不同阶次自由表面相关多次波预测与成像方法

海水与空气间的强波阻抗界面使得海洋地震数据普遍发育自由表面相关多次波,多次波信息的利用是提高海洋地震资料成像品质的新突破点.近年来发展了一系列多次波成像方法,干涉假象是制约其应用推广的关键问题之一.为了避免假象影响,本文提出了不同阶次自由表面相关多次波预测与成像方法,首先,修改了传统SRME(表面相关多次波衰减)方法中的边界条件,通过多次波升阶次与匹配相减的方法预测出不同阶次自由表面相关多次波;其次,基于单程波偏移算子和"面炮"偏移策略,以一次反射波或第(N-1)阶自由表面相关多次波为下行波场正向延拓,以第1阶多次或第N阶多次波为上行波场逆向延拓,并在每一层互相关成像得到第1阶或N阶多次波单独成像.本方法避免了低阶多次波和高阶多次波产生的相关假象,且相对于全波算子的偏移方法具有较高的计算效率,增强了多次波成像方法的实用性.单层模型和三层模型测试验证了本方法的正确性,并在我国某深海探区实际资料处理中得到了成功应用.相对于传统一次波成像,分阶次多次波成像具有更高的照明均衡度、垂向分辨率和信噪比.本研究表明,海洋多次波成像是一次波成像的有力补充,对于稳定海底沉积的深海地区,具有一定的应用前景.     

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.     

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.     

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.     

线性拉东域预测反褶积在海洋多次波去除中的应用

海洋多次波是海洋地震资料处理中最难去除的噪声,目前时空域预测反褶积、SRME、高精度拉冬切除等方法均能有效衰减部分多次波,但对于强反射界面(如硬海底,海底以下高速层等)产生的多次波,单独采用以上方法仍会产生能量较强的残余多次波,针对该问题,根据多次波与一次波周期性差异在线性拉东域比时空域更为明显且有利于压制长周期多次波的特点,可以将线性拉东域预测反褶积技术作为SRME、高精度拉东切除技术的补充,取长补短,联合应用消除深水海底多次波.本文对线性拉东域预测反褶积的基本原理进行了阐述,讨论了如何选取参数,并对其应用范围进行了分析.将线性拉东域预测反褶积应用于南海某凹陷海洋资料的多次波衰减处理中,有效的消除了残余海底多次波,验证了该方法的实用性.     

SRME多次波衰减方法在海洋地震资料中的应用

多次波问题一直是海洋地震资料处理中的难题,基于波动方程的多次波压制方法SRME是近20年来发展起来的一种有效的多次波衰减方法.该方法的特点是基于波动理论,利用地震数据本身来预测多次波,而不需要地下介质的任何信息,即这种方法可以应对地下任何复杂的情况,因此应用范围较广.本文通过SRME方法在海洋地震资料LH油田的应用实例证明了该方法的有效性--SRME多次波衰减方法对海底有关的多次波的衰减非常有效,特别是对近道多次波模拟准确,未损伤有效波,一定程度上提高了地震数据的分辨率.     

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...     

多次波压制技术在南海北部陆缘深水区的应用

南海北部洋陆过渡带水深变化剧烈,海底地形崎岖,构造复杂多变,地震勘探中多次波十分发育,常规处理难以取得很好的成像效果.由于方法的局限性,任何一种多次波压制方法都很难彻底地压制全部多次波.本文通过对国家基金委共享航次在南海北部陆缘采集的二维反射地震资料的分析,总结了不同多次波压制技术的优缺点和适用范围,结合滤波类方法和波动理论类方法,综合应用了表面相关多次波衰减法(SRME,Surface Related Multiple Elimination)、τ-p域预测反褶积、高分辨率抛物线Radon变换以及叠后压制残余多次波等方法去除多次波,有效突出了一次反射波,证明了方法的有效性和实用性,同时也形成了针对南海深水资料多次波压制的一种有效的处理流程和方法组合.     

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.     

衰减干涉假象的海洋一次波与多次波同时成像方法

海水与空气间的强波阻抗差使得海洋地震资料普遍发育自由表面相关多次波,如何利用好多次波所携带的有效信息已成为提高海洋地震资料成像品质的新突破点.基于面炮偏移的一次波与多次波同时成像方法能够避免多次波预测精度的影响,但是,正向传播的震源子波与反向延拓的自由表面相关多次波所产生的干涉假象严重制约了该技术的应用,本文提出了一种基于单程波偏移算子,可在成像域压制干涉假象的一次波与多次波同时成像方法.其中包含了三个步骤:第一,传统单程波偏移成像方法中的震源子波替换为一次波、多次波与震源子波,初始上行延拓波场为一次波与多次波,基于单程波算子的波场延拓与互相关成像条件的应用得到包含干涉假象的一次波与多次波同时成像;第二,以子波为震源,自由表面相关多次波为记录,按照传统单程波偏移成像方法得到干涉假象;第三,基于最小二乘匹配滤波算法,将第一步的成像结果与第二步的干涉假象进行匹配相减,得到干涉假象衰减后的一次波与多次波同时成像,避开了由于实际资料子波无法准确提取而造成一次波与多次波对成像能量级的不一致性.Sigsbee2B模型测试验证了本方法的有效性,并在我国某探区深海实际资料处理中得到了成功应用,深层基底得到了清晰刻画,并且照明均衡度明显改善.     

基于稀疏反演的OBS数据多次波压制方法

自由表面多次波压制是海底地震仪（Ocean Bottom Seismometer,OBS）数据处理和成像中的难点,OBS数据多次波能量强,周期长,严重影响深层一次反射波的处理和成像.不同于常规拖缆观测系统,OBS数据站点一般相隔较远,仅仅利用检波点稀疏的波场信息难以压制OBS数据中的自由表面多次波.本文采用拖缆数据与OBS数据联合,利用稀疏反演估计（Estimation of Primaries and Multiples by Sparse Inversion,EPSI）方法,研究了OBS数据自由表面多次波压制理论,分析了OBS多次波产生的机理,详细推导了拖缆数据与OBS数据联合预测OBS多次波的EPSI方法基本原理.通过利用拖缆数据的信息,实现了OBS检波点稀疏数据多次波的压制问题.EPSI方法通过稀疏反演直接估计一次反射波,避免了SRME（Surface Related Multiple Elimination）方法中自适应相减对有效信号的损害,保真了一次反射有效信号,理论模拟OBS数据验证了方法的有效性.     

The impact of field-survey characteristics on surface-relatedmultiple attenuation

Field‐survey characteristics can have an important impact on the quality of multiples predicted by surface‐related multiple elimination (SRME) algorithms. This paperexamines the effects of three particular characteristics: in‐line spatial sampling, source stability, and cable feathering. Inadequate spatial sampling causes aliasing artefacts. These can be reduced by f–k filtering at the expense of limiting the bandwidth in the predicted multiples. Source‐signature variations create artefacts in predicted multiples due to spatial discontinuities. Variations from a well‐behaved airgun array produced artefacts having an rms amplitude about 26 dB below the rms amplitude of multiples predicted with no variations. Cable feathering has a large impact on the timingerrors in multiples predicted by 2D SRME when it is applied in areas having cross dip. All these problems can be reduced by a combination of better survey design, use of advanced data‐acquisition technologies, and additional data‐processing steps.     

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.     

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.     

Internal multiple attenuation by Kirchhoff extrapolation

Surface‐related multiple elimination is the leading methodology for surface multiple removal. This data‐driven approach can be extended to interbed multiple prediction at the expense of a huge increase of the computational burden. This cost makes model‐driven methods still attractive, especially for the three dimensional case. In this paper we present a methodology that extends Kirchhoff wavefield extrapolation to interbed multiple prediction. In Kirchhoff wavefield extrapolation for surface multiple prediction a single round trip to an interpreted reflector is added to the recorded data. Here we show that interbed multiples generated between two interpreted reflectors can be predicted by applying the Kirchhoff wavefield extrapolation operator twice. In the first extrapolation step Kirchhoff wavefield extrapolation propagates the data backward in time to simulate a round trip to the shallower reflector. In the second extrapolation step Kirchhoff wavefield extrapolation propagates the data forward in time to simulate a round trip to the deeper reflector. In the Kirchhoff extrapolation kernel we use asymptotic Green's functions. The prediction of multiples via Kirchhoff wavefield extrapolation is possibly sped up by computing the required traveltimes via a shifted hyperbola approximation. The effectiveness of the method is demonstrated by results on both synthetic and field data sets.     

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.     

一阶多次波聚焦变换成像

将多次波转换成反射波并按传统反射波偏移算法成像,是多次波成像的一种方法.聚焦变换能准确的将多次波转换为纵向分辨率更高的新波场记录,其中一阶多次波转换为反射波.本文对聚焦变换提出了两点改进:1)提出局部聚焦变换,以减小存储量和计算量,增强该方法对检波点随炮点移动的采集数据的适应性;2)引入加权矩阵,理论上证明原始记录的炮点比检波点稀疏时,共检波点道集域的局部聚焦变换可以将多次波准确转换成炮点与检波点有相同采样频率的新波场记录.本文在第一个数值实验中对比了对包含反射波与多次波的原始记录做局部聚焦变换和直接对预测的多次波做局部聚焦变换两种方案,验证了第二种方案转换得到的波场记录信噪比更高且避免了第一个方案中切聚焦点这项比较繁杂的工作.第二个数值实验表明:在炮点采样较为稀疏时,该方法能有效的将一阶多次波转换成反射波;转换的反射波能提供更丰富的波场信息,成像结果更均衡、在局部有更高的信噪比,以及较高的纵向分辨率.