SWMA与SRME组合衰减自由界面多次波技术——在珠江口盆地A区的应用

张治忠，李三福，方中于，梁立锋,2，许自强，覃殿明，杨　薇

(1.中海油能源发展工程技术物探技术研究所，湛江　524057；2.河海大学　地球科学与工程学院，南京　210024)



SWMA与SRME组合衰减自由界面多次波技术
——在珠江口盆地A区的应用

张治忠1，李三福1，方中于1，梁立锋1,2，许自强1，覃殿明1，杨薇1

(1.中海油能源发展工程技术物探技术研究所，湛江524057；2.河海大学地球科学与工程学院，南京210024)

摘要：珠江口盆地A区自由界面多次波是影响该区最终成像效果的主要原因之一。通过SWMA(Shallow Water Multiple Attenuation)或SRME(Surface Related Multiple Elimination)对自由界面多次波进行压制，此类多次波在一定程度上得到了压制，但是剖面上仍有残留多次波。经分析，SWMA、SRME在压制自由界面多次波时各有长处，但也有一些缺点。SRME对数据本身及采集假设条件要求较高，使自由界面多次波衰减后有残留；而SWMA针对水层间振荡的多次波而设计，对自由界面中部分海平面相关的多次波不能衰减。这里采用SWMA与SRME组合技术在珠江口盆地A区衰减自由界面多次波，克服了上述单独应用SWMA或SRME压制多次波的缺点，取得了较好的压制自由界面多次波效果。

关键词：自由界面多次波；SWMA；SRME

0引言

多次波问题是海洋地震勘探中最突出的问题之一[1-4]。残留多次波直接影响地震剖面成像的可靠性和真实性，同时对地震数据解释的准确性影响也很大[5]。因此，衰减多次波信息突出有效波信息，反映地下真实地质情况是海洋地震数据处理的重要任务和难点之一。

目前压制多次波的方法很多，如预测反褶积方法、抛物线RADON变换法、SRME方法等。可将它们分为两大类：①利用多次波的周期性、动校后多次波与有效波产生时差等性质上的差异，用滤波方法将多次波分离开来进行衰减[6-15,18-23]；②基于声波波动方程的地震波传播理论，通过模拟波场运动来预测多次波的具体位置和能量大小，然后将多次波从原始信号中减去[16-17]。在实际工作中，由于勘探工区地质条件的复杂性和多次波的多样性，不同多次波衰减方法或多或少都存在一定局限性，仅用一种方法是不能完全衰减多次波的，所以多次波的衰减仍然是工作的难点[15]。

珠江口盆地A区地震资料处理成果目前最明显的问题之一，就是自由界面多次波衰减不理想。在地震资料处理中，自由界面多次波是各类需压制的多次波中主要压制对象。一般而言，自由界面多次波的衰减主要还是考虑自由界面多次波通过海平面反射所接收到信号的可预测性及水层间波场振荡的周期性来模拟它们。现在SRME或者SWMA都能在一定程度上对自由界面多次波进行压制，可它们都有局限性。其表现为：①SRME技术压制多次波后自由界面多次波仍会有残余；②SWMA设计时的专一性，使部分与海平面相关的自由界面多次波无法衰减。如果将这两种技术的优缺点进行对比分析，可以发现：①SWMA可以弥补SRME对采集要求过于严格的假设条件(空间采样要求较密，近偏移距需要采集信息，规则化采集无羽角等要求)；②SRME可以弥补SWMA针对波场在海平面与海底之间振荡产生多次波而设计的专一性，压制其他自由界面产生的多次波。因此，作者通过应用SWMA与SRME组合技术，对珠江口盆地A区进行自由界面多次波压制。实际应用效果表明，该方法压制效果较好，克服了两个技术各自的不足，解决了自由界面多次波残留的问题。

1工区地震资料特征

珠江口盆地A区为浅水区，地质构造复杂，基底变化较大，断裂活动频繁。近几年该区地震资料进行过多次处理和重处理，但仍未能解决中-深层洼陷成像不清、基底不结实、断裂不清楚等问题，满足不了当前研究任务。经多方面收集资料发现，影响该区地震资料成像的主要问题在于自由界面多次波非常发育。

自由界面多次波(图1)，主要包括海底相关的水层多次波(图1(a))、地层相关的水层多次波(图1(b))、海平面相关多次波(图1(c))。在处理中如何能将自由界面多次波进行衰减是目前多次波压制的主题。如果能够将此类多次波有效压制，将对海洋地震资料最终成果剖面成像产生根本影响。

对该区的地震资料品质进行分析，可清晰地在道集、速度谱以及地震剖面上看到自由界面多次波(图2)。图2中，竖线是图2(a)、图2(b)所对应的地震数据所在叠加剖面的位置。

从图2(a)可以看出，有效波同相轴(水平箭头所示)产生的一阶自由界面多次波同相轴(倾斜箭头所示)，它们形态非常相似、不易分辨。还有右下方位置的高阶自由界面多次波同相轴(椭圆圈内所示)非常清晰、易识别。从图2(b)可以看出，除了在有效波下方有难以区分的一阶自由界面多次波外，还有非常明显的自由界面多次波(如椭球圈内所示)。从图2(c)可以看出，自由界面多次波几乎全剖面可见。

由于自由界面(如海平面、海底)上、下介质的速度、密度差异较大，根据反射系数的计算公式可知，海平面及海底的反射系数较大，产生的地震波能量强，对地震波反射能量衰减较弱。因此，自由界面产生的多次波同相轴一般能完全覆盖住有效波同相轴，且分布范围广，全剖面可清楚呈现。尤其水层多次波，因其在海平面与海底间振荡的反射波能量衰减非常弱，所以在自由界面多次波衰减中，它是最难压制的。如果采用单独的SRME对其进行压制，最终成果剖面上仍能清楚地找出残留的水层多次波(图3如蓝色箭头所指，此残留的多次波周期正好是一个水层周期，所以判断它为水层残留多次波)。因此，要使洼陷、基底、断裂成像得到了改善，必须使自由界面多次波，尤其是水层多次波衰减问题得到解决。

图1　自由界面多次波Fig.1　Surface-related multiple(a)海底相关的水层多次波；(b)地层相关的水层多次波；(c)海平面相关多次波

图2　自由界面多次波Fig.2　Surface-related multiple(a)道集；(b)速度谱；(c)叠加剖面

图3　SRME多次波衰减流程处理成果剖面Fig.3　Multiple attenuation the finally result after the SRME prcessing

2方法原理

2.1SRME基本原理与优缺点

SRME通过地震数据褶积预测多次波模型，数据本身褶积得到一阶多次波，该多次波与数据本身进行褶积可得二阶多次波，其与数据本身褶积可得三阶多次波，同上可预测出经自由界面的所有阶次的多次波模型。最后，由均衡多道最小二乘自适应匹配滤波来衰减多次波。Verschuur[24]在Berkhout[25]和Verschuur[26]的基础上，给出了海上二维采集的多次波预测和自适应相减所用公式(式(1)—式(3))。

(1)

(2)

(3)

在第一次迭代中，原始数据作为有效波代入公式(3)。通过将原始数据与自身进行时空褶积，所有的子反射就“被褶积”在一起，从而预测出自由界面多次波。因此，通过将子反射做褶积运算，就可以预测出自由界面处向下反射了一次或多次的所有与自由界面有关的多次波，而完全不考虑其在地下的传播路径。

因此SRME压制多次波时无需知道地下介质构造、反射系数等较难求取的信息，而是通过地震数据本身驱动，由数据褶积来得到多次波模型，实质上是将多次波描述为多个子反射的褶积。自由界面多次波(图1)各子反射如果能被检波器接收，就能将相应多次波预测出来。该方法基本上做到了高保真保幅，可这种预测方式同时带来了几个基本假设：

1)采集要求完全规则，需要炮检等距的规则观测，而实际采集基本上满足不了上述要求。如果采用插值数据量巨大，内存计算都是问题，目前通用的做法都是通过最近点近似和偏移距校正来解决。

2)参与预测的多炮记录需满足地震子波一致性。而事实上由于震源的方向性、反射波场出射角度以及缆深的不同，各个偏移距上子波都不尽相同。还有自由界面多次波预测依赖于近角度海底波场信息，在浅水条件下，受海洋拖缆最小偏移距限定，这点很难满足。

3)拟合的多次波要与数据匹配，对数据空间采样要求较密，可这不符合现实计算操作。

综上所述，SRME可以压制自由界面多次波，但由于本身的假设条件较为严格致使多次波与有效波在时间及振幅上产生差异，所以自由界面多次波经衰减后仍有残留。

2.2SWMA基本原理与优缺点

SWMA技术的基本原理是将地震数据通过τ-p变换映射到τ-p域，然后根据多次波在τ-p域具有严格的周期性这一特征，通过τ-p域波场延拓估计多次波模型，再应用均衡多道最小二乘自适应匹配滤波将多次波从地震数据中减去。模型预测方法可以通过式(4)简单描述。

φ(τ,p)=∫φ(t,x)dt

(4)

式中，φ(t,x)表示时-空域地震记录；φ(τ,p)表示对地震记录执行τ-p变换后的结果。

φ(τ,p)=∫ φ(x,τ + px)dx

(5)

式(5)就是常用的τ-p变换公式，其反变换公式如式(6)所示。

φ(x,t)=∫ φ(p,t-px)dp

(6)

在τ-p域进行波场延拓预测多次波，需要海水的模型信息(水深及水速)。将地震波场在水层中延拓一个双旅行时，于是一次波就变成二次反射波，各阶多次波的阶数增加一。不同射p线的延拓周期如公式(7)所示，这样就可以得到所有阶次的水层多次波。τ-p变换和波长延拓，如图4所示[28]。

(7)

式中:α(0)代表海底时间；νw代表水层速度。

图4　τ-p域波场延拓示意图Fig.4　Wave field extending in τ-p domain

采用SWMA衰减多次波时，由于τ-p域有效波数据与自由界面多次波数据会表现出严格的周期性，所以不会出现像时间域远偏移距多次波周期性变差的情况。只需要知道海水速度与水深，就可以将与水层有关的各级次多次波预测出来，而水速与水深在浅水地区是比较容易获得的且较准确。通过该方法可以高保真保幅地预测出多次波模型。但是SWMA是针对波场在海平面与海底之间振荡产生多次波(图1(a),图1(b))而特定设计，对于部分海平面相关自由界面多次波衰减无能为力。

综上所述，SWMA基本没有太多采集假设，且比SRME更有效地压制海平面与海底之间产生的多次波。由于设计时的专一性，致使其他自由界面产生的多次波不能得到衰减。

3应用实例

结合珠江口盆地A区自由界面多次波较为发育情况，分别采用SWMA、SRME及组合技术进行自由界面多次波压制试验。通过分析多次波压制前后效果可以看到：SWMA多次波压制前(图5(a))后(图5(b))，速度谱上水层多次波能量团得到了有效地衰减，有效波能量团得到最大程度保护，叠加剖面及道集上能清晰地看到多次波得到有效压制，地震资料信噪比提高，但还是可以看到有部分自由界面多次波残留(图5(b)中ⅱ、ⅲ、ⅳ所示)；SRME多次波压制前(图5(a))后(图5(c))，速度谱上自由界面多次波能量团得到了有效地衰减，有效波能量团同样得到了最大程度保护，叠加剖面及道集上也能清晰地看到下覆地层自由界面多次波得到了有效地压制，但可以清晰地发现在有效波同相轴(图5(c)中ⅰ所示)下面紧跟的一个水层多次波(图5(c)中ⅱ所示)没有得到较好的衰减，而其后相关的自由界面多次波(图5(c)中ⅲ、ⅳ所示)，衰减较为理想；采用SWMA与SRME组合技术压制自由界面多次波前(图5(a))后(图5(d))，自由界面多次波衰减非常理想，没有出现SWMA与SRME出现的自由界面多次波残留的问题。所以作者提出的组合技术有效地解决了珠江口盆地A区自由界面多次波压制的问题，使该区地震资料信噪比得到进一步提高。

为了展示作者研制的方法对地震资料最终成像的影响，将SWMA与SRME组合技术衰减自由界面多次波处理流程及参数，与单独应用SRME衰减自由界面多次波处理流程及参数应用于同一测线进行对比。可见，组合技术使自由界面残余多次波得到有效衰减(图6(b))，效果明显优于单独应用SRME衰减多次波的效果(如图6(a)速度谱蓝色箭头所示)。

图5　自由界面多次波衰减Fig.5　Surface-related multiple attenuation(a)自由界面多次波压制前叠加剖面、道集、速度谱；(b)SWMA衰减自由界面多次波后叠加剖面、道集、速度谱；(c)SRME衰减自由界面多次波后叠加剖面、道集、速度谱；(d)SWMA与SRME组合技术衰减自由界面多次波后叠加剖面、道集、速度谱

图6　自由界面多次波衰减后成果对比图Fig.6　Result comparison after surface-related multiple attenuation(a)SRME衰减自由界面多次波成果剖面及速度谱；(b)SWMA与SRME组合技术衰减自由界面多次波成果剖面及速度谱

4结论

经SWMA与SRME原理分析得出其各自优缺点，并用组合技术克服了其不足。在珠江口盆地A区地震资料实际应用中，得到了非常理想的效果。与常规流程SRME自由界面多次波衰减技术所得成果相比，SWMA与SRME组合技术衰减自由界面多次波所得成果：多次波衰减更干净，信噪比更高，波组特征更明显，其优越性突出。

这里提出的SWMA与SRME组合技术只在浅水野外地震资料中应用，坡折带及深水资料的应用还有待实际处理效果进行论证。

建议采用SWMA与SRME组合技术应用时，SWMA在前SRME在后。因为SWMA能高保真保幅地压制海平面与海底多次波，其残留的海平面与海底多次波几乎可以忽略，所以完全不影响SRME对多次波的预测；再通过SRME压制其他自由界面多次波。如果先应用SRME压制自由界面多次波，海平面与海底多次波将有残留，虽然也是高保真保幅处理，但会影响SWMA自适应相减的效果。

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The combination of SWMA and SRME for surface-related multiple attenuation ——case study in the a block of the Zhujiangkou basin

ZHANG Zhi-zhong1，LI Shan-fu1，FANG Zhong-yu1，LIANG Li-feng1,2，XU Zhi-qiang1，QIN Dian-min1，YANG Wei1

(1.Geophysical Department,E&D Research Institute,Energy Technology &Services Co.,Zhanjiang524057，China；2.Hohai University，School of Earth Science and Engineering,Nanjing210024，China)

Abstract:Surface-related multiple is one of main reasons that affects final image in the A block of the Pearl River Mouth basin.The SWMA(Shallow Water Multiple Attenuation) and SRME(Surface Related Multiple Elimination) both work at suppressing surface-related multiple.But each one merely attenuates part of multiple,remanent multiple still left.SWMA or SRME own respective advantages in surface-related multiple attenuation.At the same time each of them also has itself limitation.For example,SRME has high requirement for dataset and acquirement assumption,and SWMA is a special design only for water layer peg-legs,but other multiple are related with sea level,it can not do well.In this paper,the combination of SWMA and SRME is applied to attenuate surface-related multiple in the A block of ZhuJiangKou basin.The new technique overcame those disadvantages that SWMA or SRME carries.While obtained better image than previous methods.

Key words:surface-related multiple；SWMA；SRME

收稿日期：2015-02-03改回日期：2015-03-24

基金项目:中国海洋石油总公司技术发展项目(CNOOC-KJ 125 ZDXM 07 LTD NFGC 2014-04)

作者简介：张治忠(1987-)，男，硕士，主要研究方向油气地球物理，E-mail:zhangzhzh7@cnooc.com.cn。

文章编号：1001-1749(2016)02-0244-08

中图分类号：P 631.4

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2016.02.16