聚束濾波方法消除海上地震資料中的多次波

聚束濾波方法消除海上地震資料中的多次波

反褶積濾波方法地震勘探數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)之一是消除數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中的相關(guān)噪聲和隨機(jī)噪聲。產(chǎn)生于地層之間的多次波是一種相關(guān)噪聲,多次波的消除一直是地球物理師的難題。根據(jù)一次波和多次波的動(dòng)校正差異,通?？捎妙A(yù)測(cè)反褶積、f-k域?yàn)V波、Radon濾波、τ-p域反褶積等方法來消除多次波,但這些方法都有一些不足。當(dāng)參數(shù)選取比較合理時(shí),預(yù)測(cè)反褶積對(duì)壓制短周期的多次波有較好效果,但對(duì)長(zhǎng)周期的多次波卻無能為力。f-k域?yàn)V波、Radon濾波、τ-p域反褶積等都是時(shí)差濾波法,可利用一次波與多次波的速度差異而產(chǎn)生動(dòng)校時(shí)差將其分開,這對(duì)于有較大時(shí)差的大炮檢距道效果較好,但對(duì)于時(shí)差較小的小炮檢距道,多次波和一次波卻難以分離。另外,這些方法還在一定程度上損傷了有效信號(hào)。本文研究的聚束濾波方法與Radon變換方法類似,是一種包括信號(hào)和相關(guān)噪聲的模型擬合的處理方法。這種方法沒有因數(shù)字化導(dǎo)致的假變換,像變換域里的采樣和截?cái)鄦栴}轉(zhuǎn)化為模型擬合問題。它根據(jù)數(shù)據(jù)來調(diào)整模型,使聚束濾波模型能夠考慮振幅和相位隨炮檢距的變化(AVO和PVO)及大炮檢距處因切除直達(dá)波和折射波造成的記錄道損失。因而,聚束濾波方法特別有利于避免畸變,目的是進(jìn)一步分析AVO、波阻抗反演剖面獲取一次波的疊前性質(zhì)、小炮檢距疊加或延拓的零炮檢距道。自適應(yīng)聚束濾波方法聚束濾波方法在信號(hào)處理領(lǐng)域已有很長(zhǎng)的發(fā)展史。Shumway和Dean(1968)給出了最小方差、無偏(MVU)聚束濾波方法的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)。Cox等人(1987)曾系統(tǒng)地論述了聚束濾波方法。White應(yīng)用MVU聚束濾波方法從勘探資料中提取一次反射信號(hào)。胡天躍等(2000)詳細(xì)討論了聚束濾波方法原理及其在地震勘探資料處理中的應(yīng)用。聚束濾波是一種多道濾波方法,它能在輸出噪聲能量為最小的前提下,提取無畸變的信號(hào)。自適應(yīng)聚束濾波方法在提取信號(hào)的過程中,可估計(jì)出信號(hào)和噪聲的特性。為了將一次波和相關(guān)噪聲分開,聚束濾波中的數(shù)據(jù)模型可按照信號(hào)s,相關(guān)噪聲v和隨機(jī)噪聲u表述為x=Bs+Cv+u(1)式(1)中B=bklexp(-2πifτ(s)kl-iθ(s)kl)C=ckmexp(-2πifτ(v)km-iθ(v)km)其中bkl,θ(s)kl和τ(s)kl分別是第l個(gè)有效信號(hào)在第k道上的振幅、相位和時(shí)間延遲;ckm,θ(v)km和τ(v)km分別是第m個(gè)相關(guān)噪聲在第k道的振幅、相位和時(shí)間延遲。聚束濾波方法的基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是最小方差和無偏,即必須滿足無信號(hào)(一次波)畸變和輸出噪聲能量為最小等兩個(gè)條件。對(duì)于消除相關(guān)噪聲的聚束濾波方法,其約束條件是:①相關(guān)噪聲(多次波)的零(或最小)響應(yīng);②控制隨機(jī)噪聲的增益。這個(gè)多約束問題的解或?yàn)V波器是Η=G(AΗQ-1A)-1AΗQ-1(2)其中:G=(I,0),I是一個(gè)單位矩陣,0是一個(gè)零矩陣;A=(B,C);Q=E[uu]H,E表示估計(jì)值。如果隨機(jī)噪聲是正態(tài)分布的、且在每道能量相同,即Q=σ2I,那么信號(hào)可由下式估計(jì)出?s=G(AΗA)-1AΗx(3)圖1是一個(gè)人工合成資料的處理實(shí)例,輸入數(shù)據(jù)(圖1a)含有1組一次波和2組多次波,且都有AVO現(xiàn)象。輸出結(jié)果中給出了多次波(圖1b)和估計(jì)出的一次波及隨機(jī)噪聲(圖1c)。對(duì)于這種簡(jiǎn)單情形,聚束濾波方法處理結(jié)果令人滿意。多次波消除的論證與實(shí)踐測(cè)線A位于中國(guó)南海DS工區(qū),有2241炮數(shù)據(jù)。每炮接收道為120道,道間距為25m,采樣率為4ms,道長(zhǎng)為5s。海水深度主要在250～380m范圍內(nèi)。位于該測(cè)線CMP1300～1900處的珊瑚礁產(chǎn)生了非常強(qiáng)烈的多次反射波。在圖2最小共炮檢距剖面上可識(shí)別出多達(dá)13次的多次反射波。這樣強(qiáng)烈的多次波不僅導(dǎo)致了疊加剖面上的虛假層位,而且還掩蓋了有效反射層。采用聚束濾波方法,在疊前資料上對(duì)這些多次反射波作了消除處理。資料處理過程中,若多次波非常強(qiáng)烈,就需要選取較大的阻尼參數(shù)范圍來覆蓋所有的多次波。這樣一方面使計(jì)算量迅速增加,另一方面還可能會(huì)因阻尼參數(shù)范圍過大,導(dǎo)致處理結(jié)果的分辨率降低。針對(duì)這一問題,采用了多次分段聚束濾波方法來消除多次波。同時(shí),為了避免剩余多次波混入到一次有效反射信號(hào)中,要求在第一次應(yīng)用聚束濾波方法消除多次波時(shí),就必須消除那些主要的強(qiáng)多次波。從圖3預(yù)處理后(含動(dòng)校正)的CMP道集(1400～1900)中可以識(shí)別出由珊瑚礁產(chǎn)生的非常強(qiáng)的多次反射波。圖4為用聚束濾波方法消除圖3中的多次波后的CMP道集。比較圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn),由于多次波的能量太強(qiáng),圖3中含多次波道集中的一次波幾乎完全被淹沒了。相對(duì)而言,聚束濾波方法對(duì)低頻的多次波消除效果更好些。圖5是三次用聚束濾波方法分別消除不同范圍的多次波后的效果。圖6是消除多次波后的疊加剖面。比較圖2和圖6可以看出,由珊瑚礁產(chǎn)生的非常強(qiáng)的多次反射波和海底多次波及混夾在幾個(gè)主要反射層之間的多次波已基本被消除。近道切除時(shí)的多次波測(cè)線B是鶯東南盆地的深水地震資料,其海底多次波也相當(dāng)嚴(yán)重。在常規(guī)處理中,一般采用二維濾波加近道切除,可較好地消除多次波;但近道切除會(huì)丟失許多近道的高頻信息,不利于高分辨率地震數(shù)據(jù)處理。圖7是用聚束濾波方法消除多次波前、后的道集,可見圖7b中遠(yuǎn)道和近道的多次波都得到了較好的消除。圖8是用聚束濾波消除多次波后的疊后剖面與用常規(guī)二維濾波方法消除多次波后的疊后剖面的對(duì)比,二者明顯的差別說明聚束濾波方法對(duì)多次波的消除效果優(yōu)于常規(guī)二維濾波方法,尤其對(duì)于近道多次波,其消除效果更好。分段聚束濾波通過對(duì)測(cè)線A中2441炮疊前資料的試處理,得知聚束濾波方法能夠在疊前CMP道集上基本去除(相對(duì)于一次反射波強(qiáng)得多的)多次反射波。對(duì)于特別嚴(yán)重而且其剩余動(dòng)校正量分布特別寬的多次波,可在疊前CMP道集上采用多次分段聚束濾波方法,在較高分辨率下、以較快速度消除多次波。對(duì)海底多次波相當(dāng)嚴(yán)重的深水地震資料的處理結(jié)果表明,聚束濾波方法對(duì)消除遠(yuǎn)道和近道多次波的效果都相當(dāng)好,且優(yōu)于常規(guī)二維濾波方法對(duì)多次波的消除效果。對(duì)于由珊瑚礁產(chǎn)生的強(qiáng)烈的多次反射波,由于其剩余動(dòng)校正量的特殊性,采用一般的聚束濾波方法后仍有少量的高頻多次波殘余,目前采用帶通濾波作進(jìn)一步消除。我們發(fā)現(xiàn)在