表面多次波压制的研究进展:回顾与展望

在绝大多数的地震资料处理中,将多次波视为相干噪音进行压制.表面多次波的压制方法主要分为两大类:基于波动方程预测的预测减去法和基于信号处理的滤波法.本文系统地回顾了两类多次波压制方法,分析了各种方法处理各类介质的优势及存在问题.本文也阐述了基于波动方程预测的自适应相减方法的发展.分析了多次波压制方法的发展趋势,随着GPU...     

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。     

基于波动方程预测和双曲Radon变换联合压制表面多次波

基于波动方程预测的表面多次波压制方法可处理复杂地下介质的地震资料,但计算成本较高.基于滤波的多次波压制方法计算效率较高,但其成功应用仅局限于一次波和多次波有明显时差差别的地震数据,对来自速度逆转等复杂介质数据则较难获得满意的压制效果.本文将波动方程预测的反馈迭代法和滤波法有效结合,采用GPU(图形处理器)和CPU协同并行加速计算粗略预测表面多次波,随后在双曲Radon域比较分析原始数据和预测的多次波,设计合理有效的Butterworth型自适应滤波器,滤出原始数据Radon域中的多次波能量,进行Radon反变换后,在时空域将多次波从原始数据中减去,得多次波压制结果.文中对理论模拟的单炮数据、复杂的SMAART模型以及实际地震数据进行了计算,结果表明,结合基于波动方程预测和双曲Radon变换的方法有效突破了两种方法各自的局限性,可高效高精度地压制复杂地下介质的表面多次波.     

基于波动方程的多次波压制方法应用研究

本文回顾了多次波衰减方法的研究现状和进展,分析并指出了各种多次波衰减方法的优缺点.多次波衰减方法大致可以分为两类：基于信号分析的滤波类方法和基于波动方程的预测减去法.本文重点介绍了基于波动方程的多次波衰减方法,对比分析了波场延拓法、反馈迭代法和逆散射级数法三种基于波动方程多次波衰减方法的特点,并以模型和实例证明了反馈迭代法多次波衰减的效果.     

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.     

多道自适应匹配滤波方法压制表面多次波

表面多次波压制是海洋地震数据处理的关键环节,基于波动方程的多次波压制方法可由多次波模型预测和自适应相减两步实现.因此,除了采用有效的算法实现高精度的多次波预测外,多次波的自适应相减也是改善多次波压制效果的重要手段.文中采用多道自适应滤波器完成表面多次波的自适应相减,利用数据驱动的基于波动方程预测多次波模型的高频重建道、Hilbert变换道、以及它们相应的上下延拓道改善预测多次波模型的振幅、相位、旅行时以及频带信息,使得修正后多次波模型与实际地震数据中的多次波更好地匹配.实际数据测试表明,文中所述方法可有效地完成表面多次波的自适应相减.通过讨论分析交叠时窗和滤波器的长度对自适应相减效果的影响,表明合理地利用时窗以及选择滤波器长度将有效地改善自适应相减的效果.     

基于波场外推压制水层多次波

重点讨论了基于克希霍夫积分的波场外推方法预测水层多次波的方法原理及具体的数值实现.自适应减法是波动方程方法压制多次波的另一个重要方面,考虑到Monk提出的带约束的互均衡化算法在复杂模型情况下压制效果不是很理想,本文对其算法进行了改进,提出了基于矩形窗和海宁(hanning)窗的分段匹配算法,模型算例的处理结果表明,改进后的算法具有一定的优越性.     

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.     

基于匹配滤波的多次波压制方法研究

常规滤波方法对浅海多次波压制不能取得理想效果.通过改变模型表面边界条件，求解波动方程实现多情景地震数值模拟.利用自由边界条件模拟时获得含海平面强反射多次波地震记录，而利用吸收边界条件时得到理想条件下无多次波地震记录.对比分析多次波对有效地震信号的影响得到海平面强反射多次波改变了有效地震信号的振幅、频率和相位.利用归一化方法计算得到压制多次波滤波器算子，并作用于含海平面强反射多次波地震记录.叠加地震剖面对比分析表明，归一化滤波器算子较好的压制了地震记录中的多次波，提高地震资料分辨率.最后，根据多次波产生条件，给出了利用实际区域简化地质模型的地震数值模拟结果计算归一化滤波器算子的方法，从而利用该方法压制实际地震数据中多次波.     

基于深层神经网络压制多次波

有效压制多次波一直是地震勘探中的难点问题.尽管已发展了多种多次波压制方法,但仍存在多次波压制不全、计算耗时长等缺陷,使得应对复杂地质地震数据多次波压制具有挑战性.为了突破现有多次波压制方法的局限性,本文提出了一种基于深层神经网络的多次波压制方法,采用的深层神经网络是一种改进的具有卷积编码器和卷积解码器的U-net网络.不同于常规方法依赖于滤波或波动理论,该方法仅依赖于大量训练数据.训练数据以含多次波的原始地震数据作为输入,不含多次波的地震数据作为输出,通过最小化损失函数来优化神经网络参数.训练成功的网络模型具备较好地分离多次波和一次波的能力,可直接用来快速压制地震数据中的多次波,避免了常规方法涉及的大规模计算.工业界模型数据测试结果表明,本文提出的深层神经网络方法能有效压制复杂地质地震数据中的多次波,同时还具有较高的泛化能力和多次波压制效率.     

WAVE SCATTERING DECONVOLUTION BY SEISMIC INVERSION*

We propose a wave scattering approach to the problem of deconvolution by the inversion of the reflection seismogram. Rather than using the least-squares approach, we study the full wave solution of the one-dimensional wave equation for deconvolution. Randomness of the reflectivity is not a necessary assumption in this method. Both the reflectivity and the section multiple train can be predicted from the boundary data (the reflection seismogram). This is in contrast to the usual statistical approach in which reflectivity is unpredictable and random, and the section multiple train is the only predictable component of the seismogram. The proposed scattering approach also differs from Claerbout's method based on the Kunetz equation. The coupled first-order hyperbolic wave equations have been obtained from the equation of motion and the law of elasticity. These equations have been transformed in terms of characteristics. A finite-difference numerical scheme for the downward continuation of the free-surface reflection seismogram has been developed. The discrete causal solutions for forward and inverse problems have been obtained. The computer algorithm recursively solves for the pressure and particle velocity response and the impedance log. The method accomplishes deconvolution and impedance log reconstruction. We have tested the method by computer model experiments and obtained satisfactory results using noise-free synthetic data. Further study is recommended for the method's application to real data.     

广义S变换在瑞利波频散曲线提取中的应用

虽然一些时频分析方法已经被用于频散曲线提取中,但是它们自身时频窗的缺陷使的所得频散曲线信息缺失或错误.本文首次尝试利用广义S变换分析瑞利波的频散特性.以半空间模型为例确定方法的可行性,频散曲线变化准确反映地层变化情况.不同炮检距设置对频散曲线有一定影响,采用大于勘测深度,小于4倍勘测深度可以得到较稳定的结果.最后,为了得到更加光滑稳定的频散曲线,提出了一种基于多道瑞利波的改进方法.用此方法对四种典型地层模型下的多道瑞利波数据进行分析,得到频散曲线光滑稳定,且比理论频散曲线和基于单道法获得频散曲线更能准确反映地层变化情况.这就为瑞利波勘探中的反演解释提供了更可靠依据.     

基于波场延拓的变换坐标转换波静校正

常规的转换波静校正的基本思想都是从地震波的运动学特征出发,基于地表一致性假设.在地表条件复杂和地表高程相差较大的地区,它不仅无法解决严重的静校正问题,反而会带来新的畸变.本文基于频率波数域波动方程偏移原理,采用波场延拓方法实现转换波静校正,其关键点在于时间空间域和频率波数域的相对应.文中通过坐标变换将起伏地表转化为新坐标系下的水平地表,把炮点和检波点映射到同一水平面上,然后在新坐标系下推导频率域波动方程延拓公式,接着对下行波P和上行转换波SV分别利用近地表速度向上延拓到基准面,恢复起伏地表到基准面之间的真实波场,最后转换到原始坐标系取出基准面数据完成转换波静校正.通过对模拟和实际数据处理,证明该方法是正确和有效的.     

改进的等效半空间法及瑞雷波频散曲线反演

层状模型的理论频散曲线表明，层状模型表面瑞雷波同一频率对应的相速度具有多值特点，这就是所谓的瑞雷波多阶性. 面波的多阶性导致了实测频散曲线的复杂性，当地层中存在软弱夹层时这一问题尤为突出，从而给实测频散曲线的解释带来了困难. 本文从工程实用的角度出发，根据等效半空间理论，提出了一种计算理论频散曲线的新算法——改进的等效半空间法，避开了面波多阶性这一复杂问题. 由此方法计算得到的面波相速度并不同于某个具体阶数的面波，而是对多阶面波的综合反映. 按照改进的等效半空间法编制了拟合反演程序，并在工程中进行了运用，取得较好的效果.     

Ground roll wave suppression based on wavelet frequency division and radial trace transform

Ground roll waves interfere with seismic data. The suppression of ground roll waves based on the division of wavelet frequencies considers the low-frequency characteristics of ground roll waves. However, this method will not be effective when the ground roll wave and the effective signal have the same frequency bands because of overlapping. The radial trace transform (RTT) considers the apparent velocity difference between the effective signal and the ground roll wave to suppress the latter, but affects the low-frequency components of the former. This study proposes a ground roll wave suppression method by combining the wavelet frequency division and the RTT based on the difference between the ground roll wave velocity and the effective signal and their energy difference in the wavelet domain, thus making full use of the advantages of both methods. First, we decompose the seismic data into different frequency bands through wavelet transform. Second, the RTT and low-cut filtering are applied to the low-frequency band, where the ground roll waves are appearing. Third, we reconstruct the seismic record without ground roll waves by using the inverse RTT and the remaining frequency bands. The proposed method not only improves the ground roll wave suppression, but also protects the signal integrity. The numerical simulation and real seismic data processing results suggest that the proposed method has a strong ability to denoise while preserving the amplitude.     

平面波域反数据处理压制多次波方法研究

在地震勘探领域,尤其是海洋地震勘探中,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x-t域的反馈模型及多次波衰减的理论,详尽推导了x-t域反数据处理的方法;基于平面波域多次波的产生机制,借鉴x-t域反数据处理的方法,推导出在平面波域进行反数据处理的原理.文中给出一个有限差分的模拟数据进行测试,处理结果表明,本方法可以有效地衰减表层相关多次波,提高地震数据分析的精确性,在保护了一次波能量的同时,可以更加有效快捷地去除多次波.     

具有离散裂缝空间分布的二维固体中地震波传播的有限差分模拟

结合有限差分方法和等效介质理论，模拟了离散分布裂缝介质中地震波的传播. 基于等效介质理论，利用二维有限差分实现封闭裂缝的离散分布；裂缝可以处理成固体岩石中的高度柔性界面，并可以用线性滑动或者位移间断模型进行裂缝的物理描述. 对于含有多组裂隙的破裂固体，其有效柔度可以认为是固体骨架背景柔度和裂缝附加柔度之和. 在一阶近似条件下，固体骨架和裂缝参数可以通过有效各向异性系数联系起来，有效各向异性系数决定了各向异性（裂缝效应）对于地震波传播的影响. 通过与射线理论方法的对比检验，说明本文提出的模拟方法的有效性，并通过几个数值算例说明本方法可有效模拟不同的裂缝分布效应. 结果表明，即使在裂缝密度很小的情况下，具有相同裂缝密度的不同的空间分布可以产生不同的波场特征. 同时，也验证了不同裂缝尺度对波长的不同影响，以及裂缝尺度具有幂率分布（分形）时，尺度对波场的影响. 最后得出结论：在运用建立在等效介质理论基础上的地震各向异性概念来描述裂缝固体的特征时，要倍加小心，等效介质理论中尚未合理处理的裂缝尺度和空间分布对波的传播特征具有重要的影响.     

双变参数标量纵波方程正演模拟方法

常见弹性波动理论的建立是基于介质均匀这一基本假设,实际介质的非均匀性非常普遍.为研究连续介质中波的传播特征,本文从弹性力学中建立弹性波动方程的三个基本方程出发,考虑连续介质弹性参数的空变特征,建立非均匀介质的弹性波动方程,利用Alkhalifah声学近似思想建立位移表征的纵波波动方程,利用本征值问题求解方法建立标量波频率-波数域传播算子,从而建立描述纵波传播的标量波方程,其中波函数为纵波位移的散度,不同于均匀介质标量波方程的波函数为位移势.随后推导含PML边界波动方程差分格式并建立不同模型数值模拟进行数值试算,与均匀假设标量波方程和变密度方程对比证明本方法的准确性和稳定性.     

地震资料精细处理技术在神狐海域研究区的应用

探讨以神狐海域研究区三维地震资料为基础,针对研究区崎岖海底造成的成像精度不高的问题,提出相关的处理方法:利用组合多次波压制技术解决崎岖海底多次波衰减难题,凸出中深层构造特征;利用预测反褶积及零相位处理技术提升浅层水合物分辨率;利用多次迭代速度分析技术逐步细化速度分析精度,突出水合物相关的速度反转特征。最终的处理效果表明,提出的相关处理技术达到了预期效果,成果中BSR极性反转、振幅空白带、速度反转等水合物相关地球物理特征清晰,断层等与水合物气源及运移通道研究相关的地质构造特征清晰,利于解释专家研究水合物的富集、成藏特征。      

多频段组合菲涅尔带走时层析成像方法研究

针对传统射线层析存在的种种局限性,菲涅尔带走时层析成像摒弃了传统的数学射线,考虑到地震信号具有一定的频带宽度,中央射线附近的介质对地震波的传播产生不同程度的影响。本文提出了多频段组合菲涅尔带走时层析成像方法。该方法以频率域波动方程Born和Rytov近似为基础,推导出建立在带限地震波理论基础上的波动方程 Rytov 近似走时敏感核函数,实现第一菲涅尔带约束下的波动方程走时层析反演方法。同时由于多个频段的引入,充分利用低频段和高频段的特有优势,从而兼顾菲涅尔带层析的计算效率与分辨率。模型试算结果证明了本方法的有效性和稳定性。