多步串联技术在海洋深水长记录多次波衰减中的应用

徐云霞，文鹏飞，李福元，张宝金

(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 资料处理研究所，广东 广州 510760)



多步串联技术在海洋深水长记录多次波衰减中的应用

徐云霞1,2，文鹏飞2，李福元2，张宝金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 资料处理研究所，广东 广州 510760)

多次波是海洋资料中最主要的噪声，多次波衰减是海洋资料处理的核心部分之一。 目前海洋资料处理中常用SRME、Radon以及分频衰减残余多次波串联的方法进行多次波的压制，但深水长记录地震资料由于记录长度较长，因而多次波具有能量强、周期长、阶数多的特点。且在深海的非沉积层区域，多次波覆盖范围由于没有有效信号，相对背景而言具有频带宽、与有效信号频带重叠、能量强的特点，严重影响剖面的成像质量。运用常用的串联方法很难较好地衰减多次波，因此提出将SRME、高精度Radon变换、f—x域反褶积相串联的方法进行深水长记录多次波的衰减，用f—x域反褶积方法代替常规使用的分频方法；分别衰减近道、中远道以及残余强能量、宽频多次。通过实际深水资料的应用，该串联方法取得了良好的多次波压制效果。

深水长记录；多次波；多步串联；SRME；高精度Radon；f—x域反褶积

1　引　言

多次波是海洋资料中最主要的噪音，根据其传播路径可将多次波分为虚反射多次波、海底全程多次波、与水层相关的微屈多次波及层间多次波[1]。而深水地震资料受水深、海况、地质情况等的影响，多次波发育更加显著，包括海底相关的多次波以及崎岖海底绕射多次波，严重影响资料的成像质量，因此多次波的去除也显得更加重要。

目前常用的多次波压制方法主要分为三类：

1)利用多次波的重复性和统计特性压制多次波，如预测反褶积等；

2)基于一次波与多次波正常时差差异压制多次波的方法，如拉冬变换、聚束滤波等；

3)基于波动理论的多次波模型减去法，如波场外推法、SRME法等。

不同的多次波衰减方法都有其各自的优缺点，只能针对特定类型的多次波，任意一种单一的多次波去除方法都无法将海洋深水资料中的多次波完全消除[2-5]。因此针对每种方法的特点进行组合，采用多步串联的方法进行多次波的衰减是去除海洋深水多次波的有效途径[6]。

通常海洋资料多次波去除处理中所常用的多步串联方法是SRME、高精度Radon、分频去绕射多次波，该串联方法运用SRME衰减近道多次波；运用高精度Radon变换衰减中、远道多次波；运用分频取绕射多次衰减残余的高频成分的多次波。但在深水资料中，由于多次波出现位置较深，基本属于非沉积区域，该区域没有有效信号，剩余多次波的特点是能量强，频带宽，低、中、高频均具有多次波，此时运用常规的串联衰减多次波的方法不能对该区域的多次波进行衰减因此本文提出利用f—x域反褶积来代替常规的分频去绕射多次波的步骤，运用SRME、高精度Radon、f—x域反褶积相串联的方法进行深水多次波的衰减，在实际的深水长记录资料应用中取得了良好的效果。

2　深水多次波特点分析

深水多次波具有的特点是多次波能量强，常强于同一时间记录时间处的一次波能量；多次波周期长，与一次波区分明显；受水深和记录长度的影响，分为一阶全程多次波和二阶全程多次波以及高阶全程多次波；在崎岖海底地区，绕射多次波发育。假如深水资料记录长度较短，则炮集或剖面上受多次波的影响不会很严重；但本工区资料由于记录长度较长，为16s，因此，在记录上严重受到多阶多次波干扰。图1、图2分别为该工区资料的炮集和初次叠加剖面显示，由图1和图2可知，工区的水深较深，深度变化较大，在1 500～4 400m之间，海底构造崎岖；海底相关的多次波严重，由崎岖海底造成的绕射多次波严重，深层属非沉积区域，能量弱，有效信号少。

图1　深水多次波在道集上的显示Fig.1　The gather show of deep water multiple

图2　叠加剖面中多次波Fig.2　The multiple in stack section

3　多次波压制技术

在海洋资料处理中，常用多步串联方法衰减多次波，通常使用的串联方法是SRME、Radon、分频去残余多次波。本工区资料多次波严重，且频带较宽，多次波频带与有效信号严重重叠，因此结合工区资料特征，本文提出采用SRME、高精度Radon以及f—x域反褶积相串联的方法进行多次波的衰减。具体实现步骤如下：

3.1SRME

SRME即地表相关多次波去除方法。是利用叠前地震数据中的反射波信息来构建地表相关多次波的一种数据驱动的多次波去除方法，该方法不需要知道详细的地下界面信息，如速度等[7-9]，利用克希霍夫求和法去自动构建多次波的同相轴组合。最后再用原始数据减去多次波模型就得到去除海底相关多次波的结果。

SRME的计算过程分为两步：

1)多次波模型建立

模型建立过程需要注意两个问题：①是要进行外推，因为在海上进行多道地震采集中，有最小偏移距的问题，通常为150m或者250m，在最小偏移距范围内没有接收点，接收不到任何反射信息，而通常模型建立是需要波场的完整性，因此要通过外推的方式补偿缺失的近偏移距成分；②是在模型建立之前要消除采集中的时差，因为有些采集存在记录提前的情况。

2)匹配相减

匹配分为全局匹配和局部匹配两部分，全局匹配是要实现多次波模型与实际数据多次的能量和相位的一致性；局部匹配就是多次波去除的过程。在这两个过程中要注意时窗的选择，通过合理的试验确定最优的时窗，使其在最大程度地压制多次波的同时不损害有效信号。

SRME具有只依赖于数据本身，能很好地衰减地表相关多次波的优点。但该方法只是对近道多次波消除效果较好，而对中、远道的多次波去除效果较差。图3为SRME近、中、远偏移距的多次波衰减效果对比图，由图3中可以看出，近道的多次波消除效果良好，而中、远道，尤其是远道残余较多的多次波。因此对于中、远道的多次波需要通过其他的方法进行消除。

3.2高精度拉冬变换

高精度Radon变换主要利用一次波与多次波之间速度或时间差异来实现多次波的衰减，为了有效地区分多次波和有效波，该变换在动校后的道集上进行处理。在动校正道集上，一次波被拉平，多次波由于动校不足而与有效波有一定的时差，通过控制多次波与有效波的时差，来确定哪一部分是要保留的信号，哪一部分是要衰减的多次波。通常人们选择动校拉平对应的时刻附近的区域为要保留的信号，在这个范围之外为多次波。随着偏移距的增大，多次波与有效波的时差越来越大，更利于进行多次和有效波的分离，因此高精度Radon更适合进行中、远道多次波的去除。需要注意的是，为了不损害有效信号，速度一定要准，否则容易残留多次波或者伤害有效信号。

图3　SRME多次压制前与近、中、远偏移距剖面上压制效果对比(a为原始叠加剖面，b、c、d、e分别为SRME 后第1、50、200、480道的共偏移距剖面)Fig.3　The comparison section of original section and after SRME at the near, middle, far common offset section(a:original stack section；b,c,d,e is after SRME the 1,50,200,480 channel common offset section)

图4为Radon变换前图4(a)后图4(b)道集对比图，由图中可得中远道的多次被明显消除，图4(c)为变换前后的FK谱对比图，由Radon变换前的FK谱可知多次波的频率范围主要在50Hz以下，分布有大量的随机噪音；经过高精度Radon以后，中、远道的多次波得到一定程度的压制，随机噪音得到一定程度的衰减。

图4　高精度拉冬变换压制多次前(a)后(b)以及FK谱(c)对比Fig.4　The comparison gather and FK spectrum of before and after high precision Radon transform

同时由图4中Radon变换后的道集可知，在12s左右，该区域主要为非沉积区域，仍然残留有一些能量较强的多次波，由于该部分没有有效信号，因此多次能量相对背景而言极强，这就会对最终的偏移成像造成极大的影响，造成偏移画弧，严重影响最终剖面的成像效果，因此仍然需要通过有效的方法将其进行去除。通过分析其频谱图5发现，该部分噪音的频带范围较宽，与有效信号的频带范围基本一致，仅通过常用的分频去噪方法不能对此类噪音进行良好的衰减。通常对残留的噪音可以通过近道切除的方法进行去除，但由该数据的道集可以看出，噪音残留的部分不只是在近道区域，因此不需要运用更有效的去噪方法对该噪音进行压制，本文针对该类多次波提出应用f—x域反褶积的方法。

图5　Radon后有效波(a)与多次波(b)频谱对比Fig.5　The comparison of effective signal(a) and multiples after Radon(b)

3.3f—x域反褶积

任意一组地震记录可以看作是t—x域的物理现象，t为时间，将每一道进行傅里叶变换得到的结果代表f—x域。反褶积去多次波的原理主要是基于信号的可预测性，则f—x域反褶积的原理可以简化为：假如信号在f—x域里具有可预测性，则f—x域反褶积具有压制多次波的功能。

假设一个振幅和斜率一致的脉冲信号

t=I+sx

(1)

其中I为截距，s为斜率，将其进行傅里叶变换，得到在f—x域的响应为ei2πft·ei2πfsx，该式可以通过ei2πfsΔx进行预测，说明斜率一致的脉冲信号可通过f—x反褶积实现多次波的去除。

假设信号由两种不同斜率的脉冲信号t1=I+s1x和t2=I+s2x组成，则对应的信号为

y=t1+t2

(2)

两脉冲信号对应的Z变换为A1(z)和A2(z)其中

(3)

(4)

其中k=2πf，两信号均可通过eikΔx进行预测，

则信号y所对应的Z变换为A1(z)+A2(z)，则

(5)

b=ei(k1+k2)Δx

则可预测项为

(6)

图7为通过本文提出的SRME、高精度Radon、 f—x域预测反褶积串联压制多次波实际资料应用效果，图7(a)为原始叠加剖面，图7(b)为多步串联压制多次波后的叠加剖面。从对比图中看出，原始叠加剖面中严重存在海底相关多次波、崎岖海底造成的绕射多次波经过本文提出的串联压制多次波的方法后，多次波得到良好的压制，剖面效果得到明显改善。

图6　f—x域预测反褶积前(a)后(b)对比Fig.6　The comparison of predicted deconvolution section before(a) and after(b) f—x decon

图7　原始输入(a)与多次波压制最终结果(b)对比Fig.7　The comparison section of originalinput(a) and after attenuation(b)

4　结　论

本工区由于记录长度较长，且水深变化较大，海底崎岖，因此存在严重的多阶多次波干扰，包括海底相关多次波干扰以及崎岖海底造成的绕射多次波干扰，多次波的压制成为资料处理的重点与难点。

本文通过多步串联的方法进行工区多次波的衰减：运用SRME压制近道多次波干扰，对近道多次波进行了很好的压制；对用SRME无法压制的中、远道多次波干扰运用高精度Radon变换压制。在深层的非沉积区域经过前面两种衰减多次波方法后仍然残余有能量强、频带宽的多次干扰，运用f—x域反褶积的方法对其进行压制，取得了良好的应用效果。

结果表明本文提出的将SRME、高精度Radon以及f—x域反褶积相串联的方法能很好地对深水长记录中存在的多阶强能量多次波进行良好的衰减，具有很强的应用效果。

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The Application of Multi-steps Tandem Technology to Attenuation of Multiples on Deep Ocean Long Records

Xu Yunxia1,2，Wen Pengfei2，Li Fuyuan2，Zhang Baojin2

(1.Key Laboratory of Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou Guangdong 510075, China;2.Data Procession Institute, Guangzhou Marine Geology Survey, Guangzhou Guangdong 510760, China)

Multipleisthemainnoiseintheoceandata,sotheeliminationofmultiplesisoneofhardcorepartduringtheprocessing.Nowinoceandataprocessing,SRME,Radontransformandfrequencydivisionareusuallyappliedtoattenuatemultiples.Becausetherecordtimeofdeepoceanseismicdataislong,themultipleindeepwaterdatahasthecharacteristicsofstrongenergy,longperiodandmanyranks.Andindeepocean’snon-sedimentarea,thereisnosignalofthisnoiseoverlayregion.Comparedwithbackground,thismultiplehasthecharacteristicsofwidefrequencyandstrongenergy.Thisnoiseseriouslyaffectsthesectionquality.Theuseofcommontandemmethodsusuallycan'tattenuatemultiplewell,sothispaperusesSRME,highprecisionradontransform, f—xdeconvolution,multi-stepstandem'smethodtorespectivelyattenuatethemultiplesatnearchannel,middleorfarchannelandremnantstrongenergy.Usingf—xdeconvolutiontoreplacethefrequencydivisionmethodisveryeffective.Bytheactualuse,thisconcatenationmethodhasgoodapplicabilityindeepocean'slongrecords.

deepoceanlongrecordmultiple;multi-stepstandemmethod;SRME;highprecisionRadon;transformf—xdeconvolution

1672—7940(2016)03—0350—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.03.018

徐云霞(1985-)，女，工程师，主要从事海洋地震资料处理工作。E-mail：xuyx2013@126.com

P631.4

A

2015-10-15