張治忠，李三福，方中于，梁立鋒,2，許自強(qiáng)，覃殿明，楊　薇

(1.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)物探技術(shù)研究所，湛江　524057；2.河海大學(xué)　地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京　210024)

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SWMA與SRME組合衰減自由界面多次波技術(shù)
——在珠江口盆地A區(qū)的應(yīng)用

張治忠1，李三福1，方中于1，梁立鋒1,2，許自強(qiáng)1，覃殿明1，楊薇1

(1.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)物探技術(shù)研究所，湛江524057；2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京210024)

摘要：珠江口盆地A區(qū)自由界面多次波是影響該區(qū)最終成像效果的主要原因之一。通過SWMA(Shallow Water Multiple Attenuation)或SRME(Surface Related Multiple Elimination)對(duì)自由界面多次波進(jìn)行壓制，此類多次波在一定程度上得到了壓制，但是剖面上仍有殘留多次波。經(jīng)分析，SWMA、SRME在壓制自由界面多次波時(shí)各有長(zhǎng)處，但也有一些缺點(diǎn)。SRME對(duì)數(shù)據(jù)本身及采集假設(shè)條件要求較高，使自由界面多次波衰減后有殘留；而SWMA針對(duì)水層間振蕩的多次波而設(shè)計(jì)，對(duì)自由界面中部分海平面相關(guān)的多次波不能衰減。這里采用SWMA與SRME組合技術(shù)在珠江口盆地A區(qū)衰減自由界面多次波，克服了上述單獨(dú)應(yīng)用SWMA或SRME壓制多次波的缺點(diǎn)，取得了較好的壓制自由界面多次波效果。

關(guān)鍵詞：自由界面多次波；SWMA；SRME

0引言

多次波問題是海洋地震勘探中最突出的問題之一[1-4]。殘留多次波直接影響地震剖面成像的可靠性和真實(shí)性，同時(shí)對(duì)地震數(shù)據(jù)解釋的準(zhǔn)確性影響也很大[5]。因此，衰減多次波信息突出有效波信息，反映地下真實(shí)地質(zhì)情況是海洋地震數(shù)據(jù)處理的重要任務(wù)和難點(diǎn)之一。

目前壓制多次波的方法很多，如預(yù)測(cè)反褶積方法、拋物線RADON變換法、SRME方法等?？蓪⑺鼈兎譃閮纱箢悾孩倮枚啻尾ǖ闹芷谛浴?dòng)校后多次波與有效波產(chǎn)生時(shí)差等性質(zhì)上的差異，用濾波方法將多次波分離開來進(jìn)行衰減[6-15,18-23]；②基于聲波波動(dòng)方程的地震波傳播理論，通過模擬波場(chǎng)運(yùn)動(dòng)來預(yù)測(cè)多次波的具體位置和能量大小，然后將多次波從原始信號(hào)中減去[16-17]。在實(shí)際工作中，由于勘探工區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多次波的多樣性，不同多次波衰減方法或多或少都存在一定局限性，僅用一種方法是不能完全衰減多次波的，所以多次波的衰減仍然是工作的難點(diǎn)[15]。

珠江口盆地A區(qū)地震資料處理成果目前最明顯的問題之一，就是自由界面多次波衰減不理想。在地震資料處理中，自由界面多次波是各類需壓制的多次波中主要壓制對(duì)象。一般而言，自由界面多次波的衰減主要還是考慮自由界面多次波通過海平面反射所接收到信號(hào)的可預(yù)測(cè)性及水層間波場(chǎng)振蕩的周期性來模擬它們。現(xiàn)在SRME或者SWMA都能在一定程度上對(duì)自由界面多次波進(jìn)行壓制，可它們都有局限性。其表現(xiàn)為：①SRME技術(shù)壓制多次波后自由界面多次波仍會(huì)有殘余；②SWMA設(shè)計(jì)時(shí)的專一性，使部分與海平面相關(guān)的自由界面多次波無法衰減。如果將這兩種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)：①SWMA可以彌補(bǔ)SRME對(duì)采集要求過于嚴(yán)格的假設(shè)條件(空間采樣要求較密，近偏移距需要采集信息，規(guī)則化采集無羽角等要求)；②SRME可以彌補(bǔ)SWMA針對(duì)波場(chǎng)在海平面與海底之間振蕩產(chǎn)生多次波而設(shè)計(jì)的專一性，壓制其他自由界面產(chǎn)生的多次波。因此，作者通過應(yīng)用SWMA與SRME組合技術(shù)，對(duì)珠江口盆地A區(qū)進(jìn)行自由界面多次波壓制。實(shí)際應(yīng)用效果表明，該方法壓制效果較好，克服了兩個(gè)技術(shù)各自的不足，解決了自由界面多次波殘留的問題。

1工區(qū)地震資料特征

珠江口盆地A區(qū)為淺水區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，基底變化較大，斷裂活動(dòng)頻繁。近幾年該區(qū)地震資料進(jìn)行過多次處理和重處理，但仍未能解決中-深層洼陷成像不清、基底不結(jié)實(shí)、斷裂不清楚等問題，滿足不了當(dāng)前研究任務(wù)。經(jīng)多方面收集資料發(fā)現(xiàn)，影響該區(qū)地震資料成像的主要問題在于自由界面多次波非常發(fā)育。

自由界面多次波(圖1)，主要包括海底相關(guān)的水層多次波(圖1(a))、地層相關(guān)的水層多次波(圖1(b))、海平面相關(guān)多次波(圖1(c))。在處理中如何能將自由界面多次波進(jìn)行衰減是目前多次波壓制的主題。如果能夠?qū)⒋祟惗啻尾ㄓ行褐?，將?duì)海洋地震資料最終成果剖面成像產(chǎn)生根本影響。

對(duì)該區(qū)的地震資料品質(zhì)進(jìn)行分析，可清晰地在道集、速度譜以及地震剖面上看到自由界面多次波(圖2)。圖2中，豎線是圖2(a)、圖2(b)所對(duì)應(yīng)的地震數(shù)據(jù)所在疊加剖面的位置。

從圖2(a)可以看出，有效波同相軸(水平箭頭所示)產(chǎn)生的一階自由界面多次波同相軸(傾斜箭頭所示)，它們形態(tài)非常相似、不易分辨。還有右下方位置的高階自由界面多次波同相軸(橢圓圈內(nèi)所示)非常清晰、易識(shí)別。從圖2(b)可以看出，除了在有效波下方有難以區(qū)分的一階自由界面多次波外，還有非常明顯的自由界面多次波(如橢球圈內(nèi)所示)。從圖2(c)可以看出，自由界面多次波幾乎全剖面可見。

由于自由界面(如海平面、海底)上、下介質(zhì)的速度、密度差異較大，根據(jù)反射系數(shù)的計(jì)算公式可知，海平面及海底的反射系數(shù)較大，產(chǎn)生的地震波能量強(qiáng)，對(duì)地震波反射能量衰減較弱。因此，自由界面產(chǎn)生的多次波同相軸一般能完全覆蓋住有效波同相軸，且分布范圍廣，全剖面可清楚呈現(xiàn)。尤其水層多次波，因其在海平面與海底間振蕩的反射波能量衰減非常弱，所以在自由界面多次波衰減中，它是最難壓制的。如果采用單獨(dú)的SRME對(duì)其進(jìn)行壓制，最終成果剖面上仍能清楚地找出殘留的水層多次波(圖3如藍(lán)色箭頭所指，此殘留的多次波周期正好是一個(gè)水層周期，所以判斷它為水層殘留多次波)。因此，要使洼陷、基底、斷裂成像得到了改善，必須使自由界面多次波，尤其是水層多次波衰減問題得到解決。

圖1　自由界面多次波Fig.1　Surface-related multiple(a)海底相關(guān)的水層多次波；(b)地層相關(guān)的水層多次波；(c)海平面相關(guān)多次波

圖2　自由界面多次波Fig.2　Surface-related multiple(a)道集；(b)速度譜；(c)疊加剖面

圖3　SRME多次波衰減流程處理成果剖面Fig.3　Multiple attenuation the finally result after the SRME prcessing

2方法原理

2.1SRME基本原理與優(yōu)缺點(diǎn)

SRME通過地震數(shù)據(jù)褶積預(yù)測(cè)多次波模型，數(shù)據(jù)本身褶積得到一階多次波，該多次波與數(shù)據(jù)本身進(jìn)行褶積可得二階多次波，其與數(shù)據(jù)本身褶積可得三階多次波，同上可預(yù)測(cè)出經(jīng)自由界面的所有階次的多次波模型。最后，由均衡多道最小二乘自適應(yīng)匹配濾波來衰減多次波。Verschuur[24]在Berkhout[25]和Verschuur[26]的基礎(chǔ)上，給出了海上二維采集的多次波預(yù)測(cè)和自適應(yīng)相減所用公式(式(1)—式(3))。

(1)

(2)

(3)

在第一次迭代中，原始數(shù)據(jù)作為有效波代入公式(3)。通過將原始數(shù)據(jù)與自身進(jìn)行時(shí)空褶積，所有的子反射就“被褶積”在一起，從而預(yù)測(cè)出自由界面多次波。因此，通過將子反射做褶積運(yùn)算，就可以預(yù)測(cè)出自由界面處向下反射了一次或多次的所有與自由界面有關(guān)的多次波，而完全不考慮其在地下的傳播路徑。

因此SRME壓制多次波時(shí)無需知道地下介質(zhì)構(gòu)造、反射系數(shù)等較難求取的信息，而是通過地震數(shù)據(jù)本身驅(qū)動(dòng)，由數(shù)據(jù)褶積來得到多次波模型，實(shí)質(zhì)上是將多次波描述為多個(gè)子反射的褶積。自由界面多次波(圖1)各子反射如果能被檢波器接收，就能將相應(yīng)多次波預(yù)測(cè)出來。該方法基本上做到了高保真保幅，可這種預(yù)測(cè)方式同時(shí)帶來了幾個(gè)基本假設(shè)：

1)采集要求完全規(guī)則，需要炮檢等距的規(guī)則觀測(cè)，而實(shí)際采集基本上滿足不了上述要求。如果采用插值數(shù)據(jù)量巨大，內(nèi)存計(jì)算都是問題，目前通用的做法都是通過最近點(diǎn)近似和偏移距校正來解決。

2)參與預(yù)測(cè)的多炮記錄需滿足地震子波一致性。而事實(shí)上由于震源的方向性、反射波場(chǎng)出射角度以及纜深的不同，各個(gè)偏移距上子波都不盡相同。還有自由界面多次波預(yù)測(cè)依賴于近角度海底波場(chǎng)信息，在淺水條件下，受海洋拖纜最小偏移距限定，這點(diǎn)很難滿足。

3)擬合的多次波要與數(shù)據(jù)匹配，對(duì)數(shù)據(jù)空間采樣要求較密，可這不符合現(xiàn)實(shí)計(jì)算操作。

綜上所述，SRME可以壓制自由界面多次波，但由于本身的假設(shè)條件較為嚴(yán)格致使多次波與有效波在時(shí)間及振幅上產(chǎn)生差異，所以自由界面多次波經(jīng)衰減后仍有殘留。

2.2SWMA基本原理與優(yōu)缺點(diǎn)

SWMA技術(shù)的基本原理是將地震數(shù)據(jù)通過τ-p變換映射到τ-p域，然后根據(jù)多次波在τ-p域具有嚴(yán)格的周期性這一特征，通過τ-p域波場(chǎng)延拓估計(jì)多次波模型，再應(yīng)用均衡多道最小二乘自適應(yīng)匹配濾波將多次波從地震數(shù)據(jù)中減去。模型預(yù)測(cè)方法可以通過式(4)簡(jiǎn)單描述。

φ(τ,p)=∫φ(t,x)dt

(4)

式中，φ(t,x)表示時(shí)-空域地震記錄；φ(τ,p)表示對(duì)地震記錄執(zhí)行τ-p變換后的結(jié)果。

φ(τ,p)=∫ φ(x,τ + px)dx

(5)

式(5)就是常用的τ-p變換公式，其反變換公式如式(6)所示。

φ(x,t)=∫ φ(p,t-px)dp

(6)

在τ-p域進(jìn)行波場(chǎng)延拓預(yù)測(cè)多次波，需要海水的模型信息(水深及水速)。將地震波場(chǎng)在水層中延拓一個(gè)雙旅行時(shí)，于是一次波就變成二次反射波，各階多次波的階數(shù)增加一。不同射p線的延拓周期如公式(7)所示，這樣就可以得到所有階次的水層多次波。τ-p變換和波長(zhǎng)延拓，如圖4所示[28]。

(7)

式中:α(0)代表海底時(shí)間；νw代表水層速度。

圖4　τ-p域波場(chǎng)延拓示意圖Fig.4　Wave field extending in τ-p domain

采用SWMA衰減多次波時(shí)，由于τ-p域有效波數(shù)據(jù)與自由界面多次波數(shù)據(jù)會(huì)表現(xiàn)出嚴(yán)格的周期性，所以不會(huì)出現(xiàn)像時(shí)間域遠(yuǎn)偏移距多次波周期性變差的情況。只需要知道海水速度與水深，就可以將與水層有關(guān)的各級(jí)次多次波預(yù)測(cè)出來，而水速與水深在淺水地區(qū)是比較容易獲得的且較準(zhǔn)確。通過該方法可以高保真保幅地預(yù)測(cè)出多次波模型。但是SWMA是針對(duì)波場(chǎng)在海平面與海底之間振蕩產(chǎn)生多次波(圖1(a),圖1(b))而特定設(shè)計(jì)，對(duì)于部分海平面相關(guān)自由界面多次波衰減無能為力。

綜上所述，SWMA基本沒有太多采集假設(shè)，且比SRME更有效地壓制海平面與海底之間產(chǎn)生的多次波。由于設(shè)計(jì)時(shí)的專一性，致使其他自由界面產(chǎn)生的多次波不能得到衰減。

3應(yīng)用實(shí)例

結(jié)合珠江口盆地A區(qū)自由界面多次波較為發(fā)育情況，分別采用SWMA、SRME及組合技術(shù)進(jìn)行自由界面多次波壓制試驗(yàn)。通過分析多次波壓制前后效果可以看到：SWMA多次波壓制前(圖5(a))后(圖5(b))，速度譜上水層多次波能量團(tuán)得到了有效地衰減，有效波能量團(tuán)得到最大程度保護(hù)，疊加剖面及道集上能清晰地看到多次波得到有效壓制，地震資料信噪比提高，但還是可以看到有部分自由界面多次波殘留(圖5(b)中ⅱ、ⅲ、ⅳ所示)；SRME多次波壓制前(圖5(a))后(圖5(c))，速度譜上自由界面多次波能量團(tuán)得到了有效地衰減，有效波能量團(tuán)同樣得到了最大程度保護(hù)，疊加剖面及道集上也能清晰地看到下覆地層自由界面多次波得到了有效地壓制，但可以清晰地發(fā)現(xiàn)在有效波同相軸(圖5(c)中ⅰ所示)下面緊跟的一個(gè)水層多次波(圖5(c)中ⅱ所示)沒有得到較好的衰減，而其后相關(guān)的自由界面多次波(圖5(c)中ⅲ、ⅳ所示)，衰減較為理想；采用SWMA與SRME組合技術(shù)壓制自由界面多次波前(圖5(a))后(圖5(d))，自由界面多次波衰減非常理想，沒有出現(xiàn)SWMA與SRME出現(xiàn)的自由界面多次波殘留的問題。所以作者提出的組合技術(shù)有效地解決了珠江口盆地A區(qū)自由界面多次波壓制的問題，使該區(qū)地震資料信噪比得到進(jìn)一步提高。

為了展示作者研制的方法對(duì)地震資料最終成像的影響，將SWMA與SRME組合技術(shù)衰減自由界面多次波處理流程及參數(shù)，與單獨(dú)應(yīng)用SRME衰減自由界面多次波處理流程及參數(shù)應(yīng)用于同一測(cè)線進(jìn)行對(duì)比?？梢?，組合技術(shù)使自由界面殘余多次波得到有效衰減(圖6(b))，效果明顯優(yōu)于單獨(dú)應(yīng)用SRME衰減多次波的效果(如圖6(a)速度譜藍(lán)色箭頭所示)。

圖5　自由界面多次波衰減Fig.5　Surface-related multiple attenuation(a)自由界面多次波壓制前疊加剖面、道集、速度譜；(b)SWMA衰減自由界面多次波后疊加剖面、道集、速度譜；(c)SRME衰減自由界面多次波后疊加剖面、道集、速度譜；(d)SWMA與SRME組合技術(shù)衰減自由界面多次波后疊加剖面、道集、速度譜

圖6　自由界面多次波衰減后成果對(duì)比圖Fig.6　Result comparison after surface-related multiple attenuation(a)SRME衰減自由界面多次波成果剖面及速度譜；(b)SWMA與SRME組合技術(shù)衰減自由界面多次波成果剖面及速度譜

4結(jié)論

經(jīng)SWMA與SRME原理分析得出其各自優(yōu)缺點(diǎn)，并用組合技術(shù)克服了其不足。在珠江口盆地A區(qū)地震資料實(shí)際應(yīng)用中，得到了非常理想的效果。與常規(guī)流程SRME自由界面多次波衰減技術(shù)所得成果相比，SWMA與SRME組合技術(shù)衰減自由界面多次波所得成果：多次波衰減更干凈，信噪比更高，波組特征更明顯，其優(yōu)越性突出。

這里提出的SWMA與SRME組合技術(shù)只在淺水野外地震資料中應(yīng)用，坡折帶及深水資料的應(yīng)用還有待實(shí)際處理效果進(jìn)行論證。

建議采用SWMA與SRME組合技術(shù)應(yīng)用時(shí)，SWMA在前SRME在后。因?yàn)镾WMA能高保真保幅地壓制海平面與海底多次波，其殘留的海平面與海底多次波幾乎可以忽略，所以完全不影響SRME對(duì)多次波的預(yù)測(cè)；再通過SRME壓制其他自由界面多次波。如果先應(yīng)用SRME壓制自由界面多次波，海平面與海底多次波將有殘留，雖然也是高保真保幅處理，但會(huì)影響SWMA自適應(yīng)相減的效果。

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The combination of SWMA and SRME for surface-related multiple attenuation ——case study in the a block of the Zhujiangkou basin

ZHANG Zhi-zhong1，LI Shan-fu1，F(xiàn)ANG Zhong-yu1，LIANG Li-feng1,2，XU Zhi-qiang1，QIN Dian-min1，YANG Wei1

(1.Geophysical Department,E&D Research Institute,Energy Technology &Services Co.,Zhanjiang524057，China；2.Hohai University，School of Earth Science and Engineering,Nanjing210024，China)

Abstract:Surface-related multiple is one of main reasons that affects final image in the A block of the Pearl River Mouth basin.The SWMA(Shallow Water Multiple Attenuation) and SRME(Surface Related Multiple Elimination) both work at suppressing surface-related multiple.But each one merely attenuates part of multiple,remanent multiple still left.SWMA or SRME own respective advantages in surface-related multiple attenuation.At the same time each of them also has itself limitation.For example,SRME has high requirement for dataset and acquirement assumption,and SWMA is a special design only for water layer peg-legs,but other multiple are related with sea level,it can not do well.In this paper,the combination of SWMA and SRME is applied to attenuate surface-related multiple in the A block of ZhuJiangKou basin.The new technique overcame those disadvantages that SWMA or SRME carries.While obtained better image than previous methods.

Key words:surface-related multiple；SWMA；SRME

收稿日期：2015-02-03改回日期：2015-03-24

基金項(xiàng)目:中國(guó)海洋石油總公司技術(shù)發(fā)展項(xiàng)目(CNOOC-KJ 125 ZDXM 07 LTD NFGC 2014-04)

作者簡(jiǎn)介：張治忠(1987-)，男，碩士，主要研究方向油氣地球物理，E-mail:zhangzhzh7@cnooc.com.cn。

文章編號(hào)：1001-1749(2016)02-0244-08

中圖分類號(hào)：P 631.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.02.16