朱金強，張明強，焦敘明，謝 濤，程 耀，石孟常

(中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部物探研究院，天津300451)

圖1 窄方位與寬方位資料多次波路徑Fig.1 Multiple propagation paths of narrow azimuth and wide azimuth

1 引 言

隨著國內(nèi)油氣勘探的重點逐漸轉(zhuǎn)向低幅構(gòu)造油氣藏及巖性油氣藏，寬方位采集的優(yōu)勢越來越明顯。寬方位資料不僅有更多方位的照明，可以解決復(fù)雜構(gòu)造的成像難題，而且能夠為疊前反演(Amplitude Versus Azimuth,AVAZ;Velocity Versus Azimuth,VVAZ)提供攜帶方位信息的道集，有利于儲層預(yù)測和巖性勘探。

多次波一直是海洋地震資料精確成像的主要障礙之一，而寬方位采集更是增加了多次波的復(fù)雜性。常規(guī)多次波的特點有：①時間域的周期性；②速度低于相同走時的一次波；③多次波傾角隨其階數(shù)增大而增大；④與一次波或其他多次波發(fā)生干涉[1,2]。相對于常規(guī)窄方位資料，寬方位資料多次波的區(qū)別是攜帶了橫向炮檢距的信息，包含來自垂直測線方向的多次波，不再滿足二維假設(shè)。對于特點①②④，寬方位與窄方位多次波是一致的，其差別在于寬方位資料的多次波是全三維的，其傾角不僅與平行測線方向的地層構(gòu)造有關(guān)，也會受垂直測線方向的地層影響(圖1)。常規(guī)的二維算法都是建立在采集系統(tǒng)與地下構(gòu)造在同一個平面內(nèi)的假設(shè)條件下，當存在橫向偏移距時，二維假設(shè)條件不再成立，預(yù)測的多次波模型會存在誤差，并且當橫向偏移距足夠大時，這種誤差無法通過自適應(yīng)相減得到消除。同時，二維算法不考慮地震波傳播的方向性，在數(shù)據(jù)變換過程中會丟失方位各向異性特征，影響疊前反演結(jié)果的準確性。因此，對于海上寬方位資料，必須采用針對性的全三維多次波壓制方法。

目前常用的多次波壓制方法(反褶積、Radon域濾波、SRME：Surface Related Mulitiple Elimination)都已發(fā)展出了三維算法[3-5]，但保幅性和計算效率是多數(shù)三維算法需要解決的問題。許多學(xué)者在全三維多次波壓制方法工業(yè)化推廣方面做了大量研究，數(shù)據(jù)重構(gòu)、稀疏反演、GPU(Graphic Processing Unit)加速等方面都取得了不錯的應(yīng)用效果[6-9]，但真正寬方位資料的實際應(yīng)用并不多見。本文從海洋寬方位實際資料出發(fā)，根據(jù)電纜鬼波、水層相關(guān)多次波、長周期多次波在寬方位觀測系統(tǒng)中的特點，分別采用了針對性壓制方法，實現(xiàn)了海上寬方位資料多次波的有效壓制。

2 技術(shù)對策

海上多次波種類繁多，可根據(jù)反射界面、傳播路徑、周期長短等進行不同的分類。每類多次波都有各自的特點，因此需要選擇針對性的方法。濾波法和波動理論法是兩類經(jīng)典的多次波壓制方法[10,11]，在處理過程中單一的方法難以將所有多次波進行壓制，往往需要根據(jù)實際資料情況選擇幾種方法組合應(yīng)用。海上多次波的壓制原則是先壓制短周期多次波，后壓制長周期多次波，以保證每個階段多次波預(yù)測的準確性。

電纜鬼波、水層相關(guān)多次波、全程多次波是海洋資料的三種主要多次波。電纜鬼波緊隨在一次波之后，周期由電纜沉放深度決定，一般較短；水層相關(guān)多次波與水層深度相關(guān)，周期長于電纜鬼波；地層的全程多次波周期最長，為多次波產(chǎn)生地層埋深的整數(shù)倍。本文根據(jù)這三種多次波在海上寬方位資料的特點，分別采用針對性壓制手段，并制定了以電纜鬼波、水層相關(guān)多次波、長周期多次波為順序的壓制策略。

圖2 陸檢接收能量隨入射角變化示意圖Fig.2 The energy received by geophone varies with incident angle

2.1 基于τ —p域水陸檢標定的電纜鬼波壓制

電纜鬼波是由于檢波器沉放于海面以下所帶來的虛反射，是實現(xiàn)寬頻信號處理的主要障礙之一。海洋寬方位采集主要通過海底電纜(Ocean Bottom Cable,OBC)或海底節(jié)點(Ocean Bottom Node,OBN)方式實現(xiàn)[12]，因此本文所討論的電纜鬼波只限于多分量資料。其中，主流的電纜鬼波壓制方法為雙檢合并法。相對于拖纜資料，海底電纜由于接收器沉放更深，電纜鬼波的影響會更明顯，有效頻帶內(nèi)的陷波點也更多。雙檢合并是根據(jù)同一接收點的水檢和陸檢一次波極性相同，電纜鬼波極性相反的特點，通過合并后達到壓制電纜鬼波的目的[13,14]。由于不需要考慮電纜鬼波的延遲時間，雙檢合并是壓制電纜鬼波最理想的方法，但合并前需要首先解決水陸檢資料的標定問題，其中能量的標定是影響合并效果的關(guān)鍵因素。

目前常用的標定方法是對每個接收點采用交叉鬼波法求取一個算子，然后將其應(yīng)用到陸檢資料[15]，但這種方法忽略了水陸檢信號的接收機制差異。接收水檢信號的壓力檢波器是沒有方向性的，各個方向接收的同一信號能量是相同的；而接收陸檢信號的速度檢波器是有方向性的，陸檢能量會隨著入射角發(fā)生變化。如圖2所示，假設(shè)當信號垂直入射時，陸檢Z分量接收到的能量是1；那么當入射角是θ時，其接收到的能量就是cosθ。尤其對于寬方位資料，每個檢波器接收來自不同位置炮點的信號時，能量都是不同的，如果應(yīng)用單一標定算子,無法實現(xiàn)各個方向水陸檢信號的精確匹配。

為了解決陸檢Z分量能量隨入射角變化的問題，本文采用水陸檢在τ—p域進行標定的方法，其中τ為時間截距，p為水平波慢度。將水陸檢信號分別轉(zhuǎn)到τ—p域，根據(jù)p值與入射角的對應(yīng)關(guān)系，在每一p值處分別求取兩種信號的標定算子，對Z分量進行標定后再轉(zhuǎn)到t-x域，較好地解決了不同入射角能量差異的問題。水陸檢資料的精確標定可以直接提升雙檢合并的效果，實現(xiàn)寬方位資料電纜鬼波的有效壓制。

2.2 全三維平面波域水層相關(guān)多次波壓制

海面和海底是兩個強波阻抗界面，在波的傳播過程中很容易產(chǎn)生多次波[16]。對于常規(guī)窄方位數(shù)據(jù)通常采用二維SRME或預(yù)測反褶積的方法對此類多次波進行壓制。但當橫向偏移距較大時，時空域的多次波周期及褶積法預(yù)測的多次波模型都會存在偏差，無法通過自適應(yīng)匹配相減的方式進行消除[17]。根據(jù)海底電纜寬方位數(shù)據(jù)炮點密集,且水層相關(guān)多次波在平面波域近似呈周期性的特點，本文采用共檢波點道集平面波域水層相關(guān)多次波預(yù)測方法。

該方法首先對三維共檢波點道集數(shù)據(jù)進行三維τ—p變換，將地震數(shù)據(jù)從時空域轉(zhuǎn)到單頻平面波域，然后利用該位置的水深信息計算多次波周期，并對波場進行延拓得到多次波模型，最后利用自適應(yīng)匹配相減的方法將多次波從地震數(shù)據(jù)中減去。在平面波域進行多次波預(yù)測，充分利用了不同入射角多次波周期的穩(wěn)定性，同時可以通過低階多次波預(yù)測高階多次波，從而實現(xiàn)所有水層相關(guān)多次波的合理預(yù)測。多次波在τ—p域周期的計算公式為：

(1)

其中，dt為多次波與一次波的時間延遲(s);h為檢波點處水深(m);v為水速(m/s);px、py為x和y兩個方向的射線參數(shù)。為避免產(chǎn)生假頻，p的最大掃描范圍應(yīng)滿足公式(2)的采樣定理[18]，即

(2)

其中,pmax為p值最大掃描值;p0為實際同相軸斜率;fmax為數(shù)據(jù)最大頻率(Hz);Δx為該方向的空間采樣間隔(m)。由于實際數(shù)據(jù)通常Δx較大，可在變換前將地震數(shù)據(jù)進行插值，以減小假頻的影響。

2.3 全三維Radon域長周期多次波壓制

海洋資料的多次波是無法通過單一方法完全壓制的，即使經(jīng)過前期多種方法壓制后，依然會殘留部分長周期多次波。拋物線Radon域濾波是壓制長周期多次波的一種有效手段，其基本原理是CMP(Common Middle Point)道集經(jīng)過動校正處理后，一次波被校平，多次波基本呈拋物線型。對其進行拋物線Radon變換后，根據(jù)多次波和一次波在Radon域的分布差異進行濾波，再經(jīng)過反變換后就可以達到壓制多次波的目的[19]。二維Radon域濾波需要道集按偏移距排列，對于二維觀測系統(tǒng)或三維窄方位觀測系統(tǒng)有較好的應(yīng)用效果。但當方位角較寬時，不同方向的反射曲率不同，對于相同偏移距的地震道可能會存在走時差異，因此二維Radon域濾波會產(chǎn)生誤差。

三維Radon變換不再把偏移距看作標量，而是考慮其方向性，因此更適合寬方位數(shù)據(jù)的多次波壓制。三維Radon變換公式為：

t=τ+qxx2+qyy2

(3)

其中,x、y分別代表x、y兩個方向的偏移距分量;qx、qy分別代表x、y兩個方向的曲率參數(shù)。對于三維各向同性介質(zhì)，常規(guī)三維Radon域濾波可以取得較理想的效果[19]。但在方位各向異性比較強的區(qū)域，各個方位的傳播速度不同，地震波的波前不再是圓形，而是橢圓形。為了保持方位各向異性特征，Pierre Hugonnet提出了基于橢圓模型約束的三維Radon變換，提高了寬方位數(shù)據(jù)在Radon域的聚焦性。改進后的Radon變換公式為[20]：

(4)

其中,

為橢圓模型的快波方位；qx′、qy′分別為橢圓模型下快慢波方向的曲率參數(shù)。加入橢圓模型的約束后，三維Radon域濾波更適合存在方位各向異性的寬方位數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 工區(qū)情況

研究工區(qū)位于渤海灣中部凹陷，已鉆井揭示深埋潛山發(fā)育規(guī)模性構(gòu)造圈閉，但由于埋藏深、潛山內(nèi)多次波發(fā)育，影響了油氣田的勘探評價。于是在該區(qū)部署了12線12炮的OBC寬方位采集方式，其中炮線間距50 m，接收線間距300 m，炮點間距50 m，接收點間距25 m，電纜有效接收長度10 000 m，觀測系統(tǒng)橫縱比0.72，符合寬方位采集標準?；诖舜尾杉膶挿轿毁Y料進行了針對性的多次波壓制處理。

3.2 多次波壓制效果

圖3 雙檢合并前后剖面和頻譜對比Fig.3 Stack profile and spectrum before and after dual-sensor combination

圖3為基于τ—p域水陸檢標定的電纜鬼波壓制方法與傳統(tǒng)方法對比。圖3(a)為合并前的水檢數(shù)據(jù)，箭頭所指即是電纜鬼波，它的存在嚴重影響了剖面的波組關(guān)系，并帶來頻譜上的陷波。圖3(b)為傳統(tǒng)交叉鬼波法的合并結(jié)果，可以看到電纜鬼波得到了一定程度的壓制，但由于能量標定不夠準確，依然有大量鬼波殘留，頻譜上的陷波也未得到完全補償。圖3(c)為經(jīng)過τ—p域標定后的合并結(jié)果，標定滑動時窗選擇500 ms，可以看到電纜鬼波基本被壓制干凈，頻譜上的陷波也得到了很好的補償，達到了寬頻處理的效果。通過對比可以看出，水陸檢資料能量的精確標定可有效提高電纜鬼波的壓制效果，同時也為后續(xù)多次波壓制奠定基礎(chǔ)。

電纜鬼波壓制后，就可進行水層相關(guān)多次波的壓制。圖4(a)為橫向偏移距為3 000 m的共檢波點道集，可以看到中間道發(fā)育了大量水層相關(guān)多次波，這種多次波通過二維方法很難準確預(yù)測。圖4(b)、圖4(c)分別是三維平面波域預(yù)測的多次波模型以及多次波壓制后結(jié)果，多次波預(yù)測周期根據(jù)該檢波點處水深計算得出，可以看到壓制后道集的多次波明顯減少，與海底相關(guān)的鳴震得到了較好的壓制，表明該方法對寬方位資料有很好的適用性。圖5為該方法與SRME方法的應(yīng)用效果對比，從疊加剖面對比可見，該方法將多次波壓制得更徹底，壓制后繞射波得到突顯，地層特征更清晰。從頻譜比較也可看出，使用該方法壓制多次波后資料的低頻和高頻成分都得到拓寬，由多次波帶來的陷波得到有效補償。

在上述多次波壓制后，對于周期較長、與一次波存在速度差異的多次波可采用Radon域濾波法進行壓制。圖6(a)為多次波壓制前經(jīng)過動校正的蝴蝶道集(按偏移距Y和偏移距X排列)，一次波被校平，多次波呈拋物線型。圖6(b)、圖6(c)分別為二維與三維Radon域濾波結(jié)果，Radon域的上切范圍都是200 ms，三維方法的各向異性抖動范圍設(shè)為30 ms，可見二維濾波后依然有多次波殘留，三維方法對多次波壓制更為徹底。從二維(圖6d)、三維(圖6e)濾波分別去掉的多次波道集上也可以看出，三維方法比二維方法預(yù)測的多次波模型更完整，尤其是在近道的弧頂位置。圖7展示的是三維Radon域壓制多次波方法在蝸牛道集上的效果，壓制多次波之前的道集可以看到同相軸周期性起伏現(xiàn)象，這是由于不同方位的速度差異引起的，是后續(xù)疊前反演的基礎(chǔ)。經(jīng)過三維Radon域濾波后，多次波得到有效壓制的同時，方位各向異性特征得到了很好的保持，表明該方法對于寬方位資料具有很好的保真性。

圖4 橫向偏移距3 000 m的共檢波點道集多次波壓制效果Fig.4 Receiver record before and after multiple attenuation with transverse offset of 3 000 m

圖5 三維平面波域多次波壓制效果Fig.5 Stack profile and spectrum of multiple attenuation in 3D plane wave domain

圖6 三維Radon域濾波與二維Radon域濾波對比Fig.6 Comparison between 3D Radon filtering and 2D Radon filtering

圖7 三維Radon域濾波在蝸牛道集的效果Fig.7 Result of 3D Radon domain filtering on snail gather

圖8展示的是3種多次波壓制方法綜合應(yīng)用效果。圖8(a)為多次波壓制前水檢疊加剖面，由于大量多次波的發(fā)育，剖面波組關(guān)系不明確，部分弱反射的一次波被覆蓋。圖8(b)為經(jīng)過電纜鬼波、水層相關(guān)多次波、長周期多次波壓制后的剖面，可以看出整個剖面的波組關(guān)系明顯提升，不同地層的反射強弱關(guān)系清晰可辨，同時多次波壓制后繞射波更加突出，為后續(xù)偏移成像提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。圖9(a)、圖9(b)分別為多次波壓制前后自相關(guān)剖面，可以看出多次波壓制前相關(guān)性較好，這是由周期性多次波造成的，而經(jīng)過處理后周期性多次波明顯減少。從圖10的頻譜對比也可以看出，多次波被合理壓制后，由多次波引起的陷波得到補償，高頻和低頻成分都得到拓寬，大大提高了資料的分辨率。

4 結(jié) 論

1)基于τ—p域信號標定的電纜鬼波壓制方法充分考慮了寬方位采集時陸檢信號的能量差異，實現(xiàn)了水陸檢信號的高度匹配，保障了合并的準確性。

2)三維平面波域多次波壓制方法，解決了時空域多次波周期不穩(wěn)定的問題，提高了多次波模型預(yù)測的精度。

3)與二維Radon域濾波相比，基于橢圓約束的三維Radon域濾波方法不僅對多次波預(yù)測更準確，同時很好地保持了寬方位采集的方位各向異性特征，是寬方位資料長周期多次波壓制的有效方法。

4)全三維多次波壓制方法在取得良好效果的同時，也明顯增加了計算機時，因此在實際應(yīng)用過程中，要根據(jù)資料的橫縱比，選擇合適的多次波壓制方法，實現(xiàn)處理效果和效率的最優(yōu)化。