多步串聯(lián)技術(shù)在海洋深水長記錄多次波衰減中的應(yīng)用

徐云霞，文鵬飛，李福元，張寶金

(1.國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實驗室，廣東 廣州 510075；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 資料處理研究所，廣東 廣州 510760)

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多步串聯(lián)技術(shù)在海洋深水長記錄多次波衰減中的應(yīng)用

徐云霞1,2，文鵬飛2，李福元2，張寶金2

(1.國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實驗室，廣東 廣州 510075；2.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 資料處理研究所，廣東 廣州 510760)

多次波是海洋資料中最主要的噪聲，多次波衰減是海洋資料處理的核心部分之一。 目前海洋資料處理中常用SRME、Radon以及分頻衰減殘余多次波串聯(lián)的方法進(jìn)行多次波的壓制，但深水長記錄地震資料由于記錄長度較長，因而多次波具有能量強(qiáng)、周期長、階數(shù)多的特點(diǎn)。且在深海的非沉積層區(qū)域，多次波覆蓋范圍由于沒有有效信號，相對背景而言具有頻帶寬、與有效信號頻帶重疊、能量強(qiáng)的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響剖面的成像質(zhì)量。運(yùn)用常用的串聯(lián)方法很難較好地衰減多次波，因此提出將SRME、高精度Radon變換、f—x域反褶積相串聯(lián)的方法進(jìn)行深水長記錄多次波的衰減，用f—x域反褶積方法代替常規(guī)使用的分頻方法；分別衰減近道、中遠(yuǎn)道以及殘余強(qiáng)能量、寬頻多次。通過實際深水資料的應(yīng)用，該串聯(lián)方法取得了良好的多次波壓制效果。

深水長記錄；多次波；多步串聯(lián)；SRME；高精度Radon；f—x域反褶積

1　引　言

多次波是海洋資料中最主要的噪音，根據(jù)其傳播路徑可將多次波分為虛反射多次波、海底全程多次波、與水層相關(guān)的微屈多次波及層間多次波[1]。而深水地震資料受水深、海況、地質(zhì)情況等的影響，多次波發(fā)育更加顯著，包括海底相關(guān)的多次波以及崎嶇海底繞射多次波，嚴(yán)重影響資料的成像質(zhì)量，因此多次波的去除也顯得更加重要。

目前常用的多次波壓制方法主要分為三類：

1)利用多次波的重復(fù)性和統(tǒng)計特性壓制多次波，如預(yù)測反褶積等；

2)基于一次波與多次波正常時差差異壓制多次波的方法，如拉冬變換、聚束濾波等；

3)基于波動理論的多次波模型減去法，如波場外推法、SRME法等。

不同的多次波衰減方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，只能針對特定類型的多次波，任意一種單一的多次波去除方法都無法將海洋深水資料中的多次波完全消除[2-5]。因此針對每種方法的特點(diǎn)進(jìn)行組合，采用多步串聯(lián)的方法進(jìn)行多次波的衰減是去除海洋深水多次波的有效途徑[6]。

通常海洋資料多次波去除處理中所常用的多步串聯(lián)方法是SRME、高精度Radon、分頻去繞射多次波，該串聯(lián)方法運(yùn)用SRME衰減近道多次波；運(yùn)用高精度Radon變換衰減中、遠(yuǎn)道多次波；運(yùn)用分頻取繞射多次衰減殘余的高頻成分的多次波。但在深水資料中，由于多次波出現(xiàn)位置較深，基本屬于非沉積區(qū)域，該區(qū)域沒有有效信號，剩余多次波的特點(diǎn)是能量強(qiáng)，頻帶寬，低、中、高頻均具有多次波，此時運(yùn)用常規(guī)的串聯(lián)衰減多次波的方法不能對該區(qū)域的多次波進(jìn)行衰減因此本文提出利用f—x域反褶積來代替常規(guī)的分頻去繞射多次波的步驟，運(yùn)用SRME、高精度Radon、f—x域反褶積相串聯(lián)的方法進(jìn)行深水多次波的衰減，在實際的深水長記錄資料應(yīng)用中取得了良好的效果。

2　深水多次波特點(diǎn)分析

深水多次波具有的特點(diǎn)是多次波能量強(qiáng)，常強(qiáng)于同一時間記錄時間處的一次波能量；多次波周期長，與一次波區(qū)分明顯；受水深和記錄長度的影響，分為一階全程多次波和二階全程多次波以及高階全程多次波；在崎嶇海底地區(qū)，繞射多次波發(fā)育。假如深水資料記錄長度較短，則炮集或剖面上受多次波的影響不會很嚴(yán)重；但本工區(qū)資料由于記錄長度較長，為16s，因此，在記錄上嚴(yán)重受到多階多次波干擾。圖1、圖2分別為該工區(qū)資料的炮集和初次疊加剖面顯示，由圖1和圖2可知，工區(qū)的水深較深，深度變化較大，在1 500～4 400m之間，海底構(gòu)造崎嶇；海底相關(guān)的多次波嚴(yán)重，由崎嶇海底造成的繞射多次波嚴(yán)重，深層屬非沉積區(qū)域，能量弱，有效信號少。

圖1　深水多次波在道集上的顯示Fig.1　The gather show of deep water multiple

圖2　疊加剖面中多次波Fig.2　The multiple in stack section

3　多次波壓制技術(shù)

在海洋資料處理中，常用多步串聯(lián)方法衰減多次波，通常使用的串聯(lián)方法是SRME、Radon、分頻去殘余多次波。本工區(qū)資料多次波嚴(yán)重，且頻帶較寬，多次波頻帶與有效信號嚴(yán)重重疊，因此結(jié)合工區(qū)資料特征，本文提出采用SRME、高精度Radon以及f—x域反褶積相串聯(lián)的方法進(jìn)行多次波的衰減。具體實現(xiàn)步驟如下：

3.1SRME

SRME即地表相關(guān)多次波去除方法。是利用疊前地震數(shù)據(jù)中的反射波信息來構(gòu)建地表相關(guān)多次波的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的多次波去除方法，該方法不需要知道詳細(xì)的地下界面信息，如速度等[7-9]，利用克?；舴蚯蠛头ㄈプ詣訕?gòu)建多次波的同相軸組合。最后再用原始數(shù)據(jù)減去多次波模型就得到去除海底相關(guān)多次波的結(jié)果。

SRME的計算過程分為兩步：

1)多次波模型建立

模型建立過程需要注意兩個問題：①是要進(jìn)行外推，因為在海上進(jìn)行多道地震采集中，有最小偏移距的問題，通常為150m或者250m，在最小偏移距范圍內(nèi)沒有接收點(diǎn)，接收不到任何反射信息，而通常模型建立是需要波場的完整性，因此要通過外推的方式補(bǔ)償缺失的近偏移距成分；②是在模型建立之前要消除采集中的時差，因為有些采集存在記錄提前的情況。

2)匹配相減

匹配分為全局匹配和局部匹配兩部分，全局匹配是要實現(xiàn)多次波模型與實際數(shù)據(jù)多次的能量和相位的一致性；局部匹配就是多次波去除的過程。在這兩個過程中要注意時窗的選擇，通過合理的試驗確定最優(yōu)的時窗，使其在最大程度地壓制多次波的同時不損害有效信號。

SRME具有只依賴于數(shù)據(jù)本身，能很好地衰減地表相關(guān)多次波的優(yōu)點(diǎn)。但該方法只是對近道多次波消除效果較好，而對中、遠(yuǎn)道的多次波去除效果較差。圖3為SRME近、中、遠(yuǎn)偏移距的多次波衰減效果對比圖，由圖3中可以看出，近道的多次波消除效果良好，而中、遠(yuǎn)道，尤其是遠(yuǎn)道殘余較多的多次波。因此對于中、遠(yuǎn)道的多次波需要通過其他的方法進(jìn)行消除。

3.2高精度拉冬變換

高精度Radon變換主要利用一次波與多次波之間速度或時間差異來實現(xiàn)多次波的衰減，為了有效地區(qū)分多次波和有效波，該變換在動校后的道集上進(jìn)行處理。在動校正道集上，一次波被拉平，多次波由于動校不足而與有效波有一定的時差，通過控制多次波與有效波的時差，來確定哪一部分是要保留的信號，哪一部分是要衰減的多次波。通常人們選擇動校拉平對應(yīng)的時刻附近的區(qū)域為要保留的信號，在這個范圍之外為多次波。隨著偏移距的增大，多次波與有效波的時差越來越大，更利于進(jìn)行多次和有效波的分離，因此高精度Radon更適合進(jìn)行中、遠(yuǎn)道多次波的去除。需要注意的是，為了不損害有效信號，速度一定要準(zhǔn)，否則容易殘留多次波或者傷害有效信號。

圖3　SRME多次壓制前與近、中、遠(yuǎn)偏移距剖面上壓制效果對比(a為原始疊加剖面，b、c、d、e分別為SRME 后第1、50、200、480道的共偏移距剖面)Fig.3　The comparison section of original section and after SRME at the near, middle, far common offset section(a:original stack section；b,c,d,e is after SRME the 1,50,200,480 channel common offset section)

圖4為Radon變換前圖4(a)后圖4(b)道集對比圖，由圖中可得中遠(yuǎn)道的多次被明顯消除，圖4(c)為變換前后的FK譜對比圖，由Radon變換前的FK譜可知多次波的頻率范圍主要在50Hz以下，分布有大量的隨機(jī)噪音；經(jīng)過高精度Radon以后，中、遠(yuǎn)道的多次波得到一定程度的壓制，隨機(jī)噪音得到一定程度的衰減。

圖4　高精度拉冬變換壓制多次前(a)后(b)以及FK譜(c)對比Fig.4　The comparison gather and FK spectrum of before and after high precision Radon transform

同時由圖4中Radon變換后的道集可知，在12s左右，該區(qū)域主要為非沉積區(qū)域，仍然殘留有一些能量較強(qiáng)的多次波，由于該部分沒有有效信號，因此多次能量相對背景而言極強(qiáng)，這就會對最終的偏移成像造成極大的影響，造成偏移畫弧，嚴(yán)重影響最終剖面的成像效果，因此仍然需要通過有效的方法將其進(jìn)行去除。通過分析其頻譜圖5發(fā)現(xiàn)，該部分噪音的頻帶范圍較寬，與有效信號的頻帶范圍基本一致，僅通過常用的分頻去噪方法不能對此類噪音進(jìn)行良好的衰減。通常對殘留的噪音可以通過近道切除的方法進(jìn)行去除，但由該數(shù)據(jù)的道集可以看出，噪音殘留的部分不只是在近道區(qū)域，因此不需要運(yùn)用更有效的去噪方法對該噪音進(jìn)行壓制，本文針對該類多次波提出應(yīng)用f—x域反褶積的方法。

圖5　Radon后有效波(a)與多次波(b)頻譜對比Fig.5　The comparison of effective signal(a) and multiples after Radon(b)

3.3f—x域反褶積

任意一組地震記錄可以看作是t—x域的物理現(xiàn)象，t為時間，將每一道進(jìn)行傅里葉變換得到的結(jié)果代表f—x域。反褶積去多次波的原理主要是基于信號的可預(yù)測性，則f—x域反褶積的原理可以簡化為：假如信號在f—x域里具有可預(yù)測性，則f—x域反褶積具有壓制多次波的功能。

假設(shè)一個振幅和斜率一致的脈沖信號

t=I+sx

(1)

其中I為截距，s為斜率，將其進(jìn)行傅里葉變換，得到在f—x域的響應(yīng)為ei2πft·ei2πfsx，該式可以通過ei2πfsΔx進(jìn)行預(yù)測，說明斜率一致的脈沖信號可通過f—x反褶積實現(xiàn)多次波的去除。

假設(shè)信號由兩種不同斜率的脈沖信號t1=I+s1x和t2=I+s2x組成，則對應(yīng)的信號為

y=t1+t2

(2)

兩脈沖信號對應(yīng)的Z變換為A1(z)和A2(z)其中

(3)

(4)

其中k=2πf，兩信號均可通過eikΔx進(jìn)行預(yù)測，

則信號y所對應(yīng)的Z變換為A1(z)+A2(z)，則

(5)

b=ei(k1+k2)Δx

則可預(yù)測項為

(6)

圖7為通過本文提出的SRME、高精度Radon、 f—x域預(yù)測反褶積串聯(lián)壓制多次波實際資料應(yīng)用效果，圖7(a)為原始疊加剖面，圖7(b)為多步串聯(lián)壓制多次波后的疊加剖面。從對比圖中看出，原始疊加剖面中嚴(yán)重存在海底相關(guān)多次波、崎嶇海底造成的繞射多次波經(jīng)過本文提出的串聯(lián)壓制多次波的方法后，多次波得到良好的壓制，剖面效果得到明顯改善。

圖6　f—x域預(yù)測反褶積前(a)后(b)對比Fig.6　The comparison of predicted deconvolution section before(a) and after(b) f—x decon

圖7　原始輸入(a)與多次波壓制最終結(jié)果(b)對比Fig.7　The comparison section of originalinput(a) and after attenuation(b)

4　結(jié)　論

本工區(qū)由于記錄長度較長，且水深變化較大，海底崎嶇，因此存在嚴(yán)重的多階多次波干擾，包括海底相關(guān)多次波干擾以及崎嶇海底造成的繞射多次波干擾，多次波的壓制成為資料處理的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

本文通過多步串聯(lián)的方法進(jìn)行工區(qū)多次波的衰減：運(yùn)用SRME壓制近道多次波干擾，對近道多次波進(jìn)行了很好的壓制；對用SRME無法壓制的中、遠(yuǎn)道多次波干擾運(yùn)用高精度Radon變換壓制。在深層的非沉積區(qū)域經(jīng)過前面兩種衰減多次波方法后仍然殘余有能量強(qiáng)、頻帶寬的多次干擾，運(yùn)用f—x域反褶積的方法對其進(jìn)行壓制，取得了良好的應(yīng)用效果。

結(jié)果表明本文提出的將SRME、高精度Radon以及f—x域反褶積相串聯(lián)的方法能很好地對深水長記錄中存在的多階強(qiáng)能量多次波進(jìn)行良好的衰減，具有很強(qiáng)的應(yīng)用效果。

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The Application of Multi-steps Tandem Technology to Attenuation of Multiples on Deep Ocean Long Records

Xu Yunxia1,2，Wen Pengfei2，Li Fuyuan2，Zhang Baojin2

(1.Key Laboratory of Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou Guangdong 510075, China;2.Data Procession Institute, Guangzhou Marine Geology Survey, Guangzhou Guangdong 510760, China)

Multipleisthemainnoiseintheoceandata,sotheeliminationofmultiplesisoneofhardcorepartduringtheprocessing.Nowinoceandataprocessing,SRME,Radontransformandfrequencydivisionareusuallyappliedtoattenuatemultiples.Becausetherecordtimeofdeepoceanseismicdataislong,themultipleindeepwaterdatahasthecharacteristicsofstrongenergy,longperiodandmanyranks.Andindeepocean’snon-sedimentarea,thereisnosignalofthisnoiseoverlayregion.Comparedwithbackground,thismultiplehasthecharacteristicsofwidefrequencyandstrongenergy.Thisnoiseseriouslyaffectsthesectionquality.Theuseofcommontandemmethodsusuallycan'tattenuatemultiplewell,sothispaperusesSRME,highprecisionradontransform, f—xdeconvolution,multi-stepstandem'smethodtorespectivelyattenuatethemultiplesatnearchannel,middleorfarchannelandremnantstrongenergy.Usingf—xdeconvolutiontoreplacethefrequencydivisionmethodisveryeffective.Bytheactualuse,thisconcatenationmethodhasgoodapplicabilityindeepocean'slongrecords.

deepoceanlongrecordmultiple;multi-stepstandemmethod;SRME;highprecisionRadon;transformf—xdeconvolution

1672—7940(2016)03—0350—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.03.018

徐云霞(1985-)，女，工程師，主要從事海洋地震資料處理工作。E-mail：xuyx2013@126.com

P631.4

A

2015-10-15