E-mail Alert Rss
 

物探与化探, 2024, 48(5): 1331-1336 doi: 10.11720/wtyht.2024.1271

方法研究·信息处理·仪器研制

一种改进的SRME方法在陆地表面多次波压制中的应用

齐鹏,, 杨金龙, 胡守旺

中石化石油物探技术研究院有限公司,江苏 南京 211103

Application of an improved SRME method in eliminating land surface multiples

QI Peng,, YANG Jin-Long, HU Shou-Wang

Geophysical Research Institute Co.,Ltd.,SINOPEC,Nanjing 211103,China

第一作者: 齐鹏(1989-),男,硕士,副研究员,主要从事地震资料处理及速度建模方法研究工作。Email:qipeng.swty@sinopec.com

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2023-07-19   修回日期: 2024-07-30  

基金资助: 国家自然科学基金企业创新发展联合基金(U19B6003)

Received: 2023-07-19   Revised: 2024-07-30  

摘要

表面多次波压制是地震资料处理的重要环节。目前海洋资料处理中最常用的SRME方法可以有效预测表面多次波模型,通过匹配相减实现多次波压制。但是SRME方法需要全波场信息,对观测系统要求比较严格,受陆上不规则采集限制难以在陆上处理中应用推广。为此,引入一种改进的SRME方法,通过构建最小误差约束函数,将临近道进行时差校正参与多次波预测,提升对复杂观测系统的适应性。将该方法应用于实际陆地地震资料处理,通过对表面多次波压制前后的道集、速度谱、叠前时间偏移剖面以及合成记录的对比,验证了该方法的有效性。

关键词: 自由表面多次波; 多次波预测; 不规则数据; 多次波压制; 陆地资料

Abstract

Surface-related multiple elimination(SRME) is vital in processing seismic data.At present,the SRME method most commonly used for processing marine data can effectively predict surface-related multiple models,achieving multiple elimination through matching and subtraction.However,this method requires full wave field information,thus placing higher demands on observation systems.The irregular land data acquisition makes it difficult to apply this method for processing land data.Hence,this study presented an improved SRME method,which performs moveout correction on adjacent channels for multiple prediction by constructing the minimum error constraint function,thus enhancing the adaptability to complex observation systems.The improved SRME method was applied to process the actual seismic data of land.Its effectiveness was validated by comparing the gathers,velocity spectra,prestack time migration profiles,and synthetic seismograms before and after SRME.

Keywords: surface-related multiple; multiple prediction; irregular data; multiple elimination; land data

PDF (4565KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

齐鹏, 杨金龙, 胡守旺. 一种改进的SRME方法在陆地表面多次波压制中的应用[J]. 物探与化探, 2024, 48(5): 1331-1336 doi:10.11720/wtyht.2024.1271

QI Peng, YANG Jin-Long, HU Shou-Wang. Application of an improved SRME method in eliminating land surface multiples[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(5): 1331-1336 doi:10.11720/wtyht.2024.1271

0 引言

在地震资料处理中,表面多次波作为一种相干噪声,与一次波混杂在一起,影响速度建模和偏移成像的可靠性。与海洋资料相比,陆上自由表面多次波形成机理更加复杂,自由表面种类也更加丰富。表层结构稳定的地表面,如沙漠表面、山地起伏地表等均可作为自由表面产生多次波[1]。此外,近地表结构中的高速顶界面也可以形成强波阻抗界面,产生近地表多次波[2]。因此,对于陆上数据,当反射波返回地面或上覆较浅界面时,再次向下反射传播的波场,均可视为自由表面多次。同时,由于陆上地震数据采集时受复杂地表条件影响,通常炮检点分布不均匀,这也给陆上表面多次波压制带来很大困难。因此,如何有效压制陆上表面多次波具有重要的研究意义。

目前多次波压制方法一般可以分为两大类[3-4]:一类是滤波法[5-6],主要利用一次波与多次波的特征差异,包括f-k变换、Radon变换等技术。当多次波与一次波差异不明显时,特别是对于近偏移距多次波,压制效果有限;另一类是预测相减法[7-10],主要是利用波动方程理论对多次波进行预测,包括反馈迭代法、波场外推法以及逆散射级数法等。其中针对自由表面多次波的压制,最为常用的是SRME方法。该技术最早由Berkhout和Verchuur提出,完全数据驱动,不需要地下介质信息,利用数据褶积可以有效预测表面多次波模型。之后许多学者对该技术进行了进一步发展应用,如石颖等[11]提出GPU 加速的全三维多次波预测方法,提升了SRME方法的精度和速度;井洪亮等[12]提出基于L1/L2范数的GPU并行的表面多次波预测相减方法,提升表面多次波压制效果。此外,谢宋雷等[13]探讨了SRME方法在深水陡坡带绕射多次波压制中的应用,张连群等[14]将其用于压制海油陆架—陆坡区表面多次波。目前,SRME方法已经成为海洋地震资料处理中很重要的常规技术。

由于SRME方法实现过程中需要全波场信息。当地震数据分布不规则时,会影响多次波模型预测效果。方云峰等[15]通过数据规则化来改善由于拖缆漂移引起的观测系统不规则与三维SRME算法之间的矛盾,Moore等[16-17]提出了一种改进SRME的方法,通过对缺失位置的临近道进行时差校正参与多次波预测,提升SRME方法对复杂观测系统的适应性,并将其成功应用到了深海海洋资料的处理中,证明了该方法的有效性。与数据规则化处理带来的庞大计算量相比,该算法大幅降低了计算成本,在实施方面更具可操作性。

鉴于陆上表面多次波的压制难题,在前人研究基础上,本文介绍了一种改进的SRME方法,即建立最小误差函数公式,对目标临近道的中心点坐标、偏移距、方位角以及信噪比等多个条件加权求和,优选最佳临近道进行多次波预测。该方法应用在陆地地震资料处理过程中,通过对道集、速度谱、叠前时间偏移剖面及合成记录等多方面对比,验证了该方法在陆地地震资料处理中的有效性。

1 方法原理

3DSRME方法假设炮点和检波点在空间上均匀采样分布,在三维情况下表面多次波模型由主测线与联络线两个方向的多次波组成,其表达式为:

 M(xr,yr,xs,ys,ω)=ykxkP(xr,yr,xk,yk,ω)P(xk,yk,xs,ys,ω)=ykxkMCGxy(xr,yr,xs,ys,xk,yk,ω)

式中:(xr,yr)(xs,ys)分别代表检波点与炮点坐标,(xk,yk)代表自由表面多次波向下反射点位置,P代表含有多次波的地震数据。

由式(1)看出,表面多次波的预测可以分成两步实现。首先在主测线方向对共炮道集与共检波点道集数据褶积得到多次波贡献点道集MCGxy,并对其求和,即:

My(xr,yr,xs,ys,yk,ω)=xkMCGxy(xr,yr,xs,ys,xk,yk,ω)

然后沿联络线yk方向对多次波贡献点道集My求和,即可获得(xs,ys)处激发、(xr,yr)处接收的三维表面多次波模型,其表达式为:

M(xr,yr,xs,ys,ω)=ykMy(xr,yr,xs,ys,xk,yk,ω)

由于预测出的表面多次波模型与实际数据相比,存在着一定的能量和相位差异,在后续的处理中通常采用最小二乘匹配相减技术,将预测出的三维多次波模型从原始数据中减去,完成表面多次波的压制。

由式(1)可以看出,在计算过程中由于需要共炮道集与共检波点道集数据进行褶积处理,因此3DSRME方法需要炮点和检波点在空间上均匀分布。但是对于陆上地震数据,受复杂地表条件影响,炮检点通常分布不均匀,这也影响3DSRME方法在陆地资料处理中的应用。

针对这一难题,本文引入一种改进的3DSRME方法。在多次波模型预测过程中,针对计算位置缺失地震道的情况,利用所有临近地震道的坐标位置、偏移距及方位角信息,构建最小误差函数,其表达式为:

E2=wx(xd-xi)2+wy(yd-yi)2+wh(hd-hi)2+wa(θdhd-θihi)2

式中:hθxy分别代表偏移距、方位角及中心点的横、纵坐标,下标di分别代表目标道和输入道,w代表每项误差加权系数,介于0~1之间,可以根据不同地震资料特点灵活调整。通常坐标位置项对临近道的选取最重要,如果临近道与预期地震道距离较远,多次波特征差异较大,时差校正后参与预测会引入较大误差,因此坐标位置权系数通常为1,其他项系数均小于1。但是当地下构造相对平缓时,可以提升偏移距项的权重。

在最小误差约束下,优选出误差最小的临近地震道,并对该道进行剩余动校正,将该道校正到目标道偏移距上,参与多次波预测计算,提升3DSRME方法对适应复杂观测系统的适应性,实现对陆地资料的三维表面多次波预测,表面多次波具体预测流程如图1所示。

图1

图1   表面多次波预测方法实现流程

Fig.1   Surface multiple wave prediction method implementation process


2 实际资料应用效果分析

图2是某实际陆上三维地震数据偏移剖面,工区内浅层发育了多套古生界地层,由于各时代地层岩性﹑密度存在差异,形成多个强波阻抗界面,导致地震波在地下传播过程中在地表与强反射界面之间震荡(如图中箭头所示),产生了多套自由表面多次波,对下覆地层的真实成像产生了严重干扰。

图2

图2   陆上三维地震数据偏移剖面

Fig.2   The imaging results of 3D land seismic data


图3a展示了工区内典型的速度谱,从速度谱上可以看到由于浅层存在强反射界面(如红色箭头所指0.9 s处为强反射层对应的一次波能量团),由于地震波传播过程中在地表与该强反射界面之间震荡,分别在1.8 s与2.7 s处产生一阶及二阶表面多次波(如黄色箭头所指),这种多阶长周期震荡的特点是典型的自由表面多次波周期性特征。

图3

图3   表面多次波压制前(a)后(b)的速度谱

Fig.3   Velocity semblance before(a) and after(b) surface multiples suppression


图4为采用本文方法进行表面多次波预测压制前后的动校正CMP道集对比,从图4a中可以看到,多次波压制前在2.0 s以下(黄色箭头)存在明显的表面多次波干扰,特别在近偏移距位置,多次波能量强,掩盖了真实反射波信息。图4b为预测出的表面多次波模型,可以看到模型数据的多次波走时特征与图4a中实际数据的多次波较为吻合,同时由于SRME算法本身的限制,预测的模型数据在频率及相位上与原始数据存在一定差异,因此需要采用基于最小二乘的自适应相减技术进行匹配相减。图4c为匹配相减压制后的CMP道集,可以看到表面多次波得到了有效压制(黄色箭头),特别是对于与一次波速度差异较小的近偏移距表面多次波也有很好的压制效果。从图3b可以看到,经过多次波压制后,速度谱上表面多次波能量团得到了衰减,有效波能量团得到显著突出,这也有助于提升速度拾取的可靠性。

图4

图4   表面多次波压制前动校正CMP道集

a—原始CMP道集;b—预测的多次波模型;c—多次波压制后的CMP道集

Fig.4   Nmo CMP gather and velocity semblance after surface multiples suppression

a—before surface multiples suppression;b—surface multiples model;c—after surface multiples suppression


图5为多次波压制前后叠前时间偏移对比,可以看到经过多次波压制后,多阶次的表面多次波(黄色箭头)得到了有效压制,深部真实的地层产状得到了恢复。图6为多次波压制前后的合成记录对比,蓝色为过井位置叠前时间偏移剖面,红色为井合成记录,通过井震对比可以看到,尤其是黄色箭头指示的位置处,可以明显地看到多次波能量得到了有效的压制,叠前时间偏移剖面的波形特征以及能量强弱关系与合成记录更加匹配。

图5

图5   表面多次波压制前(a)后(b)的叠前时间偏移对比

Fig.5   PSTM before(a) and after(b) surface multiples suppression


图6

图6   表面多次波压制前(a)后(b)的合成记录对比

Fig.6   Synthetics before(a) and after(b) surface multiples suppression


3 结论

针对陆上表面多次波的压制问题,在前人研究的基础上,本文引入一种改进的SRME方法,通过构建最小误差约束函数,优选最佳临近道参与表面多次波预测。通过实际陆上三维地震资料应用表明,该方法可以有效预测自由表面多次波模型,具有较好应用效果。

该方法的优势在于利用最小误差约束下的临近道参与表面多次波预测,提升SRME方法对不规则观测系统的适应性,原理简单、易于实现。但是,对于地震数据变观严重、空洞较多的情况,临近道距离目标道位置较远,预测精度不理想,需要在五维规则化等插值后的道集数据上进行预测效果会更好。

与其他预测方法类似,由于受预测孔径的限制,对近偏移距的多次波具有较好的预测效果,对远偏移距的多次波预测精度有限。建议与拉东变换方法结合,进一步压制远偏移距残余表面多次波。

参考文献

刘语, 刘建红, 刘国峰, .

陆上地震资料多次波识别与压制技术

[J]. 石油地球物理勘探, 2018, 53(S1):24-28,8.

[本文引用: 1]

Liu Y, Liu J H, Liu G F, et al.

Multiple identification and suppression on land seismic data

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2018, 53(S1):24-28,8.

[本文引用: 1]

林娟, 蒋立, 潘龙, .

复杂近地表多次波分析及压制方法探讨——准噶尔盆地腹部地震资料处理实例

[J]. 石油地球物理勘探, 2021, 56(6):1229-1235,1196.

[本文引用: 1]

Lin J, Jiang L, Pan L, et al.

Analysis of complex near-surface multiple waves and discussion on suppression methods:A case of seismic data in the hinterland of the Junggar Basin

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2021, 56(6):1229-1235,1196.

[本文引用: 1]

彭思凯, 李志娜, 李振春.

地震资料多次波压制方法研究进展及展望

[J]. 地球物理学进展, 2021, 36(5):2069-2081.

[本文引用: 1]

Peng S K, Li Z N, Li Z C.

Research progress and prospect of multiple suppression method for seismic data

[J]. Progress in Geophysics, 2021, 36(5):2069-2081.

[本文引用: 1]

刘俊, 吴淑玉, 高金耀, .

南黄海中部浅水区多次波衰减技术及其效果分析

[J]. 物探与化探, 2016, 40(3):568-577.

[本文引用: 1]

Liu J, Wu S Y, Gao J Y, et al.

An effectiveness analysis of multiple depression technique in the Shallow water of the central uplift in South Yellow Sea

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2016, 40(3):568-577.

[本文引用: 1]

马继涛, 廖震, 齐娇, .

基于迭代阈值收缩的高分辨率Radon变换方法效果对比

[J]. 物探与化探, 2021, 45(2):413-422.

[本文引用: 1]

Ma J T, Liao Z, Qi J, et al.

The comparison of effects of high-resolution Radon transform based on iterative shrinkage thresholding

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2021, 45(2):413-422.

[本文引用: 1]

张宏智, 王大龙, 张春牛, .

基于地震信号相似性的S变换域多次波压制技术

[J]. 物探与化探, 2023, 47(1):208-216.

[本文引用: 1]

Zhang H Z, Wang D L, Zhang C N, et al.

Multiple suppression in the S-transform domain based on the similarity of seismic signals

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(1):208-216.

[本文引用: 1]

Van Dedem E J, Verschuur D J.

3D surface-related multiple prediction using sparse inversion:Experience with field data

[C]// SEG Technical Program Expanded Abstracts 2002,Society of Exploration Geophysicists,2002:2094-2097.

[本文引用: 1]

Verschuur D J.

地震多次波去除技术的过去、现在和未来

[M]. 陈浩林,张保庆,刘军,等译. 北京: 石油工业出版社, 2010.

[本文引用: 1]

Verschuur D J.

Seismic multiple removal techniques:Past,present and future

[M].Chen H L,Zhang B Q,Liu J,et al, translate. Beijing: Petroleum Industry Press, 2010.

[本文引用: 1]

贺紫林, 李振春, 李志娜, .

基于反馈迭代模型的多次波压制方法综述

[J]. 物探与化探, 2022, 46(2):275-284.

[本文引用: 1]

He Z L, Li Z C, Li Z N, et al.

A review of multiple suppression methods based on feedback iteration model

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(2):275-284.

[本文引用: 1]

徐强, 徐爽, 王炜, .

基于格林函数的层间多次波预测

[J]. 物探与化探, 2022, 46(6):1512-1517.

[本文引用: 1]

Xu Q, Xu S, Wang W, et al.

Prediction of interbed multiples based on the Green’s function

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2022, 46(6):1512-1517.

[本文引用: 1]

石颖, 王维红, 李莹, .

基于波动方程三维表面多次波预测方法研究

[J]. 地球物理学报, 2013, 56(6):2023-2032.

[本文引用: 1]

Shi Y, Wang W H, Li Y, et al.

3D surface-related multiple prediction approach investigation based on wave equation

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013, 56(6):2023-2032.

[本文引用: 1]

井洪亮, 石颖, 李莹, .

基于L1/L2范数的表面多次波自适应相减方法

[J]. 石油地球物理勘探, 2015, 50(4):619-625,2.

[本文引用: 1]

Jing H L, Shi Y, Li Y, et al.

Surface-related multiple adaptive subtraction method based on L1/L2 norm

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2015, 50(4):619-625,2.

[本文引用: 1]

谢宋雷, 刘伊克, 王一博, .

深水陡坡带绕射多次波压制方法研究

[J]. 地球物理学报, 2013, 56(9):3118-3123.

[本文引用: 1]

Xie S L, Liu Y K, Wang Y B, et al.

Study of diffracted multiple elimination on steep slope zone in deep water

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013, 56(9):3118-3123.

[本文引用: 1]

张连群, 陈宝书, 李松康, .

白云凹陷陆架—陆坡区多次波压制技术

[J]. 石油地球物理勘探, 2018, 53(2):236-242,219.

[本文引用: 1]

Zhang L Q, Chen B S, Li S K, et al.

Multiple suppression in continental shelf and slope areas of Baiyun Depression

[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2018, 53(2):236-242,219.

[本文引用: 1]

方云峰, 聂红梅, 张丽梅, .

基于数据规则化和稀疏反演的三维表面多次波压制方法

[J]. 地球物理学报, 2016, 59(2):673-681.

DOI:10.6038/cjg20160224      [本文引用: 1]

表面多次波是海洋地震勘探中的主要问题.目前,二维数据驱动的表面多次波压制技术(SRME)已经比较成熟,并且已经成为工业界压制海洋表面多次波的主流方法.但是由于二维SRME算法没有考虑横测线方向上多次波的贡献,导致在处理实际三维海洋资料时存在比较大的误差.将二维SRME算法扩展到三维空间后可以得到三维SRME算法,但是由于目前实际采集的三维海洋资料的观测系统存在拖缆漂移,而且横测线方向采样过于稀疏,直接应用三维SRME算法无法准确预测表面多次波.本文提出的通过数据规则化配合稀疏反演的三维表面多次波压制方法能够解决这种实际资料和三维SRME算法之间的矛盾.本文通过研究数据规则化与反规则化技术,使得数据分布满足三维SRME的要求;通过研究稀疏反演技术,有效解决了横测线方向采样稀疏对于多次波预测的影响,三维实际海洋资料的应用结果验证了方法的有效性和可行性.

Fang Y F, Nie H M, Zhang L M, et al.

3DSRME based on joint regularization and sparse inversion

[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2016, 59(2):673-681.

[本文引用: 1]

Moore I, Bisley R.

3D surface-related multiple prediction (SMP):A case history

[J]. The Leading Edge, 2005, 24(3):270-284.

[本文引用: 1]

Moore I, Dragoset B.

General surface multiple prediction:A flexible 3DSRME algorithm

[J]. First Break, 2008, 26(9):89-100.

[本文引用: 1]

/

京ICP备05055290号-3
版权所有 © 2021《物探与化探》编辑部
通讯地址:北京市学院路29号航遥中心 邮编:100083
电话:010-62060192;62060193 E-mail:whtbjb@sina.com , whtbjb@163.com