震源子波反褶积在海洋地震资料处理中的应用

王红丽，丁在宇，桂德军，黄金连

（1.国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，青岛海洋地质研究所，山东青岛 266071；2.中国石油天然气股份有限公司东方地球物理公司研究院大港分院，天津大港 300280；3.CGGVeritas北京办公室，北京 100004）

震源子波反褶积在海洋地震资料处理中的应用

王红丽1，丁在宇2，桂德军3，黄金连2

（1.国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，青岛海洋地质研究所，山东青岛 266071；2.中国石油天然气股份有限公司东方地球物理公司研究院大港分院，天津大港 300280；3.CGGVeritas北京办公室，北京 100004）

辨别和消除虚反射及气泡效应的影响是提高海洋地震资料分辨率和解释精度的重要环节。研究了压制海洋地震资料虚反射和气泡效应的震源子波反褶积方法，根据震源子波处理的原理及反滤波因子的求取过程，给出了实际生产中常用的震源子波处理流程。首先通过确定性子波反褶积消除虚反射、气泡震荡的影响，然后对震源子波进行整形处理，使其满足后续的反褶积处理所需的最小相位假设条件。将上述方法应用于南黄海盆地某工区实际资料处理，使地震剖面上反射波的续至相位得到有效抑制，子波的形态得到了很好的恢复，证明方法是实用的。

反褶积；虚反射；子波处理；续至相位

1 问题的提出

海上地震勘探采用气枪激发，强能量的虚反射和明显的气泡效应是海上地震资料特有的现象：一方面，在气枪激发的瞬间，高压空气迅速从枪体中释放，发出一个尖锐的脉冲，脉冲能量在向下传播的同时也向上传播，在海平面被反射，形成一个极性相反的脉冲信号，即人们所说的虚相位或虚反射［1－2］；另一方面，气枪在水中激发的瞬间，伴随着气泡的膨胀和破裂产生第二次冲击波，形成气泡效应［3］。受虚反射和气泡效应的影响，海上勘探地震子波的续至相位很多，严重影响子波质量，使剖面波组特征变差（图1）。

图1 受子波续至相位影响的地震剖面

随着勘探程度的不断深入以及处理和解释手段的不断提高，辨别和消除虚反射及气泡效应的影响已成为提高海洋地震资料分辨率和解释精度的重要环节。孙振刚等［4］、宁日亮等［5］、李振勇等［6］提出将

远场子波处理技术作为海洋拖揽地震资料处理的关键技术。但常用的预测反褶积或τ－p反褶积难以较好地压缩地震子波，提高海洋地震资料的分辨率。因此，研究气枪震源的子波处理技术具有重要的理论和实际意义。我们基于震源子波处理的原理和反子波算子的求取过程，应用确定性震源子波反褶积技术消除虚反射、气泡效应对地震子波的影响，改善剖面的波组特征，为资料后续处理奠定了基础。

2 确定性子波反褶积

根据最小平方法原理，整形后的信号y（t）与期望输出的信号d（t）能量差应该最小。二者的误差平方和可表示为

3 震源子波反褶积

地震记录的褶积模型通常可用下式［7］来表示：

式中：x（t）代表地震记录；ω（t）为基本地震子波；e（t）为地层脉冲响应；n（t）为随机环境噪声。在假设随机环境噪声n（t）为0，震源波形已知的情况下，公式（9）可简写为

在海上地震勘探中，可以记录震源组合的远场子波，故（10）式可改写为［8］

式中：s（t）为震源子波，是进入地层以前在远场中记录得到的。采用震源子波反褶积方法消去公式（11）中的远场子波s（t），即先通过预测反褶积求取去气泡因子a（t），然后通过公式（8）求取确定性子波反褶积的整形因子f（τ），则震源子波反褶积因子为

将b（t）与地震记录x（t）褶积，得到褶积后的地震记录

由公式（13）即可将s（t）转换为最小相位子波，使后续的反褶积条件得到满足。

4 反褶积算子的求取

震源子波反褶积因子由去气泡因子和整形因子两部分构成。我们通过预测反褶积来压制气泡和虚反射，得到去气泡因子；通过子波整形技术将震源子波整形为最小相位，求取整形因子。

图2展示了预测反褶积压制气泡的过程。由图2a中的远场信号及其频谱均可以看出，信号中存在气泡。对远场信号做自相关，可以发现在125ms处存在明显的气泡（图2b），因此，设计的去气泡因子的算子长度应大于250ms。我们采用的预测反褶积参数是：算子长度500ms，预测步长45ms，白噪系数1%。对比去气泡前、后的信号和频谱可以看出，压制气泡后（图2c），远场子波的续至相位减少，频谱也变光滑。

图2 气泡的压制

求取混合相位子波转换为最小相位子波的整形因子过程分为3步。

1）计算最小相位子波b（t）的反子波a（t），因为最小相位子波与已知子波ω（t）的自相关函数rω（τ）相同，所以最小相位反子波可以根据（14）式计算得到。

2）根据最小相位反子波的自相关函数ra（t）计算最小相位子波b（t）。

3）根据已知混合相位子波，以最小相位为期望输出，计算整形因子。

图3显示了混合相位子波通过子波整形处理形成最小相位子波的效果。

上述远场子波没有考虑实际应用中的气枪激发延迟，反褶积因子的求取未考虑远场子波的极性是否与实际地震资料的极性一致，且含有检波点端虚反射。而实际生产中的震源子波（常常是室内模拟的子波）往往有气枪激发延迟，且不含有检波点端虚反射。图4给出了实际生产中常用的震源子波处理流程。在应用该流程时，我们可以根据实际情况来选择需要的步骤。

图3 子波整形因子的求取

图4 生产中常用的震源子波处理流程

为了更好地求取反褶积因子，对于图4中的每一步骤都要显示信号的振幅谱和相位谱，做好质量监控，通过比较震源子波处理前、后的单炮及其频谱以及叠加剖面，来检验反褶积因子求取的效果。

5 实际应用效果分析

实际资料所属工区位于长江口至济州岛连线以北的南黄海盆地，平均水深为45.3m，最大水深在济州岛北侧，为140m。南黄海海域新生代盆地由北部坳陷、中部隆起和南部坳陷构成，北缘以千里岩断裂为界与千里岩隆起相连，南部为勿南沙隆起区，隆起区以南为江山—绍兴断裂。地震数据采用拖缆采集，气枪激发，震源深度8m，缆深12m。

图5是工区子波处理前的叠加剖面，经过子波反褶积中的去气泡处理后，气泡对子波的影响得到基本消除（图6）。图7是进一步通过子波整形把地震数据转为最小相位后的叠加剖面，可见波组特征变得更加清晰，同相轴的连续性得到较大改善。通过震源子波反褶积处理，地震剖面上续至相位得到有效抑制，远场子波的气泡和虚反射得到了很好的压制，子波的形状得到了很好的恢复（图8）。

图8 压制气泡和虚反射前（a）、后（b）的远场子波

6 结束语

在海洋地震资料上，实际的气枪子波并不是人们所期望的形态，而是被虚反射及气泡效应改造过的子波。利用震源子波处理技术可以基本消除虚反射和气泡效应的影响，并将子波转化为最小相位子波，为后续的反褶积处理创造良好的条件。

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（编辑：戴春秋）

Wang Hongli，Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology，Ministry of Land and Resources，Qingdao Institute of Marine Geology，Qingdao 266071，China

Application of seismic source wavelet deconvolution in marine seismic survey.

Wang Hongli，Ding Zaiyu，Gui Dejun，Huang Jinlian.

GPP，2013，52（1）：49～54

The identification and elimination of ghost and bubble effect is an important step for improving resolution and interpretation accuracy of marine seismic data.We discussed the source wavelet deconvolution method for suppressing ghost and bubble effect in marine seismic data and gave conventional source wavelet processing workflow.Ghost and bubble effect are firstly eliminated by means of deterministic wavelet deconvolution，Minimum phase is then used in shape-correction treatment of air gun waveform to make it meet minimum phase hypothesis needed in deconvolution.The above methods were applied on the actual data from South Yellow Sea Basin.The results show that secondary arrival phase of reflections in seismic section is effectively inhibited and wavelet shape is recovered，which proves the effectiveness of the methods.

deconvolution；ghost；wavelet processing；secondary arrival phase

10.3969/j.issn.1000-1441.2013.01.008

631.4

A

1000-1441（2013）01-0049-06

2012-02-13；改回日期：2012-08-17。

王红丽（1979—），女，硕士，工程师，主要从事地震资料处理及其方法研究工作。