基于单程波偏移算子的地表相关多次波成像

在常规地震资料处理中,多次反射波被视为噪声并从地震数据中去除,以免在之后的地震资料解释中造成误解.而事实上,多次波也是地震信号,是照明波场的一部分,能够对地下构造成像的精度做出贡献.本文分析了多次波在传统单程波叠前深度偏移中产生构造假象的机制和表现,为实现基于单程波偏移算子的多次波成像,修改了单程波叠前深度偏移的边界条件,即将输入的震源波场用包含多次波的记录来替代,输入的记录波场用预测出的表层相关多次波来替代,实现了基于单程波偏移算子的地表相关多次波成像,并从理论上给出了其成像依据.通过基于二范式最小能量差原则求取的匹配因子,将多次波成像结果与一次波成像结果进行匹配叠加,应用多次波成像来弥补一次波成像的不足.简单模型验证了基于单程波偏移算子的多次波成像方法的有效性,最后对Sigsbee2B模型进行了一次波与多次波联合成像试算,盐边界高陡构造成像质量得到了明显改善.     

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.     

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。      

数据驱动型多次波衰减方法的研究

在油气田勘探过程中,多次波的存在往往会直接影响地质构造的解释程度.鉴于自由界面的反射系数一般都远远大于地层的反射系数,与之相关多次波具有更强的能量,更多的宽频带,本文聚焦于与表面相关多次波的模拟与衰减.表面多次波的衰减可以表述为一种迭代的过程,其中MPI(Wang,2003)是一种全数据驱动型的多次波建模方法,它是通过迭代修正多次波模型从而预测出更为精确的多次波.MPI多次波建模方法的显著特征在于它减弱了对表面操作因子的依赖性,即在先验信息未知的情况下,仍可以依据地震数据而模拟出较为精确的多次波模型,这种方法的另一特征在于它不仅在时间域而且在相位和振幅域也可以模拟出多次波模型.根据实际地震数据的应用效果,表明在给定一个一般精度的去多次波结果的情况下,通过利用全数据驱动型迭代反演可以建立更为精确的多次波模型,然后再把它从原始地震数据中减去,从而更为有效地压制和衰减多次波场能量.     

逆子波域消除多次波方法研究

SRMA（与表面相关多次波的衰减）算法包含预测和相减两步.相减算法中,当多次波与反射波同相轴相交时,如何有效减去多次波、保留反射波,是面临的主要问题.通过分析非正交性对滤波器（逆子波）的影响,可以证明：逆子波因非正交性产生的误差呈近似的高斯分布.在此基础上,本文提出了在逆子波域（单道自适应相减滤波的滤波算子的集合）,利用其误差的概率分布特征,对逆子波进行估计,用逆子波的估计对逆子波进行校正来消除多次波的方法.其步骤为：首先用SRMA方法预测出表面多次波,并对每一单炮进行单道自适应相减,得到逆子波,形成逆子波域;其次,在逆子波域采用中值滤波,提取接近真实逆子波的逆子波估计;第三,在逆子波域用逆子波估计对畸变的逆子波进行校正;最后采用校正后的逆子波来衰减多次波.通过简单模型和SMARRT模型的测试,该方法不仅能够有效减去多次波,而且在相交的区域,能够保持反射波同相轴的连续性并恢复其正确的振幅.     

表层多次波成像方法技术研究

在处理表层多次波比较发育的地震数据资料时,和常规将多次波作为噪音进行压制和去除的思路不同,本文提出利用表层多次波来进行地震构造成像的方法技术流程.首先基于互相关技术将表层多次波转化为准一次波,在利用准一次波进行偏移成像之前,提出应用局部倾斜叠加变换的方法,压制由于其特殊的构建过程而常常伴随准一次波的背景干涉噪音,提高准一次波数据的信噪比;然后应用扩展的分步傅里叶偏移方法对去噪后的准一次波数据进行成像,此偏移成像方法在实现分步傅里叶方法时选取多个背景参考速度,不仅继承常规分步傅里叶偏移方法稳定高效,没有有限差分计算存在的频散影响的特点,而且可以增强常规分步傅里叶偏移方法处理复杂陡倾构造的能力.通过数值模拟数据测试,说明本文提出的这一套利用表层多次波进行复杂地下构造成像的方法技术的可行性和有效性.     

基于广义的炮偏移方法实现地表多次波和一次波联合成像

多次波是地下反射层的多次波反射,也蕴含了地下反射界面的信息,因此并不是绝对地只能被当做噪音来处理.为实现对地下构造的准确成像,本文基于广义概念上的炮偏移成像算法,对常规一次波偏移方法从用于向下延拓的上、下行场以及成像条件方面进行了改进,将同时含有表层多次波的炮记录与脉冲震源之和作为下行延拓的震源波场,将同时含有表层多次...     

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.     

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.     

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.     

预测多次波的逆散射级数方法与SRME方法及比较

逆散射级数方法和SRME方法是典型的两类基于波动方程的无需地下结构信息的自由表面多次波预测方法,本文详细讨论了这两类方法的基本思想、方法原理和实现思路,并对2维逆散射级数方法进行了降维简化,推导给出了1.5维逆散射级数衰减自由表面多次波的方法,减少了计算量,并降低了对3维规则观测系统的要求.利用经典SMAART模型数据测试比较了2维逆散射级数方法、1.5维逆散射级数方法及2维SRME方法预测自由表面多次波的效果及优缺点,比较了三者在方法实现、并行计算效率及对数据要求上的异同,并结合分析比较结果,给出了实际应用中方法选择的建议.     

Combining two seismic experiments to attenuate free-surface multiples in OBC data*

The current inverse scattering solution used for multiple attenuation of marine seismic reflection data assumes that sources and receivers are located in the water. To adapt this solution to the ocean-bottom cable (OBC) experiment where receivers are located on the sea-floor, we have proposed combining the conventional marine surface seismic reflection data (streamer data) with OBC data. The streamer data add to the OBC data some of the wave paths needed for multiple attenuation. This combination has allowed us to develop a multiple attenuation method for OBC data which does not require any knowledge of the subsurface and which takes into account all free-surface multiples, including receiver ghosts. A non-linear synthetic data example consisting of pressure and particle velocity fields is used to illustrate the procedure.     

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.     

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.     

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.     

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.     

基于相关迭代的非因果匹配滤波器多次波压制方法

针对常规多次波压制(SRME)方法存在的缺陷进行了改进.首先在多次波模型道预测阶段,采用数据相关和迭代更新的策略预测多次波模型道,该方法降低了SRME方法采用数据空间褶积对输入数据要求严格的限制,提高了对近偏移距缺失和空间假频数据的适应性.在匹配相减阶段,本文设计了一种非因果非平稳的匹配滤波器,该滤波器可以对整道多次波模型进行处理,而且当预测多次波模型道滞后于实际多次波时,也能够对多次波模型道进行很好的匹配.模型数据和实际数据试算证明该方法在多次波模型道预测和匹配相减阶段的优越性.     

Elastic interferometry for ocean bottom cable data: Theory and examples‡

Elastic imaging from ocean bottom cable (OBC) data can be challenging because it requires the prior estimation of both compressional‐wave (P‐wave) and shear‐wave (S‐wave) velocity fields. Seismic interferometry is an attractive technique for processing OBC data because it performs model‐independent redatuming; retrieving ‘pseudo‐sources’ at positions of the receivers. The purpose of this study is to investigate multicomponent applications of interferometry for processing OBC data. This translates into using interferometry to retrieve pseudo‐source data on the sea‐bed not only for multiple suppression but for obtaining P‐, converted P to S‐wave (PS‐wave) and possibly pure mode S‐waves. We discuss scattering‐based, elastic interferometry with synthetic and field OBC datasets. Conventional and scattering‐based interferometry integrands computed from a synthetic are compared to show that the latter yields little anti‐causal response. A four‐component (4C) pseudo‐source response retrieves pure‐mode S‐reflections as well at P‐ and PS‐reflections. Pseudo‐source responses observed in OBC data are related to P‐wave conversions at the seabed rather than to true horizontal or vertical point forces. From a Gulf of Mexico OBC data set, diagonal components from a nine‐component pseudo‐source response demonstrate that the P‐wave to S‐wave velocity ratio (V_P/V_S) at the sea‐bed is an important factor in the conversion of P to S for obtaining the pure‐mode S‐wave reflections.