石太昆,徐 海,黃 亮,3,舒國旭,高正輝,霍守東,3

(1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京100029;2.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院海外中心,北京100871;3.中國科學(xué)院大學(xué),北京100049;4.中國地質(zhì)大學(xué),北京100083)

油氣勘探目標(biāo)的日趨復(fù)雜,對勘探方法提出了更高的勘探精度要求?！皟蓪捯桓摺钡卣饠?shù)據(jù)采集方式是開展高精度勘探的有效途徑,且多個實例也證明了該采集方法在提高勘探精度方面的巨大優(yōu)勢。但由于昂貴的采集成本,導(dǎo)致其很難得到大范圍推廣應(yīng)用。

高效率地震數(shù)據(jù)采集通過縮短震源激發(fā)時間間隔、提高震源激發(fā)效率的方式提高數(shù)據(jù)采集效率,實現(xiàn)高密度采集,改善成像質(zhì)量。高效率采集的發(fā)展包括多個方面。首先是震源的發(fā)展,高效率采集關(guān)注更多的是:①更高密度、更大范圍采集,因此,需要足夠的震源能量保證更遠(yuǎn)偏移距的檢波器接收;②檢波器的發(fā)展,高效率采集需要對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷地連續(xù)接收,目前已經(jīng)開始應(yīng)用于實際生產(chǎn)的節(jié)點儀器,適應(yīng)了高效率采集的發(fā)展要求,成為地震數(shù)據(jù)采集的必備檢波器;③數(shù)據(jù)處理方法的發(fā)展,高效率采集獲得的數(shù)據(jù)是多震源混疊的地震數(shù)據(jù),無法采用常規(guī)資料處理方式處理,需要進(jìn)行特殊方式處理。

本文主要介紹高效率采集地震數(shù)據(jù)分離處理方法的研究進(jìn)展,著重論述了噪聲壓制類方法、反演類方法和預(yù)測-相減類方法的內(nèi)容及其在混采地震數(shù)據(jù)分離中的應(yīng)用,并對混采地震數(shù)據(jù)的分離處理方法的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 高效率地震數(shù)據(jù)采集方式的發(fā)展

高效率地震數(shù)據(jù)采集方式的研究始于20世紀(jì)70年代。1979年,SILVERMAN[1]提出采用多源激發(fā)的采集方式提高地震數(shù)據(jù)采集效率。1993年,交替掃描試驗首次出現(xiàn)在了可控震源地震數(shù)據(jù)采集中,拉開了可控震源的高效率數(shù)據(jù)采集的序幕。BEASLEY[2]引入脈沖型震源,進(jìn)行多震源同時激發(fā)采集,以期更好地分離混采地震數(shù)據(jù)。VAAGE[3]提出隨機/偽隨機時間延遲的海上地震采集方式,有效提高了海上地震數(shù)據(jù)采集的效率;BERKHOUT等[4]提出對震源進(jìn)行線性隨機編碼,在提高采集效率的同時,有助于混采數(shù)據(jù)的分離。在國內(nèi),許多學(xué)者[5-7]也先后對高效率采集方式進(jìn)行了研究和探索,但在應(yīng)用層面上還落后于國際水平。

目前,基于陸上可控震源的高效率采集方式主要有4種:交替掃描[8]、滑動掃描[9]、距離分開的同步激發(fā)[10]和獨立同步掃描[11]。其中,獨立同步掃描是目前效率最高的采集方式,又稱為同時震源激發(fā)或同步震源激發(fā)。這種采集方式可以在常規(guī)采集一炮地震記錄的時間內(nèi)采集到多炮地震記錄,從而大幅降低了采集時間和成本,顯著增加震源覆蓋密度,提高地下照明和地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量。因此,在地震勘探中,尤其是海上地震勘探,受到廣泛關(guān)注。

傳統(tǒng)的地震數(shù)據(jù)采集方式是多炮之間分開激發(fā),炮與炮之間互不干擾,排列只接收當(dāng)前炮點能量。而高效率地震數(shù)據(jù)采集方式通過多炮同時激發(fā),大大縮短炮點激發(fā)時間,因此,在采集得到的記錄中,除主炮能量外,還有很強的交涉炮干擾能量。目前,針對混采地震數(shù)據(jù)的處理方法主要有兩種[4]:①先進(jìn)行混采數(shù)據(jù)的分離,得到各單炮地震數(shù)據(jù)后進(jìn)行常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理;②直接對混采地震數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移成像或反演處理。

2 混采地震數(shù)據(jù)分離

對混采地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分離的根據(jù)是地震波場的線性疊加原理。目前,最常用的分離方法主要有3類:①噪聲壓制類方法;②反演類方法;③預(yù)測-相減類方法。

2.1 噪聲壓制類方法

噪聲壓制類方法是最常用的混采地震數(shù)據(jù)分離方法?；诨觳傻卣饠?shù)據(jù)在不同道集記錄的不同特征,進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效分離。根據(jù)高效率采集地震數(shù)據(jù)的特點,當(dāng)混合震源在不同位置上進(jìn)行隨機時間延遲激發(fā)時,相同的排列接收來自不同震源不同激發(fā)時刻產(chǎn)生的直達(dá)波、折射波和反射波等。在共炮點道集,除主炮能量具有相干性外,其它炮點所產(chǎn)生的能量也都具有相干性;而在共偏移距道集、共接收點道集或共中心點道集,由于炮點激發(fā)時間的差異,只有來自主炮點的能量具有相干性,而來自交涉炮干擾的能量表現(xiàn)為隨機噪聲形式,因而可以在這些道集上對交涉炮干擾能量進(jìn)行壓制。HAMPSON等[12]使用隨機噪聲壓制方法對混采地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步分離,獲得了較好的效果;隨后,有學(xué)者分別在共檢波點道集[13-14]、共偏移距道集[15-16]進(jìn)行了混采地震數(shù)據(jù)的分離研究;DOULGERIS等[17]進(jìn)一步對比分析了不同去噪方法對混采地震數(shù)據(jù)的分離效果。

在中值濾波的基礎(chǔ)上,矢量中值濾波方法[18]被提出來用于混采地震數(shù)據(jù)的分離。中值濾波是一種有效壓制隨機噪聲的方法,基本原理是把數(shù)字序列或數(shù)字圖像中某點的值用該點的某個鄰域中各點值的中值來代替,從而消除隨機噪聲。假設(shè)一組矢量為{Xi|i=1,2,…,N},則這組矢量的距離函數(shù)可以表示為:

(1)

Xj∈{Xi|i=1,2,…,N}

式中:l=0,1,2或∞。該組矢量對應(yīng)的中值矢量Xm可以表示為:

(2)

基于矢量中值濾波,建立矢量中值濾波器進(jìn)行地震記錄的干涉炮噪聲去除。但矢量中值濾波需要一個假設(shè)前提,即地下反射界面是水平的。通常情況下,這樣的假設(shè)很難滿足。因此,HUO等[18]又提出多方向的矢量中值濾波方法,表示如下:

Xj(p)∈{Xi(p)|i=1,…,N;p=pmin,…,pmax}

(3)

式中:p代表傾角方向;Xj(p)為沿其中某一個方向p的矢量。同樣,公式(3)中的中值矢量Xm(p)可以表示為:

(4)

通過多方向的矢量中值濾波方法,可以靈活地對干涉炮噪聲進(jìn)行有效壓制。

多方向矢量中值濾波方法進(jìn)一步改善了交涉炮干擾能量的壓制效果。在此基礎(chǔ)上,CHEN[19]提出變窗口中值濾波的方法,通過控制每次迭代的窗口長度,盡可能保留主炮的有效信號,該方法適用于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的同步震源波場分離。MAHDAD等探討了基于不同迭代濾波方法進(jìn)行混采地震波場分離的效果,并對不同道集地震記錄分離算法的特性進(jìn)行了分析[20-21]。王文闖等[22]提出基于Alpha-trimmed矢量中值濾波方法進(jìn)行交涉炮干擾能量的壓制,效果改善明顯。在中值濾波的基礎(chǔ)上,添加約束條件,可進(jìn)一步改善處理效果。GAN等[23]將局部斜率作為約束,CHEN等[24]則添加局部正交加權(quán)為約束,對數(shù)據(jù)進(jìn)行測試,均取得了較好的分離效果。GAN等[25]提出結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的中值濾波方法,通過對相鄰道地震記錄的同相軸進(jìn)行預(yù)測并拉平,再采用中值濾波方法壓制混采噪聲。周麗等[26]提出使用自適應(yīng)迭代多級中值濾波方法實現(xiàn)混疊地震波場的分離,在迭代過程中通過逐步修改中值濾波窗口提取波場細(xì)節(jié)信息。SHU等[27]提出將變頻率中值濾波和均值濾波結(jié)合的方法應(yīng)用于十字交叉道集,有效壓制了交涉炮干擾噪聲。CHEN等[28]將局部正交加權(quán)約束[24]和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向中值濾波[25]結(jié)合,實現(xiàn)對混疊地震波場的多重濾波,效果明顯。

除了矢量中值濾波類方法外,還有其它一些噪聲壓制類的方法?；诘卣鹦盘柕南∈栊?IBRAHIM等[29]通過對最小平方、稀疏和魯棒3種拉冬變換進(jìn)行測試和效果分析,提出在混采數(shù)據(jù)處理中,可以采用魯棒拉冬變換提高干擾噪聲的壓制效果。JI等[30]提出一種迭代混合拉冬變換的方法,適用于存在較強干擾噪聲的非規(guī)則數(shù)據(jù)體,并采用多個頻率進(jìn)行鄰炮干擾的壓制,具有較好的魯棒性,同時對低頻噪聲壓制效果明顯。CAO等[31]通過雙焦點變換,結(jié)合一個高效的貪婪算子,對同時震源采集中的干擾噪聲進(jìn)行快速有效分離,利用合成數(shù)據(jù)和實際資料驗證了算法的有效性。ZU等[32]認(rèn)為在三維空間中考慮更多的稀疏約束可以更好地去除交涉炮干擾,因此基于三維多尺度整形算子對同時震源數(shù)據(jù)進(jìn)行鄰炮干擾分離,并利用合成數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)驗證了算法的優(yōu)越性。BAARDMAN等提出使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行混采地震數(shù)據(jù)的分離,并在合成地震記錄上取得了良好的應(yīng)用效果,但應(yīng)用于實際資料的研究還在繼續(xù)[33-34]。在此基礎(chǔ)上,SLANG等[35]提出使用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法去除地震記錄中的干擾,并應(yīng)用于共接收點道集,取得了較好的應(yīng)用效果,但該方法的結(jié)果受資料的信噪比影響較大,并且需要消耗計算機的大量內(nèi)存,因此還有待進(jìn)一步優(yōu)化。ZU等[36]提出一種混合稀疏約束模型,將其應(yīng)用于混采數(shù)據(jù)分離中,通過自適應(yīng)字典學(xué)習(xí)識別非相干噪聲,然后采用稀疏變換框架實現(xiàn)信號與干擾的分離。但該方法計算量大,需要進(jìn)一步提高計算效率。RICHARDSON等[37]提出采用深度學(xué)習(xí)的方法在共偏移距道集進(jìn)行混采數(shù)據(jù)的分離,通過訓(xùn)練,快速獲取最優(yōu)去噪?yún)?shù),大大節(jié)省了人工調(diào)整參數(shù)的時間,但應(yīng)用于實際數(shù)據(jù)處理時,可能會傷及有效信號,導(dǎo)致分離效果不理想。

噪聲壓制類方法分離混采地震數(shù)據(jù),基本上都是基于主炮能量和交涉炮能量在不同道集排列中的相干性差異進(jìn)行數(shù)據(jù)分離。此類方法計算速度快、易實現(xiàn)、方法適應(yīng)性強。但該類方法對有效弱信號的處理難度較大,當(dāng)選擇的窗口較大時,可以更好地抑制噪聲,但有可能損失有效弱信號;當(dāng)窗口較小時,能夠較好地保護(hù)信號的細(xì)節(jié),但壓噪效果又不明顯。因此,該類方法的分離效果比較依賴于去噪方法的優(yōu)劣和去噪?yún)?shù)的選擇。并且,當(dāng)混采地震記錄中的震源較多時,干擾噪聲能量可能數(shù)倍于有效信號,在進(jìn)行數(shù)據(jù)分離時,有效信號容易受到傷害,影響分離效果。

2.2 反演類方法

反演類方法是用于混采地震數(shù)據(jù)分離的另一大類方法。將多震源激發(fā)用一個混合算子表示,混采地震數(shù)據(jù)的分離就是一個欠定的反問題。IKELLE[38]從編碼與解碼的方面對該問題進(jìn)行了初步研究,并采用高階統(tǒng)計思想進(jìn)行了混采數(shù)據(jù)的分離。地震數(shù)據(jù)的稀疏性[39-41]也決定了該欠定反問題是一個地震數(shù)據(jù)的稀疏恢復(fù)問題[42-43]。基于稀疏反演的混采地震數(shù)據(jù)分離方法大多是基于Delphi提出的反演框架[4]進(jìn)行的。把混采數(shù)據(jù)分離抽象成一個矩陣求解問題,并且,在求解的時候加上正則化條件進(jìn)行約束。

采用多震源激發(fā),任一檢波器接收到的地震記錄可表示為[44]:

b=Γf

(5)

式中:f表示常規(guī)共接收點道集記錄;Γ表示震源混合算子?；谙∈杓s束的混采地震數(shù)據(jù)分離問題可以表示為[45]:

(6)

‖αij‖0<θ0?i,j

式中:υ為權(quán)重系數(shù),其大小與資料信噪比有關(guān),如果信噪比較高,則適當(dāng)增大其取值,反之則減小;Rij表示從待恢復(fù)地震記錄中抽取的數(shù)據(jù);i和j分別表示所選數(shù)據(jù)在整個地震記錄上的時間和空間位置;C表示稀疏基;A表示分解系數(shù)矩陣;‖αij‖0表示分解系數(shù)向量的L0范數(shù);θ0為一正數(shù)。

MOORE等[15,46]和AKERBERG等[16]在拉冬域采用稀疏約束反演方法實現(xiàn)了混采地震記錄的分離,但拉冬變換適用于具有明顯拋物線或雙曲線特征的同相軸地震數(shù)據(jù),對復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的地震數(shù)據(jù)分離效果不明顯。AYENI等[47]將傾角信息作為約束條件在拉冬域分離混采地震數(shù)據(jù),改善了分離效果。WASON等[43]通過曲波域L1范數(shù)稀疏反演進(jìn)行混采地震數(shù)據(jù)的分離,效果顯著。LIN等[48]將震源編碼技術(shù)和曲波變換相結(jié)合,進(jìn)一步優(yōu)化了混采數(shù)據(jù)的分離效果。ZU等[49]提出以周期性變化代替隨機性變化的震源編碼方式,增加了地震數(shù)據(jù)在曲波域的稀疏性,獲得了更高精度的結(jié)果。ZHANG等[50]采用加權(quán)τ-p變換對不同炮線信號能量進(jìn)行交替增強,進(jìn)而分離OBN數(shù)據(jù),獲得了良好的效果。

此外,還有一些改進(jìn)的方法也被應(yīng)用于混采地震數(shù)據(jù)的分離。ZU等[49]提出了直接在炮點域?qū)觳傻卣饠?shù)據(jù)分離的反演方法,通過引入兩個卷積算子,分別對信號和鄰炮干擾進(jìn)行分解,然后用最小二乘意義下的共軛梯度算法求解,并利用海上拖纜混采數(shù)據(jù)驗證了方法的有效性。周松等[51]提出L1正則化和L0正則化混合迭代的稀疏反演方法,對實際獨立同步掃描地震資料進(jìn)行了分離,獲得了比中值濾波方法更好的效果。ZHAO等[52]提出了一種魯棒的混采地震數(shù)據(jù)分離方法,其魯棒性源于在正態(tài)分布置信區(qū)間定義的規(guī)范化整形算子,該算子將異常橫向最小化到正常水平,以滿足最小二乘整形正則化的假設(shè),方法效果顯著,收斂速度和最小二乘正則化方法接近。WANG等[53]選擇在主頻波數(shù)域?qū)ν瑫r震源地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分離,相較于時空域地震數(shù)據(jù)分離方法而言,變換后的數(shù)據(jù)量更小,分離效果更好。

目前,適合地震數(shù)據(jù)的稀疏變換主要有拉冬變換[15-16]、曲波變換[15,43,48-49,54]和Seislet變換[55]等。這類變換的稀疏基具有明確的表達(dá)式和幾何特征。但由于這些變換的形式較為固定,因此較難應(yīng)用于復(fù)雜地震信號的稀疏表示。近年來發(fā)展較快的字典學(xué)習(xí)方法,通過學(xué)習(xí)可以獲得自適應(yīng)分析信號的字典,有望實現(xiàn)地震信號的更稀疏表示。

在混合震源采集框架下,周艷輝等[45]提出一種基于字典學(xué)習(xí)的混采地震數(shù)據(jù)分離方法,其核心是字典基的選擇?；贚0范數(shù)稀疏約束的字典學(xué)習(xí)問題可以表示為[56]:

(7)

‖αi‖0≤θ0i=1,2,…,L

式中:Y=[y1,y2,…,yL]∈Rm×L包含L個信號,m表示向量化訓(xùn)練信號的維數(shù);字典D=[d1,d2,…,dp]∈Rm×p包含p個字典原子;A=[a1,a2,…,aL]∈Rp×L表示分解系數(shù)矩陣;‖αi‖0表示分解系數(shù)向量的L0范數(shù)。

周艷輝等[45]將未混疊的共炮點記錄作為訓(xùn)練樣本,基于K-SVD[57-58]算法訓(xùn)練字典,反映地震記錄局部波形特征。由于共炮點道集和共接收點道集記錄具有相似性,將共炮點道集訓(xùn)練得到的稀疏字典應(yīng)用于共接收點道集,并基于稀疏反演構(gòu)造反問題表達(dá)式,利用交替迭代策略進(jìn)行求解,有效提高了分離結(jié)果的精度,為后續(xù)地震信號處理提供了高質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。ZHOU等[59]從含干擾信號的地震記錄中進(jìn)行字典學(xué)習(xí),并采用交替方向乘子算法進(jìn)行字典的更新,極大提高了地震信號的稀疏性,模擬數(shù)據(jù)和實際資料的測試證明了方法具有更高的精度和魯棒性。圖1分別為采用二維離散余弦變換(2D-DCT)、曲波變換和字典學(xué)習(xí)在共接收點道集進(jìn)行混采地震數(shù)據(jù)的分離,可以看出,利用字典學(xué)習(xí)方法可以分離出最多的有用信息,并且誤差也是3種方法中最小。圖2展示了初始字典原子和更新后的字典原子,可以看到,字典原子的局部波形特征與分離出來的有效信號的特征具有良好的一致性。

圖2 實際混采地震數(shù)據(jù)的部分字典原子[59]

圖1 利用3種方法在共接收點道集對實際混采地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分離的結(jié)果及分離后的殘差[59]

目前,基于字典學(xué)習(xí)的稀疏反演類方法展現(xiàn)了較強的方法優(yōu)越性,但從含噪聲的地震記錄中提取并優(yōu)化字典原子,仍需要較大的計算量和迭代次數(shù),因此,提高精度的同時提高計算效率,是該類方法的發(fā)展方向。

2.3 預(yù)測-相減類方法

除了噪聲壓制類和反演類方法之外,還可以采用預(yù)測-相減類方法進(jìn)行混采地震數(shù)據(jù)的分離。對于高效率采集,地震記錄是各單個震源地震記錄的疊加,通過對各單個震源記錄進(jìn)行預(yù)測,可逐一分離地震記錄。SPITZ等[60]提出采用預(yù)測-相減法對兩炮混采地震記錄進(jìn)行分離,取得了較好的效果?？紤]兩個震源S1和S2,這兩個震源的混采地震記錄可以表示為[60]:

D=D1+D2=G1*S1+G2*S2

(8)

式中:Di表示震源Si的地震記錄;Gi表示震源在i位置的格林函數(shù)?；觳傻卣饠?shù)據(jù)的分離就是從混采地震記錄D中將D1和D2分開。這類似于多次波壓制的問題:

D=P+M=GP*S+GM*S

(9)

式中:P表示一次波;M表示多次波。該問題的目標(biāo)就是求解P,常用解法是:

(10)

KIM等[61]針對海上OBC同時震源數(shù)據(jù),提出自適應(yīng)去除混采噪聲,獲得了與不含干擾噪聲幾乎相同的偏移成像結(jié)果,很好地保留了有效弱信號成分。具體流程如圖3[61]所示。如果交涉炮震源的位置很近,該方法的分離效果不夠理想。因此,KIM等[61]建議采用該類方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分離時,震源間距最好大于2000m。

圖3 兩炮混采地震記錄分離流程[61]

此外,MAHDAD等[14]通過迭代的方法估計交涉炮能量,然后采用自適應(yīng)相減法對混采數(shù)據(jù)進(jìn)行分離,并將之應(yīng)用于簡單的實際數(shù)據(jù)處理中,得到了較好的結(jié)果。WU等[62]提出一種海上炮集混合的方法,采用迭代相減進(jìn)行混采數(shù)據(jù)分離。該方法對震源間距沒有限制,但目前僅進(jìn)行了數(shù)值模擬和實際數(shù)據(jù)的初步試驗,其實用性還有待檢驗。

不同于噪聲壓制類方法,預(yù)測-相減類方法可以有效保護(hù)弱信號。但由于該類方法嚴(yán)重依賴預(yù)測波場的精度,因而穩(wěn)定性稍差。應(yīng)用此類方法處理實際混采地震數(shù)據(jù)時,會受到多種因素的影響,導(dǎo)致分離效果不理想。因此,該類方法仍有待進(jìn)一步深入研究。

2.4 多方法聯(lián)合用于混采地震數(shù)據(jù)分離

混采地震數(shù)據(jù)的分離方法主要有3類:基于噪聲壓制類的方法,此類方法效率高、穩(wěn)定、易實現(xiàn);基于稀疏反演類的方法,此類方法可以獲得比噪聲壓制類信噪比和保真度更高的結(jié)果,但計算效率稍低;預(yù)測-相減類方法可以獲得精度很高的分離效果,但算法易受預(yù)測波場精度的影響,穩(wěn)定性較差。因此,這3類方法各有優(yōu)劣。如果能夠?qū)⑦@3類方法有機地結(jié)合,可以進(jìn)一步提高混采地震數(shù)據(jù)的分離精度和效率。

KIM等[61]將噪聲壓制類方法與預(yù)測-相減類方法相結(jié)合,提出中值濾波-預(yù)測誤差聯(lián)合的方法進(jìn)行混采數(shù)據(jù)分離,取得了良好的效果。BAGAINI等[63]結(jié)合拉冬域的稀疏約束反演方法和F-X濾波方法對混采數(shù)據(jù)進(jìn)行了分離。WU等[62]在預(yù)測-相減的過程中采用稀疏反演方法,增強混采數(shù)據(jù)分離的能力。CHEN等[64]提出Seislet變換和迭代閾值(ISTA)濾波結(jié)合的混采地震數(shù)據(jù)分離方法。王漢闖等[40]將噪聲壓制類方法和反演類方法相結(jié)合,提出基于小窗口中值濾波與稀疏約束聯(lián)合的混采地震數(shù)據(jù)分離方法,先采用小窗口中值濾波壓制大部分的隨機噪聲,然后采用稀疏約束反演的方法進(jìn)一步去除殘余噪聲,很好地保留了地震數(shù)據(jù)中的有效弱信號,取得了較好的去噪效果,如圖4所示,小窗口中值濾波與稀疏約束聯(lián)合的方法可以在去除孤立隨機噪聲的同時保持地震數(shù)據(jù)中所需要的主要信息,去噪效果良好。

圖4 不同方法對混采地震記錄共接收點道集數(shù)據(jù)的分離結(jié)果[40]

3 混采地震數(shù)據(jù)偏移成像

對混采地震數(shù)據(jù)的另一種處理方式是直接對其進(jìn)行偏移成像處理。FROMYR等[65]進(jìn)行了混采地震數(shù)據(jù)的直接成像試驗,得到了和常規(guī)采集方法精度相當(dāng)?shù)某上裥Ч?。但該試驗的不足是混采?shù)據(jù)的震源間距都在8000m以上,距離過大,與實際高效率采集方式差異較大。VERSCHUUR等[66]對混采地震數(shù)據(jù)和單震源地震數(shù)據(jù)成像進(jìn)行了對比,并指出最小二乘偏移是直接處理混采地震數(shù)據(jù)的有效方法。TANG等[67]討論了基于波動方程的混采地震數(shù)據(jù)最小二乘成像/反演方法和流程,在提高勘探精度的同時,壓制了交涉炮干擾噪聲。DAI等[68]指出,對混采地震數(shù)據(jù)直接進(jìn)行疊加或偏移處理,可以壓制交涉炮干擾噪聲,并采用最小二乘逆時偏移對混采地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理[69],改善了成像效果。

混采地震數(shù)據(jù)最小二乘偏移,需要通過多次迭代優(yōu)化成像效果,巨大的計算量導(dǎo)致其很難應(yīng)用于實際資料處理中。此外,目前對混采地震數(shù)據(jù)直接進(jìn)行偏移成像的方法,適用于簡單構(gòu)造的情況,對復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)的資料還不能獲得理想的效果[2]。隨著計算機能力的提高和偏移/反演算法的進(jìn)一步優(yōu)化,直接進(jìn)行成像將成為混采地震數(shù)據(jù)處理的發(fā)展方向,從而真正實現(xiàn)高效率地震勘探。目前,先分離再成像,依舊是處理混采地震數(shù)據(jù)的最有效方法,對混采地震數(shù)據(jù)的直接成像和反演仍有待進(jìn)一步研究。

4 展望

目前,高效率采集方法依然是進(jìn)行“兩寬一高”采集的重要方式。今后的勘探目標(biāo),會越來越精細(xì),而采集會向超高密度發(fā)展。因此,提高野外采集效率依然具有重要的理論意義和實際價值。

針對高效率采集地震數(shù)據(jù)的處理,進(jìn)行直接的偏移成像具有重要的研究價值,不僅在偏移的過程中可以壓制噪聲,而且還節(jié)省了混采數(shù)據(jù)分離的時間,進(jìn)一步提升勘探效率。但就目前來看,對混采數(shù)據(jù)進(jìn)行直接的偏移成像,依然存在數(shù)據(jù)計算量大、速度模型不準(zhǔn)等問題。同時,也會對屬性反演等工作提出新的挑戰(zhàn)。因此,針對混采地震數(shù)據(jù)的處理,目前仍推薦先進(jìn)行數(shù)據(jù)分離、再進(jìn)行偏移成像以及屬性反演等后續(xù)處理的方式。

針對現(xiàn)有的混采地震數(shù)據(jù)分離的3類方法:噪聲壓制類方法是目前使用最廣泛的一類方法,該類方法計算效率高、算法穩(wěn)定,適合實際混采地震數(shù)據(jù)的分離;反演類方法是目前研究最多的一類方法,從各種變換域的反演方法,到基于字典學(xué)習(xí)的稀疏反演方法等,相比于噪聲壓制類方法,該類方法可以獲得更高信噪比和保真度的結(jié)果,但由于該類方法對稀疏基的要求越來越高,因此,計算效率有待進(jìn)一步提高;預(yù)測-相減類方法與反演類方法類似,可以獲得精度更高的分離效果,但由于受預(yù)測波場的影響較大,因此,算法穩(wěn)定性較差。

目前,混采地震數(shù)據(jù)分離的精度和效率仍然是國內(nèi)高效率地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的瓶頸。研發(fā)能夠適用于復(fù)雜地區(qū)的混采地震數(shù)據(jù)分離方法,對國內(nèi)高效率采集技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文介紹的混采地震數(shù)據(jù)分離方法,還無法完全滿足國內(nèi)復(fù)雜環(huán)境條件下的混采地震數(shù)據(jù)分離。因此,基于目前混采數(shù)據(jù)分離的方法,將它們進(jìn)行有機結(jié)合,將會進(jìn)一步提高混采數(shù)據(jù)分離的精度和效率,文中也介紹了部分學(xué)者在該領(lǐng)域的初步研究成果且已見良好效果,但仍有待在計算精度、效率等方面進(jìn)一步優(yōu)化。因此,多方法聯(lián)合是混采地震數(shù)據(jù)分離處理的主要發(fā)展方向。

5 結(jié)束語

混采地震數(shù)據(jù)分離方法目前主要有3類:噪聲壓制類方法、反演類方法和預(yù)測-相減類方法。本文對這3類方法進(jìn)行了綜合評述,并指出多方法聯(lián)合有助于進(jìn)一步提高混采地震數(shù)據(jù)分離的精度和效率,是高效率采集地震數(shù)據(jù)處理的主要發(fā)展方向。特別是針對我國復(fù)雜地區(qū)的地震勘探,更是如此。

目前,高效率采集方式主要應(yīng)用于陸上可控震源,其它類型震源使用較少。此外,高效率采集正是海上進(jìn)行寬方位角地震勘探的有效方法,但目前發(fā)展較為緩慢。這其中的重要原因就在于混采地震數(shù)據(jù)分離的精度和效率達(dá)不到技術(shù)發(fā)展的要求。多方法聯(lián)合的混采地震數(shù)據(jù)分離,必將進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理的精度和效率,并逐步滿足高效率采集發(fā)展的需求,從而提高勘探精度和效率,推動“兩寬一高”采集技術(shù)的發(fā)展。