基于確定性子波處理的鬼波壓制方法*

陳寶書 陶 杰 李松康 汪小將 仝中飛 張連群

(中海油研究總院 北京 100028)

基于確定性子波處理的鬼波壓制方法*

陳寶書 陶 杰 李松康 汪小將 仝中飛 張連群

(中海油研究總院 北京 100028)

鬼波干擾是海洋地震勘探中始終存在的難題，長期沒有得到根本的解決，嚴(yán)重制約了地震勘探技術(shù)的進(jìn)步。目前多數(shù)壓制方法一般僅針對電纜鬼波，無法很好地壓制震源鬼波。本文提出了一種基于確定性子波處理的鬼波壓制方法，先獲取遠(yuǎn)場子波，再由遠(yuǎn)場子波獲得3種類型的地震子波，并求取子波之間的匹配算子，然后將算子應(yīng)用于實際地震數(shù)據(jù)，最終獲得壓制鬼波的結(jié)果。該方法要求地震采集過程中氣槍震源子波相對穩(wěn)定，通過各種方法獲得的子波與實際子波基本接近。理論模型測試結(jié)果表明，本文方法能夠同時壓制電纜鬼波和震源鬼波，即使受地層吸收衰減的影響，依然能夠獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。實際資料應(yīng)用效果表明，使用本文方法進(jìn)行鬼波壓制處理后，地震資料剖面波組特征清晰，反射同相軸單一，有利于構(gòu)造解釋工作；地震資料頻譜頻帶寬，高低頻能量豐富，無明顯陷頻點，有利于儲層反演工作。

確定性子波；鬼波壓制；震源鬼波；電纜鬼波；匹配算子

鬼波干擾是海洋地震勘探中始終存在的難題，長期沒有得到根本的解決，嚴(yán)重制約了地震勘探技術(shù)的進(jìn)步。鬼波分為震源鬼波和電纜鬼波。氣槍震源被沉放于海水中的一定深度激發(fā)，有一部分能量直接向上傳播到海面，然后再向下反射向海底深部傳播，遇到地下界面再反射回來被電纜檢波器所接收，此波恰好尾隨在正常一次反射波之后構(gòu)成干擾，稱作震源鬼波；與此對應(yīng)，震源激發(fā)后能量向下反射，遇到地下界面后再反射回來至海面，再由海面反射回來被電纜檢波器所接收，此波也同樣在正常一次反射波之后構(gòu)成干擾，稱作電纜鬼波[1]。對于海上地震資料而言，鬼波的存在造成地震資料出現(xiàn)陷頻，地震資料的頻帶被壓縮;同時導(dǎo)致地震資料出現(xiàn)多軸、多相位等現(xiàn)象，從而無法準(zhǔn)確地獲得反射系數(shù)序列，嚴(yán)重影響構(gòu)造解釋、儲層反演、油氣檢測和開發(fā)地震的應(yīng)用效果。

如何有效壓制鬼波，近年來已成為業(yè)界一個熱點問題。鬼波壓制方法主要有2類，一類是基于新的采集方法，另一類是基于新的處理方法。目前主流的采集方法主要包括海底電纜采集(OBC)[2]、雙傳感器采集[3]、上下纜采集[4]、上下源采集[5]、斜纜采集[6]等,這些采集方法配合相應(yīng)的處理方法都能在一定程度上壓制鬼波，如針對OBC資料、雙傳感器資料的水陸檢合并方法，針對上下纜上下源資料的上下纜、上下源合并方法[7]，針對斜纜資料的鏡像偏移方法、聯(lián)合反褶積方法[8-9]等。這類基于采集方法的鬼波壓制費用昂貴，且處理過程復(fù)雜、難度較大，因此業(yè)界也在不斷研究基于處理方法的鬼波壓制，如基于自舉算法的鬼波壓制方法[10]、基于逆散射級數(shù)法的鬼波壓制方法[11]、τ-p域Radon變換鬼波壓制方法[12-13]、基于格林函數(shù)理論的波場預(yù)測和鬼波壓制方法[14]等。這類基于處理方法的鬼波壓制方法均是先通過算法預(yù)測鬼波，然后將其從數(shù)據(jù)中消除，一般僅針對電纜鬼波，無法很好地壓制震源鬼波。

本文提出了一種基于確定性子波處理的鬼波壓制方法，核心思想是利用獲取的遠(yuǎn)場子波計算鬼波壓制算子，以達(dá)到壓制鬼波的目的。該方法適用于常規(guī)采集地震資料，能夠同時壓制電纜鬼波和震源鬼波，可為后續(xù)地質(zhì)構(gòu)造解釋、儲層反演和沉積特征分析等提供高品質(zhì)的地震資料。

1 鬼波壓制方法

1.1 方法原理

地震記錄是真實地層反射系數(shù)、地震子波和吸收衰減因子的褶積，即

D(t)=R(t)*W(t)*Q

(1)

式(1)中：D(t)為地震記錄；R(t)為地層反射系數(shù)；W(t)為地震子波；Q為吸收衰減因子。

從式(1)可以看出，應(yīng)用不同類型的地震子波與地層反射系數(shù)、地層吸收衰減因子進(jìn)行褶積能夠獲得不同結(jié)果的地震記錄。對于實際地震資料D1(t)而言，其對應(yīng)的地震子波是我們通常意義上的遠(yuǎn)場子波W1(t)。該遠(yuǎn)場子波一般可以通過如下方式獲?。褐苯咏邮者h(yuǎn)場子波信號；根據(jù)氣槍陣列參數(shù)、電纜沉放深度進(jìn)行軟件模擬；根據(jù)近場子波信號、震源沉放深度、電纜沉放深度進(jìn)行合成；根據(jù)零偏移距數(shù)據(jù)的海底反射進(jìn)行提取。

由獲取的遠(yuǎn)場子波可以獲得3種類型的地震子波：①既含震源鬼波又含電纜鬼波的子波W1(t)；②僅含震源鬼波的子波W2(t)；③既不含震源鬼波又不含電纜鬼波的子波W3(t)。這3種地震子波對應(yīng)的地震記錄分別為D1(t)、D2(t)、D3(t)，其中D3(t)是理想狀態(tài)下不含任何鬼波和子波衰減系數(shù)的地震記錄。

假定在1個子波長度內(nèi)，一次波與鬼波的相對關(guān)系保持不變(即吸收衰減因子Q在1個子波范圍內(nèi)，對于一次波和鬼波信號的吸收衰減效應(yīng)是一致的)，令Rnew(t)=R(t)*Q，則式(1)可以改寫為

D(t)=R(t)*W(t)*Q=[R(t)*Q]*W(t)=

Rnew(t)*W(t)

(2)

由此可以得到

D1(t)=Rnew(t)*W1(t)

(3)

D2(t)=Rnew(t)*W2(t)

(4)

D3(t)=Rnew(t)*W3(t)

(5)

對比式(3)～(5)可知，D1(t)、W1(t)、W2(t)、W3(t)均已知，只要計算出W1(t)、W2(t)、W3(t)之間的匹配算子，并應(yīng)用于實際數(shù)據(jù)D1(t)，就可以得到含有子波衰減系數(shù)Q的D2(t)和D3(t)。

具體實現(xiàn)步驟為：①計算出W1(t)、W2(t)之間的匹配算子，W1(t)是既含震源鬼波又含電纜鬼波的子波，W2(t)是僅含震源鬼波的子波，兩者的匹配算子即為電纜鬼波壓制算子。將該算子應(yīng)用于已知的實際數(shù)據(jù)D1(t)，即可獲得壓制電纜鬼波之后的數(shù)據(jù)D2(t)。②計算出W2(t)、W3(t)之間的匹配算子，W2(t)是僅含震源鬼波的子波，W3(t)是既不含震源鬼波又不含電纜鬼波的子波，兩者的匹配算子即為震源鬼波壓制算子。將該算子應(yīng)用于已知的已經(jīng)壓制電纜鬼波后數(shù)據(jù)D2(t)，即可獲得壓制電纜鬼波和震源鬼波之后的數(shù)據(jù)D3(t)；含有子波衰減系數(shù)Q的D3(t)就是最終期望得到的消除鬼波影響的結(jié)果。

可以將上述2個步驟合為一步，直接求取W1(t)、W3(t)之間的匹配算子，應(yīng)用于實際數(shù)據(jù)，獲得消除鬼波的結(jié)果。令F為W1(t)、W3(t)的匹配算子，則它們之間的匹配關(guān)系可表示為

W3(t)=F*W1(t)

(6)

由于W1(t)、W3(t)已知，則匹配算子F可表示為

F=W3(t)*W1(t)-1

(7)

結(jié)合式(3)、(5)、(6)，可得

D3(t)=Rnew(t)*F*W1(t)=F*D1(t)=

W3(t)*W1(t)-1*D1(t)

(8)

1.2 適用條件

從上述公式可以看出，該方法存在隱含假設(shè)條件：子波為單一子波，而子波吸收衰減系數(shù)Q對整個子波起作用。因此,本方法的適用條件為：①實際資料采集過程中，空氣槍工作時間窗內(nèi)穩(wěn)定，各采集時窗內(nèi)氣槍激發(fā)的子波基本無差異;②實際資料采集過程中，電纜沉放深度相對穩(wěn)定，無明顯高度差;③實際子波傳播過程中，地層對于一次波、鬼波的吸收衰減作用一致。

2 理論模型測試

利用圖1所示地震子波模擬了1道地震記錄，并進(jìn)行了鬼波壓制測試。圖1是既含震源鬼波又含電纜鬼波的子波W1(t)；圖2是不含鬼波的期望子波W3(t)；圖3是經(jīng)過子波匹配獲得的鬼波壓制算子；圖4是模擬地震記錄的鬼波壓制結(jié)果。圖4a是隨機給出的反射系數(shù)模型，其中既含有單一反射層位，也含有相干反射層位；圖4b是子波W1(t)和反射系數(shù)模型合成的地震記錄，由于鬼波的存在，該地震記錄已經(jīng)不能很好地反映地層的真實反射系數(shù)，尤其是在相干反射層位的位置；圖4c是模擬子波衰減的地震記錄，受吸收衰減影響，該地震記錄的振幅和相位都有所改變；圖4d是圖4b應(yīng)用本文方法壓制鬼波的結(jié)果，該結(jié)果各反射層位的信息與原始模型圖4a基本一致；圖4e是圖4c應(yīng)用本文方法壓制鬼波的結(jié)果，受吸收衰減影響，該結(jié)果各反射層位的振幅值雖有所變化，但其位置與極性均得到恢復(fù)，鬼波的影響得到消除。由此可見，本文方法能夠同時壓制電纜鬼波和震源鬼波，且壓制效果基本不受地層吸收衰減的影響。

圖1 既含震源鬼波又含電纜鬼波的子波W1(t)Fig.1 Source wavelet W1(t) containing source ghost wave and cable ghost wave

圖2 不含鬼波的期望子波W3(t)Fig.2 Expected wavelet W3(t) without ghost wave

圖3 子波匹配獲得的鬼波壓制算子Fig.3 Deghosting operator by wavelet matching

圖4 理論模型處理結(jié)果Fig.4 Processing result of theoretical model

3 實際資料應(yīng)用

1) 實例1。

圖5是海外A區(qū)塊地震資料鬼波壓制前后單炮記錄的對比。第1根黑色同相軸為海底反射一次波信號，第2根黑色同相軸為海底反射電纜鬼波信號。對比圖5a、b可以看到，鬼波已經(jīng)得到了明顯壓制，第2根黑色同相軸的電纜鬼波信號已經(jīng)被壓制，海底反射效果最為顯著。

圖6是該區(qū)鬼波壓制效果的海底反射展示。圖6a是鬼波壓制前的疊加剖面，由于鬼波的存在，海底反射呈現(xiàn)多軸多相位的現(xiàn)象，第1根紅色同相軸是海底反射的一次波信號，其后出現(xiàn)的藍(lán)色同相軸和紅色同相軸均為海底反射的鬼波信號。圖6b是電纜鬼波壓制后的疊加剖面，紅色同相軸顯示的鬼波信號得到消除。圖6c是震源鬼波壓制后的疊加剖面，藍(lán)色同相軸顯示的鬼波信號得到消除，此時海底反射層位已經(jīng)由原來的多相位變成單相位，剖面的波阻特征更為清晰明確。圖7是該區(qū)鬼波壓制效果的地下反射展示，鬼波壓制特征與圖6類似。

圖5 海外A區(qū)塊單炮記錄對比Fig.5 Comparison of shot gathers in overseas A block

圖6 海外A區(qū)塊海底反射地震資料疊加剖面對比Fig.6 Comparison of stacked profiles of seabed reflection seismic data in overseas A block

圖8是該區(qū)鬼波壓制前后的頻譜對比，可以看出，以-10 dB作為標(biāo)準(zhǔn)，鬼波壓制前的頻寬為12～60 Hz，鬼波壓制后的頻寬為3～72 Hz。由此可見，應(yīng)用本文方法后，原始地震資料高頻端和低頻端的陷頻均得到很好的恢復(fù)，低頻和高頻信號都有明顯提升。

圖7 海外A區(qū)塊地下反射地震資料疊加剖面對比Fig.7 Comparison of stacked profiles of underground reflection seismic data in overseas A block

2) 實例2。

圖9是南海深水區(qū)地震資料鬼波壓制前后剖面對比，該測線為國內(nèi)首次將電纜沉放至20 m深。圖9a為鬼波壓制前剖面，由于電纜沉放至20 m深，水況較為穩(wěn)定，地震數(shù)據(jù)的信噪比極高，但同時鬼波與一次波的時差大幅度增加，在剖面上顯現(xiàn)出大量的沉積假象。圖9b是鬼波壓制后的剖面，可以看出，鬼波造成的沉積假象得到了很好的消除，基底疊瓦狀構(gòu)造形態(tài)也更加清晰。

圖10是該區(qū)鬼波壓制前后的頻譜對比。可以看出，由于電纜沉放至20 m深，鬼波壓制前的頻譜，陷頻現(xiàn)象更加明顯，在36 Hz的位置就已經(jīng)出現(xiàn)。鬼波壓制后，鬼波造成的陷頻現(xiàn)象得到了很好的消除，頻譜得到了拓寬。

圖8 海外A區(qū)塊地震資料頻譜對比Fig.8 Comparison of seismic data frequency spectrum in overseas A block

圖9 南海深水區(qū)B測線地震資料剖面對比Fig.9 Comparison of seismic data profiles of line B in deep water area,South China Sea

圖10 南海深水區(qū)B測線地震資料頻譜對比Fig.10 Comparison of seismic data frequency spectrum of line B in deep water area,South China Sea

4 結(jié)論

1) 提出了一種基于確定性子波處理的鬼波壓制方法，先獲取遠(yuǎn)場子波，再由遠(yuǎn)場子波獲得3種類型的地震子波，并求取子波之間的匹配算子，然后將算子應(yīng)用于實際地震數(shù)據(jù)，最終獲得壓制鬼波的結(jié)果。該方法要求地震采集過程中氣槍震源子波相對穩(wěn)定，通過各種方法獲得的子波與實際子波基本接近。

2) 理論模型測試結(jié)果表明，本文方法能夠同時壓制電纜鬼波和震源鬼波，即使受地層吸收衰減的影響，依然能夠獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。

3) 實際資料應(yīng)用效果表明，使用本文方法進(jìn)行鬼波壓制處理后，地震資料剖面波組特征清晰，反射同相軸單一，有利于構(gòu)造解釋工作；地震資料頻譜頻帶寬，高低頻能量豐富，無明顯陷頻點，有利于儲層反演工作。

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(編輯：馮 娜)

Deghosting method based on deterministic wavelet processing

CHEN Baoshu TAO Jie LI Songkang WANG Xiaojiang TONG Zhongfei ZHANG Lianqun

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

Ghost wave interference problem always existing in marine seismic exploration has not been fundamentally resolved for a long time, which restricts the seismic exploration technology progress seriously.Most deghosting methods can only suppress cable ghost wave, and don’t have a very good suppression effect for source ghost wave.In this paper, a deghosting method based on deterministic wavelet processing is developed.First of all, the far field wavelet is got and used to create three kinds of wavelets and the match operators among the wavelets are calculated and applied on the real seismic data to suppress ghost wave.The simulation results show that this method can effectively suppress both cable ghost wave and source ghost wave, even with the effect of seismic attenuation this method can also obtain good results.The application of this method on real seismic data shows that with the deghosting method the wave group characteristics of seismic profile are clear and reflection events are single, which are helpful for structure interpretation.Meanwhile, frequency spectrum of seismic data is broad, the high and low frequency energy is rich, and there is no obvious notch frequency, which are helpful for reservoir inversion.

deterministic wavelet; deghosting; source ghost wave; cable ghost wave; match operator

陳寶書，男，教授級高級工程師，2008年畢業(yè)于中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所固體地球物理專業(yè)，獲博士學(xué)位，主要從事地震資料處理方法研究工作。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院A座1002(郵編：100028)。E-mail:chenbsh@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)01-0039-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.01.005

陳寶書,陶杰,李松康，等.基于確定性子波處理的鬼波壓制方法[J].中國海上油氣，2017,29(1)：39-45.

CHEN Baoshu,TAO Jie,LI Songkang,et al.Deghosting method based on deterministic wavelet processing[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(1):39-45.

P631.4

A

2016-04-28 改回日期：2016-07-26

*“十二五”國家科技重大專項“南海深水區(qū)油氣勘探地球物理關(guān)鍵技術(shù)(編號：2011ZH05025-001)”部分研究成果。