基于同相軸優(yōu)化追蹤的多次波匹配衰減方法

譚 軍, 李金山, 宋 鵬, 王 磊, 張曉波, 鐘夢(mèng)軒

(1.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,山東青島 266100; 2.海洋國家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266071; 3.中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島 266100)

基于同相軸優(yōu)化追蹤的多次波匹配衰減方法

譚 軍1,2,3, 李金山1,2,3, 宋 鵬1,2,3, 王 磊1, 張曉波1, 鐘夢(mèng)軒1

(1.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,山東青島 266100; 2.海洋國家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266071; 3.中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島 266100)

提出基于同相軸優(yōu)化追蹤的多次波匹配衰減方法,首先利用SRME預(yù)測(cè)得到的多次波記錄生成多次波速度譜,然后應(yīng)用同相軸追蹤技術(shù)提取多次波同相軸旅行時(shí)信息,再通過同相軸優(yōu)化追蹤實(shí)現(xiàn)對(duì)多次波預(yù)測(cè)誤差的校正,最后應(yīng)用短時(shí)窗的FK濾波對(duì)多次波予以壓制。該方法僅根據(jù)多次波同相軸旅行時(shí)信息進(jìn)行匹配衰減,降低對(duì)多次波預(yù)測(cè)精度的要求,并且能夠顯著提高多次波壓制的精度。理論模型實(shí)驗(yàn)與野外資料處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,該方法的多次波剔除效果明顯優(yōu)于常規(guī)的多道維納濾波方法與拋物線拉冬域蒙版濾波法。

多次波匹配衰減; 同相軸優(yōu)化追蹤; 短時(shí)窗FK濾波; 維納濾波; 拋物線拉冬域蒙版濾波

海上地震勘探資料中絕大多數(shù)的多次波為強(qiáng)自由界面多次波,其嚴(yán)重影響了地震成像的真實(shí)性與可靠性。自由界面多次波衰減方法[1-3](SRME)現(xiàn)已成為實(shí)際生產(chǎn)中多次波壓制的主要技術(shù)手段,匹配衰減為SRME方法實(shí)現(xiàn)多次波壓制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其主要包括維納濾波類方法和基于數(shù)學(xué)變換域的匹配衰減法。Verschuur等[1]首先根據(jù)最小平方準(zhǔn)則成功消除了預(yù)測(cè)的自由界面多次波,Wang[4]提出了偽多道匹配濾波和擴(kuò)展多道匹配濾波法[5],另有學(xué)者提出了均衡擬多道匹配濾波法[6]、L1范數(shù)約束下均衡多道多次波匹配衰減方法[7]和擴(kuò)展偽多道匹配濾波方法[8]。在數(shù)學(xué)變換域進(jìn)行多次波匹配衰減亦可得到良好效果,Zhou等[9]提出了拋物線拉冬域的多次波匹配衰減方法,隨后發(fā)展到雙曲拉冬域[10-11],Herrmann等[12]提出了曲波域的一次波和多次波分離方法,董烈乾等[13]實(shí)現(xiàn)了基于復(fù)曲波變換的多次波匹配衰減。除此之外,人們還提出了基于模式的匹配相減技術(shù)[14]、基于獨(dú)立變量分析的匹配衰減技術(shù)[15]、基于多維預(yù)測(cè)誤差濾波的匹配相減技術(shù)[16]、非平穩(wěn)回歸匹配相減技術(shù)[17]、逆子波域去除所預(yù)測(cè)多次波的方法[18]以及基于多道卷積信號(hào)盲分離的多次波匹配相減方法[19]等。上述方法對(duì)多次波的預(yù)測(cè)精度均有很高的要求,在實(shí)際資料處理中,由于積分孔徑的有限性[20]、二維側(cè)面反射效應(yīng)及野外觀測(cè)誤差等因素,預(yù)測(cè)的多次波往往存在明顯的旅行時(shí)或信號(hào)波形誤差,從而影響傳統(tǒng)匹配衰減方法的效果。為消除多次波預(yù)測(cè)誤差的影響,筆者提出一種僅基于多次波旅行時(shí)信息進(jìn)行匹配衰減的方法,其首先利用同相軸追蹤技術(shù)提取多次波同相軸的旅行時(shí)信息,然后借助同相軸優(yōu)化追蹤過程校正旅行時(shí)誤差,最后通過短時(shí)窗的FK濾波進(jìn)行多次波壓制。

1 基于同相軸優(yōu)化追蹤的多次波匹配衰減

野外地震記錄中的反射信號(hào)具有時(shí)變、空變特性,導(dǎo)致SRME方法預(yù)測(cè)的多次波存在明顯的波形與振幅差異,但多次波同相軸的旅行時(shí)信息仍然與原始記錄中的基本一致[21],因此可基于該多次波記錄創(chuàng)建高分辨率的疊加速度譜,然后利用同相軸追蹤技術(shù)提取多次波同相軸,再通過短時(shí)窗的FK濾波對(duì)其予以壓制。在實(shí)際處理中為消除多次波疊加能量的差異對(duì)壓制效果的影響,采用迭代的多次波同相軸追蹤與衰減方式,從而形成了基于同相軸優(yōu)化追蹤的多次波匹配衰減方法(下文中簡(jiǎn)稱為“同相軸優(yōu)化追蹤法”)。

1.1 多次波的同相軸追蹤

在CMP域中,雙曲同相軸與疊加速度譜中的能量團(tuán)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,利用等值線追蹤方法確定速度譜內(nèi)的能量團(tuán),可獲得CMP記錄中相應(yīng)雙曲同相軸的旅行時(shí)信息,此即為同相軸追蹤[22]。同理,基于SRME方法預(yù)測(cè)的多次波記錄創(chuàng)建僅含有多次波疊加能量的速度譜,然后利用同相軸追蹤技術(shù)獲得多次波同相軸的旅行時(shí)信息,從而可確定出多次波同相軸。

實(shí)現(xiàn)同相軸追蹤的前提條件是創(chuàng)建高分辨率的速度譜[23-24],將CMP域多次波記錄m(x,t)以系列速度進(jìn)行動(dòng)校正和疊加處理,得到橫向坐標(biāo)為疊加速度v、縱坐標(biāo)為零偏移距時(shí)τ的記錄,然后對(duì)其取絕對(duì)值可得多次波疊加速度譜(Em(v,τ)),其相應(yīng)的計(jì)算公式為

(1)

式中,n(1≤n≤N)為道號(hào);xn為第n道記錄的偏移距。

由于時(shí)間和空間上的截?cái)嘈?yīng),速度譜Em中各同相軸疊加能量形態(tài)并非團(tuán)狀,而是呈現(xiàn)“剪刀”狀(包含水平以及傾斜的兩條長(zhǎng)尾)[25]畸變,該畸變既降低了速度譜的分辨率,又影響著后續(xù)同相軸追蹤的準(zhǔn)確性。為壓制速度疊加變換過程的截?cái)嘈?yīng),對(duì)初步計(jì)算的多次波疊加速度譜引入同相加權(quán)處理,加權(quán)因子[26]的計(jì)算公式為

(2)

式中,λ(λ≥2)為階數(shù)(λ值越大則加權(quán)因子的分辨率愈高);L為決定時(shí)窗的樣點(diǎn)數(shù);C為常數(shù)(保證分母不為零,一般取平均振幅的0.01～0.001倍)。

將同相加權(quán)過程引入到多次波速度譜的計(jì)算過程中,則公式(1)即可表示為

(3)

對(duì)式(3)中的Em(v,τ)進(jìn)行適度平滑后,m(x,t)中疊加速度值v0、零偏移距時(shí)τ0的雙曲線同相軸將在譜Em(v,τ)中形成以(v0,τ0)為中心極值的團(tuán)狀結(jié)構(gòu)能量。應(yīng)用等值線追蹤方法求出該能量團(tuán)的分布范圍,并搜索出其極值點(diǎn)位置,則可根據(jù)該點(diǎn)的坐標(biāo)(v0,τ0)擬合出時(shí)空域中的相應(yīng)同相軸,即其所經(jīng)各道的旅行時(shí)tn為

(4)

圖1基于理論記錄給出了多次波同相軸的追蹤過程。理論模型的4套水平地層的速度與厚度為:1 500 m/s,230 m;1 700 m/s,300 m;1 950 m/s,332.5 m;2 200 m/s,400 m。以主頻為35 Hz的雷克子波為震源,使用有限差分方法模擬一套含有多次波的地震記錄(該記錄共500炮、每炮160道、炮間距與道間距均為10 m、最小偏移距為0),圖1(a)所示為模擬炮集所對(duì)應(yīng)的第500個(gè)CMP記錄。應(yīng)用SRME方法預(yù)測(cè)多次波記錄(圖1(b))并創(chuàng)建多次波速度譜,其中各能量團(tuán)呈明顯的“剪刀”狀(圖1(c)),對(duì)該譜進(jìn)行同相加權(quán)與適度平滑后得到的速度譜(圖1(d))。在此基礎(chǔ)上,利用等值線追蹤方法獲得多次波同相軸疊加能量團(tuán)的范圍(圖1(d)的“等值線”),進(jìn)而確定出原始記錄中的多次波同相軸(圖1(e)“彩色曲線① ～③”)。

圖1 基于多次波記錄的同相軸追蹤過程Fig.1 Event tracing process based on multiple record

1.2 多次波同相軸的旅行時(shí)誤差校正

在地震資料處理中,SRME方法預(yù)測(cè)的多次波可能在旅行時(shí)上具有一定誤差(在中、遠(yuǎn)偏移距道中尤為明顯),這是導(dǎo)致傳統(tǒng)多次波匹配衰減方法失效的主要原因,消除該旅行時(shí)誤差的影響是實(shí)現(xiàn)對(duì)多次波精確追蹤的關(guān)鍵問題。多次波同相軸的旅行時(shí)誤差在疊加速度譜中體現(xiàn)為參量v0與τ0的差異,從而可根據(jù)其在原始記錄中的真實(shí)參量值進(jìn)行校正。

基于式(2)與式(3)創(chuàng)建了原始記錄d(x,t)的疊加速度譜Ed(v,τ),為了消除譜中一次波能量對(duì)優(yōu)化追蹤過程的干擾,需要通過蒙版濾波方法[9](將兩速度譜Ed(v,τ)與Em(v,τ)重疊,后者作為類似于印刷分色的“蒙版”來屏蔽前者中相應(yīng)位置的信號(hào))獲得原始記錄的多次波速度譜Edm(v,τ)。消除一次波能量的濾波因子為

(5)

其中

式中,ε為均衡Em(v,τ)和Ed(v,τ)之間能量所取的系數(shù);η為控制蒙版濾波的平滑系數(shù);Δv與Δt分別為速度和時(shí)間的統(tǒng)計(jì)窗長(zhǎng)度。

利用式(5)的濾波因子求取原始記錄多次波速度譜Edm(v,τ)的計(jì)算公式為

Edm(v,τ)=Ed(v,τ)f(v,τ).

(6)

圖2給出了多次波同相軸旅行時(shí)誤差校正的過程示例。首先對(duì)圖2(a)所示多次波記錄的各同相軸進(jìn)行時(shí)移與旋轉(zhuǎn),得到具有顯著旅行時(shí)誤差的多次波記錄(圖2(b))。然后基于誤差多次波記錄與原始記錄分別創(chuàng)建多次波速度譜Em(v,τ)(圖2(c))與原始速度譜Ed(v,τ),并通過蒙版濾波得到只含有多次波疊加能量的速度譜Edm(v,τ)(圖2(d))。將基于多次波速度譜Em(v,τ)追蹤的等值線顯示在速度譜Edm(v,τ) 中,其存在明顯的誤差(圖2(d)中“等值線”),最后通過在譜Edm(v,τ)中的優(yōu)化分析將該誤差消除獲得準(zhǔn)確的多次波同相軸(見圖2(e)中“彩色線① ～③”)。

圖2 誤差多次波同相軸的優(yōu)化追蹤過程Fig.2 Optimized tracing process of error multiple events

1.3 基于旅行時(shí)的多次波匹配衰減

利用上述的同相軸優(yōu)化追蹤過程確定多次波同相軸,按照多次波同相軸疊加能量極值的強(qiáng)弱順序,依次將目標(biāo)同相軸截取出來并借助FK濾波予以衰減,從而使相交多次波同相軸能夠得到完全壓制。具體對(duì)每個(gè)多次波同相軸的濾波過程為:

①以多次波同相軸所經(jīng)各道的旅行時(shí)tn(式(4))為中心截取給定的一個(gè)短時(shí)窗長(zhǎng)度的記錄段,使各記錄段沿起點(diǎn)位置對(duì)齊,從而將目標(biāo)同相軸校正為水平。

②將截取的多道記錄段作為輸入,通過FK扇形濾波法衰減已被校正為水平的同相軸。

③將消除多次波的多道記錄段放回各地震道的原時(shí)窗位置。

圖3展示了多次波同相軸的衰減過程。其中,圖3(a)中的彩色曲線①～③ 表示在原始記錄中追蹤出的多次波同相軸。圖3(b)為多次波同相軸的壓制過程。首先截取同相軸①,對(duì)其實(shí)施短時(shí)窗FK視速度濾波處理后放回原記錄,然后依序截取多次波同相軸② 、③ 進(jìn)行相同的處理步驟。最終的濾波結(jié)果如圖3(c)所示,原始記錄中的多次波同相軸已被完全消除,而一次波信號(hào)并未受損傷。

圖3 多次波同相軸的匹配衰減過程Fig.3 Process of multiple event matching attenuation

1.4 多次波的迭代衰減

在原始地震記錄中多次波同相軸的疊加能量強(qiáng)度具有明顯差異,通過一次性的追蹤匹配衰減難以消除其中的所有多次波,可采用迭代的方法對(duì)其進(jìn)行同相軸追蹤與衰減,流程圖見圖4。其基本步驟如下:

(1)為保證同相軸追蹤過程的穩(wěn)定性,需要確定同相軸密度Nm與譜能量閾值E0,前者為單位長(zhǎng)度時(shí)窗內(nèi)多次波同相軸數(shù)的平均值,后者表示是否進(jìn)行再次追蹤壓制的多次波同相軸疊加能量閾值。可通過對(duì)地震記錄與疊加速度譜的觀察分析給定Nm與E0的值。

(9)

(3)重復(fù)步驟(2),直至剩余速度譜中的極值Emax小于閾值E0為止。

圖4 多次迭代的多次波同相軸追蹤與衰減流程Fig.4 Processing flow chart of multiple event tracing and attenuation by iterative algorithm

2 理論模型記錄的處理實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用模型數(shù)據(jù)檢驗(yàn)對(duì)多次波的衰減效果是最直觀的驗(yàn)證方法。本文中給出了應(yīng)用同相軸優(yōu)化追蹤法、多道維納濾波法[4-5]及高精度拋物線拉冬域的蒙版濾波法[5,9]3種方法對(duì)水平層狀模型記錄和Pluto 模型記錄的多次波匹配衰減實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.1 基于簡(jiǎn)單模型記錄的多次波預(yù)測(cè)與衰減

2.1.1 基于準(zhǔn)確多次波記錄的模型匹配衰減

基于準(zhǔn)確的多次波記錄(圖1(a))進(jìn)行多次波的匹配衰減實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)當(dāng)多次波與一次反射波同相軸相交(或相近)時(shí)的處理效果,上述3種方法處理后所得結(jié)果分別如圖5(a)、(b)和(c)所示,為避免動(dòng)校拉伸效應(yīng)影響高精度拋物線變換的精度切除了相應(yīng)記錄遠(yuǎn)道的信號(hào)。對(duì)比處理結(jié)果可知:同相軸優(yōu)化追蹤法可以有效壓制與一次反射波相交(或相近)的多次波同相軸,同時(shí)較好地保持一次反射波信息;多道維納濾波法會(huì)損傷一次反射波信息(圖5(b)“橢圓”內(nèi));高精度拋物線拉冬域的蒙版濾波法雖可分離一次波與多次波,但會(huì)因損傷前者而導(dǎo)致一次波記錄振幅偏弱(圖5(c))。圖5(d)、(e)和(f)顯示了3種方法減掉的多次波成分,從中可以看出:同相軸優(yōu)化追蹤法衰減掉的多次波記錄中無一次波信息(圖5(d));多道維納濾波法與高精度拋物線拉冬域的蒙版濾波法去掉的多次波成分中存在明顯的一次波信息(圖5(e)、(f)中“箭頭”位置)。

圖5 基于準(zhǔn)確多次波記錄的模型匹配衰減實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Experimental results of multiple matching attenuation on accurate multiple record

2.1.2 基于誤差多次波記錄的多次波匹配衰減

多次波匹配衰減方法的“容差”能力決定著該方法的應(yīng)用前景,筆者基于誤差多次波記錄(圖2(b))針對(duì)原始記錄(圖1(a))利用同相軸優(yōu)化追蹤法、多道維納濾波法以及高精度拋物線拉冬域的蒙版濾波法進(jìn)行多次波壓制處理,處理后結(jié)果分別如圖6(a)、(b)和(c)所示,上述3種方法減掉的多次波成分見圖6(d)、(e)和(f)。

對(duì)比分析上述結(jié)果可得出如下結(jié)論:同相軸優(yōu)化追蹤法可在較好地保持一次波信息的同時(shí)(圖6(a))有效壓制存在顯著誤差的多次波(圖6(d));多道維納濾波法對(duì)一次波有損傷(圖6(b)“橢圓”內(nèi)與圖6(e)“箭頭”處),且有殘余多次波存在(圖6(b)“箭頭”處);高精度拋物線拉冬域的蒙版濾波法衰減的記錄中存在明顯的多次波殘余(圖6(c)“箭頭”處),且一次波損傷較嚴(yán)重(圖6(f)“箭頭”處)。

圖6 基于誤差多次波記錄的多次波匹配衰減實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Experimental results of multiple matching attenuation error on multiple record

2.2 基于Pluto 模型記錄的多次波預(yù)測(cè)與衰減

Pluto 模型是用于檢驗(yàn)自由界面多次波預(yù)測(cè)與衰減效果的國際標(biāo)準(zhǔn)模型。該模型海底由淺到深變化劇烈,中部有速度較高的鹽丘構(gòu)造,致使大部分波阻抗界面扭曲,并形成多套斷層,而且在鹽丘下部的地層受擠壓作用形成一系列褶皺構(gòu)造。圖7(a)為Pluto模型的第841個(gè)原始CMP記錄,圖7(b)為其對(duì)應(yīng)的多次波記錄(經(jīng)自由界面多次波預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)得到)的CMP道集,圖中箭頭指向的分別為2～3階的海底全程多次波與2～4階的鹽丘頂面地震多次波。

圖7 基于Pluto模型記錄的多次波壓制結(jié)果Fig.7 Demultiple results based on Pluto model record

應(yīng)用同相軸優(yōu)化追蹤法、傳統(tǒng)多道維納濾波法以及高精度拋物線拉冬域的蒙版濾波法分別對(duì)原始記錄進(jìn)行多次波衰減處理,所得結(jié)果分別如圖7(c)、(d)和(e)所示。經(jīng)過同相軸優(yōu)化追蹤法衰減處理后,原始記錄中箭頭指向的復(fù)雜多次波已被消除,并且其一次波信息幾乎未受損傷(圖7(c));傳統(tǒng)多道維納濾波法處理后的地震記錄中，中、深部的反射信號(hào)振幅明顯偏弱,部分一次波反射同相軸受到嚴(yán)重?fù)p傷(如圖7(d)中“箭頭”位置);而在拉冬域蒙版濾波法處理后的地震記錄中,因時(shí)差較小其近炮檢距道中仍然存在明顯的多次波殘余(圖7(e)中“箭頭”位置)。

基于原始地震記錄及衰減多次波后的地震記錄進(jìn)行逆時(shí)偏移成像,相應(yīng)的深度剖面見圖8。在原始偏移剖面中,箭頭指向的為多次波成像的同相軸(圖8(a)),其干擾了對(duì)有效構(gòu)造的解釋分析。圖8(b)為經(jīng)同相軸優(yōu)化追蹤方法處理后的逆時(shí)偏移剖面,其多次波同相軸已被完全消除;而通過常規(guī)多道維納濾波法與高精度拋物線拉冬域的蒙版濾波法處理后的偏移剖面中仍有殘余多次波成像(圖8(c)、(d)“箭頭”位置)。此外,圖8(c)部分鹽丘頂界面反射同相軸發(fā)生畸變(圖中橢圓范圍所示),而圖8(c)、(d)的深部位置構(gòu)造成像能量明顯弱于圖8(b),該現(xiàn)象均說明常規(guī)多道維納濾波法與高精度拋物線拉冬域的蒙版濾波法在剔除多次波的同時(shí)嚴(yán)重?fù)p傷了一次波反射信號(hào),而同相軸優(yōu)化追蹤法則可在有效剔除各類多次波的同時(shí)較好地保持一次波信息。

圖8 逆時(shí)偏移剖面的多次波匹配衰減效果對(duì)比Fig.8 Comparison of multiple matching attenuation effect of reverse-time migration sections

3 實(shí)際地震資料處理實(shí)驗(yàn)

實(shí)際地震測(cè)線資料選自具有堅(jiān)硬海底的區(qū)域,其沿觀測(cè)方向水深由150 m增加至1 100 m,相應(yīng)的原始炮集記錄中發(fā)育有強(qiáng)自由界面多次波,且在海底陡坡位置多次波特征尤為復(fù)雜。該測(cè)線的野外采集參數(shù)為:原始記錄共2 699炮,每炮240道接收,道間隔及炮間隔均為25 m,最小偏移距為100 m。

首先,對(duì)原始炮集進(jìn)行以下步驟的預(yù)處理:①切除各炮記錄中的直達(dá)波干擾;②通過帶通濾波消除原始地震記錄中小于5 Hz的低頻信號(hào);③利用球面擴(kuò)散補(bǔ)償增強(qiáng)炮集記錄中深部較弱的反射信息。經(jīng)預(yù)處理后的第1 126炮記錄如圖9(a)所示,箭頭指向的為與海底有關(guān)的3階自由界面多次波同相軸,其與同時(shí)段的低頻一次波同相軸相交。其次,通過SRME方法預(yù)測(cè)得到了多次波記錄(第1 126炮見圖9(b)),與原始記錄中比較,兩者的多次波存在明顯誤差(“橢圓”內(nèi))。再分別應(yīng)用同相軸優(yōu)化追蹤法、多道維納濾波法與拋物線拉冬域蒙版濾波法消除多次波,圖10(a)、(b)與(c)分別給出了相應(yīng)的炮集記錄。

通過對(duì)比圖10(a)、(b)和(c)可知,圖10(a)中的多次波已被完全消除,而多道維納濾波法與拋物線拉冬域蒙版濾波法衰減多次波的炮集記錄中均存在較強(qiáng)的多次波殘余(圖10(b)、(c)中“箭頭”位置和“橢圓”區(qū)域)。

圖9 原始炮集記錄與預(yù)測(cè)的多次波記錄示例Fig.9 Examples of original shot gather record and predicted multiple record

最后,應(yīng)用原始炮集記錄和3種方法壓制多次波的炮集記錄,分別進(jìn)行克?；舴蚍e分疊前時(shí)間偏移處理,得到的剖面如圖11所示。

圖10 炮集記錄的多次波匹配衰減效果對(duì)比Fig.10 Comparison of multiple matching attenuation effect of shot gathers

圖11 疊前時(shí)間偏移剖面的多次波匹配衰減效果對(duì)比Fig.11 Comparison of multiple matching attenuation effect of pre-stack time migration sections

原始炮集記錄形成的剖面中,存在著較強(qiáng)的傾斜多次波同相軸(圖11(a)中“箭頭”位置和“橢圓”區(qū)域);同相軸優(yōu)化追蹤法較好地消除了上述的多次波干擾(圖11(b));多道維納濾波法與拋物線拉冬域蒙版濾波法壓制多次波后的偏移剖面中均存在著較明顯的多次波殘余(圖11(c)、(d)中“箭頭”位置和“橢圓”區(qū)域)。

實(shí)際勘探地震資料的處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在海底起伏多次波復(fù)雜且多次波預(yù)測(cè)存在顯著誤差的情況下,同相軸優(yōu)化追蹤的多次波匹配衰減方法與傳統(tǒng)的多道維納濾波法與拋物線拉冬域蒙版濾波法相比,仍可在保持一次波信息的前提下,顯著改善對(duì)多次波的衰減效果。

4 結(jié) 論

同相軸優(yōu)化追蹤法僅根據(jù)多次波同相軸旅行時(shí)信息進(jìn)行匹配衰減,不受所預(yù)測(cè)多次波信號(hào)振幅差異與波形變化的影響,在一定程度上降低了對(duì)多次波預(yù)測(cè)精度的要求。由于可通過同相軸優(yōu)化追蹤實(shí)現(xiàn)對(duì)多次波預(yù)測(cè)誤差的校正,能夠顯著提高多次波(尤其是中、遠(yuǎn)偏移距道中的多次波)的匹配衰減效果。理論模型與實(shí)際地震資料的處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明了同相軸優(yōu)化追蹤法的多次波衰減效果明顯優(yōu)于多道維納濾波法與拋物線拉冬域蒙版濾波法,更加適應(yīng)于復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域的多次波處理。

[1] VERSCHUUR D J, BERKHOUT A J, WAPENAAR C P A. Surface-related multiple elimination in the presence of near-surface anomalies [J]. Seg Technical Program Expanded Abstracts, 1999,9(1):1622.

[2] BERKHOUT A J, VERSCHUUR D J. Estimation of multiple scattering by iterative inversion, part I: theoretical considerations [J]. Geophysics, 2012,62(1):1586-1595.

[3] VERSCHUUR D J, BERKHOUT A J. Estimation of multiple scattering by iterative inversion, part II: practical aspects and examples [J]. Geophysics, 2012,62(5):1596-1611.

[4] WANG Y. Multiple subtraction using an expanded multichannel matching filter [J]. Geophysics, 2003,68(1):346-354.

[5] TREITEL S. Principles of digital multichannel filtering [J]. Geophysics, 1970,35(5):785-811.

[6] 李鵬,劉伊克,常旭,等.均衡擬多道匹配濾波法在波動(dòng)方程法壓制多次波中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)報(bào),2007,50(6):1844-1853. LI Peng, LIU Yike, CHANG Xu, et al. Application of the equipoise pseudomultichannel matching filter in multiple elimination using wave-equation method [J]. Chinese J Geophys (in Chinese), 2007,50(6):1844-1853.

[7] 李學(xué)聰,劉伊克,常旭,等.均衡多道1范數(shù)匹配多次波衰減的方法與應(yīng)用研究[J].地球物理學(xué)報(bào),2010,53(4):963-973. LI Xuecong, LIU Yike, CHANG Xu, et al. The adaptive subtraction of multiple using the equipoise multichannel L1-norm matching [J]. Chinese J Geophys(in Chinese), 2010,53(4):963-973.

[8] 李振春,劉建輝,郭朝斌,等.基于擴(kuò)展偽多道匹配的保幅型多次波壓制方法[J].石油地球物理勘探,2011(2):207-210. LI Zhenchun, LIU Jianhui, GUO Chaobin, et al. Amplitude-preserved multiple suppression based on expanded pseudo-multi-channel matching [J]. OGP, 2011(2):207-210.

[9] ZHOU B, STEWART G. Multiple suppression by 2D filtering in the parabolicτ-pdomain: a wave-equation-based method[J]. Geophysical Prospecting, 1996,44(3):375-401.

[10] 石穎,王維紅.基于波動(dòng)方程預(yù)測(cè)和雙曲Radon變換聯(lián)合壓制表面多次波[J].地球物理學(xué)報(bào),2012,55(9):3115-3125. SHI Ying, WANG Weihong. Surface-related multiple suppression approach by combining wave equation prediction and hyperbolic Radon transform [J]. Chinese J Geophys(in Chinese), 2012,55(9):3115-3125.

[11] 薛亞茹,楊靜,錢步仁. 基于高價(jià)稀疏Radon變換的預(yù)測(cè)多次波自適應(yīng)相減方法 [J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015, 39(1):43-49. XUE Yaru, YANG Jing, QIAN Buren. Multiples prediction and adaptive subtraction with high-order sparse Radon transform [J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2015,39(1):43-49.

[12] HERRMANN F J, WANG D, VERSCHUUR D J. Adaptive curvelet-domain primary-multiple separation [J]. Society of Exploration Geophysicists, 2008,73(3):A17.

[13] 董烈乾,李培明,張奎,等.基于復(fù)曲波變換的一次波和多次波分離方法[J].地球物理學(xué)報(bào),2015,58(10):3783-3790. DONG Lieqian, LI Peiming, ZHANG Kui, et al. Primary and multiple separation method based on complex curvelet transform [J]. Chinese J Geophys(in Chinese), 2015,58(10):3783-3790.

[14] SPITZ S. Pattern recognition, spatial predictability, and subtraction of multiple events [J]. Leading Edge, 1999,18(1):55-58.

[15] LU W K, LIU L, LI Y D. Adaptive multiple subtraction based on constrained independent component analysis [J]. Seg Technical Program Expanded Abstracts, 2008,74(26):1-7.

[16] GUITTON A. Multiple attenuation in complex geology with a pattern-based approach [J]. Geophysics, 2005,70(4):V97-V107.

[17] FOMEL S. Adaptive multiple subtraction using regularized nonstationary regression [J]. Geophysics, 2009,74(1):3639.

[18] 金德剛,常旭,劉伊克.逆子波域消除多次波方法研究[J].地球物理學(xué)報(bào),2008,51(1):250-259. JIN Degang, CHANG Xu, LIU Yike. Research of multiple elimination method in inverse wavelet domain [J]. Chinese J Geophys (in Chinese), 2008,51(1):250-259.

[19] 李鐘曉,陸文凱,龐廷華,等.基于多道卷積信號(hào)盲分離的多次波自適應(yīng)相減方法[J].地球物理學(xué)報(bào),2012,55(4):1325-1334. LI Zhongxiao, LU Wenkai, PANG Tinghua, et al. Adaptive multiple subtraction based on multi-traces convolutional signal blind separation [J]. Chinese J Geophys (in Chinese),2012,55(4):1325-1334.

[20] DRAGOSET W H, JERICEVIC Z. Some remarks on surface multiple attenuation [J]. Geophysics, 1998,63(2):772-789

[21] 譚軍.自由界面多次波的預(yù)測(cè)與衰減[D].青島:中國海洋大學(xué),2011. TAN Jun. The prediction and attenuation of Surface-related multiple [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2011.

[22] 譚軍,王修田.基于同相軸追蹤的多次波衰減[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,42(6):99-106. TAN Jun, WANG Xiutian. Multiple attenuation based on event tracing [J]. Periodical of Ocean University of China(Edition of Natural Science), 2012,42(6):99-106.

[23] THORSON J R. Velocity-stack and slant-stack stochastic inversion[J]. Geophysics, 1985,50(12):2727.

[24] 謝玉洪,陳殿遠(yuǎn),劉愛群,等. 高精度疊前時(shí)間域速度分析方法研究及應(yīng)用[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,38(2):38-43. XIE Yuhong, CHEN Dianyuan, LIU Aiqun, et al. High-precision velocity analysis method in prestack time domain and its application [J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2014,38(2):38-43.

[25] WANG Y H. Multiple attenuation: coping with the spatial truncation effect in the Radon transform domain[J]. Geophysical Prospecting, 2003,51:75-87

[26] STOFFA P L, BUHL P, DIEBOLD J B, et al. Direct mapping of seismic data to the domain of intercept time and ray parameter—a plane-wave decomposition[J]. Geophysics, 1981,46(3):255.

(編輯 修榮榮)

Multiple matching attenuation method based on optimized event tracing

TAN Jun1,2,3， LI Jinshan1,2,3， SONG Peng1,2,3， WANG Lei1， ZHANG Xiaobo1， ZHONG Mengxuan1

(1.College of Marine Geo-sciences, Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.LaboratoryforMarineMineralResources,QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology,Qingdao266071,China3.KeyLabofSubmarineGeosciencesandProspectingTechniquesMinistryofEducation，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China)

The paper introduces a multiple matching attenuation method based on optimized event tracing. Firstly, the method uses multiple data predicted by SRME to generate multiple velocity spectrum, then gets travel time information of multiple event by event tracing technique. An optimized tracing is used to correct the errors of predicted multiples and then a short-time FK fan filtering is applied to attenuate the multiples. The matching attenuation is based only on travel time information of multiple, thus it can lower the requirement in the multiple prediction precision to a certain extent. Meanwhile, optimized event tracing can significantly improve the accuracy of multiple elimination. Model simulations and field tests show that the method has better multiple eliminating effect than conventional multi-channel Wiener filter methods and the mask filtering methods in parabola Radon domain.

multiple matching attenuation; event optimized tracing; short-time window FK filtering; Wiener filtering; mask filtering in parabola Radon domain

2016-01-06

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41574105)

譚軍(1982-),男,講師,博士,研究方向?yàn)槎啻尾▔褐婆c地震偏移成像。E-mail:tanjun0532@ouc.edu.cn。

李金山(1963-),男,教授級(jí)高工,碩士,研究方向?yàn)榈卣鹳Y料數(shù)據(jù)處理。E-mail:ljs@ouc.edu.cn。

1673-5005(2016)06-0040-10

10.3969/j.issn.1673-5005.2016.06.005

P 631.4

A

譚軍,李金山,宋鵬,等. 基于同相軸優(yōu)化追蹤的多次波匹配衰減方法 [J].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,40(6):40-49.

TAN Jun, LI Jinshan, SONG Peng, et al. Multiple matching attenuation method based on optimized event tracing[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2016,40(6):40-49.