反射系数近似为-1，此处取为-1。
设偏移距offset1的海洋地震直达波的时差为Δt1(如图1a所示)，其反射系数序列记为h1(t)、与子波w(t)褶积的直达波合成记录为x1(t)；
同理，设偏移距为offset2的海洋地震直达波的时差为Δt2，将其反射系数序列时移Δt1后记为h2(t)，与子波w(t)褶积的直达波合成记录为x2(t)(如图1b所示)；
将图1a与图1b的反射系数序列、合成记录分别在时间域相加，可得时差为Δt1+Δt2的直达波反射系数序列h3(t)、合成记录x3(t)(如图1c)；
直接将时差为Δt1+Δt2的的反射系数序列h(t)与地震子波w(t)褶褶积得到的合成记录为x(t)，对比发现合成记录x3(t)与x(t)基本一致。
由此可见：
第一，任意两道非零偏移距海洋地震直达波，其中一道的时差为Δt，另一道时移Δt后，在时间域将两道海洋地震直达波相加，可以组合成偏移距更小的海洋地震直达波。
第二，零偏移距(或近偏移距)直达波可视为远场子波，可以由一系列不同偏移距的直达波按照上述方式组合而成。
本方法的计算步骤如图2所示，其包括以下步骤：
一种时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法，包括以下步骤：
S1：根据采集到的数据，取至少两个检波点，以偏移距最小的检测点为起始点，按偏移距依次递增的顺序，将各个检波点采集到的数据从第一道开始逐个编号；每个检测波点采集记录一道直达波数据与一道震源鬼波数据；
S2：根据采集到的数据，取偏移距为0处的直达波与震源鬼波数据，计算零偏移距到达时差Δt0；计算同一检测波点检测到的直达波与震源鬼波的到达时差，Δtn表示第n道的时差，其中n为不小于1的整数；
S3：累加计算远场子波；
从第一道直达波开始，将第二道直达波时移Δt1，形成第一道时移直达波，将第一道直达波与第一道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第一道组合直达波，该组合直达波对应的时差为Δt′1＝Δt2+Δt1；将第三道直达波时移Δt′1，形成第二道时移直达波，将第一道组合直达波与第二道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第二道组合直达波，该组合直达波对应的时差为Δt'2＝Δt3+Δt′1；
依此类推，第n道组合直达波对应的直达波与鬼波的时差为Δt'n＝Δtn+1+Δt'n-1，其中，Δt'0取为Δt1；
每累加形成一道新的组合直达波后，将该道组合直达波对应的时差与零偏移距处直达波与震源鬼波的到达时差进行比对：
如第n-1道组合直达波与第n道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第n道组合直达波后，满足Δt'n≈Δt0，则视为获得远场子波。
在步骤S1之前，需设定用于模拟海洋地震勘探中的观测系统参数，如图3 所示，震源能量在水面的反射波被称为震源鬼波，可以看作是从虚震源(即震源点关于水面的镜像点)发出的直达波，参数包括震源沉放深度ds，检波点沉放深度dg，偏移距x，水中声波速度v，水面反射系数r；
直达波由震源激发后直接传播到检波点的信号的到达时间为
Figure BDA0003698932220000051
震源鬼波由震源激发后通过水面反射后传播到检波点的信号的到达时间为
Figure BDA0003698932220000052
直达波与震源鬼波的到达时差为
Δt＝t'-t。
上式中，偏移距x越小，时差Δt越大；假设有n个(其中n为不小于2的整数)偏移距，分别记为offset0、offset1、offset2、…、offsetn；由上式计算所有偏移距(包括零偏移距)海洋地震直达波的时差记为Δt0、Δt1、Δt2、…、Δtn；
实施例2：
为进一步验证本方法的有效性，从实际海洋地震数据中获取一组偏移距(偏移距为175-338m，检波点间距12-13m)，并计算各地震道的时差。
选用主频为35Hz的雷克子波，合成了不同偏移距海洋地震直达波记录(如图4所示)，其中零偏移距海洋地震直达波(图4第15道)作为理想的远场震源子波用于对比参考。
然后对合成的海洋地震直达波进行时移叠加，组合出新偏移距海洋地震直达波。
如图4所示，从第一道海洋地震直达波(图4中的第一道)开始，将图4 中的第二道海洋地震直达波进行时移，时移量为第一道的时差。将第一道与时移后的第二道在时间域相加，组合成新偏移距直达波，其结果为图5中的第二道地震记录。
在此基础上，继续将图4中的第三道海洋地震直达波进行时移，时移量为图 5中第二道的时差，将时移后的第三道与图5中的第二道在时间域相加，其结果为图5中的第三道海洋地震直达波。
依此类推，进行累加计算远场子波，直到将全部14道地震记录时移叠加完后，将最终组合成的远场震源子波(图5第14道)与合成的远场震源子波(图 5第15道)对比，二者的差值(图5第16道)接近于零，波形一致。
最后计算图4中各道的振幅谱(如图6)，从频率域继续考察二者的一致性。
从图中可以看出，每次时移叠加后的振幅增大，主频向低频移动。最终叠加的远场震源子波(图6第14道)与合成的远场震源子波振幅谱(图6第15道) 一致，二者的差值(图6第16道)接近于零。
实施例3：
实施例3提供一种终端，该终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点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较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据采集到的数据，取至少两个检波点，以偏移距最小的检测点为起始点，按偏移距依次递增的顺序，将各个检波点采集到的数据从第一道开始逐个编号；每个检测波点采集记录一道直达波数据与一道震源鬼波数据；
S2：根据采集到的数据，取偏移距为0处的直达波与震源鬼波数据，计算零偏移距时直达波与震源鬼的到达时差Δt0；计算同一检测波点检测到的直达波与震源鬼波的到达时差，Δtn表示第n道的时差，其中n为不小于1的整数；
S3：累加计算远场子波；
从第一道直达波开始，将第二道直达波时移Δt1，形成第一道时移直达波，将第一道直达波与第一道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第一道组合直达波，该组合直达波对应的时差为Δt’1＝Δt2+Δt1；将第三道直达波时移Δt’1，形成第二道时移直达波，将第一道组合直达波与第二道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第二道组合直达波，该组合直达波对应的时差为Δt'2＝Δt3+Δt’1；
依此类推，第n道组合直达波对应的直达波与鬼波的时差为Δt'n＝Δtn+1+Δt'n-1，其中，Δt'0取为Δt1；
每累加形成一道新的组合直达波后，将该道组合直达波对应的时差与零偏移距处直达波与震源鬼波的到达时差进行比对：
如第n-1道组合直达波与第n道时移直达波在时间域相加，组合成偏移距更小的第n道组合直达波后，满足Δt'n≈Δt0，则视为获得远场子波。
2.根据权利要求1所述的时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法，其特征在于：在步骤S1之前，需设定用于模拟海洋地震勘探中的观测系统参数，参数包括震源沉放深度ds，检波点沉放深度dg，偏移距x，水中声波速度v，水面反射系数r；
直达波由震源激发后直接传播到检波点的信号的到达时间为
Figure FDA0003698932210000021
震源鬼波由震源激发后通过水面反射后传播到检波点的信号的到达时间为
Figure FDA0003698932210000022
直达波与震源鬼波的到达时差为Δt＝t'-t。
3.根据权利要求1所述的时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法，其特征在于：在步骤S3中，Δt'n≈Δt0的误差范围为±5％×Δt0。
4.一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1或2所述的时间域利用海洋地震直达波求远场震源子波的方法。
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