基于聯(lián)合建模匹配衰減技術(shù)的鶯歌海盆地多次波壓制方法研究

孟凡可， 安黎明， 李永康

(1.華北水利水電大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院, 鄭州 450046; 2.河南省航空物探遙感中心, 鄭州 450002)

多次波是海洋地震勘探中最突出的問(wèn)題之一，多次波的存在嚴(yán)重影響地震波成像的真實(shí)性和可靠性，如何有效壓制多次波并突出有效波是海洋地震資料處理的關(guān)鍵之一[1]。多次波的衰減方法大致可以分為兩大類(lèi)[2]。在國(guó)外，最開(kāi)始由Robinson[3]引入維納濾波來(lái)壓制多次波,這種方法對(duì)于1-D,特別是在線(xiàn)性Radon域效果明顯，Backus[4]利用預(yù)測(cè)反褶積來(lái)消除海上鳴震，Alam等[5]提出了對(duì)常規(guī)中點(diǎn)(common middle point，CMP)道集進(jìn)行傾斜疊加變換的方法。目前在國(guó)內(nèi)多采用預(yù)測(cè)反褶積和表面相關(guān)多重消除(surface related multiple elimination，SRME)對(duì)多次波進(jìn)行壓制，并能取得不錯(cuò)的效果。但二者均具有一定局限性，反褶積是建立在子波是最小相位的時(shí)不變的、高信噪比、白噪假設(shè)等3個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上的，并且在時(shí)間域隨著偏移據(jù)的增大，多次波的周期性減弱[6-8]。SRME則嚴(yán)重依賴(lài)于近偏移距信息并且同樣要求數(shù)據(jù)要有較高的信噪比[9-10]。為了解決常規(guī)“串聯(lián)”式衰減多次波帶來(lái)的弊端，本文開(kāi)發(fā)了聯(lián)合多次波建模壓制技術(shù)。

1 鶯歌海盆地多次波概況

鶯歌海盆地早期勘探開(kāi)發(fā)主要集中在1 200 ms左右的鶯歌海盆地東方某氣田，該區(qū)域壓力主要隨埋深變化，為常規(guī)壓力地質(zhì)環(huán)境[7]。隨著鶯歌海盆地勘探開(kāi)發(fā)往中深層復(fù)雜區(qū)域黃流組、梅山組開(kāi)展，開(kāi)始面臨高溫高壓地質(zhì)環(huán)境的挑戰(zhàn)[8]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鶯歌海盆地沉降速率很快,沉積物的快速堆積使得巖石極易形成欠壓實(shí)，沉積物中的大量流體無(wú)法排出，在上覆地層的壓力下，孔隙流體形成超壓，使速度降低，造成速度倒轉(zhuǎn)(圖1)。有效地層與多次波在速度上基本難以區(qū)分，對(duì)多次波的壓制帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)(圖2)。如東方某氣田自總體開(kāi)發(fā)方案(overall development plan,ODP)實(shí)施前后儲(chǔ)量變化大，主要原因在于后期水道改造，儲(chǔ)層橫縱向變化快，橫向看似連通，但縱向多期疊置關(guān)系復(fù)雜，之前處理結(jié)果與鉆井結(jié)果不吻合。而東方區(qū)、樂(lè)東區(qū)等區(qū)塊儲(chǔ)層層系相似、沉積模式可類(lèi)比，對(duì)于該區(qū)的地震解釋來(lái)說(shuō)微小的變化對(duì)該區(qū)的解釋開(kāi)發(fā)方案都有著巨大的影響。因此多次波衰減在鶯歌海盆地高溫高壓區(qū)地震資料處理中起到了關(guān)鍵的作用[11-12]。

圖1 鶯歌海盆地樂(lè)東區(qū)典型多次波特征剖面

圖2 鶯歌海盆地樂(lè)東區(qū)典型速度倒轉(zhuǎn)特征

2 聯(lián)合多次波建模匹配衰減技術(shù)

短程多次波是地震波從某一深部界面反射回來(lái)再在海面(或地面)向下反射，然后又在某一個(gè)較淺的界面發(fā)生反射所形成的多次波[13]。短程多次波會(huì)使一次反射波的振幅、頻率和相位發(fā)生畸變，而且較難發(fā)現(xiàn)和識(shí)別。所以，在確定地震記錄上的同相軸波形時(shí)，準(zhǔn)確地識(shí)別短程多次波顯得非常重要。通過(guò)研究分析得知，鶯歌海盆地高溫高壓區(qū)自由表面多次波中又以水層多次波干擾為主，剩余自由表面多次波干擾和層間多次波等類(lèi)型[14-16]。本文主要開(kāi)展針對(duì)鶯歌海盆地高溫高壓區(qū)水層多次波、自由表面多次波及層間多次波模型預(yù)測(cè)方法的研究[17-19]。

2.1 原理及方法

當(dāng)前常規(guī)的多次波衰減主要采用淺水多次波衰減SDM，波動(dòng)方程SRME、三維褶積SRME，以及各種技術(shù)組合衰減多次波，即“串聯(lián)式”多次波壓制，已經(jīng)可以相對(duì)較好地建立多次波模型衰減多次波，但是從理論上來(lái)說(shuō)，仍然存在著一定的弊端(圖3)。新開(kāi)發(fā)的多次波聯(lián)合建模匹配衰減技術(shù)(JMPAS)，既是一項(xiàng)針對(duì)技術(shù)，也是一種處理思想：基于原始波場(chǎng)盡可能地預(yù)測(cè)出準(zhǔn)確的各種類(lèi)型多次波，通過(guò)一次性匹配減去對(duì)多次波進(jìn)行最大程度衰減，同時(shí)避免了多次匹配而產(chǎn)生的噪聲[20-21]。

圖3 串聯(lián)模式下衰減多次波存在的弊端分析

假設(shè)地質(zhì)模型為水平層狀介質(zhì)，自由表面為吸收邊界，假設(shè)x0(t)為不含自由表面多次波的信號(hào)，當(dāng)x0(t)在自由界面向下發(fā)射時(shí)，該信號(hào)可以看作一個(gè)新的震源，這個(gè)過(guò)程也可以描述為自由表面反射產(chǎn)生的脈沖和整個(gè)脈沖序列褶積產(chǎn)生一階多次波，負(fù)號(hào)代表自由表面向下的反射。

設(shè)x(t)為含有地表相關(guān)多次波的總體響應(yīng)，通過(guò)反饋模型可以推出：

x(t)=x0(t)1-x0(t)2+x0(t)3-…

(1)

通過(guò)反饋模型還可得到脈沖響應(yīng)和所有多次波的隱式關(guān)系。設(shè)δ(t)代表震源函數(shù)及下行響應(yīng)，x(t)代表總體反射響應(yīng)，x0(t)表示來(lái)自介質(zhì)的響應(yīng)，則x(t)可以表示為

x(t)=x0(t)[δ(t)-x(t)]=x0(t)-x0(t)x(t)

(2)

式(2)可以理解為自由表面發(fā)生的一次反射響應(yīng)和總體響應(yīng)進(jìn)行褶積后就可以預(yù)測(cè)出地表相關(guān)多次波。在極淺水域，實(shí)際接收到的水底響應(yīng)模糊，不利于水體多次波模型的建立。

假設(shè)x(t)不含水體響應(yīng)，設(shè)h(t)代表水體響應(yīng)，則x(t)可以表示為

x(t)=x0(t){δ(t)-[x(t)+h(t)]}=

x0(t)-x0(t)[x(t)+h(t)]

(3)

式中，

(4)

將式(1)變換到頻率域，得

(5)

式(5)可以表示為

x(f)=x0(f)-x0(f)x(f)

(6)

式(6)可以表示為

x(f)=x0(f){1-[x(f)+Δ(f)]}

(7)

上式給出了一次反射波和整個(gè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，寫(xiě)成x0的表達(dá)式，則為

x0(f)=x(f){1-[x(f)+Δ(f)]}-1

(8)

這就是利用數(shù)據(jù)的總體響應(yīng)與海底響應(yīng)來(lái)計(jì)算去除多次波后的響應(yīng)方程。

圖4 聯(lián)合多次波建模思路示意圖

聯(lián)合多次波建模匹配衰減技術(shù)(JMPAS)建模思路如圖4所示，其具有以下幾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①多種傳播路徑的多次波模型預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確；②該方法主要是基于海底模型與數(shù)據(jù)本身聯(lián)合預(yù)測(cè)；③聯(lián)合衰減在最大限度壓制多次波的前提下提高保真度。

根據(jù)原理通過(guò)正演對(duì)聯(lián)合匹配衰減技術(shù)進(jìn)行論證?；陴椥苑匠淘O(shè)計(jì)并正演一個(gè)淺水含多次波地震模型數(shù)據(jù)，模型淺層存在低速異常。基于此模型對(duì)多次波方法進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)試對(duì)比可以看到常規(guī)的串聯(lián)方法多次波衰減殘留較多，通過(guò)聯(lián)合多次波建模衰減多次波殘留較少，如圖5所示。

圖5 串聯(lián)模式與聯(lián)合建模在地震模型中的應(yīng)用對(duì)比

2.2 實(shí)際數(shù)據(jù)應(yīng)用

以下為多次波聯(lián)合建模匹配衰減技術(shù)(JMPAS)在鶯歌海盆地東方區(qū)和樂(lè)東區(qū)的實(shí)際應(yīng)用效果。圖6為東方區(qū)原始疊加，從剖面上來(lái)看多次波信息掩蓋了目的層的有效信號(hào)，無(wú)法看清具體形態(tài)和地質(zhì)特征。圖7可以看到通過(guò)串聯(lián)方法衰減多次波后，目標(biāo)段地質(zhì)特征清晰，多次波基本衰減干凈，但仍存在一些殘留多次波。圖8通過(guò)聯(lián)合多次波建模衰減后整個(gè)剖面多次波衰減干凈，多次波殘留多次波少。

圖6 鶯歌海東方某場(chǎng)區(qū)實(shí)際地震資料原始波場(chǎng)疊加

從圖9可以看出，聯(lián)合建模技術(shù)道集上的多次波壓制效果明顯優(yōu)于串聯(lián)模式方法，多次波衰減徹底，有效信號(hào)的保真性更高。泥巖層段的多次波干擾也明顯沒(méi)有殘留。從圖10可以看出，聯(lián)合建模衰減后的自相關(guān)譜分析多次波衰減更好，頻譜上受多次波干擾造成的頻譜周期性的“抖動(dòng)”更少。從圖11可以看出，在樂(lè)東強(qiáng)超壓區(qū)應(yīng)用新開(kāi)發(fā)的聯(lián)合建模技術(shù)，疊加剖面上中深層多次波被明顯壓制后，真實(shí)構(gòu)造得以恢復(fù)，構(gòu)造樣式和地層的可解釋性增強(qiáng)，T51、T60界面更容易追蹤解釋。三亞組砂體振幅特征明顯。崖城組不整合接觸關(guān)系清晰。從圖12可以看出，道集上的多次波壓制效果明顯優(yōu)于串聯(lián)模式方法，近道殘留多次波衰減徹底，有效信號(hào)的保真性更高。

圖10 鶯歌海東方某場(chǎng)區(qū)實(shí)際地震資料多次波壓制方法自相關(guān)及平譜對(duì)比

圖11 鶯歌海樂(lè)東區(qū)地震資料多次波壓制方法疊加對(duì)比

圖12 鶯歌海樂(lè)東區(qū)地震資料多次波壓制方法道集對(duì)比

3 結(jié)論

鶯歌海盆地中深層高溫高壓區(qū)速度倒轉(zhuǎn)，主要目的層黃流組、梅山組地層受多次波干擾現(xiàn)象嚴(yán)重。之前的處理技術(shù)并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)中深層高溫高壓區(qū)復(fù)雜多次波的壓制技術(shù)，中深層的處理效果一直不太理想。隨著勘探開(kāi)發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向中深層高溫高壓區(qū)，速度倒轉(zhuǎn)區(qū)的多次波干擾必然要被重視。針對(duì)鶯歌海淺水區(qū)高溫高壓地震資料的特征，首先，以自由表面多次波為重點(diǎn)，針對(duì)二維SRME、傳統(tǒng)三維SRME的不足，開(kāi)發(fā)了基于反饋環(huán)理論的三維廣義SRME多次波預(yù)測(cè)壓制技術(shù)。然后針對(duì)常規(guī)“串聯(lián)式”多次波壓制技術(shù)的不足，新開(kāi)發(fā)了基于原始波場(chǎng)的多路徑多次波聯(lián)合建模匹配衰減技術(shù)(JMPAS)。該技術(shù)既是一項(xiàng)針對(duì)技術(shù)，也是一種處理思想：基于原始波場(chǎng)盡可能地預(yù)測(cè)出準(zhǔn)確的各種類(lèi)型多次波，通過(guò)一次性匹配減去對(duì)多次波進(jìn)行最大程度衰減，同時(shí)避免了多次匹配而產(chǎn)生的噪聲。通過(guò)該技術(shù)在鶯歌海盆地高溫高壓區(qū)東方區(qū)和樂(lè)東區(qū)的應(yīng)用，取得了相當(dāng)顯著的效果，為中深層的勘探開(kāi)發(fā)提供了高質(zhì)量的地震資料。