震源子波反褶積在海洋地震資料處理中的應(yīng)用

王紅麗，丁在宇，桂德軍，黃金連

（1.國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗室，青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島 266071；2.中國石油天然氣股份有限公司東方地球物理公司研究院大港分院，天津大港 300280；3.CGGVeritas北京辦公室，北京 100004）

震源子波反褶積在海洋地震資料處理中的應(yīng)用

王紅麗1，丁在宇2，桂德軍3，黃金連2

（1.國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗室，青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島 266071；2.中國石油天然氣股份有限公司東方地球物理公司研究院大港分院，天津大港 300280；3.CGGVeritas北京辦公室，北京 100004）

辨別和消除虛反射及氣泡效應(yīng)的影響是提高海洋地震資料分辨率和解釋精度的重要環(huán)節(jié)。研究了壓制海洋地震資料虛反射和氣泡效應(yīng)的震源子波反褶積方法，根據(jù)震源子波處理的原理及反濾波因子的求取過程，給出了實(shí)際生產(chǎn)中常用的震源子波處理流程。首先通過確定性子波反褶積消除虛反射、氣泡震蕩的影響，然后對震源子波進(jìn)行整形處理，使其滿足后續(xù)的反褶積處理所需的最小相位假設(shè)條件。將上述方法應(yīng)用于南黃海盆地某工區(qū)實(shí)際資料處理，使地震剖面上反射波的續(xù)至相位得到有效抑制，子波的形態(tài)得到了很好的恢復(fù)，證明方法是實(shí)用的。

反褶積；虛反射；子波處理；續(xù)至相位

1 問題的提出

海上地震勘探采用氣槍激發(fā)，強(qiáng)能量的虛反射和明顯的氣泡效應(yīng)是海上地震資料特有的現(xiàn)象：一方面，在氣槍激發(fā)的瞬間，高壓空氣迅速從槍體中釋放，發(fā)出一個尖銳的脈沖，脈沖能量在向下傳播的同時也向上傳播，在海平面被反射，形成一個極性相反的脈沖信號，即人們所說的虛相位或虛反射［1－2］；另一方面，氣槍在水中激發(fā)的瞬間，伴隨著氣泡的膨脹和破裂產(chǎn)生第二次沖擊波，形成氣泡效應(yīng)［3］。受虛反射和氣泡效應(yīng)的影響，海上勘探地震子波的續(xù)至相位很多，嚴(yán)重影響子波質(zhì)量，使剖面波組特征變差（圖1）。

圖1 受子波續(xù)至相位影響的地震剖面

隨著勘探程度的不斷深入以及處理和解釋手段的不斷提高，辨別和消除虛反射及氣泡效應(yīng)的影響已成為提高海洋地震資料分辨率和解釋精度的重要環(huán)節(jié)。孫振剛等［4］、寧日亮等［5］、李振勇等［6］提出將

遠(yuǎn)場子波處理技術(shù)作為海洋拖攬地震資料處理的關(guān)鍵技術(shù)。但常用的預(yù)測反褶積或τ－p反褶積難以較好地壓縮地震子波，提高海洋地震資料的分辨率。因此，研究氣槍震源的子波處理技術(shù)具有重要的理論和實(shí)際意義。我們基于震源子波處理的原理和反子波算子的求取過程，應(yīng)用確定性震源子波反褶積技術(shù)消除虛反射、氣泡效應(yīng)對地震子波的影響，改善剖面的波組特征，為資料后續(xù)處理奠定了基礎(chǔ)。

2 確定性子波反褶積

根據(jù)最小平方法原理，整形后的信號y（t）與期望輸出的信號d（t）能量差應(yīng)該最小。二者的誤差平方和可表示為

3 震源子波反褶積

地震記錄的褶積模型通?？捎孟率剑?］來表示：

式中：x（t）代表地震記錄；ω（t）為基本地震子波；e（t）為地層脈沖響應(yīng)；n（t）為隨機(jī)環(huán)境噪聲。在假設(shè)隨機(jī)環(huán)境噪聲n（t）為0，震源波形已知的情況下，公式（9）可簡寫為

在海上地震勘探中，可以記錄震源組合的遠(yuǎn)場子波，故（10）式可改寫為［8］

式中：s（t）為震源子波，是進(jìn)入地層以前在遠(yuǎn)場中記錄得到的。采用震源子波反褶積方法消去公式（11）中的遠(yuǎn)場子波s（t），即先通過預(yù)測反褶積求取去氣泡因子a（t），然后通過公式（8）求取確定性子波反褶積的整形因子f（τ），則震源子波反褶積因子為

將b（t）與地震記錄x（t）褶積，得到褶積后的地震記錄

由公式（13）即可將s（t）轉(zhuǎn)換為最小相位子波，使后續(xù)的反褶積條件得到滿足。

4 反褶積算子的求取

震源子波反褶積因子由去氣泡因子和整形因子兩部分構(gòu)成。我們通過預(yù)測反褶積來壓制氣泡和虛反射，得到去氣泡因子；通過子波整形技術(shù)將震源子波整形為最小相位，求取整形因子。

圖2展示了預(yù)測反褶積壓制氣泡的過程。由圖2a中的遠(yuǎn)場信號及其頻譜均可以看出，信號中存在氣泡。對遠(yuǎn)場信號做自相關(guān)，可以發(fā)現(xiàn)在125ms處存在明顯的氣泡（圖2b），因此，設(shè)計的去氣泡因子的算子長度應(yīng)大于250ms。我們采用的預(yù)測反褶積參數(shù)是：算子長度500ms，預(yù)測步長45ms，白噪系數(shù)1%。對比去氣泡前、后的信號和頻譜可以看出，壓制氣泡后（圖2c），遠(yuǎn)場子波的續(xù)至相位減少，頻譜也變光滑。

圖2 氣泡的壓制

求取混合相位子波轉(zhuǎn)換為最小相位子波的整形因子過程分為3步。

1）計算最小相位子波b（t）的反子波a（t），因為最小相位子波與已知子波ω（t）的自相關(guān)函數(shù)rω（τ）相同，所以最小相位反子波可以根據(jù)（14）式計算得到。

2）根據(jù)最小相位反子波的自相關(guān)函數(shù)ra（t）計算最小相位子波b（t）。

3）根據(jù)已知混合相位子波，以最小相位為期望輸出，計算整形因子。

圖3顯示了混合相位子波通過子波整形處理形成最小相位子波的效果。

上述遠(yuǎn)場子波沒有考慮實(shí)際應(yīng)用中的氣槍激發(fā)延遲，反褶積因子的求取未考慮遠(yuǎn)場子波的極性是否與實(shí)際地震資料的極性一致，且含有檢波點(diǎn)端虛反射。而實(shí)際生產(chǎn)中的震源子波（常常是室內(nèi)模擬的子波）往往有氣槍激發(fā)延遲，且不含有檢波點(diǎn)端虛反射。圖4給出了實(shí)際生產(chǎn)中常用的震源子波處理流程。在應(yīng)用該流程時，我們可以根據(jù)實(shí)際情況來選擇需要的步驟。

圖3 子波整形因子的求取

圖4 生產(chǎn)中常用的震源子波處理流程

為了更好地求取反褶積因子，對于圖4中的每一步驟都要顯示信號的振幅譜和相位譜，做好質(zhì)量監(jiān)控，通過比較震源子波處理前、后的單炮及其頻譜以及疊加剖面，來檢驗反褶積因子求取的效果。

5 實(shí)際應(yīng)用效果分析

實(shí)際資料所屬工區(qū)位于長江口至濟(jì)州島連線以北的南黃海盆地，平均水深為45.3m，最大水深在濟(jì)州島北側(cè)，為140m。南黃海海域新生代盆地由北部坳陷、中部隆起和南部坳陷構(gòu)成，北緣以千里巖斷裂為界與千里巖隆起相連，南部為勿南沙隆起區(qū)，隆起區(qū)以南為江山—紹興斷裂。地震數(shù)據(jù)采用拖纜采集，氣槍激發(fā)，震源深度8m，纜深12m。

圖5是工區(qū)子波處理前的疊加剖面，經(jīng)過子波反褶積中的去氣泡處理后，氣泡對子波的影響得到基本消除（圖6）。圖7是進(jìn)一步通過子波整形把地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為最小相位后的疊加剖面，可見波組特征變得更加清晰，同相軸的連續(xù)性得到較大改善。通過震源子波反褶積處理，地震剖面上續(xù)至相位得到有效抑制，遠(yuǎn)場子波的氣泡和虛反射得到了很好的壓制，子波的形狀得到了很好的恢復(fù)（圖8）。

圖8 壓制氣泡和虛反射前（a）、后（b）的遠(yuǎn)場子波

6 結(jié)束語

在海洋地震資料上，實(shí)際的氣槍子波并不是人們所期望的形態(tài)，而是被虛反射及氣泡效應(yīng)改造過的子波。利用震源子波處理技術(shù)可以基本消除虛反射和氣泡效應(yīng)的影響，并將子波轉(zhuǎn)化為最小相位子波，為后續(xù)的反褶積處理創(chuàng)造良好的條件。

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（編輯：戴春秋）

Wang Hongli，Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology，Ministry of Land and Resources，Qingdao Institute of Marine Geology，Qingdao 266071，China

Application of seismic source wavelet deconvolution in marine seismic survey.

Wang Hongli，Ding Zaiyu，Gui Dejun，Huang Jinlian.

GPP，2013，52（1）：49～54

The identification and elimination of ghost and bubble effect is an important step for improving resolution and interpretation accuracy of marine seismic data.We discussed the source wavelet deconvolution method for suppressing ghost and bubble effect in marine seismic data and gave conventional source wavelet processing workflow.Ghost and bubble effect are firstly eliminated by means of deterministic wavelet deconvolution，Minimum phase is then used in shape-correction treatment of air gun waveform to make it meet minimum phase hypothesis needed in deconvolution.The above methods were applied on the actual data from South Yellow Sea Basin.The results show that secondary arrival phase of reflections in seismic section is effectively inhibited and wavelet shape is recovered，which proves the effectiveness of the methods.

deconvolution；ghost；wavelet processing；secondary arrival phase

10.3969/j.issn.1000-1441.2013.01.008

631.4

A

1000-1441（2013）01-0049-06

2012-02-13；改回日期：2012-08-17。

王紅麗（1979—），女，碩士，工程師，主要從事地震資料處理及其方法研究工作。