常規(guī)瑞利波壓制方法的比較

常規(guī)瑞利波壓制方法的比較

又稱背波浪，也稱為背波浪。在地震勘探領域,面波主要是瑞利波,由P波和SV波耦合而成,在自由表面?zhèn)鞑?振幅隨深度呈指數衰減。瑞利波是地震干擾波的一種,具有高振幅、低頻率、低視速度及強頻散等特點,在地震記錄中呈扇形分布,與有效波信號重疊,降低地震數據的信噪比,增加了地震資料處理的難度。利用其特點,已經有數種方法實現對瑞利波的壓制,如高通濾波本文引入超虛干涉法,實現瑞利波的壓制。干涉法的基礎是用互相關的方法獲得兩個接收點之間的介質響應,其基本形式為:對同一擴散場的兩個不同接收點記錄做互相關,可以得到當其中一個接收點作為虛源時,另一個接收點觀察到的格林函數。Wapenaar等超虛干涉法是Bharadwaj等1方法原理1.1次疊加增強瑞利波如圖1(a)所示,s其中,A(s對g和g′處的地震記錄做互相關,得到兩點之間的介質響應,即以g為虛源,在g′接收的地震記錄在頻率域的表達式如下:其中,上角標*表示復共軛。我們注意到瑞利波通過疊加的方式得到增強,而其他地震信號(如反射波、隨機噪聲等)由于不同炮點做互相關后走時差不一樣,在疊加過程中并不能一致地增強。因此,在提取瑞利波的過程中,瑞利波得到增強,其他信號則被抑制。Dong等超虛干涉法在互相關的基礎上增加一次褶積步驟。在這種情況下,虛擬炮點僅作為中間連接點出現,對其位置沒有嚴格要求?；谠撎摂M炮點位置的不確定性,可以根據不同的虛擬炮點預測出的瑞利波數據做第二次疊加,進一步增強瑞利波信號。如圖2所示,從炮點s′至檢波點g′,中間存在可以作為虛擬炮點的檢波點g1.2基于自適應相減的瑞利波壓制超虛干涉法預測的瑞利波信號與原始地震記錄中的瑞利波通常不匹配,二者在振幅、相位和到時上不完全一致。因此,需要設計一個濾波器,用濾波的方法從原始數據中減去瑞利波信號。這一步驟通常稱為自適應相減方法。最常見的是L其中,d為了方便,用矩陣乘以向量的形式表示褶積:其中,Guitton等其中,|…|其中,是第i+1個采樣點進行瑞利波壓制后的殘余;ε為先驗常數,一般取將式(9)用求和形式展開,得對任意殘余值r因此,當殘余較大時,濾波方法近似為L由于加權矩陣W是濾波因子a的函數,直接求導很困難?？梢杂玫姆椒ㄇ蠼?每一步迭代都假設W是一個常量。此時,對式(9)求偏導并令導數為零,得對于多道L設加權矩陣W初始值為單位矩陣,代入式(13)得L2實例分析2.1多波壓制后的數據處理首先對簡單層狀模型進行處理,以驗證方法的有效性。模型參數見表1,地表類型為起伏地表。圖3(a)為某一炮的共炮點道集,可以看到兩條兩邊延伸的能量遠大于反射波的瑞利波,瑞利波與有效波有部分區(qū)域重疊。圖3(b)為該道集用超虛干涉法瑞利波壓制后的結果,可以看到瑞利波能量大部分被消除了,在近偏移距處還能看到少許瑞利波殘留,遠偏移距壓制效果更好。在瑞利波與有效波交叉的地方,有效波信號得到較好的恢復。實際上,偏移距最小的10道未做瑞利波壓制處理,因為近偏移距瑞利波信號會與直達波耦合在一起,造成瑞利波預測不準確。對于這一段,由于沒有反射波的存在,后續(xù)處理時直接切除便可。為了進一步展示瑞利波壓制效果,經過基本的地震數據處理步驟,包括球面擴散補償、直達波切除、動校正及疊加,得到時間疊加剖面。在疊加剖面上,超虛干涉法也基本上消除了瑞利波的影響。圖4(a)顯示瑞利波壓制前的剖面圖,圖4(b)是超虛干涉法瑞利波壓制后的剖面圖(圖4中CMP為共中心點道集)?？梢钥吹?瑞利波基本上被消除,層位較清晰。2.2與其他主流壓制瑞利波對比的案例為了檢測地下結構更復雜情況下的瑞利波壓制效果,設置S波速度模型(圖5)。圖5中,地表類型為起伏地表,淺層存在S波速度橫向變化,P波無變化,在地下加入傾斜地層。由于淺層S波速度存在橫向變化,瑞利波速度也隨之存在橫向變化。圖6(a)顯示原始共炮點道集,未做增益時反射波幾乎不可見。圖6(b)為干涉法瑞利波壓制后的結果,可以看到瑞利波能量大部分被消除,但殘余的瑞利波能量仍然很大,其量級與反射波能量相近,反射波同相軸與瑞利波交疊的部分仍然不能清晰地分辨。為了進一步對比干涉法與其他一些主流壓制瑞利波方法,圖7分別顯示未做瑞利波壓制、局域濾波(在瑞利波出現的區(qū)域內對數據的低頻部分進行處理,達到壓制瑞利波的目的)、fuf02dk濾波和超虛干涉法壓制瑞利波的疊加剖面。圖7(a)為未做瑞利波壓制的原始疊加剖面,瑞利波清晰可見。圖7(b)用局域濾波方法壓制瑞利波,可以發(fā)現瑞利波壓制效果并不好,主要原因是該合成數據中瑞利波與有效波頻率較為接近,僅根據頻率的差別很難有效區(qū)分瑞利波與有效波,壓制瑞利波會損傷有效波信號(圖7(b)中也反映出這一點)。圖7(c)是用f-k方法進行瑞利波壓制,可以發(fā)現壓制瑞利波較為徹底,但有效波也受到一定的損傷。從圖7(c)中可以發(fā)現多處有效波同相軸形態(tài)發(fā)生變化,尤其是在瑞利波與有效波交疊的部分,其原因也是瑞利波與有效波分離不徹底,對瑞利波濾波壓制的同時也對有效波的部分信號做了同樣處理,導致部分有效波失真。圖7(d)是用超虛干涉法做的瑞利波壓制,瑞利波殘留以及對有效波的損傷都比局域濾波和fuf02dk濾波法小,且不會產生有效波同相軸的形態(tài)變化。進一步,我們通過信噪比分析,定量對比這3種方法的效果。由于已知真實層位的位置,可以確定疊加剖面中有效波的位置,因此可以大致求得有效波的平均能量。信噪比公式:其中,PS為有效波的平均能量,PN為瑞利波殘留的平均能量。由于深部的剖面包含多次波噪聲,為了只體現瑞利波對信噪比的影響,僅選取圖7中時間小于60ms的剖面進行信噪比求取。從表2可以看到,超虛干涉法瑞利波壓制后信噪比最高,殘留的瑞利波能量最小。3改進自適應相減算法超虛干涉法壓制瑞利波主要包括瑞利波預測和自適應相減兩個步驟。本文在互相關預測瑞利波的基礎上增加褶積步驟,直接提取出炮點至檢波點的瑞利波。從合成數據處理可以發(fā)現,瑞利波能較好地從原始數據里預測出來。通過多道L超虛干涉法壓制瑞利波仍然有很多不完善的地方,技術上還不成熟?；谧赃m應相減的方法會有壓制不徹底的可能性。對于信噪比非常低的區(qū)域,過高的瑞利波壓制殘留會干擾反射波信號,使得地震資料的解釋達不到預期值?？梢詮囊?/p>