譚 軍,宋 鵬,李金山,王 磊

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,山東青島266100;2.青島國(guó)家海洋科學(xué)技術(shù)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(guó)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)

The research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China (Grant No.2016ZX05027-002),the National Natural Science Foundation of China (Grant No.41574105),the Scientific and Technological Innovation Project of Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology (Grant No.2016ASKJ13).

譚軍,宋鵬,李金山,等.基于速度加權(quán)疊加和AVO分析的疊前地震數(shù)據(jù)插值方法[J].石油物探,2017,56(6):-819

TAN Jun,SONG Peng,LI Jinshan,et al.Pre-stack seismic data interpolation based on velocity-weighted stack and AVO analysis[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2017,56(6):-819

基于速度加權(quán)疊加和AVO分析的疊前地震數(shù)據(jù)插值方法

譚 軍1,2,3,宋 鵬1,2,3,李金山1,2,3,王 磊1

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,山東青島266100;2.青島國(guó)家海洋科學(xué)技術(shù)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(guó)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)

提出了一種基于速度加權(quán)疊加和AVO分析的CMP道集外推與內(nèi)插方法,通過多道信號(hào)的疊加速度掃描和加權(quán)疊加,計(jì)算插值道中的反射信號(hào),利用AVO分析技術(shù)獲得反射波同相軸的道間振幅變化規(guī)律,以此對(duì)重建地震道進(jìn)行振幅校正。該方法在重建地震記錄缺失道的同時(shí),充分考慮了地震信號(hào)的動(dòng)力學(xué)特征,從而使重建的地震信號(hào)在一定程度上保持了實(shí)際地震信號(hào)的相對(duì)振幅關(guān)系。應(yīng)用上述方法對(duì)理論模型和實(shí)際地震資料進(jìn)行了處理試驗(yàn),結(jié)果表明,無論是對(duì)一次波還是多次波,該方法均可實(shí)現(xiàn)缺失地震道的高精度重建。

道外推;道內(nèi)插;速度加權(quán)疊加;AVO分析;同相軸追蹤;缺失地震道;高精度重建

在地震資料采集過程中,受野外施工條件所限,常常會(huì)出現(xiàn)近偏移距道缺失甚至中間部分道缺失的現(xiàn)象,使采集到的地下信息不完整,嚴(yán)重影響后續(xù)地震數(shù)據(jù)處理的效果。在自由界面多次波衰減(SRME)等[1-2]基于多道信號(hào)的去噪處理中,數(shù)據(jù)的缺失(尤其是近偏移距道的缺失)將直接導(dǎo)致無法預(yù)測(cè)到部分道的多次波信號(hào)[1],進(jìn)而影響到多次波的整體衰減效果。在速度分析或波動(dòng)方程偏移成像處理中,地震道的缺失會(huì)嚴(yán)重降低速度分析或偏移成像的精度,從而降低最終成果剖面的成像質(zhì)量。因此,實(shí)際地震數(shù)據(jù)處理時(shí),必須對(duì)缺失的地震道進(jìn)行重建。

為了重建缺失的地震道,人們提出了多種波場(chǎng)插值方法:①基于波動(dòng)理論的地震道插值方法,包括正常時(shí)差校正(NMO)和傾角時(shí)差校正(DMO)交替進(jìn)行的地震道插值[3]、基于方位角時(shí)差校正(AMO)的三維數(shù)據(jù)規(guī)則化[4]、基于NMO結(jié)果的趨勢(shì)樣條法[1]等,此類方法通常無法對(duì)多次波同相軸進(jìn)行插值;②頻率域插值方法,包括f-x域預(yù)測(cè)濾波插值[5-6]、f-k域反假頻地震道插值[7-8]、Fourier變換域信號(hào)重建方法[9-10]等,其中f-x域預(yù)測(cè)濾波方法主要用于疊后數(shù)據(jù)的插值處理,f-k域反假頻地震道插值與Fourier變換域信號(hào)重建方法雖可用于疊前數(shù)據(jù)的插值,但要求地震數(shù)據(jù)的空間采樣均勻,且難以應(yīng)用于道外推;③基于數(shù)學(xué)變換的插值方法,如拋物線或雙曲拉冬變換插值方法[11-14]、基于曲波變換的地震道重建方法[15-16]、基于頻率域奇異值分解的地震數(shù)據(jù)插值方法[17]等;④基于稀疏反演的插值方法[18-19],包括稀疏約束最小二乘反演、非二次模型權(quán)函數(shù)的稀疏反演傅里葉重建方法以及基于Shearlet變換的稀疏約束地震數(shù)據(jù)重建[20]等;⑤基于自由界面多次波的地震數(shù)據(jù)插值方法[21-23],利用原始數(shù)據(jù)的自由界面多次波建立缺失地震道中的低階多次波與一次波。上述基于數(shù)學(xué)變換、稀疏反演以及基于自由界面多次波的地震數(shù)據(jù)插值方法均需引入復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換或波場(chǎng)重構(gòu),導(dǎo)致計(jì)算效率較低,理論上也難以保證插值同相軸道間振幅的動(dòng)力學(xué)特征。

對(duì)于來自同一波阻抗界面的反射波同相軸,其各道信號(hào)的振幅與偏移距存在一定關(guān)系,即AVO效應(yīng),可用于描述插值同相軸道間振幅的動(dòng)力學(xué)特征。譚軍等[24]提出了共中心點(diǎn)(CMP)域同相軸追蹤技術(shù),利用等值線追蹤方法獲得的高分辨率疊加速度譜中的強(qiáng)能量團(tuán)來確定CMP道集中的反射波同相軸,為將AVO分析技術(shù)引入道外推與內(nèi)插處理奠定了基礎(chǔ)。本文在此基礎(chǔ)上提出了一種基于速度加權(quán)疊加與AVO分析技術(shù)的疊前CMP道集外推與內(nèi)插方法,基于CMP道集中反射波同相軸滿足雙曲線規(guī)律的假設(shè)條件,先通過速度掃描疊加計(jì)算速度加權(quán)因子,并通過AVO分析獲得振幅校正因子,然后在時(shí)空域?qū)⑤斎氲卣鸬佬盘?hào)加權(quán)疊加,得到插值結(jié)果。該方法不但能使CMP記錄中的雙曲同相軸依據(jù)其幾何規(guī)律得到重建,而且應(yīng)用AVO分析技術(shù)對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行振幅校正可在一定程度上恢復(fù)野外記錄的相對(duì)振幅關(guān)系。

1 基于速度加權(quán)疊加的地震道外推與內(nèi)插

在水平層狀介質(zhì)條件下,CMP道集中的反射波同相軸滿足雙曲線規(guī)律,甚至在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中,諸如傾斜波阻抗界面、尖滅點(diǎn)等的反射波同相軸也可近似看作雙曲線,這是基于速度掃描疊加進(jìn)行地震道外推與內(nèi)插的理論依據(jù)。

對(duì)于疊加速度為v,零偏移距時(shí)(即“零偏移距道的雙程旅行時(shí)”,下同)為τ的CMP域雙曲同相軸,其時(shí)距曲線方程可表示為:

(1)

式中:x為偏移距,t為旅行時(shí)。

設(shè)插值道的道號(hào)和偏移距分別為k與xk,輸入道的道號(hào)和偏移距分別為m和xm,根據(jù)公式(1),輸入道的旅行時(shí)tm與插值道的旅行時(shí)tk應(yīng)滿足以下關(guān)系式:

(2)

對(duì)于來自同一波阻抗界面的反射波同相軸,其各道信號(hào)的波形相差不大,因此可利用輸入道中旅行時(shí)為tm的信號(hào)創(chuàng)建插值道中旅行時(shí)為tk的信號(hào)。若信號(hào)振幅亦不變,則可通過輸入道信號(hào)的疊加得到插值道信號(hào),即

(3)

式中:dk和dm分別表示插值道與輸入道信號(hào);M為輸入道數(shù)。

在已知同相軸疊加速度的情況下,公式(3)即為根據(jù)輸入道信號(hào)估計(jì)插值道信號(hào)的關(guān)系式。但是,CMP道集中各同相軸的疊加速度是未知量,應(yīng)在地震道插值之前予以確定。疊加速度通常可根據(jù)人機(jī)交互疊加速度分析獲得,但人機(jī)交互速度分析降低了數(shù)據(jù)處理的效率,并且對(duì)于基于疊加速度的地震道插值而言,用于生成速度譜的CMP道集中通常不止含有一次波信號(hào),還存在大量的多次波信號(hào)(對(duì)于SRME方法而言,原始地震記錄中的多次波是進(jìn)行多次波預(yù)測(cè)所不可缺少的信號(hào)),這也增加了人機(jī)交互速度拾取的難度。本文采用“速度加權(quán)疊加”方法實(shí)現(xiàn)地震道插值,先給定疊加速度掃描范圍及間隔,然后針對(duì)每一個(gè)掃描速度計(jì)算一個(gè)權(quán)重因子,最后根據(jù)各個(gè)疊加速度的權(quán)重因子,將所有速度值的重建信號(hào)加權(quán)疊加,達(dá)到重建缺失地震道的目的。

令起始的疊加速度和速度間隔分別為v0及Δv,且掃描次數(shù)為i(1≤i≤I),則各疊加速度為:

(4)

針對(duì)公式(4)中的vi計(jì)算速度加權(quán)因子,計(jì)算公式為[13]:

(5)

式中:λ(λ≥2)表示階數(shù),λ值越大,b(vi,τ)的分辨率越高;L表示時(shí)窗長(zhǎng)度;C為保證分母不為零的常量,一般取平均振幅的0.001～0.010倍。由(4)式可知,當(dāng)CMP道集中不存在以vi為疊加速度的同相軸時(shí),加權(quán)因子為一個(gè)接近于零的值,否則,加權(quán)因子是一個(gè)較大的數(shù)值。

將速度加權(quán)疊加過程引入公式(3)中,則最終的插值信號(hào)可表示為:

(6)

式中,s為疊加系數(shù)之和:

(7)

在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中,需以零偏移距時(shí)τ為基準(zhǔn),基于一定的時(shí)窗長(zhǎng)度,應(yīng)用公式(6)由上至下逐點(diǎn)進(jìn)行插值運(yùn)算。因此,插值道中的每個(gè)樣點(diǎn)都經(jīng)歷了多次速度加權(quán)疊加,大樣本的統(tǒng)計(jì)過程保證了重建信號(hào)的穩(wěn)定性和精度。然而,由(6)式可知,最終得到的插值信號(hào)dk(tk)本質(zhì)上是速度加權(quán)情況下所有輸入道信號(hào)疊加的平均值,其無法反映地震道間的振幅變化規(guī)律。為使重建信號(hào)更好地反映原地震道間的動(dòng)力學(xué)特征,還需要對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行道間振幅校正。

2 基于AVO分析技術(shù)的反射振幅校正

對(duì)于來自同一波阻抗界面的反射波同相軸,其各道信號(hào)振幅與偏移距之間存在一定的關(guān)系(AVO效應(yīng)),因此理論上可通過AVO分析來確定包括缺失道在內(nèi)的地震道間振幅變化規(guī)律,并以此進(jìn)行缺失道的振幅校正。本文首先借助CMP域同相軸追蹤技術(shù)[22]獲得各反射波同相軸的旅行時(shí)信息,然后利用短時(shí)窗F-K濾波法提取各同相軸信息,據(jù)此統(tǒng)計(jì)分析地震道中各同相軸的反射振幅,最后利用AVO分析技術(shù)確定包括缺失道在內(nèi)的地震道間振幅變化規(guī)律。

若忽略幾何擴(kuò)散以及吸收衰減的影響,且由于透射系數(shù)隨偏移距的變化幅度遠(yuǎn)小于反射系數(shù),因此,可以利用反射系數(shù)來描述同相軸的道間振幅變化規(guī)律。理論上,可以基于Zoeppritz方程組求解縱波入射到平界面上的反射系數(shù)[25],但由于該方程求解過程極為復(fù)雜,實(shí)際處理中一般采用Zoeppritz方程近似公式[26],其中應(yīng)用最廣的是SHUEY提出的近似公式[27],即:

(8)

式中:R為待求反射系數(shù);θ為入射角度;R0與A0分別為法向入射的反射系數(shù)與振幅;σ為泊松比;vP為縱波速度。

公式(8)描述了反射系數(shù)R隨入射角θ的變化關(guān)系。對(duì)于給定反射點(diǎn)而言,R0,A0,σ及vP均為常量,(8)式可簡(jiǎn)寫為:

(9)

公式(8)與公式(9)中的自變量均為入射角度θ,在實(shí)際處理中需將振幅與偏移距x的關(guān)系(AVO)轉(zhuǎn)換為振幅與入射角度θ的關(guān)系(AVA)。最簡(jiǎn)便可行的方法是進(jìn)行直射線模型的射線追蹤,即利用以下關(guān)系式估計(jì)θ[26]:

(10)

式中:τ為目標(biāo)同相軸的零偏移距時(shí),v表示該同相軸的疊加速度。

對(duì)于所追蹤并提取的目標(biāo)同相軸,將其已知地震道中的振幅極值作為反射系數(shù),求解公式(9)中的未知系數(shù)A,B和C。設(shè)已知地震道的偏移距與振幅分別為xm與Fm(m為道號(hào)),則θm=tan-1[xm/(vτ)]。將其代入公式(9)可得:

(11)

基于最小二乘理論即可解出A,B,C。(11)式中M(M≥3)為輸入地震道的道數(shù)。理論上道數(shù)越多解越精確,但超過臨界角度的地震道強(qiáng)振幅值會(huì)對(duì)求解產(chǎn)生干擾,因此實(shí)際應(yīng)用中僅采用近偏移距未超過臨界角度的地震道求解。求出A,B和C后,即可根據(jù)缺失道的偏移距計(jì)算其反射振幅Fk。

為使公式(6)中的插值信號(hào)dk(tk)在一定程度上具備野外記錄的振幅特征,可利用反射系數(shù)的變化規(guī)律對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行振幅校正。相應(yīng)的振幅校正因子可表示為:

(12)

式中:k與xk分別為插值道的道號(hào)和偏移距;m和xm分別為輸入道的道號(hào)和偏移距;τ表示雙曲同相軸的零偏移距時(shí)。

利用公式(12)所示的振幅校正因子對(duì)各輸入道信號(hào)校正后再加權(quán)疊加,則公式(6)可轉(zhuǎn)化為:

(13)

式中:a(τ,xk,xm)為各同相軸的振幅校正因子基于零偏移距時(shí)τ的線性插值;s為疊加系數(shù)之和,計(jì)算過程見公式(7)?；诠?13)得到的重建地震道充分考慮了地震信號(hào)的動(dòng)力學(xué)特征,因而在一定程度上保持了實(shí)際地震信號(hào)的相對(duì)振幅關(guān)系,從而更有利于后續(xù)的地震數(shù)據(jù)處理。

3 模型數(shù)據(jù)試驗(yàn)

3.1 基于簡(jiǎn)單模型的反射振幅估計(jì)

建立一個(gè)包含4套地層的水平層狀介質(zhì)模型,其速度與厚度由淺至深分別為(1500m/s,230m)、(1700m/s,300m)、(1950m/s,350m)以及(2200m/s,400m),然后以主頻35Hz的雷克子波為震源,采用射線追蹤方法模擬81道、偏移距間隔為12.5m的理論CMP記錄,如圖1a所示。在射線追蹤過程中,基于Zoeppritz方程計(jì)算各同相軸的反射系數(shù)與反射振幅(在忽略幾何擴(kuò)散與吸收衰減影響時(shí)為反射系數(shù)與透射系數(shù)的乘積),如圖1b所示。兩條曲線幾乎完全重合,說明道間透射系數(shù)基本不變,因而可利用反射系數(shù)來描述同相軸的道間振幅變化規(guī)律。

基于理論CMP記錄創(chuàng)建同相軸追蹤的疊加速度譜(圖1c),通過等值線追蹤獲得各同相軸疊加能量團(tuán)的范圍,搜索其中的極值可確定出CMP記錄中相應(yīng)的同相軸(圖1d中彩色曲線①～③)。提取各反射波同相軸(圖1e),取其近偏移距位置13道(道號(hào)為奇數(shù))反射信號(hào)的振幅極值作為輸入,基于公式(9)～(11)計(jì)算出反射振幅曲線(圖1f中的紅色曲線)。與理論反射振幅曲線(圖1f中的綠色曲線)相比,估計(jì)的反射振幅在箭頭指向位置(發(fā)生全反射)存在顯著誤差,但在實(shí)際資料處理中這里因混雜有強(qiáng)折射波干擾會(huì)被直接切除,因此并不影響最終的處理效果。

3.2 基于簡(jiǎn)單模型的地震道外推與內(nèi)插

建立一個(gè)包含6套地層的水平層狀介質(zhì)模型,其速度與厚度由淺至深分別為(1500m/s,300m)、(2000m/s,280m)、(2500m/s,258m)、(2000m/s,240m)、(2600m/s,280m)以及(3100m/s,300m),第4套地層存在明顯的速度反轉(zhuǎn)。以主頻為30Hz的雷克子波為震源,將模型上邊界設(shè)置為自由邊界,采用聲波方程有限差分法模擬得到含有多次波的地震記錄。該地震記錄共500炮,每炮含有160道,炮間距與道間距均為10m,最小偏移距是0。圖2a為該炮集記錄對(duì)應(yīng)的第500個(gè)CMP記錄,除箭頭指向的同相軸之外其余均為多次波干擾。由于全反射作用,其強(qiáng)反射波同相軸的信號(hào)波形在中、遠(yuǎn)偏移距位置發(fā)生了明顯的突變。將該CMP記錄中序號(hào)為1～4,16～20,45～50及70～73的地震道充0,得到存在缺失道的CMP記錄,見圖2b。圖2b中箭頭指向的位置地震信號(hào)的波形變化較為劇烈,因混雜有強(qiáng)直達(dá)波及折射波干擾在實(shí)際資料處理中會(huì)被直接切除,但本實(shí)驗(yàn)中仍然展示了這些信號(hào)的插值結(jié)果。

應(yīng)用本文方法進(jìn)行地震道外推與內(nèi)插時(shí),須給定適當(dāng)?shù)寞B加速度掃描范圍及速度間隔,一般要求速度采樣能夠涵蓋所有同相軸的疊加速度值?；趫D2a所示理論CMP記錄創(chuàng)建高分辨率疊加速度譜后[28-29],拾取一條速度值明顯高于譜中各能量團(tuán)的疊加速度曲線(圖3a中的紅色曲線),其速度誤差介于200～600m/s。在進(jìn)行地震道插值之前,首先利用同相軸追蹤技術(shù)[24]獲得速度譜中強(qiáng)能量團(tuán),據(jù)此確定圖3b中彩色曲線所指示的反射波同相軸,再利用AVO分析方法根據(jù)道號(hào)為5～15的已知地震道估計(jì)各同相軸的反射振幅曲線(圖3c)。為避免超過臨界角度的地震道強(qiáng)振幅值對(duì)求取的反射振幅曲線產(chǎn)生干擾,這里僅用近道進(jìn)行計(jì)算。

圖1 基于簡(jiǎn)單模型的反射振幅估計(jì) a 理論CMP記錄; b 反射系數(shù)曲線與反射振幅曲線; c 疊加速度譜; d 追蹤的反射波同相軸; e 提取的反射波同相軸; f 基于AVO分析技術(shù)估計(jì)的反射振幅曲線

圖2 理論CMP記錄(a)與存在缺失道的CMP記錄(b)

基于圖3c所示各同相軸的反射振幅曲線,以所拾取速度曲線(圖3a中紅色曲線)為準(zhǔn)向低速方向掃描,截止掃描速度為1500m/s,速度掃描間隔是25m/s。此外,輸入所有已知地震道計(jì)算速度加權(quán)因子,取左右與缺失道最為鄰近的已知地震道(共4道)參與信號(hào)疊加運(yùn)算,信號(hào)時(shí)窗長(zhǎng)度為30ms。經(jīng)過地震道插值的CMP記錄如圖4a所示。為探討波場(chǎng)插值精度,計(jì)算原始CMP記錄(圖2a)與重建CMP記錄的所有樣點(diǎn)的差值,得到如圖4b所示的誤差記錄,其幅值明顯小于原始記錄中的信號(hào)幅值。對(duì)比分析可知,中、遠(yuǎn)偏移距道中的插值誤差(圖4b中橢圓區(qū)域)明顯大于近道位置,原因在于:①采用Zoeppritz方程近似公式計(jì)算的反射振幅在中、遠(yuǎn)偏移距位置存在一定誤差;②強(qiáng)直達(dá)波及折射波干擾導(dǎo)致地震信號(hào)波形變化較為劇烈;③插值過程在時(shí)間域中進(jìn)行,相交同相軸之間會(huì)相互影響插值精度。

圖3 基于同相軸追蹤技術(shù)與AVO分析的反射振幅曲線估計(jì) a 疊加速度譜及拾取的存在明顯偏差的疊加速度曲線; b 追蹤的反射波同相軸; c 估計(jì)的反射振幅曲線

圖4 重建的CMP記錄(a)及其與原始CMP記錄的誤差記錄(b)

4 實(shí)際資料試驗(yàn)

某海域二維測(cè)線ML_A數(shù)據(jù)采集于硬海底地區(qū),沿觀測(cè)方向水深由150m增加至1100m,相應(yīng)的原始炮集記錄中發(fā)育有強(qiáng)自由界面多次波,且在海底陡降位置多次波特征尤為復(fù)雜。該測(cè)線原始數(shù)據(jù)共2699炮,每炮240道接收,道間隔及炮間隔均為25m,最小偏移距為100m(缺失4道)。近偏移距道的缺失對(duì)該測(cè)線自由界面多次波衰減的影響極為嚴(yán)重,直接導(dǎo)致無法預(yù)測(cè)部分道中的多次波信號(hào)。而且,由于傳統(tǒng)SRME依賴于原始記錄中的多次波信息,因此除一次波外還需要針對(duì)多次波同相軸進(jìn)行插值。

在進(jìn)行地震道插值之前,首先對(duì)ML_A測(cè)線的原始炮集進(jìn)行了預(yù)處理:①切除各炮記錄中的直達(dá)波信號(hào);②通過帶通濾波消除原始地震記錄中5Hz以下的低頻信號(hào);③為增強(qiáng)炮集記錄中深部較弱的反射信息,進(jìn)行了球面擴(kuò)散補(bǔ)償處理。經(jīng)過預(yù)處理的CMP記錄如圖5a所示,箭頭指向位置附近存在明顯的海底全程多次波,其疊加速度明顯低于同時(shí)段的一次波。對(duì)于野外地震記錄,一般要先切除中、遠(yuǎn)偏移距道上混雜有強(qiáng)直達(dá)波及折射波干擾的信號(hào),但為了全面檢驗(yàn)基于速度加權(quán)疊加和AVO分析的地震道插值方法對(duì)復(fù)雜地震波場(chǎng)的插值效果,本次試驗(yàn)中將其保留。人為舍棄原始CMP記錄中的部分地震道,即在3～112道之間每隔4道舍棄4道,存在缺失道的CMP記錄如圖5b所示。

利用本文方法針對(duì)缺失道進(jìn)行波場(chǎng)插值處理時(shí),需給定較大的疊加速度掃描范圍方可有效構(gòu)建低速的多次波信號(hào)。設(shè)拾取的一次波疊加速度為v(τ),則相應(yīng)的速度掃描范圍為1500～v(τ)+400m/s,速度間隔為25m/s,圖6a顯示了波場(chǎng)插值的結(jié)果。計(jì)算原始記錄與插值記錄的差值,得到如圖6b所示誤差記錄,該記錄的振幅明顯小于原始記錄的振幅。對(duì)比分析圖5和圖6可知,除因混雜有強(qiáng)直達(dá)波及折射波干擾導(dǎo)致地震信號(hào)波形變化較為劇烈的位置外,圖5a 所示CMP記錄中同相軸(包括明顯低速的多次波同相軸)得到了有效重建。

圖5 原始CMP記錄(a)與舍棄部分地震道的CMP記錄(b)

圖6 重建的CMP記錄(a)與誤差記錄(b)

利用一次波的偏移速度場(chǎng),對(duì)原始記錄和插值記錄進(jìn)行克希霍夫疊前時(shí)間偏移處理,結(jié)果如圖7和圖8 所示。為便于比較分析,本文僅選取了起伏海底位置部分剖面,其水平距離為25～40km,旅行時(shí)為0.5～3.5s。在利用一次波偏移速度進(jìn)行成像的過程中,多次波信息受到了一定壓制,但剖面中矩形區(qū)域內(nèi)仍存在較強(qiáng)的傾斜多次波同相軸。對(duì)比原始記錄的偏移剖面與插值記錄的偏移剖面可見,二者構(gòu)造形態(tài)幾乎完全一致,傾斜多次波同相軸亦較為接近,這很好地證明了本文地震道插值方法的準(zhǔn)確性。

圖7 原始CMP記錄的偏移剖面

圖8 插值CMP記錄的偏移剖面

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種新的疊前CMP道集插值和外推方法,通過速度掃描疊加計(jì)算速度加權(quán)因子,通過AVO分析獲得振幅校正因子,在時(shí)空域基于輸入地震道信號(hào)的加權(quán)疊加重建缺失地震道中的反射信號(hào)。該方法在重建缺失地震道的同時(shí),充分考慮了地震信號(hào)的動(dòng)力學(xué)特征,從而使重建的地震信號(hào)在一定程度上保持了野外記錄的相對(duì)振幅關(guān)系。理論模型和實(shí)際資料試驗(yàn)結(jié)果表明,無論是對(duì)一次波還是多次波,該方法均可實(shí)現(xiàn)缺失道的高精度重建。此外,該方法在時(shí)間域內(nèi)實(shí)現(xiàn)波場(chǎng)插值,無須借助復(fù)雜的數(shù)學(xué)變換,因而具有較高的計(jì)算效率。

然而,當(dāng)?shù)卣鹩涗浿写嬖诮徊嫱噍S時(shí),時(shí)間域插值會(huì)在一定程度上影響地震道的重建精度,因此目前該方法更適用于近偏移距地震道的重建。進(jìn)一步研究高精度插值算法,使其能夠適用于遠(yuǎn)偏移距地震道的重建并將其推廣應(yīng)用到三維地震數(shù)據(jù)的規(guī)則化處理,將是我們下一步的研究目標(biāo)。

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(編輯：戴春秋)

Pre-stackseismicdatainterpolationbasedonvelocity-weightedstackandAVOanalysis

TAN Jun1,2,3,SONG Peng1,2,3,LI Jinshan1,2,3,WANG Lei1

(1.CollegeofMarineGeosciences,OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China;2.LaboratoryforMarineMineralResource,QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology,Qingdao266071,China;3.KeyLabofSubmarineGeosciencesandProspectingTechniquesMinistryofEducation,Qingdao266100,China)

This paper presents a method for the extrapolation and interpolation of CMP traces using velocity weighted stack and AVO analysis.The method rebuilds seismic traces with multi-trace signals via gradually varied stacking velocity scanning and weighted stack.Then,the amplitude of the rebuilt seismic traces is corrected based on the amplitude variation characteristics of events in the seismic traces obtained through the AVO analysis.To some extent,the dynamic characteristics of the seismic signal are considered when rebuilding missing traces,so the relative amplitude relationship of the signal in the rebuilt seismic traces is in accord with field seismic records.The synthetic and field data tests show that,the missing traces can be rebuilt with high precision using the proposed method,using either primary or multiple waves.

trace extrapolation,trace interpolation,velocity-weighted stack,AVO analysis,event tracing,missing traces,high precision rebuilding

2016-08-18;改回日期2017-07-12。

譚軍(1982—),男,博士,講師,從事多次波壓制與地震成像研究工作。

宋鵬(1979—),男,博士,副教授,從事地震偏移成像和反演研究工作。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05027-002)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41574105)、青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2016ASKJ13)共同資助。

P631

A

1000-1441(2017)06-0812-08

10.3969/j.issn.1000-1441.2017.06.006