沙漠區(qū)地震資料層間多次波處理策略

楊金龍,齊 鵬,沈向存,胡守旺

(1.中石化石油物探技術研究院有限公司,江蘇南京211103;2.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司,新疆烏魯木齊830013)

陸地某工區(qū)地表整體為蜂窩狀沙丘覆蓋且沙丘起伏較大,地表條件復雜,低降速層速度和厚度橫向變化大,造成嚴重的靜校正問題、地表一致性問題和疊前去噪問題。同時,由于兩大儲層主要發(fā)育多個強反射層系,在目的層形成較強的層間多次波,這些多次波與目的層反射弱信號重疊,因而無法有效識別反射弱信號,降低了資料信噪比,嚴重影響目的層奧陶系成像質量和解釋精度。因此,層間多次波的壓制是該工區(qū)地震資料處理中的關鍵步驟之一。

根據(jù)多次波下行反射界面位置,多次波可分為自由表面多次波和層間多次波。自由表面多次波在實際生產(chǎn)中已得到有效壓制[1]。層間多次波在實際應用中存在以下問題：①與一次波速度非常接近,無法通過走時差異去除;②沙漠區(qū)資料品質低增加了層間多次波預測的困難;③在近道,多次波與一次波通常完全重合,現(xiàn)有方法無法有效去除多次波而不損傷有效信號。因此,層間多次波給地震資料處理帶來巨大難題。

層間多次波主要有兩類壓制方法,即濾波法和預測相減法。濾波法包括FK濾波法和Radon變換法[2]等。預測相減法主要包括反饋迭代法[3](SRME)和逆散射級數(shù)法(ISS)。BERKHOUT等[4]、VERSCHUUR等[5]將SRME擴展到層間多次波的預測(IMP)。吳靜等[6]將IMP擴展到多個界面的層間多次波預測,但這種方法計算量大,很難滿足同相軸的分離。包培南等[7]基于迭代反演法進行了層間多次波壓制。WEGLEIN等[8-9]利用逆散射級數(shù)法壓制多次波。MATSON等[10]將逆散射級數(shù)法應用于海洋資料的多次波壓制,FU等[11]首次成功應用于陸地資料。金德剛等[12]改進了逆散射級數(shù)1.5維算法,提高了計算效率。楊金龍等[13]通過引入子波影響改進了逆散射級數(shù)層間多次波壓制算法。李東慶等[14]聯(lián)合逆散射級數(shù)法與拉東變換法提高多次波壓制精度。在其它多次波壓制方法中,WAPENAAR等[15]首次利用Marchenko算法壓制多次波。SLOB等[16]給出一種利用Marchenko算法一步壓制自由表面多次波和層間多次波的策略。孫紅日等[17]利用Marchenko理論自聚焦算法無需先驗信息和自適應相減步驟壓制模型數(shù)據(jù)的層間多次波。宋歡等[18]、王坤喜等[19]、LI等[20]和YU等[21]基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡進行了多次波壓制初步測試。

現(xiàn)有的多次波預測和壓制方法對低品質的沙漠區(qū)資料很難奏效,特別是數(shù)據(jù)驅動的多次波預測方法對資料的品質要求更高。因此,本研究針對沙漠區(qū)地震資料特點,提出以逆散射級數(shù)法為核心的多方法聯(lián)合多次波壓制新策略?；谛虏呗砸来稳コ煌愋偷亩啻尾?提高地震資料信噪比和分辨率,從而提升資料目的層斷裂和儲層成像質量。

1 方法原理及策略

針對低品質沙漠區(qū)地震資料存在的復雜多次波情形,現(xiàn)有單一的多次波壓制方法很難有效壓制所有多次波。因此,本研究針對沙漠區(qū)地震資料特點,結合各種方法的優(yōu)勢提出一種以ISS層間多次波壓制為核心的多方法聯(lián)合多次波壓制新策略,處理流程如圖1所示。第1步對低品質沙漠區(qū)地震數(shù)據(jù)進行高精度預處理,同時利用五維插值規(guī)則化技術[22]提高數(shù)據(jù)品質,在預處理階段關鍵要做到保護原始數(shù)據(jù)的振幅和低頻信息。第2步利用擴展的表面相關多次波壓制技術(GSMP)和擴展的層間多次波壓制技術(XIMP)在數(shù)據(jù)域壓制自由表面和層間多次波。第3步利用拉東變換法在共反射點道集(CRP)進一步壓制殘余自由表面多次波。利用層位約束的逆散射級數(shù)法進一步壓制殘余層間多次波?？傮w思路是對不同類型的多次波分類、分域、逐級進行聯(lián)合壓制,從而得到最終壓制多次波后的地震數(shù)據(jù)。

圖1 沙漠區(qū)地震資料聯(lián)合多次波壓制新策略

目前,業(yè)界已經(jīng)研發(fā)了多種多次波壓制方法,每一種方法都有其優(yōu)勢和局限,通常某種方法只能壓制某種特定的多次波,因此,針對不同類型的多次波采用不同方法進行壓制。其中,ISS層間多次波壓制技術完全數(shù)據(jù)驅動,無需已知地下速度模型信息,一次即可預測出所有可能的層間多次波,是目前基于波動理論的最重要的方法,也是沙漠區(qū)地震資料壓制層間多次波成功的關鍵。

逆散射級數(shù)法從點散射模型出發(fā),從所有散射路徑中選出所有滿足“低—高—低”約束關系的地震波,即預測出層間多次波。該方法無需已知地下結構和速度模型,適用于任意復雜的地下結構,可以預測出所有層間多次波的準確時間和近似振幅。

通過對多次波傳播路徑的分析,層間多次波的反射點在介質中滿足“低—高—低”的約束關系,即z1>z2和z3>z2(圖2)。由WEGLEIN等[8-9]首次推導出逆散射級數(shù)層間多次波預測算法,即：

圖2 ISS預測層間多次波示意

(1)

式中：b1(kg,ks,qg+qs)=(-2iqs)D(kg,ks,ω)為地震資料單頻平面波場;b3是預測得到的多次波模型;εs,qs,ks和εg,qg,kg分別為對應震源和檢波器的深度、垂向波數(shù)和水平波數(shù);k1和k2分別為震源和檢波器的水平波數(shù)積分變量;zj(j=1,2,3)為背景速度偏移成像的偽深度;λ在實際數(shù)據(jù)處理中的值與地震子波的長度有關。

為了提高算法計算效率和只消除或壓制目標區(qū)的層間多次波,令逆散射級數(shù)層間多次波預測算法的內核為：

(2)

公式(1)變?yōu)椋?/p>

(3)

利用數(shù)學上的積分互易定理,有：

其中：f(z)和g(z)是任何可積函數(shù)。令

則公式(2)變?yōu)椋?/p>

(6)

進一步引入層位約束z及其層位厚度d來限定積分范圍,并帶入到公式(3)得：

(7)

(7)式為改進的ISS層間多次波預測算法。其中,層位厚度d的選取與地震子波的長度相關,一般大于半個子波長度,而不能超過一個子波長度。目標區(qū)層間多次波預測后利用最小二乘自適應相減法[23-24]去除該目的層層間多次波。

最終,組建形成一套以逆散射級數(shù)法為核心的具有針對性的多方法聯(lián)合多次波壓制新策略。針對不同類型的多次波,采用多方法分類、分域,逐級進行壓制,達到提高資料信噪比和分辨率、改善斷裂和儲層成像質量的目的。

2 實例分析

2.1 模型數(shù)據(jù)應用

首先,利用模擬數(shù)據(jù)對改進的ISS層間多次波預測算法進行驗證。模型有3個層狀反射界面,即有3個一次波。通過褶積法模擬后得到模擬數(shù)據(jù)及其第60道單道數(shù)據(jù)如圖3所示,包含3個一次波以及一階和二階層間多次波。中間數(shù)字為1的對應由層位(界面)1產(chǎn)生,中間數(shù)字為2的對應由層位(界面)2產(chǎn)生,例如：2-1-2對應地震波向下傳播到界面2向上反射,在界面1向下反射,最后到界面2向上反射得到。圖4為利用改進的ISS預測的指定層位1產(chǎn)生的層間多次波,壓制后如圖5所示。同樣的處理,可以針對層位2進行ISS層間多次波預測和壓制,如圖6 和圖7所示。因此,基于針對特定層位產(chǎn)生的層間多次波逐步預測和壓制,可以實現(xiàn)目標區(qū)多次波的有效壓制和處理。

圖3 模擬數(shù)據(jù)及其單道數(shù)據(jù)

圖4 利用改進的ISS預測指定層位1產(chǎn)生的層間多次波

圖5 層位1多次波壓制后的結果

圖6 利用改進的ISS預測指定層位2產(chǎn)生的層間多次波

圖7 層位2多次波壓制后的結果

2.2 實際數(shù)據(jù)應用

在沙漠某工區(qū),受復雜近地表和復雜地質條件的影響,地震資料品質較低,目的層奧陶系內幕有效信號弱,多次波在目的層廣泛發(fā)育,掩蓋了有效信號,嚴重影響工區(qū)構造、斷裂及有效儲集體的成像質量,造成綜合解釋困難。工區(qū)上覆地層中發(fā)育多組強反射層,使得目的層發(fā)育較強層間多次波,前期處理結果不能滿足地震解釋和勘探部署的需求。該工區(qū)采集參數(shù)炮間距為50m,道間距為50m,炮線距為350m,檢波線距為200m,每炮6272道(224道×28線),覆蓋次數(shù)為224次,面元25m×25m,橫縱比為0.52,采樣間隔為2ms,記錄長度為6s。

圖8a為精細預處理后速度譜和CMP道集。從速度譜可以看出,目的層2.2s前、后能量弱,信噪比低。經(jīng)過五維插值規(guī)則化后,目的層能量和信噪比得到明顯提升;從速度譜可以看出,多次波能量顯著比有效信號能量強,在目的層同相軸多為多次波構造假像,如圖8b所示。在壓制多次波處理過程中,首先,利用多信息聯(lián)合識別多次波,確定產(chǎn)生的多次波層位;然后,通過疊前時間偏移(PSTM)剖面解釋成果提取相應層位。針對相應層位產(chǎn)生的多次波進行綜合壓制后,從CMP道集可見,速度差異大的下拉多次波得到明顯壓制,目的層構造明顯改善(圖8c)。圖9為多次波綜合壓制前、后逆時偏移(RTM)剖面。

圖8 速度譜和相應的CMP道集a 精細預處理后; b 五維插值規(guī)則后; c 多次波壓制后

圖9 多次波壓制前(a)、后(b)RTM偏移剖面

目的層(箭頭處)能量得到進一步提高,斷裂和構造成像更合理,波阻抗特征更清晰,有效提高了目的層成像質量?；谀繕藚^(qū)已知測井信息進行合成記錄對比可知,在多次波壓制后,在目標區(qū)T72～T78(2.0～2.4s),多次波能量得到明顯壓制,進一步驗證了多次波壓制新策略的有效性,如圖10所示。

3 結束語

針對低品質沙漠區(qū)地震資料,從實際資料的多次波壓制面臨的問題出發(fā),提出了一種在提高資料品質的基礎上以逆散射級數(shù)法為核心的多方法聯(lián)合多次波壓制新策略。新策略利用改進的ISS層間多次波預測算法,提高了目標多次波的預測精度和效率。模型和實際資料的測試結果表明,新策略不但能有效提高資料目的層信噪比和分辨率,還能有效壓制目的層多次波,保護有效波并改善斷裂和儲層成像質量,從而為綜合解釋和目標評價提供更可靠的資料保障。

多次波的壓制仍是地震資料處理中具有挑戰(zhàn)性的工作,本研究仍存在一些不足,如由于數(shù)據(jù)驅動的預測類方法對數(shù)據(jù)質量要求很高,對于品質差的數(shù)據(jù),雖然可以基于五維插值規(guī)則化技術提高資料品質,但是壓制效果仍有待提高。因此,有必要研究各種多次波壓制方法的抗噪性。當一次波和多次波交叉重疊時,在多次波匹配相減過程中仍不免損失有效信號,因而利用多次波直接成像也是未來的一種研究趨勢。