面向海洋剩余多次波衰減方法的研究

張如偉， 張寶金， 黃捍東， 文鵬飛

(1. 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510075；2.中國石油大學(xué) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

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面向海洋剩余多次波衰減方法的研究

張如偉1， 張寶金1， 黃捍東2， 文鵬飛1

(1. 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510075；2.中國石油大學(xué) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

隨著近幾年長排列大容量震源地震勘探技術(shù)的廣泛采用，勘探目標(biāo)逐漸趨向于中深部地層，使其成為目前研究南海深部構(gòu)造的主要研究手段之一。但由于一些剩余多次波的影響，一直成為中深層成像與解釋的瓶頸。針對南海某海域的實(shí)際資料，在采用SRME技術(shù)與高精度Radon變換等常規(guī)衰減技術(shù)的基礎(chǔ)上，仍會存在一些殘余多次波，主要為崎嶇海底或者復(fù)雜構(gòu)造引起的繞射多次波。針對剩余多次波的特點(diǎn)，在不同的頻帶范圍內(nèi)，通過徑向中值濾波評估得到不同的“含信因子”用于異常噪音的衰減，同時為了提高數(shù)據(jù)保真度，引入逐步衰減的處理機(jī)制，層層檢驗(yàn)衰減效果，最后結(jié)果表明,數(shù)據(jù)中剩余多次波能量被較好壓制，提高了中深層的信噪比，基底以下的深部構(gòu)造得到了較好地展示。

多次波； 徑向中值濾波； 繞射信號； 保幅處理

0 引言

多次波一直是海洋地震處理的重點(diǎn)與難點(diǎn)，其存在著分布范圍廣、能量強(qiáng)、種類多等特點(diǎn)，是影響中深部地質(zhì)構(gòu)造成像的主要瓶頸[1]。從反射機(jī)理上來說，多次波有表層多次波、層間多次波和微屈多次波；從時差上來說，有長周期多次波與短周期多次波，海上地震資料還存在鳴震現(xiàn)象[2]。實(shí)際資料中一般是多種類型的多次波與一次波交叉在一起，難以識別和消除，如果在成像過程中處理不當(dāng)，還會給后續(xù)地震資料的解釋帶來一系列問題[3]。

針對多次波的壓制方法，國內(nèi)外眾多專家學(xué)者均進(jìn)行了研究，Verschuur[4]與Weglein[5]基本將去除多次波的方法分為兩類：①為基于一次波與多次波在空間上的特性差異的去噪方法；②為基于多次波的周期性與可預(yù)測性的去噪方法，只是前者將預(yù)測反褶積劃為第二類，而后者將其劃為第一類；葉月明等[6]依據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動對層間多次波的壓制進(jìn)行研究，將多次波分解為三個波場分量，此三個波場通過互相關(guān)與褶積即可預(yù)測出層間多次波；李振春等[7]將波動理論與濾波理論向結(jié)合，基于角度域共成像道集實(shí)現(xiàn)多次波壓制；Dedem等[8]提出采用稀疏反演方法來預(yù)測表面相關(guān)多次波，Ketil等[9]在之后提出拋物線稀疏反演技術(shù)；王學(xué)軍等[10]針對阿曼Amal區(qū)塊地震數(shù)據(jù)中復(fù)雜多次波進(jìn)行分析與壓制；郭夢秋等[11]分析了海上地震資料處理中的組合壓制多次波技術(shù)；謝宋雷等[12]對深水陡坡帶繞射多次波壓制的方法進(jìn)行了研究；石穎等[13]提出基于波動方程預(yù)測和雙曲Radon變換聯(lián)合壓制表面多次波的方法；Mariusz等[14]針對海洋拖纜數(shù)據(jù)，采用上/下行波反褶積方法來壓制只有表面多次波，Joost等[15]在之后發(fā)展為多維度反褶積方法；劉華鋒等[16]利用改進(jìn)的擴(kuò)展多道匹配相減法壓制多次波；謝俊法等[17]將迭代拋物Radon變換法用于分離一次波與多次波。

作者在常規(guī)衰減多次波(SRME與高精度Radon變換)之后，分析了殘余多次波的特征，在地震數(shù)據(jù)分頻的基礎(chǔ)上，采用疊前道集的徑向中值濾波計(jì)算得到“含信因子”，并以此為基礎(chǔ)來衰減殘余異常噪聲。同時為了提高數(shù)據(jù)的保真度，引入逐步衰減的處理機(jī)制，每一步被衰減的噪音均須重復(fù)之前的處理步驟，最后全部回加到有效信號中。

1 剩余多次波特點(diǎn)

在海洋地震數(shù)據(jù)中，崎嶇海底與復(fù)雜構(gòu)造會引起大量的繞射波，從而導(dǎo)致繞射多次也更加嚴(yán)重。由于繞射多次波一般不同于常規(guī)多次波的幾何特征，其不符合雙曲線頂點(diǎn)在近偏移距的規(guī)律，而是隨機(jī)分布，如圖1中的繞射多次波的反射頂點(diǎn)均位于遠(yuǎn)偏移距，對于這樣的繞射多次能量，在采用常規(guī)的SRME技術(shù)與高精度Radon變換等常規(guī)處理流程[18]之后，剖面上還會殘留著較多的殘余多次波能量，如果不壓制而直接進(jìn)行偏移處理，會出現(xiàn)明顯畫弧現(xiàn)象，極大程度上影響了中深層的成像效果。圖2為采用常規(guī)處理之后，疊加剖面上還會存在明顯的殘余多次波能量(CMP#7500-8500)，嚴(yán)重降低了數(shù)據(jù)整體的信噪比。

圖1 炮道集上的繞射多次波Fig.1 Diffraction multiples in the shot gather

雖然繞射多次波不同于常規(guī)多次波的顯著特征，但也比較容易設(shè)別，如圖1的6.3 s左右(黃框)與6.8 s左右(藍(lán)框)，其幾何特征類似于線性干擾，只是傾角不一致而已。其實(shí)大部分繞射多次波在局部基本以似線性的特征存在，而傾角卻又不同，作者只希望衰減某一些傾角的信號，將此作為噪音，采用徑向中值濾波即可較好地實(shí)現(xiàn)信噪分離，為其后的“含信因子”評估打下基礎(chǔ)。

圖2 常規(guī)流程壓制之后的剩余多次能量Fig.2 Residual multiples after convention processing flow(a)原始數(shù)據(jù);(b)SRME處理后;(C)高精度Radon變換處理后

2 剩余繞射多次波衰減思路

圖3 面向剩余繞射多次波的二次衰減流程圖Fig.3 The flow of twice attenuation for residual diffraction multiples

基于逐步衰減的處理思路，在原始信號分頻的基礎(chǔ)上，通過徑向中值濾波處理，計(jì)算得到含信因子，并將含信因子作為權(quán)值來衡量衰減強(qiáng)度，在保持有效信號的前提下，最大可能地去除影響有效信號的干擾。為了達(dá)到保真的效果，可以進(jìn)行多次衰減，最后將所有的數(shù)據(jù)相加，即為最終多次波衰減結(jié)果(圖3)。

假設(shè)疊前地震數(shù)據(jù)為X，通過分頻處理之后，不同頻段的疊前數(shù)據(jù)分別為X1、X2、X3，各自進(jìn)行徑向中值濾波之后，則有信號道S1、S2、S3與噪音道

N1、N2、N3。該方法是一種非線性濾波技術(shù)，具有信噪分離效果好，保幅性較高，不降低分辨率等優(yōu)勢[19]，主要利用了繞射多次波局部道線性化的特點(diǎn)，處理過程中主要包含兩個步驟：①局部徑向道求?。虎诰植繌较虻涝胍籼崛20]。

含信因子W為有效信號在原始數(shù)據(jù)中的比重，計(jì)算公式如式(1)所示：

(1)

其中：S為信號道；N為噪音道；i為縱向采樣點(diǎn)；j為道數(shù)；m與k分別是計(jì)算窗口的橫向與縱向長度。

經(jīng)過衰減之后的數(shù)據(jù)Y為：

Y= (X1-N1*W1)+(X2-N2*W2)+

(X3-N3*W3)

(2)

式中：W1、W2、W3分別為不同頻率段的含信因子，計(jì)算方式采用公式(1)。

同時可以對噪音道繼續(xù)進(jìn)行分離，再計(jì)算含信因子，然后在對疊前數(shù)據(jù)進(jìn)行二次衰減，在實(shí)際運(yùn)算過程中，需要依據(jù)資料的情況進(jìn)行分析衰減次數(shù)，但一般衰減2次～3次即可以到達(dá)保幅衰減效果。

3 衰減效果分析

這里選取了南海某海域的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，該區(qū)域的地質(zhì)目標(biāo)主要為中深層地質(zhì)特征研究， 而中深層往往是多種類型多次波發(fā)育的高發(fā)區(qū)域，圖4為研究區(qū)域發(fā)育的一些復(fù)雜的繞射多次波，基本很難發(fā)現(xiàn)有效信號的蹤跡，對繞射多次波的保幅衰減帶來一定的難度。

圖5為采用作者方法衰減殘余多次波之后的效果剖面對比。由圖5可以看出，在采用SRME與高精度Radon變換衰減(圖5(a))之后，剖面上還存在著一些較強(qiáng)的剩余多次波能量，使得中深層的信噪比比較低，如果不能夠衰減，將大大影響成像的質(zhì)量，采用本文方法可以看出一些剩余多次被較好的衰減，剖面的信噪比得以明顯提高，8.5 s左右的有效信號更加清晰地展示出來。

圖6為應(yīng)用作者方法衰減殘余繞射多次波前后偏移剖面效果對比圖。由圖6可以看出，如果不對這些殘余繞射多次波進(jìn)行壓制，勢必會在偏移剖面上產(chǎn)生大量的畫弧現(xiàn)象，影響了有效信號的成像。而采用作者方法壓制剩余繞射多次波之后，偏移剖面上畫弧明顯減少，一些有效的中深地層反射特征展示出來(8.8 s～9.2 s)，利于地質(zhì)人員的追蹤與解釋。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1)多次波發(fā)育嚴(yán)重是影響南海深部構(gòu)造成像的主要障礙，采用常規(guī)流程往往會剩余一些多次能量，如果處理不當(dāng)，將會大大降低剖面成像質(zhì)量，并會帶來解釋的誤區(qū)。

2)雖然剩余的繞射多次波的幾何特征不同于常規(guī)多次波，但在到道集上局部呈現(xiàn)似線性化特征，并在傾角上與有效信號不同，可以采用徑向中值濾波進(jìn)行信噪分離。

3)“含信因子”的計(jì)算使噪音衰減更加合理化，而不是簡單的相減，更加利于后期的保幅處理。

4)為了有效地保證有效信號的保真性，引入逐步衰減的處理機(jī)制，每一步被衰減之后的噪音，再重復(fù)之前處理流程，挖掘其中遺留的有效能量，為中深層的保幅處理提供了基礎(chǔ)。

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The method of marine residual multiple attenuation

ZHANG Ru-wei1, ZHANG Bao-jin1, HUANG Han-dong2, WEN Pen-fei1

(1.Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Ministry of Land and Resources , Guangzhou marine geological survey,Guangzhou 510760,China; 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

Because of using expanding spread and big source seismic acquisition, exploration targets gradually tend towards mid-depth strata, it will be an important research method for deep seated structure in South China Sea. But due to much interferences of residual multiple, that always disturb imagination and interpretation of mid-depth strata. In this paper, we apply actual data in south china sea, and the data always contain more residual multiples after using SRME technique and high accuracy Radon transform, which are diffractions of rough seafloor and complex construct. Based on the features of residual multiple, in the different extent of frequency band, this method will apply radial median filtering in calculating “signal-bearing factor” to attenuate the anomaly noise. Moreover, in order to improve the quality of data, we import a multistep attenuation processing mechanism to examine the attenuation effect. The final results indicate that residual multiples have been suppressed, and have enhanced signal-to-noise ratio of mid-depth strata, the deep seated structures beyond the basement have been better displayed.

multiple; radial median filtering; diffraction; amplitude-preserved processing

2015-06-30 改回日期：2015-07-22

國家自然科學(xué)基金(41176056)

張如偉(1984-)，男，碩士，主要從事于海洋地震資料處理與天然氣水合物預(yù)測研究工作，E-mail：cgszrw@163.com。

1001-1749(2016)05-0666-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.15