深拖平缆采集资料中鬼波衰减方法探讨
中海油田服务股份有限公司 物探事业部,天津 300451
The application of broadband processing technology to deep towing flat streamer data
Geophysical-China Oilfield Services Limited,Tianjin 300451,China
责任编辑: 叶佩
收稿日期: 2018-01-29 修回日期: 2018-11-20 网络出版日期: 2019-02-20
基金资助: |
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Received: 2018-01-29 Revised: 2018-11-20 Online: 2019-02-20
作者简介 About authors
李慧龙(1984-),男,汉族,工程师,2008年毕业于中国石油大学(华东)地球物理学专业,本科学历,2018年获得中国石油大学(华东)工程硕士学位。现在中海油田服务股份有限公司物探事业部工作,主要从事地球物理勘探数据处理及野外质控工作。 。
鬼波衰减是深拖平缆采集资料处理中非常重要的一步,也是实现宽频处理的关键步骤。为此,笔者分析了深拖平缆资料特点,推导了鬼波的时距曲线方程,在此基础上,介绍了线性Radon域最小平方反演方法衰减鬼波的基本原理,该方法首先通过最小平方方法求得无鬼波的Radon域数据,再应用反变换算子中的一次波算子进行反变换,从而实现了对鬼波的压制。采用该理论对模型数据与实际地震资料进行了试处理,结果表明,深拖平缆资料通过本文的鬼波衰减技术处理后,陷频点得到了补偿,有效频带得到了拓宽,达到了宽频处理的效果。
关键词:
Ghost attenuation,the key step of broadband processing,is a very important step in data-processing of deep towing flat streamer.Therefore,this paper analyzes the features of deep towing flat cable data,derives time distance curve equation of ghost and,on such a basis,introduces the basic principle of the linear least square inversion in Radon domain method for ghost attenuation.First,no ghost data is obtained by the least square method in Radon domain,then the primary wave operator is used in inverse transform,so as to realize the attenuation of ghost.The processing effect of model and actual data shows that,after ghost attenuation,the frequency notches of deep towing flat cable data can be compensated,and the effective frequency bandwidth can be broadened,thus achieving the effect of broadband processing.
Keywords:
本文引用格式
李慧龙, 王征, 宋鑫, 吴超, 马德志, 石孟常, 赵亮.
LI Hui-Long, WANG Zheng, SONG Xin, WU Chao, MA De-Zhi, SHI Meng-Chang, ZHAO Liang.
0 引言
目前海上地震宽频采集的主要方法包括双检电缆采集技术、上下双缆采集技术、四分量拖缆采集技术、变深度缆采集技术、深拖平缆采集技术和同步多级震源采集技术等,其中同步多级震源采集技术是主要用来消除震源鬼波,其他技术主要是消除电缆鬼波[1]。变深度缆采集技术是目前应用最为广泛的宽频采集技术,根据不同的勘探需求,分为不同的沉放方式,主要包括直斜缆、“抛物线型”斜缆、阶梯缆和“犁式”斜缆[2]。近年来,由于对平缆采集的地震资料处理思路的改变,国内一些专家提出深拖平缆宽频采集技术,电缆深度一般在15~25 m之间,呈水平状,相比于其他宽频采集方法,该方法的电缆操控更加容易灵活,野外作业更方便,成本更低。同时,与常规拖缆相比,鬼波与有效波更容易区分,有利于鬼波衰减处理。对于双检采集数据,根据两种检波器接收到的下行波极性不同,一般采用双检合并的方法消除鬼波[3,4,5]。四分量拖缆采集可看作是双检采集的延伸,其鬼波衰减方法基本相同[6]。Sonneland等[7]最早提出上下双缆采集技术;刘春成等[8]通过上下缆合并算子确定了上下缆采集的最优沉放深度组合;李洪建等[9]提出了频率域起伏双缆合并策略并应用到实际数据上取得了较好的效果。对于变深度缆资料,Soubaras[10]首次提出通过镜像偏移和联合反褶积结合的方法消除鬼波;许自强等[11]提出利用最优联合化反褶积压制变深度缆鬼波;Song Jian-Guo等[12]提出通过频率域高分辨Radon变换去除斜缆鬼波;王冲等[13]采用最小二乘反演迭代算法压制变深度缆数据的鬼波,得到宽频数据。对于常规拖缆采集,Weglein等[14]提出利用格林理论在x-w域中压制鬼波的思想;Mayhan等[15]改进了格林理论压制鬼波算法并在墨西哥湾实际数据中进行了应用;杨金龙等[16]进一步研究了格林理论压制鬼波原理,并形成了处理流程,该方法不需要地下介质信息,但需要进行近道插值;张威等[17]研究了起伏海水表面的拖缆鬼波压制方法。不同的方法都具有各自的特点,并取得了较好的效果。笔者在前人研究的基础上,将Radon域最小平方反演方法应用到深拖平缆资料的鬼波衰减处理中,取得了比较好的效果。
1 深拖平缆采集方式的正演模拟分析
图1
图1
一次波与鬼波成因示意
a—一次反射波;b—震源鬼波;c—电缆鬼波;d—源缆综合鬼波
Fig.1
The diagram of primary and ghost wave
a—primary reflection;b—the source ghost wave;c—the cable ghost wave;d—the source and cable comprehensive ghost wave
为了充分了解深拖平缆资料,建立了水平层状地质模型,设计4层,厚度分别为1 000、1 100、550、1 850 m,海水层速度为1 500 m/s,其他3层速度分别为2 500、3 000、4 200 m/s。设计3种不同电缆深度的观测系统对模型进行正演模拟,缆深分别为10、20、30 m,其他参数相同,Ricker子波,主频62 Hz,源深5 m,电缆长度6 000 m,检波器间隔12.5 m。对图2中3个不同缆深的正演炮集数据分别作频谱分析,如图3所示。对以上正演数据及频谱进行详细分析,得出深拖平缆资料特点为:①激发位置不变时,电缆越深,电缆鬼波越容易识别。如图2,当缆深10 m时,正演炮集上电缆鬼波与一次波叠加在一起;缆深20 m时,电缆鬼波和一次波相位可以分开;电缆沉放30 m时,电缆鬼波与一次波相位更容易区分。由于震源深度较浅且保持不变,所以源鬼波一直紧随一次波后。②鬼波极性与一次波极性的变化。从图2b、2c中也可以清楚看到,震源和电缆鬼波极性都与一次波极性相反,源缆综合鬼波极性与一次波相同,这与海面处的反射系数近似为-1有关。③频谱随电缆深度的变化。随着缆深的增加,频谱加宽,高、低频端振幅能量略有增强。电缆越深,尼奎斯特范围内的周期性陷频数量越多,鬼波的陷频公式可简化为:f=
图2
图3
2 鬼波时距曲线方程及衰减原理
以上推导过程推广到n次鬼波(在n-1阶多次波后的鬼波),可以得到n次鬼波的旅行时方程:
式中:正负号表示反射界面倾斜方向,当上倾方向与X轴正方向一致时,取负,与X正方向相反时,取正。当n为1时,即为式(1)结果。假设反射界面为水平界面,且仅考虑一次鬼波的情况,式(2)就可以简化为:
根据鬼波的时距曲线方程,进一步理解了鬼波与一次波的射线关系,据此得到上行一次波和下行鬼波到达检波点Rx处的时间τpr和τgh,如式(4)和式(5):
式中:Δh为上行波在海面处的反射点到电缆检波点的水平距离,Δτ为相对于海平面接收到的一次波时差,θr为射线角。
图4
Radon变换在频率空间域的正反变换公式如式(6)和(7)所示:
式中:N为地震道数,J为p的取值个数,xn表示炮集中第n道的炮检距,pj表示τ-p模型中第j道的慢度值,w=2πf,f为瞬时频率,式(6)和式(7)用矩阵形式可表示为:
式中:O=
地震资料中包含鬼波时,根据鬼波的射线规律,
结合式(4)和(5),式(9)可改写为式(10):
Radon反变换的算子Ot包含两部分,如式(11)所示:
r为海面反射系数,Opr=
3 模型数据试验
图5
图5
电缆鬼波衰减效果对比
a—原始炮集;b—鬼波衰减后炮集
Fig.5
Streamer ghost attenuation results
a—original shot gather;b—shot gather after ghost attenuation
图6
图6
电缆鬼波衰减频谱对比
a—原始频谱;b—鬼波衰减后频谱
Fig.6
Streamer ghost attenuation spectrum results
a—original spectrum;b—spectrum after ghost attenuation
4 实际资料应用
图7
图7
实际资料炮集鬼波衰减效果
a—鬼波衰减前;b—鬼波衰减后;c—鬼波衰减前后差
Fig.7
The ghost attenuation results on field shot gather
a—before ghost attenuation;b—after ghost attenuation;c—the difference of ghost attenuation before and after
图8
图8
炮集压制鬼波前(红线)后(绿线)的频谱对比
Fig.8
Shot frequency spectrum before(red) and after(green) ghost attenuation
图9
图9
鬼波衰减前后偏移剖面效果对比
a—鬼波衰减前;b—鬼波衰减后
Fig.9
The ghost attenuation results on migration section
a—before ghost attenuation;b—after ghost attenuation
图10
图10
偏移数据体压制鬼波前(红线)后(绿线)的频谱对比
a—对应矩形1;b—对应矩形2
Fig.10
Migration section frequency spectrum before(red) and after(green)
a—rectangle 1;b—rectangle 2
5 结论
1)模型数据表明:线性Radon变换最小平方反演方法能够有效地衰减电缆鬼波,并有效地补偿了陷频点,拓宽了频带。
2)针对深拖平缆采集方法,实际资料处理结果表明,应用文中介绍的方法衰减鬼波后,可以有效地提高地震资料分辨率,有益于后续的处理解释。
3)在实际应用中,需要提供准确的电缆沉放深度和震源深度。
参考文献
海上宽频地震采集技术新进展
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海上宽频地震采集技术不但能改善盐下、玄武岩下等深层构造成像,还能提高薄层、隐蔽圈闭、特殊岩性体等难识别油区成像品质,因而能有效提高地震资料的解释精度,降低勘探风险。近年来市场的迫切需求极大地推动了海上宽频地震采集技术的快速发展,国外相继出现了倾斜电缆采集、上下双缆采集、双检电缆采集、四分量拖缆采集等多种采集方法,国内在这一研究领域尚处于起步阶段。本文通过介绍上述几种技术的基本原理及效果,以期对国内相关研究起到参考和指导作用。
Latest development of marine braodband seismic acquisition technology
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海洋宽频带地震勘探技术新进展
[J].海洋宽频带地震采集和处理技术在近年取得了长足进展。在激发和接收阶段,为了有效降低鬼波对地震波中低频和高频段有效波的影响,拓宽地震数据频带,人们开发出上下源或多层震源延迟激发技术和上下缆、变深度拖缆、双检电缆等采集技术,这些新技术的应用,提高了地震原始数据的分辨率和信噪比,为提高地震数据的成像与反演处理精度奠定了良好的基础。
New advances in marine broadband seismic exploration
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Attenuation of water column reverberations using pressure and velocity detector in a water-bottom cable
检波点水深误差对OBC双检资料合并处理的影响与对策
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为探求检波点水深误差与海底电缆(OBC)地震勘探双检资料合并处理效果间的关系,从OBC双检资料合并处理的交叉鬼波化技术原理入手,分析了检波点前期测量水深和采集实时水深误差影响双检资料合并处理效果的根本原因,并利用理论数据和实际资料论证了检波点水深误差对双检资料合并处理效果的影响程度.在此基础上,提出了以相关系数最大为准则的水深扫描和实时潮汐数据检波点水深修正两种方法消除检波点水深误差,以获得最佳双检资料合并处理效果.
The influence and strategy of water depth error at receivers on dual-sensor summing processing
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海底电缆资料双检合并处理技术研究与应用
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海底电缆采集资料通常利用水检和陆检的合并处理来压制电缆鬼波。但通常情况下,鬼波在海底反射形成的海底微屈多次波对资料的影响也很严重。分析了水检与陆检的地震波接收的物理机制,在水陆合并压制鬼波后,通过求取海底反射系数,进一步利用双检数据来压制海底微屈多次波。经实际数据的应用表明,这种方法可以较好地同时压制电缆鬼波和海底微屈多次波,改善剖面的波组特征。
The Research and application of dual detection and processing technology of sea-bottom cable data
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On the use of multicomponent streamer recordings for reconstruction of pressure wavefields in the crossline direction
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Measuring three components of particle velocity along with the pressure brings significant benefits to towed marine seismic data. In addition to well-known deghosting benefits, we show that the particle velocity components add important constraints that enable reconstruction of the wavefield between the multicomponent streamers. Finally, we outline several cases of particular interest that will make towed marine seismic data more "3D like".
2D deghosting using vertical receiver array
利用上/下缆合并算子确定海上上/下缆采集的最优沉放深度组合
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海上常规拖缆采集的地震数据存在受海水面虚反射(鬼波)引起的陷波特性,而近年发展的上/下缆采集技术可以压制鬼波,但仍然存在等效陷波.为此,提出了基于f-k域上/下缆合并算子确定上/下缆沉放深度的方法,进而分析了历年来国内外油公司采用的上/下缆沉放深度的合理性.针对目前国内拖缆沉放深度的最大范围,通过对不同上/下缆沉放深度下上/下缆合并算子的等效陷波特征分析,确定出等效陷波出现的频带范围在目的层有效频带范围以外的上/下缆最优沉放深度组合,系统优选出了12组上/下双缆以及3组上/中/下三缆陷波作用相对较小些的上/下缆沉放深度最优组合,为实际上/下缆采集时缆深选择提供了理论依据.
The determination of optimal sinking depths of over/under streamers in offshore survey by merge operator
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频率域起伏双缆数据合并策略
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受鬼波和陷波现象的影响,常规海洋拖缆采集地震记录分辨率低,频带较窄,低频端能量不足,因此常用的上下缆宽频采集技术及其数据合并方法成为海洋地球物理勘探研究重点之一。为此,提出了频率域起伏双缆合并策略。通过计算每个检波点处的鬼波算子,自适应地对起伏双缆进行合并,在减小缆深起伏对合并质量影响的同时,最大限度利用每个检波点信息以提高合并结果分辨率和信噪比。对于实际计算中鬼波算子存在奇异的情况,通过引入白噪因子,提高了计算的稳定性。并提出了利用浅缆补偿变深度拖缆高频端能量的采集技术,为高精度海洋地震勘探提供了新的思路。最后,分别选取起伏缆深上下缆拖缆模型、浅缆补偿变深度拖缆模型以及海上实际上下缆数据为例,验证了频率域起伏双缆合并策略的有效性。结果表明,鬼波被很好地去除,陷波现象被压制,低频端能量得以提升,地震记录频带也得到了有效拓宽。
Merge strategy for fluctuate double streamers in frequency domain
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Deghosting by joint deconvolution of a migration and mirror migration
海上变深度缆数据最优化压制鬼波方法及其应用
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常规海上拖缆采集数据受海水面虚反射(鬼波)影响存在陷波特性,近几年发展起来的变深度缆采集技术则使陷波特征分散,应用专门的去鬼波处理方法可获得宽频数据。在前人研究的基础上,开展了最优化联合反褶积压制鬼波算法及其在变深度缆采集数据中的应用研究。首先在频率-波数域导出了镜像缆记录生成公式,并在时空域实现了镜像记录的生成,然后基于原始炮集记录和镜像炮集记录,利用最优化联合反褶积去鬼波算法从变深度缆数据中提取上行波。合成数据及某海上实际变深度缆数据测试结果表明,最优化联合反褶积压制鬼波算法既能提高浅层的高频反射能量,又能提高深层的低频反射能量,从而拓宽地震反射资料的频带,提高勘探分辨率。
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Receiver ghost reflections adversely affect variable-depth streamer(VDS)data acquisition.In addition,the frequency notches caused by the interference between receiver ghosts and primary waves strongly affect seismic data processing and imaging.We;developed a high-resolution Radon transform algorithm and used it to predict receiver ghosts;from VDS data.The receiver ghost reflections are subtracted and removed from the raw i data.We propose a forward Radon transform operator of VDS data in the frequency domain and,based on the ray paths of the receiver ghosts,we propose an inverse Radon transform operator.We apply the proposed methodology to model and field data with good results.We use matching and subtracting modules of commercially available seismic data processing software to remove the receiver ghosts.The frequency notches are compensated and the effective frequency bandwidth of the seismic data broadens.
最小二乘反演迭代算法在压制海上变深度缆采集数据虚反射中的应用
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First application of Greens theorem-derived source and receiver deghosting on deep-water Gulf of Mexico synthetic (SEAM) and field data
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Deghosting benefits traditional seismic processing and is a prerequisite to all inverse-scattering-series based processing. The freedom of choosing a convenient reference medium (and associated Green's function) means Green's theorem offers a flexible framework for deriving useful algorithms including deghosting. Among advantages over traditional deghosting methods are: (1) no need for Fourier transforms over receivers and sources, and (2) can accommodate a horizontal or non-horizontal measurement surface, the latter of particular interest for ocean bottom and onshore applications. The theory of Green's theorem-derived deghosting is presented, and its first application on deep-water Gulf of Mexico synthetic (SEAM) and field data is reported. The source and receiver deghosting algorithms work with positive and encouraging results.
基于格林理论的鬼波压制方法及其应用
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海洋地震资料存在受海水面虚反射(鬼波)引起的陷波效应,为此,从散射理论出发,提出了基于格林理论的空间-频率(x-ω)域任意震源鬼波压制方法,并详细论述了其物理意义.在一维理论数据分析的基础上,形成了格林理论鬼波压制处理流程.利用模拟数据和实际数据进行了测试,实现了基于上下缆和双检采集地震资料的鬼波压制.处理结果表明,此方法完全基于地震数据驱动,无需任何地下介质信息,适用于各种复杂的海洋地形和地质情况.鬼波压制后地震资料的频带得到有效拓宽、地震资料的分辨率得到提高,有利于地震资料的后续处理和解释.
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基于起伏海水表面的拖缆鬼波压制方法
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基于平坦海水表面假设的鬼波压制方法在起伏海水表面情况下鬼波压制效果不佳。为此,基于最小平方线性拉东反演去鬼波算法,反演得到海水表面处上行波场,正向和反向延拓海水表面处上行波场至检波器处,采用最小平方成像条件成像海水表面,以校正检波器实际沉放深度,消除起伏海水表面的影响,实现了基于起伏海水表面的鬼波压制。该方法考虑了起伏海水表面对鬼波压制的影响,改善了基于平坦海水表面假设的方法压制鬼波不完全的情况。数值模拟数据和海上实际拖缆数据测试结果表明,该方法能更好地压制鬼波,最大程度拓宽地震记录频带。
Deghosting method based on avariable sea surface for conventional streamer seismic data
[J].
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