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.     

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.     

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.     

基于逆散射级数法的鬼波压制方法

鬼波问题是影响海上地震资料分辨率和保真度提高的最重要因素之一.详细论述了逆散射级数理论和逆散射级数法鬼波压制原理,说明了逆散射级数方法进行鬼波压制理论的完善性和对鬼波描述的精确性.实现了基于逆散射级数理论的鬼波压制方法,方法以波动方程和Lippmann-Schwinger方程为基础,在频率-波数-波数域内构造与鬼波相关的压制算子,在不需要对地下介质作任何假设条件下实现地震数据驱动鬼波压制,并通过改善消除鬼波的压制算子,提高算法的稳定性.资料处理试验与处理结果分析表明,基于逆散射级数鬼波压制方法能在实现鬼波压制的同时较好保留有效反射波的信息,从而补偿地震资料低频损失和提高地震数据的保真度.数据处理试验还表明,研究方法能对低信噪比的地震资料进行有效的鬼波压制处理.建立了基于逆散射级数鬼波压制处理流程.     

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.     

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.     

基于双程波动方程的多次波照明分析方法研究

地震照明分析是地震数据采集和实际资料处理解释中的一种辅助手段,指在给定地下地质构造时,采用数值模拟的方法模拟出地震波在地下介质中的能量分布形态.自由表面相关多次波是海上地震数据中重要的波场信息,传统地震数据处理方法一直都将其视为干扰信息而进行去除,错失了很多有意义的构造信息.本文采用基于时间域有限差分法的双程波动方程进行波场数值模拟,将多次波能量考虑到波场照明中,通过单一透镜盐体模型试算表明,与传统一次波照明相比,多次波照明方法的波场信息更丰富、盐下构造照明更清晰、照明阴影区域更小.将多次波照明分析应用到Pluto速度模型,对比分析可以看出多次波照明分析方法更能适应复杂地质构造目标.通过多次波照明分析方法,我们能够对复杂地质构造的采集系统进行评价和优化,并预测地震偏移成像的质量.     

数据自相关多次波偏移成像

在常规偏移方法中一般都需要压制地震数据中的多次波,仅利用一次波信息成像,把自由表面反射的多次波视为噪声,但是在多次波中也包含着地下结构信息,应该将其充分利用到成像中来.事实上,已经有不少成像方法试图利用多次波信息,但是大部分方法都需要对多次波进行预测.本文提出了基于傅里叶有限差分偏移算子的数据自相关偏移方法.在这种偏移方法中,对含有一次波和多次波的地震数据,分别进行下行和上行延拓,然后直接利用常规的互相关成像条件成像.由于波场延拓采用了傅里叶有限差分算子,其计算效率高,能够很好地对复杂介质中的地震数据进行延拓.在数值试验中,使用了一个含散射点的三层模型和Marmousi模型.合成数据测试结果表明,这种方法可以对更大范围的地下构造成像,比常规的只利用一次波的傅里叶有限差分法照明度更好,并且在浅层可以提供更高的分辨率.我们提出的数据自相关策略易于实现且避免了繁杂的多次波预测,这对于复杂地下构造成像可能有着重大意义.     

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.     

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.     

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.     

基于表层多次波数据的近道地震数据插值方法研究(英文)

本文提出基于原始含表层多次波数据实现叠前共炮集地震数据插值。相对于利用相邻道的信息变换或外推插值用于缺失的地震数据重建,本文方法利用表层多次波数据互相关构建准一次波,将蕴含在表层多次波数据中的,而在采集记录中表现为缺失的近炮检距信息提取出来,并在滑动时间空间窗内采用最小二乘匹配滤波和均方根振幅校正方法进行准一次波校正而后用于数据插值重建。本文方法适用于表层多次波比较发育,同时又存在数据缺失尤其是近炮检距数据缺失情况。方法易于实现,不需多次波和一次波的提取,利用多次波中蕴含的信息实现缺失的地震数据弥补,为含有表层多次波的数据进行近炮检距地震信息的插值重建提供了一个很好的思路。     

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.     

Scattering diagrams in seismic imaging: More insights into the construction of virtual events and internal multiples

The key processes in marine seismic imaging include (i) removing from seismic data all seismic events (free-surface multiples and ghosts) which contain at least one reflection at the sea surface in their wave-propagation path, and leaving those with no reflection at the free surface (internal multiples and primaries), (ii) removing events with at least two reflections in the subsurface (internal multiples), and leaving events with only one reflection in the subsurface (primaries), and then (iii) locating the scattering points and reflectors inside the subsurface which are the sources of primaries and internal multiple events. All these processes are here explained, derived, and optimized via scattering diagrams (diagrammatica) in a way similar to the way the quantum field theory is often explained via Feynman diagrams. Our discussion of the removal of events with free-surface reflections from the data will be brief, as the diagrammatica of these events are now well understood.The main focus of this paper is the diagrammatica of internal multiples and primaries. Although these events do not contain any reflection at the sea surface, it is important to reconstruct them with scattering points near the sea surface, where seismic data are recorded. So our diagrammatica of primaries and internal multiples include events which are not directly recorded in seismic data but which can be constructed from seismic data. These events have allowed us to construct scattering diagrams of primaries and internal multiples with scattering points near the sea surface. Furthermore, these new diagrammatica of internal multiples and primaries can be used to remove internal multiples from the data.     

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.     

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.     

基于波动方程表面多次波预测与 自适应相减方法研究

多次波预测与自适应相减是基于波动方程表面多次波压制的两个重要环节.文中利用具有并行计算优势的GPU加速表面多次波预测,使得预测效率大为提高.在自适应相减算法中,文中将预测的多次波道、预测多次波道的Hilbert变换道、预测多次波道的高频重建道、以及它们的平移道用作自适应相减中的多次波模型道.Hilbert变换道用以补偿预测多次波的相位信息,高频重建道用以改善预测多次波的高频信息,补偿频带能量差异.文中在预测和相减过程中均采用迭代算法,迭代预测,可较好地获得多次波的运动学特性,迭代相减,可较好地获得多次波的动力学特性,迭代预测与相减使预测的多次波与地震数据中实际的多次波更好地匹配.将该方法应用于理论模拟的SMAART模型和实际海洋数据中,测试结果表明,该方法预测多次波效率较高,在保持有效波振幅条件下可有效地压制地震数据中的表面多次波.