基于数据规则化和稀疏反演的三维表面多次波压制方法

表面多次波是海洋地震勘探中的主要问题.目前,二维数据驱动的表面多次波压制技术(SRME)已经比较成熟,并且已经成为工业界压制海洋表面多次波的主流方法.但是由于二维SRME算法没有考虑横测线方向上多次波的贡献,导致在处理实际三维海洋资料时存在比较大的误差.将二维SRME算法扩展到三维空间后可以得到三维SRME算法,但是由于目前实际采集的三维海洋资料的观测系统存在拖缆漂移,而且横测线方向采样过于稀疏,直接应用三维SRME算法无法准确预测表面多次波.本文提出的通过数据规则化配合稀疏反演的三维表面多次波压制方法能够解决这种实际资料和三维SRME算法之间的矛盾.本文通过研究数据规则化与反规则化技术,使得数据分布满足三维SRME的要求;通过研究稀疏反演技术,有效解决了横测线方向采样稀疏对于多次波预测的影响,三维实际海洋资料的应用结果验证了方法的有效性和可行性.     

地震多次波成像

地震资料含有各种类型多次波,而传统成像方法仅利用地震一次反射波成像,在地震成像前需将多次波去除.然而,多次波携带了丰富的地下结构信息,多次波偏移能够提供除反射波外的额外地下照明.修改传统逆时偏移方法,用包含一次反射波和多次波的原始记录代替震源子波,将SRME方法预测的表面多次波代替一次反射波作为输入数据,可将表面多次波成像.多次波成像的挑战和困难在于大量串扰噪声的产生,针对表面多次波成像中的成像噪声问题,将最小二乘逆时偏移方法与多次波分阶思想结合起来,发展可控阶数的表面多次波反演成像方法,有望初步实现高精度的表面多次波成像.在消除原始记录中的表面多次波后,通过逆散射级数方法预测得到层间多次波,将层间多次波作为逆时偏移方法的输入数据可将其准确归位到地下反射位置.数值实验表明,多次波成像能够有效地为地下提供额外照明,而可控阶表面多次波最小二乘逆时偏移成像方法几乎完全避免成像噪声.     

逆散射级数法去除自由表面多次波

压制多次波是地震资料处理过程中的重要环节之一,多次波去除的效果直接影响到最后成像的质量．本文研究的逆散射级数法以波动方程和Born级数为基础,构造一个与自由表面多次波相关的子序列来预测并消除多次波,该方法不需要知道地下的速度结构信息,适用于各种复杂的地下情况．在逆散射级数法的实现过程中,地震子波和近道波场是必不可少的信息,本文采用能量最低法则和带限抛物Radon变换法来弥补原始地震资料中所缺失的这些信息．合成资料和实际地震资料的处理结果表明,逆散射级数法能够在去除自由表面多次波的同时保留有效波的信息,对于地下复杂结构的情况同样有效．     

基于Marchenko理论压制自由表面多次波方法研究

常规虚源点Marchenko自聚焦多次波预测方法只适用于预测不含自由表面的多次波模型,局限于压制层间多次波,该方法在构建上下行格林函数场前,必须从反射响应中去除所有与表面相关的多次波.本文对构建上下行Marchenko格林函数方程进行改进,得到了包含一次波、层间多次波和自由表面多次波的格林函数,利用改进的Marchenko自聚焦预测方法预测自由表面多次波.本文利用水平层状模型数据及SMARRT模型数据证明,改进后的Marchenko法预测海底相关的自由表面多次波效果较为理想,该方法避免了常规SRME自由表面多次波预测方法需要近道重构的缺陷,能够有效提高地震资料的信噪比和分辨率.     

海洋单阶次表面多次波分离方法研究

海洋地震资料普遍发育强能量表面多次波,传统表面多次波压制技术（SRME）能够预测出所有阶次表面多次波,但是各阶次表面多次波相互混叠。为了能够单独利用不同阶次的表面多次波成像,降低干涉假象对多次波成像的影响,需要将不同阶次的表面多次波分离出来。本文提出一种基于扩展SRME的海洋单阶次表面多次波分离方法。首先,应用SRME技术预测出混叠的所有表面多次波;其次,修改常规SRME技术的边界输入条件,将上一步求得的所有多次波进行升阶次处理;再次,预测出混叠的所有表面多次波与其升阶次后的表面多次波匹配相减求得单阶次多次波。以此类推,能够逐步分离出不同阶次的表面多次波。数值模型和某深海实际资料测试表明本方法的有效性,不同阶次表面多次波被有效分离,为后期多次波的利用奠定了基础。      

稀疏反演多次波去除策略与效果分析

多次波去除是海上勘探中的一项关键技术,在一定程度上决定着最终成像结果的质量.表面相关多次波去除方法(Surface-Related Multiple Elimination,SRME)是一种基于反馈迭代模型的数据驱动类方法,该方法利用地震数据本身预测多次波,进一步对其进行匹配相减获得一次波结果,这往往导致与多次波重叠的一次波被错误地去除.稀疏反演一次波估计方法(Estimation of Primaries by Sparsity Inversion,EPSI)在原理上同样基于反馈迭代模型,通过求解一次波和表面相关多次波总残差最小化问题直接获得一次波.该方法无多次波的匹配相减过程,可减少与多次波发生重叠的一次波产生损失.另外,EPSI可以很好地解决SRME无法解决的近道缺失问题.理论数据和实际资料处理对比表明SRME对数据完整性以及一次波和多次波的分布情况有较强的依赖性,而EPSI几乎不受这两个因素的影响.EPSI相比SRME方法计算成本高,尚未在工业界广泛应用,但随着高性能计算的普及,该方法的实用性有望得到突破.     

多次波问题的研究进展

综述了当前多次波问题的研究进展,指出了对多次波问题,有两种主要的处理思路：(1)因为后续偏移成像的需要,把多次波看成相干噪声,根据多次波特性设计衰减方法将其消除掉,将其称之为多次波衰减方法.多次波衰减方法大体上可以分为两类：基于信号分析的滤波方法和基于波动方程的预测相减法.预测相减法不需要或较少需要有关地下的先验或后验信息,能适应复杂地下构造.本文对预测相减法中的波场延拓法、反馈迭代法、逆散射级数法和恒定内插法等三种主要方法,进行了较详细的对比分析和介绍.(2)将多次波看成有效信号,对其成像,将其称之为多次波成像方法.这种方法提取了多次波中包含的地下界面信息,可改善地震资料的成像质量.     

基于AVO正演模拟的自由表面多次波压制方法

针对SRME和Radon变换压制自由表面多次波的近道多次波残留和伤害有效波等问题,主要采用基于AVO属性分析的多次波剔除法对近道多次波进行压制,该方法在迭代更新过程中,受近道多次波影响容易出现更新误差,同时迭代更新降低计算效率.本文对基于AVO属性分析的多次波剔除法进行改进,利用中远道地震数据进行约束,通过AVO正演模拟构建有效波的AVO属性抛物线,进而对近道多次波进行压制.该方法在构建有效波AVO属性抛物线过程中,无需迭代更新,提高了计算效率.同时该方法在多次波压制过程中不受多次波的影响.由模型测试及实际地震资料应用效果证明,本文方法能够较好的压制自由表面多次波,该方法为油气田进一步精细勘探开发提供可靠保障.     

基于波动方程三维表面多次波预测方法研究

与传统的二维表面多次波预测算法相比,基于波动方程的全三维表面多次波预测方法无需对地下介质做简单近似,其更符合地震波在地下介质中传播的真实状况,是地震资料处理中解决多次波预测问题的强有力工具.本文从三维多次波预测的基本理论出发,给出了全三维多次波预测算法的预测矩阵表示、计算方法以及实现条件,采用GPU(图形处理器)加速全三维表面多次波预测,较传统的CPU串行计算,GPU并行预测表面多次波的计算效率约提高165倍.文中分别利用二维和三维表面多次波预测算法对理论模拟的含表面多次波的三维地震数据进行多次波预测计算,对比分析结果表明,相比于二维算法,文中所述的基于波动方程的全三维表面多次波预测效果明显改善,其计算精度更高,辅以合理有效的自适应相减算法,可获得高精度的地震勘探资料表面多次波压制数据.     

反馈迭代法压制表面多次波效果分析

地震数据处理通常假定反射数据仅由一次波组成,地震勘探资料中的表面多次波通常被视为相干噪音予以压制.基于波动方程预测的反馈迭代法为数据驱动的方法,可有效压制复杂地下介质的表面多次波,通常可由级数展开法和迭代法两种方法实现.文中分别从理论阐述以及应用效果分析方面对基于波动方程预测的反馈迭代法的两种实现途径进行研究,并采用GPU/CPU协同并行加速计算预测表面多次波,改善以往CPU计算效率低的状况.文中对含表面多次波的炮数据和复杂的SMAART模型进行了计算,并将利用级数展开法与迭代法压制表面多次波的效果进行对比分析,结果表明,迭代形式反馈迭代法压制表面多次波的方法效果更佳.由于实现迭代法和级数展开法需要完成的自适应匹配相减的次数不同,迭代法的计算成本略高于级数展开法.     

基于稀疏反演三维表面多次波压制方法

三维表面多次波压制是海洋地震资料预处理中的重要研究课题,基于波动理论的三维表面多次波压制方法(3DSRME)是数据驱动的方法,理论上来说,可有效压制复杂构造地震数据表面多次波.但该方法因对原始地震数据采集要求高而很难在实际资料处理中广泛应用.本文基于贡献道集的概念,将稀疏反演方法引入到表面多次波压制中,应用稀疏反演代替横测线积分求和,无需对横测线进行大规模重建,进而完成三维表面多次波预测,这样可有效解决实际三维地震数据横测线方向稀疏的问题.基于纵测线多次波积分道集为抛物线的假设,为保证预测后三维表面多次波和全三维数据预测的多次波在运动学和动力学特征上基本一致,文中对预测数据实施基于稳相原理的相位校正.理论模型和实际数据的测试结果表明,本文基于稀疏反演三维表面多次波压制方法可在横测线稀疏的情况下,有效压制三维复杂介质地震资料中的表面多次波,从而更好地提高海洋地震资料的信噪比,为高分辨率地震成像提供可靠的预处理数据保障.     

海底电缆多次波压制方法研究

多次波一直是影响地震处理与解释的主要因素之一.本文基于表层相关多次波衰减(Surface Related Multiple Elimination,SRME)理论,对其进行一定的改造,使其可以预测出海底电缆(Ocean Bottom Cable,OBC)数据中所有与表层相关的多次波,而后将预测出的多次波自适应减去.本文...     

波动方程多次波压制技术的进展

多次波问题是海洋地震勘探中最突出的问题之一，如何有效地压制多次波是数据处理中的一个关键问题，多次波压制技术分为两大类：基于有效波和多次波之间差异的滤波方法和基于波动方程的多次波预测减去法。针对有代表性的波动方程方法－－基于反馈模型的迭代反演多次波压制技术做了较深入的讨论，目前在解决多次波问题时，基于波动理论的方法应得到重视。     

Closed-loop SRME based on 3D L1-norm sparse inversion

In many situations, the quality of seismic imaging is largely determined by a proper multiple attenuation as preprocessing step. Despite the widespread application of surface-related multiple elimination (SRME) and estimation of primaries by sparse inversion (EPSI) for the removal of multiples, there still exist some limitations in the process of prediction and subtraction (SRME) or inversion (EPSI), which make the efficiency of multiple attenuation less satisfactory. To solve these problems, a new fully data-driven method called closed-loop SRME was proposed, which combines the robustness of SRME and the multi-dimensional inversion strategy of EPSI. Due to the selection of inversion approach and constraint, primary estimation by closed-loop SRME may fall into a local optimum during the solving process, which lowers the accuracy of deep information and weakens the continuity of seismic events. To avoid these shortcomings, we first modified the solving method for closed-loop SRME to an L1 norm-based bi-convex optimization method, which stabilizes the solution. Meanwhile, in the L1 norm constraint-based optimization process, the 3D sparsifying transform, being a 2D Curvelet-1D wavelet transform, is brought in as a 3D sparse constraint. In the 3D sparsifying domain, the data become sparser, thus making the result of optimization more accurate, the information of seismic events more continuous and the resolution higher. Examples on both synthetic and field data demonstrate that the method proposed in this paper, compared with the traditional SRME and closed-loop SRME, have an excellent effect on primary estimation and suppress multiples effectively.     

逆散射级数法预测层间多次波的算法改进及其策略

波动方程预测层间多次波有两类算法.一是由Berkhout和Verschuur（1998）提出的基于CFP（共聚焦点）延拓的算法,另一是由Weglein（1997）等人提出的基于逆散射级数法的算法.ISS（逆散射级数）算法具有不依赖速度模型的优点,但是其计算成本很高.本文改进了Weglein提出的1-D预测公式,提高了计算效率.从理论方面,改进算法的计算速度提高了大约12倍.实际结果表明其计算速度更快,提高近80倍左右,主要原因在于后者的空间复杂度小.此外,由于时间-空间域比伪深度-波数域的层间多次波预测有更多的优点,本文推导了1.5-D时间-空间域ISS层间多次波预测算法,该算法有计算速度快、预测噪音小、适应观测系统能力强和不依赖地震子波等优点.在实际应用中,计算成本高是ISS预测层间多次波算法的主要障碍.因此,本文还讨论了预测层间多次波的策略.结合本文提出的改进算法和应用策略,能够在实际地震资料处理中较好地应用ISS预测层间多次波.     

地表数据驱动的与层相关的层间多次波消除方法及应用

基于反馈模型的地表相关多次波消除方法SRME(Surface-Related Multiple Elimination)近年来已得到了广泛的应用.利用共聚焦点CFP(Common Focus Point)道集代替炮集,可以将该方法扩展至层间多次波的消除.地表数据驱动的层间多次波消除方法直接利用地表观测数据进行层间多次波预测,避免了构建CFP道集所需的聚焦运算,特别是与层相关的层间多次波消除方法有效提高了多次波预测的计算效率.但地表数据驱动的与层相关的层间多次波消除方法并没有从理论上被严格地推导证明,其与CFP方法之间的关系亦未被讨论.本文在CFP方法的理论基础上推导了地表数据驱动的与层相关的层间多次波消除方法,阐明了CFP方法与地表数据驱动方法之间的内在联系.并将该方法应用于模型数据和野外实际数据,应用实例表明了所提方法的有效性.     

在成像空间中衰减多次波方法研究

在偏移后成像空间中的共成像点道集中可以对多次波进行衰减,对于给定的偏移速度模型,一次波与多次波在叠前偏移后的共成像点道集中具有不同的动校时差,这样我们就可以使用类似于偏移前衰减多次波的方法将一次波和多次波进行分离.本文在成像空间中应用抛物Radon变换分离多次波和有效波,由于每个共成像点道集都包含了复杂三维波场传播效应,所以本文方法具有处理三维数据和复杂地下构造的能力.相比于SRME以及传统Radon变换衰减多次波方法,本文方法能够在保持较小的计算量的同时,保证了衰减多次波的准确性.通过对模型数据试算和对实际数据的处理验证了本文方法在叠前时间偏移后衰减多次波的能力,并取得了很好的成像效果.