引用本文
张莉, 王笑雪, 韦振权, 帅庆伟, 钱星. 南海北部陆坡区多次波组合压制技术[J]. 物探与化探, 2015,39(5): 985-993.
ZHANG Li, WANG Xiao-Xue, WEI Zhen-Quan, SHUAI Qing-Wei, QIAN Xing. Combination of multiple attenuation technique on the northern slope of the South China Sea[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2015,39(5): 985-993.
Doi:10.11720/wtyht.2015.5.18  
Permissions
Copyright©2015, 物探与化探编辑部
《物探与化探》编辑部
南海北部陆坡区多次波组合压制技术
张莉1,2, 王笑雪3, 韦振权1,2, 帅庆伟1,2, 钱星1,2
1.国土资源部 海底矿产资源重点实验室,广东 广州 510075
2.广州海洋地质调查局,广东 广州 510075
3.成都理工大学 能源学院,四川 成都 610059

作者简介: 张莉(1965-),女,博士,教授级高级工程师,毕业于中山大学。主要从事海洋地质、海洋石油地质等研究工作,承担系列南海课题研究。E-mail:zhangli20cn@21cn.com

收稿日期: 2014-07-21
基金: 中国地质调查局项目“南海北部陆坡及台湾海峡盆地西部油气地质特征与赋存规律研究”(GZH201200511); 国土资源部全国油气资源战略选区专项“南海北部中生界油气资源前景调查与战略选区”(2009GYXQ03)
摘要

南海北部陆坡区大部分为深水崎岖海底地貌,各种类型多次波十分发育,多次波的辨识和压制历来是该区地震资料处理的难点和重点。选取适合的多次波压制技术方法是获得高质量成像地震剖面的关键。通过对东西向排列的三条测线原始资料中多次波的发育情况研究,分析了该区多种类型多次波的特点,组合应用 τ-p域预测反褶积、自由表面多次波衰减 (SRME)、高精度Radon变换和分频能量衰减法,对各种多次波进行有效压制,使叠加效果和质量明显得到改善,中、深层反射波组特征清楚,易于辨识和解释。

关键词: 南海北部陆坡; τ;; -p域预测反褶积; SRME; 高精度Radon变换; 分频能量衰减法; 多次波; 组合压制技术
中图分类号:P631.4 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)05-0985-09 doi: 10.11720/wtyht.2015.5.18
Combination of multiple attenuation technique on the northern slope of the South China Sea
ZHANG Li1,2, WANG Xiao-Xue3, WEI Zhen-Quan1,2, SHUAI Qing-Wei1,2, QIAN Xing1,2
1.Key Laboratory of Marine Mineral Resources,MLR,Guangzhou 510075,China
2.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510075,China
3.College of Energy Resources,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China
Abstract

There is mostly rough deep sea bottom topography on the northern slope of the South China Sea.All types of multiples are well-developed.Identification and suppression of multiple have always been the emphasis and difficulty in the area's seismic data processing.The selection of a suitable method from multiple attenuation techniques is the key to obtaining high quality imaging of seismic profile.Through the study of multiple in original seismic data of three lines located on the northern slope of the South China Sea from the east to the west,the authors analyzed the characteristics of various types of multiple,applied τ-p domain deconvolution prediction,SRME(Surface Related Multiple Elimination),high-precision Radon transform and frequency versus energy decay method to effectively suppress various types of multiple,thus making improvement of the quality and effects of composition and clarifying characteristics of reflected waves in the middle and deep layer.As a result,the distinction and explanation become easy.

Keyword: northern slope of South China Sea; τ;; -p domain prediction deconvolution; SRME; high-precision Radon transform; frequency versus energy decay method; multiples; combination of multiple attenuation techniques

南海北部陆坡涵盖着不同的沉积盆地及相应的区域地质背景和构造属性, 沉积充填物差异大, 油气成藏地质条件复杂, 反映沉积盆地发育演化特点及沉积充填特征的各种地质体的地球物理信息也明显不同, 即不同地质属性的盆地及区带所形成的各种类型的地质体具有明显不同的地球物理信息— — 地震反射特征。

研究区海水深度变化大, 最浅处水深约200 m, 最深处超过3 000 m, 具有明显的崎岖海底地貌特征。这种崎岖海底构造造成了研究区点源干扰严重, 多次波非常发育, 中、深层信噪比极低。

很显然, 各种多次波的识别和有效压制是该区油气地球物理勘探中地震成像的关键问题。如何有效地消除或衰减各种类型的多次波, 并最大限度地保留一次波信号一直是地震勘探中人们关注的一个重要课题[1, 2]。地震资料成像处理的偏移算法中, 假设地震数据是由一次反射波组成, 而海上地震数据实际接收到的地震信号中, 除了一次反射波外, 还含有不同传播路径、不同性质的多次波[3]。它的存在使得有效反射波的地震反射特征受到严重干扰, 明显降低了地震资料的分辨能力, 给地震资料解释工作带来了极大的困扰[4, 5, 6, 7]。

研究区存在着不同地质背景、不同时期采集的地震数据, 其海水深度变化极大, 地震资料中既有浅水多次波的特点也有深水多次波的复杂性。因此, 在处理这种地震资料时, 某一种压制多次波的技术都会存在一定的局限性, 仅采用单一技术很难把各种多次波进行有效压制[8, 9, 10, 11, 12]。文中采用多方法、多技术组合方式的思路来压制多次波。

1 多次波的发育特点

本研究所采用的三条地震测线分布于南海北部陆坡区, 从东至西分别为测线A、B、C(图1), 为广州海洋地质调查局“ 探宝号” 船分别于2003年、2009年和2005年采集的中、长排列地震数据。其主要采集参数见表1, 这类采集参数是这一时期南海北部海上施工最常用的参数。

图1 研究区地震测线相对位置

图2 单炮记录及多次波现象

图3 原始CDP道集(左)及相应的速度谱(右)

在原始地震记录上存在多种类型的多次波, 严重地干扰甚至屏蔽了中深层的有效反射。如图2是沿测线方向每20 km显示一炮的单炮记录, 从其上可以看到, 在测线上不同位置所产生的多次波存在差异。研究区深水地震资料海底多次波的周期较长且能量强, 海底多次波不是单一海底界面的多次反射, 而是海底附近一套地层的多次反射。此外, 由于海底崎岖不平, 地震资料中常存在强的绕射多次波(通常绕射波和绕射多次波在叠加剖面上易于识别), 导致中、深层地震资料的纵、横向能量不均匀。若不能很好地压制这类绕射多次波, 则会造成叠前偏移剖面上出现严重的画弧现象。

表1 3条二维测线主要采集参数

图4 测线A压制多次波前叠加剖面

层间和微曲多次波几乎在整条测线上都有发育。微曲多次波通常是在几个界面上发生多次反射, 多次波的路径是不对称的; 或是在一个薄层内发生多次反射。而层间多次波则是当地层存在多个较强反射界面时, 在地下的各个层间所产生的多次反射[9, 10]。

图5 测线B压制多次波前叠加剖面

从单炮记录(图2)、道集和速度谱(图3)及未压制多次波的叠加剖面(图4~图6)上可以看出:由于沿测线海底的崎岖变化程度不同, 导致测线上不同位置产生的多次波有明显差异。浅层主要受层间多次波干扰, 反射信号可连续追踪且波组特征较好; 中、深层大部分区域的反射信号因受海底自由表面多次波、微曲多次波、绕射多次波和其他噪声干扰, 有效反射能量弱, 难以识别和追踪。东部的A、B测线上, 新生界地层厚、埋深大, 深部反射信号几乎被多次波淹没(图4、图5); 西部的C测线上, 新生界和之下的中生界受各种多次波干扰严重, 有效反射波同相轴难以识别(图6)。

图6 测线C压制多次波前叠加剖面

2 组合压制多次波方法和技术思路

上述分析研究可见, 工区内原始地震记录和叠加剖面上存在多种类型的多次波, 严重干扰了中深层的有效反射(图2~图6)。由图4~图6给出的三条测线叠加剖面可以看出, 大部分区域因受多次波和噪声干扰, 中深部地层的有效反射信号被多次波淹没, 反射波组难以识别和追踪。如何有效压制各类多次波成为了本区资料处理的难点。

根据南海北部陆坡区地震资料中多次波发育的特点, 笔者采用组合压制多次波技术思路, 即:针对短周期多次波, 采用τ -p域预测反褶积方法; 针对自由表面多次波和微曲多次波, 采用SRME方法; 针对长周期的层间多次波和未被充分压制的自由表面多次波, 采用高精度Radon变换方法; 针对残余绕射多次波, 采用分频能量衰减方法。通过上述组合方法能够较好地压制研究区各种多次波的干扰, 获得较可靠的叠加剖面。值得注意的是:当海底崎岖变化较大时, 会产生大量的绕射多次波, 如何有效地压制残余绕射多次波就成为地震资料高质量成像处理中的重点[13]。

2.1 τ -p域预测反褶积

τ -p域预测反褶积主要是利用多次波可预测性来压制多次波的方法, 对于短周期的多次波压制效果较好[2]。前人研究表明, 在时间域预测反褶积处理中, 只有垂直入射的, 即零偏移距记录才能保持多次波的周期性, 随着偏移距的增大, 多次波周期性降低, 致使偏移距越大多次波压制效果越差。τ -p域的共反射点道集或炮集中, 对应每个射线参数P, 多次波沿时间方向均具有准确的周期性[3, 9, 14]。研究区地震测线最大偏移距较长(表1), 这种长偏移距地震资料中的多次波在τ -p域内比时间域内具有更好的周期性, 更接近满足预测反褶积的应用条件。从图7中老处理剖面和新处理剖面的比较可以看出, τ -p域预测反褶积在压制短周期多次波的同时, 使地震子波也得到压缩, 频谱拓宽, 纵向分辨率提高; τ -p域预测反褶积后的剖面, 对短周期多次波有较好地压制, 地质特征和小断层清楚地显现, 波组特征明确, 易于追踪解释。

图7 老处理剖面(上)与应用τ -p域预测反褶积新处理剖面(下)对比

在τ -p域预测反褶积处理中, 关键是要有足够的t-x域到τ -p域转换精度; 其次是通过试验选择合理的预测步长、算子长度等。不要试图通过τ -p域预测反褶积能够对于长周期的全程多次波和层间多次波进行压制, 这可能是由于在有限记录长度内, 没有满足多次波周期性的条件; 或许是长周期的多次波需要更长的预测算子才能得到压制, 而在长的时窗范围内一次波也会受到压制[9, 11, 12, 15]。

2.2 自由表面多次波压制方法— — SRME

海上地震资料通常按照是否经过自由表面的反射, 把多次波分为自由表面多次波和层间多次波。自由表面多次波的产生是由一次波通过时空域褶积而成的, 低阶(一次)多次波通过时空域褶积可以构成高阶(二次以上)多次波。由实际地震记录(即褶积记录)中的所有反射(一次波和多次波)可以预测出所有的自由表面多次波, 多次波的预测算子就是一次波[2, 4, 16, 17, 18]。SRME技术能够预测和衰减所有与自由表面有关的多次波[19], 而且, 不需要提供任何地下的任何信息, 完全依赖地震数据自身驱动, 通过建模和自适应减去两步法来完成自由界面多次波的压制[20, 21, 22, 23, 24, 25]。

如图8是利用SMRE技术压制自由表面多次波后的CDP道集和速度谱, 与图2对比可见多次波得到了压制。不足的是, 从图8速度分析上还能发现SRME对远偏移距上自由表面多次波的压制效果并不是很理想, 其原因可能是由于下列地震采集因素所至。

图8 SRME自由表面多次波压制后剖面(左)及相应的速度谱(右)(与图3是同一个CDP道集)

(1)由于羽角的存在, 导致远偏移距范围内, 接收点偏离了激发点和接收点, 连线现象较严重, 不能完全满足应用SRME的数据规则要求。

(2)在大偏移距区域内, 地震反射存在抛物线尾部假频化现象, 这种空间假频影响了SRME建模的确切性。

(3)随着偏移距的增大, 地震反射中各向异性现象越来越严重, 导致地震子波随入射角变化, 降低了远偏移距范围自适应减去的准确度。

图9(A、B、C、D)分别是采用不同的方法技术压制噪声后的叠加剖面:A为原始叠加剖面; B是A经过SRME压制自由表面多次波后的结果, 大部分自由表面多次波都得到了很好地压制; C是B经高精度Radon变换压制多次波后的剖面; D是C经过分频能量衰减法压制残余绕射多次波后剖面。

图9 组合压制多次波效果

2.3 高精度Radon变换压制多次波

高精度Radon变换是目前衰减远偏移距范围内多次波的有效技术方法之一。Radon变换是依赖多次波和一次波速度的差异来压制多次波的, 在一次波速度和多次波速度有明显差异时压制效果较好[26]。高精度拉东变换方法在矩阵方程求解上作了优化和改进[6], 对有限孔径和稀疏空间采样等问题采取了更加有效地解决办法, 使谱能量更加集中, 减少了由于稀疏空间采样造成的假频现象, 提高了有限孔径造成的分辨率降低现象, 更有利于一次波信息的保护和多次波的衰减[2, 5, 8, 13, 27, 28, 29]。同时, 采用高精度Radon变换还可以使多次波压制后的剖面上假频现象大幅度减弱。

利用Radon变换压制多次波的关键是准确求取一次波的速度, 而速度求取过程也是对地质构造和多次波形成机制的认知过程[30]。首先采用初始速度去除多次波; 再利用去除多次波后的CDP道集求取更准确的速度(图10); 经多次迭代直到消除多次波后获得满意效果(如图9中C剖面)。C剖面是在经过SRME自由表面多次波压制的B剖面基础上, 再由高精度Radon变换压制远偏移距范围内的多次波所获得的结果。任何去除多次波的方法都会不同程度地造成有效波的损失[7, 31], 笔者利用了水底时间准确地控制多次波的时窗范围, 以避免浅层有效信号不必要的损失。

图10 SRME+高精度Radon变换多次波压制后与图3对应的CDP道集(左)及相应的速度谱(右)

2.4 分频能量衰减法压制残余绕射多次波

采用上述三种方法有效组合来压制多次波, 获得了很好的效果; 但由不规则反射界面产生的反射和绕射多次波尚不能得到彻底衰减, 数据中仍然存在着大量由崎岖海底和不规则强阻抗界面产生的绕射多次波的残余部分, 这类多次波从速度上无法与有效波分开, 因此, 还需要在最终CMP道集上, 采用分频能量衰减法对剩余的绕射多次波进行压制。

图11给出了应用分频能量衰减法压制残余绕射多次波的流程。在对该区残余绕射多次波的分析后发现, 在同一时间段上残余绕射多次波的频率和能量均比一次反射波高。根据这类多次波能量强、有效反射波场的高频能量随时间推移被地层快速吸收的特点, 通过分频, 在高频端通过能量差异求取一个衰减高频噪声能量的比例系数, 并将该系数与CDP道集中的高频成分相乘, 可以达到衰减残余绕射多次波的目的[18]。图9中的D剖面是C经过分频能量衰减法压制残余绕射多次波之后的剖面。可以看出, 在剖面4~5 s及6.5 s附近的残余绕射多次波得到了很好地压制。

图11 分频能量衰减法压制残余绕射多次波流程

3 组合压制多次波效果分析

经过上述四种方法的优化组合应用, 逐步把各种多次波衰减干净。通过τ -p域预测反褶积使虚反射、短周期多次波和鸣震得到了较好压制, 突出了细微的地质特征和小断层, 波组特征一致性好(图7)。

从图9中可以看出, SRME、高精度Radon变换压制多次波及分频能量衰减法压制残余绕射多次波的组合多次波压制技术的应用, 使得中、深层出现的强自由表面多次波、微曲多次波、长周期多次波和残余绕射多次波逐步得到压制, 最终得到高质量的叠加剖面和高质量的CMP道集, 为准确成像奠定了基础。

这种组合多次波压制技术的应用, 在南海北部陆坡区的三条地震测线上均取得了很好的效果。图4是研究区测线A压制多次波前的叠加剖面, 中、深层有效反射信号淹没在多次波之中, 波组特征及构造形态无法辨认; 图12是测线A经过组合压制多次波后的叠加剖面, 对比图4可见各种多次波得到明显压制, 中深层有效反射波组清楚地呈现。图5是测线B压制多次波前的叠加剖面, 深层有效反射信号淹没在多次波之中, 深部结构被掩盖; 图13是测线B经过组合压制多次波后的叠加剖面, 对比图5可见各种多次波得到了压制, 深层有效反射波组层次清楚。图6是测线C压制多次波前的叠加剖面, 新生界深部地层和底界面以及中生界地层有效反射信号受各种多次波干扰严重; 图14是测线C经过组合压制多次波后的叠加剖面, 对比图6可见新生界深部地层和底界面以及中生界地层有效反射信号都较清楚地显现出来。

图12 测线A组合压制多次波后叠加剖面

图13 测线B组合压制多次波后叠加剖面

图14 测线C组合压制多次波后叠加剖面

从上述多次波组合压制技术在三条测线上的应用效果来看, 综合采用基于τ -p预测反褶积、SRME、高精度Radon变换和分频能量衰减法组合多次波压制技术, 在南海北部陆坡深水区地震资料处理中取得了很好的效果。该思路的合理、灵活运用, 都将对该区老资料的重新处理和新资料的处理具有很好的参考和指导意义。

4 结论

(1)针对南海北部深水崎岖海底地震资料处理中遇到的多次波压制难题, 通过对南海北部陆坡由东向西排列的三条二维地震资料存在的多次波特点分析表明, 该区存在的主要多次波是经过海底反射的自由表面多次波、尾随其后的微曲多次波和绕射多次波。应用组合多次波压制技术, 使多次波得到了有效地压制。

(2)对具有较长电缆采集的地震资料上存在的短周期多次波, 在τ -p域内具有很好的周期性, 更接近满足预测反褶积的应用条件, 采用τ -p域预测反褶积方法压制效果良好。

(3)南海北部陆坡深海区, 海底地貌复杂, 地震资料中存在着能量很强的海底多次波, 利用SRME数据自身驱动方法, 在人工干预少的情况下, 比较好地压制了这种多次波。

(4)高精度Radon变换通常是海上资料处理中多次波压制的必用手段。这里它同样扮演了衰减长周期的层间多次波和未被充分压制的海底自由表面多次波的重要角色。

(5)分频能量衰减法压制残余绕射多次波, 使得不规则反射界面产生的反射和绕射多次波的残余能量得到有效消除, 反射结构更易分辨。

(6)文中所采用的多次波组合压制技术, 可以推广应用到南海北部同类地震资料处理中。但必须注意, 由于残余绕射多次波的频率和能量与采集参数、测线上海底崎岖程度以及不规则强阻抗界面曲率有关, 因此, 在应用分频能量衰减法压制残余绕射多次波时, 应通过反复试验, 求取每条测线衰减高频噪声能量的比例系数, 各测线之间比例系数存在差异, 不能跨测线使用。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 陆基孟. 地震勘探原理[M]. 东营: 石油大学出版社, 1993. [本文引用:1]
[2] 渥. 伊尔马滋. 地震数据分析[M]. 北京: 石油工业出版社, 2006. [本文引用:4]
[3] 张旭东. 琼东南海域天然气水合物地震反射特征[J]. 物探与化探, 2014, 38(6): 1152-1158. [本文引用:2]
[4] 崔树果. 东海海域自由表面多次波压制方法研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2008. [本文引用:2]
[5] 龚旭东, 陈继宗, 庄祖银, 等. 深水地震资料处理关键技术浅析[J]. 勘探地球物理进展, 2010, 33(5): 336-358. [本文引用:2]
[6] 张振波, 轩义华. 高分辨率抛物线拉冬变换多次波压制技术[J]. 物探与化探, 2014, 38(5): 981-988. [本文引用:2]
[7] 李来林, 魏大力. LIFT去噪方法在地震资料处理中的应用[J]. 石油物探, 2007, 46(2): 193-195. [本文引用:2]
[8] 赵秀莲, 陈茂根, 龚定康, 等. SRME技术在澳大利亚TimerSea地区的应用[J]. 海洋石油, 2009, 36(4): 48-52. [本文引用:2]
[9] 杨振武. 海洋石油地震勘探——资料采集与处理[M]. 北京: 石油工业出版社, 2012. [本文引用:4]
[10] 张军华, 王要森, 郑旭刚, 等. 海上地震资料多次波特征分析[J]. 石油地球物理勘探, 2009, 44(5): 574-577. [本文引用:2]
[11] 张兴岩, 朱江梅, 杨薇, 等. 海洋资料多次波组合衰减技术及应用[J]. 物探与化探, 2011, 35(4): 511-515. [本文引用:2]
[12] 李添才, 李列, 陈瑜, 等. 利用LIFT技术衰减海上近道多次波[J]. 勘探地球物理进展, 2010, 33(2): 107-111. [本文引用:2]
[13] 王维红, 张振, 石颖, 等. λ-f域抛物Radon变换多次波压制方法[J]. 东北石油大学学报, 2015, 39(1): 17-22. [本文引用:2]
[14] 冯全雄, 王彦春, 李三福, 等. τ-p域水体模型驱动压制浅水区水层多次波[J]. 石油地球物理勘探, 2015, 50(1): 41-47. [本文引用:1]
[15] 何汉漪. 海上地震资料高分辨率处理技术论文集[M]. 北京: 地质出版社, 2001. [本文引用:1]
[16] 陈见伟, 庄锡进, 胡冰, 等. 多次波压制组合技术在海洋地震资料处理中的应用[J]. 海相油气地质, 2011, 16(1): 68-73. [本文引用:1]
[17] 黄兆林. SRME与Radon滤波方法组合衰减深水多次波[J]. 工程地球物理学报, 2011, 8(6): 659-665. [本文引用:1]
[18] Hugonnet P, Hardouin D, Lecocq P. Deep water case histories-SRME/HR RADON/Diffracted Multiple Attenuation[C]//Houston Texas: Offshore Technology Conference, 2004. [本文引用:2]
[19] 金明霞, 易淑昌, 王征. 多次波正演与SRME技术影响因素分析及应[J]. 物探与化探, 2014, 38(3): 566-570. [本文引用:1]
[20] 刘振, 张军华, 韩双, 等. 与界面有关的层间多次波预测及压制[J]. 石油地球物理勘探, 2014, 49(1): 61-67. [本文引用:1]
[21] 叶月明, 庄锡进, 杨存, 等. 海底相关层间多次波预测方法[J]. 中国石油勘探, 2014, 19(3): 72-77. [本文引用:1]
[22] Verschuur D J, Berkhout A J, Wapenaar C P A. Adaptive surface-related multiple elimination[J]. Geophysics, 1997, 57: 1166-1177. [本文引用:1]
[23] Berkhout A J, Verschuur D J. Estimation of multiple scattering by iterative inversion, Part I: Theoretical considerations[J]. Geophysics, 1997, 62: 1586-1595. [本文引用:1]
[24] Berkhout A J, Verschuur D J. Estimation of multiple scattering by iterative inversion, Part II: Practical aspects and examples[J]. Geophysics, 1997, 63: 1388-1397. [本文引用:1]
[25] Brooymans R, Mojesky T, Pham L. A review of Current Marine Demultiple Techniques with examples from the East Coast of Canada[C]//Expand ed Abstracts of 73rd SEG Annual Internet Meeting, 2003. [本文引用:1]
[26] 苏燕. 海上地震双检资料合并处理方法的应用[J]. 物探与化探, 2014, 38(4): 754-757, 786. [本文引用:1]
[27] 巩向博, 韩立国, 李洪建. 各向异性Radon变换及其在多次波压制中的应用[J]. 地球物理学报, 2014, 57(9): 2928-2936. [本文引用:1]
[28] Herrmann P, Mojesky T, Magesan M, et al. De-aliased, high-resolution Radon transforms[C]//Expand ed Abstracts of 69th SEG Annual Internet Meeting, 1999. [本文引用:1]
[29] 石颖, 王维红. 基于波动方程预测和双曲Radon变换联合压制表面多次波[J]. 地球物理学报, 2012, ,55(9): 3115-3125. [本文引用:1]
[30] 牛华伟, 吴春红. 海洋地震资料中强能量噪声压制的分频振幅衰减法应用研究[J]. 石油物探, 2013, 52(4): 394-401. [本文引用:1]
[31] 许自强, 万欢, 顾汉明, 等. 深水多次波与噪音同时压制技术[J]. 工程地球物理学报, 2012, 9(6): 693-696. [本文引用:1]