淺析海底淺地層剖面多次波壓制技術(shù)

摘 要：伴隨著我國經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，以及相關(guān)能源利用方面的需求，我們逐漸進入了海洋探測和應用的領(lǐng)域，由于海洋的歷史久遠，開發(fā)技術(shù)發(fā)展歷史比較多，故海洋領(lǐng)域內(nèi)積累了十分豐富的礦產(chǎn)資源！傳統(tǒng)的開發(fā)和利用也僅限于表面層次的應用和研究，科學技術(shù)的創(chuàng)新和進步，使我們對海洋的開發(fā)和利用有了更多的途徑和方法。在對海洋的開發(fā)和利用中多次波的影響一直是海洋勘探領(lǐng)域的一項難題，該文就海底淺層地層剖面多次波壓制技術(shù)進行探討和研究，希望能夠在具體應用中起到一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：海底淺地層剖面 多次波 預測反褶積 壓制技術(shù)

中圖分類號：P631.46文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（c）-0052-02

1 多次波的產(chǎn)生原因、分類和特點

1.1 壓制多次波技術(shù)的重要性

在利用反射波的海洋勘探中，多次波作為重要的干擾波之一，尤其是在具體的海上地震勘探工作中，由于海面和海底這兩個強反射界面的影響，海上多次波發(fā)生的情況十分嚴重。多次波在海底淺層剖面的出現(xiàn)，使具體勘探的主要目的反射層難以分析和解釋，往往會被錯誤地分析成為一次波，甚至還可能被錯誤的認為是有利勘探目標。因此，在勘探海底淺地層剖面上的數(shù)據(jù)處理中，采取多次波壓制技術(shù)對多次波進行有效的壓制十分關(guān)鍵。在分析如何壓制去除多次波之前，我們還要從分析多次波的產(chǎn)生原因、類型及特點等幾個方面入手，然后再根據(jù)具體內(nèi)容提出針對性的壓制技術(shù)和手段。

1.2 海上多次波的產(chǎn)生原因及分類

海上多次波的形成主要和海上具體的采集環(huán)境有密切的關(guān)系，因為對于波段的激發(fā)和接收都是在海水表面、海水、海底以及空氣介質(zhì)中進行的，而這類介質(zhì)又都是很好的反射界面，而且受海水對聲波衰減作用較小，這樣就會使海水面和海底之間形成不斷來回反射的多次波；另一方面，海底淺地層剖面介質(zhì)的成層性比較好，經(jīng)過長期海水的壓力、沉淀等壓實作用往往會形成較好的壓實層，從而形成較強的反射界面，形成海面、海水與海底地層之間的來回反射造成的多次波。這些多次波的類型一般分為海底多次波， 海底微屈多次波， 與海水面有關(guān)的多次波和層間多次波等幾個大類。具體的操作中，我們還要結(jié)合實際的情況，根據(jù)多次波的周期、振幅等方面的內(nèi)容選擇有效的方法對多次波進行壓制。

1.3 海上多次波特點

（1）周期往復性，多次波的周期性是其最大的特點，所謂周期性指的是：海底淺地層剖面上多次波的反射同相軸以及同相軸的振幅的增加和衰減始終都會表現(xiàn)出具有一定規(guī)則的時間段間隔。因此通過相關(guān)的分析可以確定多次波的周期，同時可以利用這個特征將海面以下的多次波與一次波區(qū)分開來。

（2）多次波的傾角與多次波階數(shù)之間呈正相關(guān)，多次波相對于一次波而言，能夠根據(jù)額外的反饋路徑描繪出反射構(gòu)造的相關(guān)表征。如果多次波的產(chǎn)生反射界面是傾斜的，那么這個界面的傾角就可以歸類到一次反射的路徑中。因此如果海底淺地層剖面中的一次波本身是具有傾角的，那么就可以通過增大的傾角的方法來識別多次波。并且隨著多次波階數(shù)的不斷增高，所能描繪的反射構(gòu)造的信息就越多。

（3）多次波振幅受反射界面的構(gòu)造的影響，反射界面的構(gòu)造的變化能夠引起多次波能量的聚焦和發(fā)散，從而對振幅產(chǎn)生一定的影響。如多次波產(chǎn)生的能量在向斜構(gòu)造的底部能被聚焦并放大，而背斜構(gòu)造附近則被減小并發(fā)散。

2 海底地層剖面多次波壓制技術(shù)

實際的壓制技術(shù)應用中，還好根據(jù)不同的條件選擇相應的多次波壓制方法，不是每種方法都是可以通用的。不同的條件下，不同的方法都存在著各自的適用范圍、優(yōu)點以及不足。預測反褶積是利用周期性特征進行壓制多次波的濾波方法，一方面可以壓制虛反射、海底鳴震等短周期類型的多次波，同時還可以壓縮地震子波，提高時間分辨率。由于多次波在S-p域內(nèi)具有更好的周期性，因此通過S-p變換后應用預測反褶積效果更加理想。預測反褶積的方法在應用時，需要選取合理的自相關(guān)長度、算子長度、白化因子、預測步長以及預測距離，防止海底淺地層剖面的中、深層有效波被扭曲。下面我們就海底淺地層剖面多次波預測反褶積壓制技術(shù)進行具體討論。

3 預測反褶積壓制技術(shù)在多次波中的應用

3.1 預測反褶積去除多次波的基本原理

預測反褶積去除多次波的影響主要依據(jù)是根據(jù)多次波在反饋記錄中有規(guī)律性的時差以及振幅等因素決定的。并非所有事物都可線性預測。故要進行預測反褶積必須要從滿足預測條件開始。

在數(shù)學上，對一個時間函數(shù)的預測是指該函數(shù)某一點的值用其前面若干個值的線性組合表示出來。這種預測稱為線性預測。設函數(shù)為x（t）則可線性預測的條件是：

x（t）為平穩(wěn)隨機過程，即它的統(tǒng)計特征：

數(shù)學期望為：

方差為：

這兩個量是與時間無關(guān)的量，且自相關(guān)函數(shù)rxx（τ）只與時差τ有關(guān)，我們認為多次波振波記錄滿足以上條件，就可以可做預測。

在海洋勘探中，我們認為振波記錄是平穩(wěn)隨機過程，因而可以預測。根據(jù)振波記錄褶積模型的假設，多次波記錄x（t）由多次波子波b（t）和地層反射系數(shù)g（t）的褶積構(gòu)成：

我們先假定b（t）為一物理可實現(xiàn)的最小相位信號，g（t）為白噪序列。在時刻（t+τ），地震記錄的振幅值可表示為：

在右端第二項中，令j=s-τ，上式變?yōu)椋?/p>

記

設b（t）的反信號為a（t），有a（t）*x（t））=a（t）*b（t）*g（t）=δ（t）*g（t）=g（t），因為b（t）為一物理可實現(xiàn)的最小相位信號，因此有：當t<0時，a（t）=0，將g（t）=a（t）*x（t）帶入x’（t+τ），得：

令s=j+k，上式變?yōu)椋?/p>

再令

得到：

上式為一褶積表達式，它說明：x’（t+τ）是c（s）對x（t）的過去和現(xiàn)在值的濾波結(jié)果，稱它為x（t+τ）的預測值，c（s）稱為預測濾波因子。實際值與預測值的差e（t+τ）=x（t+τ）-x’（t+τ）稱為預測誤差。τ叫做預測間隙、預測步長或預測距離。

將x（t+τ）和x’（t+τ）代入預測誤差公式，得：

當τ=1時，有：e（t+1）=b（0）g（t+1）

該式表明，當預測距離等于1時，預測誤差與反射系數(shù)只差一個常數(shù)因子，因而可視為反射系數(shù)。于是，只要在預測濾波中輸出預測誤差就達到預測反褶積的目的，這就是預測反褶積。

3.2 基于反褶積壓制技術(shù)的快速TAUP域自適應反褶積模塊實際應用實例及結(jié)果對比

經(jīng)實踐證明快速TAUP域自適應反褶積模塊可以有效的壓制短周期性的多次波。TAUP域自適應反褶積模塊在TAUP域根據(jù)射線參數(shù)p自動調(diào)節(jié)反褶積參數(shù)，能更有效地壓制短周期與較長周期多次波，解決了多年以來困擾我們的一大難題，采用的快速算法，使得此項技術(shù)用于大數(shù)據(jù)量的海底淺層剖面數(shù)據(jù)處理成為可能。（注：以下TP系TAUP域縮寫）

由圖1可以看到在TP域內(nèi)隨著TP變換道集的應用，預測反褶積中的線性相關(guān)趨勢逐漸增強，也就是說，多次波的干擾逐漸減弱，當啟動PDECON模塊后，從圖中我們可以看出，多次波被壓制的非常干凈。其自相關(guān)圖上的多次波能量甚至完全消失。

圖2為同一時間域內(nèi)TP預測反褶積壓制技術(shù)應用的效果圖，從圖上可以看到多次波導致的延續(xù)相位逐漸收斂到一起成為一條線，不同介質(zhì)的層間的多次波明顯減少。

在圖3當中可以看出，TP預測反褶積疊后可以看到多次波的影響明顯減弱，相關(guān)有效信息也大量出現(xiàn)，雖然能量顯示相對較弱，但是對于壓制海底淺層剖面的多次波已經(jīng)起到了很明顯的作用。

4 結(jié)語

本文通過具體實例，闡述了海底淺地層剖面多次波的壓制技術(shù)的具體應用。從文章中可以看出采用反褶積壓制技術(shù)能起到很好的效果，但是，在實際的海洋勘探中，海底復雜的環(huán)境以及海面不同的環(huán)境情況，依然會導致許多的多次波產(chǎn)生，影響我們最終需要測量的有效波，所以我們還要根據(jù)實際的情況不斷的進行調(diào)整和調(diào)試，最終找到有效的多次波壓制技術(shù)。

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