（地球探测与信息技术专业论文）基于逆散射理论压制多次波方法研究.pdf

at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ： z h a n gc h u a n q i a n g s u p e r v i s o r ：p r o f l iz h e n c h u n s c h o o lo fg e o s c i e n c e s c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( h u a d o n g ) 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 ； j 学位论文作者签名：至丛兰董墨兰日期：z ，年r 月? 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门 ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被 查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用 影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：委丝堑茎星至 指导教师签名： 兰乏型2 日期：；v o l t 年，月歹，日 日期：枷，年月f 日 摘要 多次波压制问题是地震勘探中最突出的问题之一，随着勘探复杂程度的增大及勘探 精度要求的提高，基于信号理论的多次波压制方法往往无法满足地震勘探的要求，而基 于波动理论的多次波压制方法综合考虑了多次波传播的运动学及动力学特征，且几乎不 需要任何先验信息就可以进行处理，不仅避免了基于信号域压制方法的一些局限性，而 且能够取得较好的压制效果，所以显示出了其一定的优势，具有很好的发展空间和应用 前景。 本文首先对逆散射理论以及逆散射理论的发展做了简单的介绍，接着对多次波的基 础知识以及常用的压制方法进行了回顾，简单介绍了基壬信号域和基于波动域的几种常 用的压制方法原理和实现过程。本文着重研究的是波动方程结合w e g l e i n 等提出的求逆 散射级数的理论计算方法来压制多次波( 以下简称i s s 方法) ，它是以波动理论和b o m 级数为基础，构造一个与自由表层相关的子序列来预测并消除多次波，该方法不需要知 道地下的速度结构信息，适用于各种复杂的地下状况，在逆散射级数法实现的过程中， 子波估计和近道波场的恢复是必不可少的，i s s 方法能够在去除自由表层多次波的同时， 保留有效波的信息，对于复杂结构也同样有效。在引入能量最低法则来自适应压制多次 波，并取得了较好的效果。另外对i s s 方法压制层间多次波做了一定的探索，实现对原 理和公式完整推导。该方法不依靠速度模型，一次能预测与所有界面相关的同阶的层间 多次波。最后通过简单模型、复杂模型、s i g s b e e 2 b 模型以及实际资料的处理，证明了 应用逆散射级数法来预测与压制多次波的有效性和实用性，同时能够较好的保持有效波 的能量。 多次波压制方法的研究需要更多地球物理勘探工作者的努力和奋斗，相信随着勘探 难度的增加以及计算机技术的发展，现有的基于波动理论的多次波压制技术会逐渐趋于 完善，而新的理论和方法也会随之诞生，更好的为地震资料处理服务。 关键词：多次波压制，逆散射理论，逆散射级数，一渎动理论一能量最低法则 b a s e do nw a v et h e o r yc o n s i d e rb o t ht h ek i n e m a t i c sc h a r a c t e r i s t i ca n dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c o fw a v ep r o p a g a t i o n ，a n dt h e yd on o tn e e da n yp r i o r ii n f o r m a t i o nt oh a v eab e t t e rp r o c e s s i n g r e s u l t t h i sn o to n l ya v o i d st h el i m i t a t i o n so fm e t h o d sb a s e do ns i g n a lt h e o r yb u ta l s oc a n g i v eas a t i s f a c t o r yr e s u l t ，s ot h e yh a v et h e i ra d v a n t a g e sa n dw i l lh a v eag o o df u t u r e t h i st h e s i sf i r s tr e v i e w st h ef u n d a m e n t a l k n o w l e d g e o fm u l t i p l ea n d m u l t i p l e s u p p r e s s i o nm e t h o d sw ea l w a y su s e ，w i t ht h ee m p h a s i so nm e t h o d sb a s e db o t ho ns i g n a la n d w a v et h e o r y i nt h i sp a p e ri n v e r s es c a t t e r i n gs e r i e s me t h o di sb a s e do nw a v ee q u a t i o na n d b o ms e r i e s ，m u l t i p l e sa r ep r e d i c t e da n dr e m o v e db yc o n s t r u c t i n ga s u b s e r i s e lc o r r e s p o n d i n gt os u r f a c e - r e l a t e dm u l t i p l e s t h i sm e t h o dd o e sn o tn e e da n y s u b s u r f a c ei n f o r m a t i o na n di ss u i t a b l ef o rd i f f e r e n tk i n d sf o r a p p l y i n g f o r c o m p l e x s t r u c t u r e s h o w e v e r , s o u r c ew a v e l e ta n dn e a ro f f s e tt r a c e si n f o r m a t i o nw i l lb en e e d e df o r a p p l y i n gt h i st e c h n i q u e a d de x p a n d e dp s e u d o m u l t i c h a n n e lm a t c h i n gf i l t e r i n gm e t h o di n t o t h es r m ef l o wt og e tt h ef i n a lm u l t i p l es u p p r e s s i o nf l o w t h ee x a m p l e so fas y n t h e t i cd a t a s t u d ya n dam a r i n ed a t as h o wt h a tt h ef r e e - s u r f a c em u l t i p l ec a nb ew e l la t t e n u a t e di nb o t h p r e s t a c kg a t h e r sa n ds e i s m i cs e c t i o nb yi m p l e m e n t a t i o nw i t hi n v e r s es c a t t e r i n gs e r i e sm e t h o d t h er e s e a r c ho fm u l t i p l es u p p r e s s i o nm e t h o dn e e d sm o r es e i s m i ce x p l o r a t i o nw o r k e r s e f f o r t s ib e l i e v et h a tw i t ht h ei n c r e m e n to fe x p l o r a t i o nd i f f i c u l t ya n dt h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e rt e c h n o l o g y , t h ee x i s t i n gm u l t i p l es u p p r e s s i o nm e t h o d sb a s e do nw a v et h e o r yw i l l b e c o m em o r ea n dm o r ep e r f e c t o fc o u r s e ，n e wt h e o r ya n dm e t h o d sw i l lc o m eo u ta n ds e r v e t h es e i s m i cd a t ap r o c e s s i n gi nf u t u r e k e yw o r d s ：m u l t i p l es u p p r e s s i o n ，i n v e r s es c a t t e r i n gt h e o r y , i n v e r s es c a t t i n gs e r i s e sw a v e t h e o r y , e n e r g ym i n i m i z i n g 1 1 1 2 发展现状1 1 2 1 国外逆散射的发展一1 1 2 2国内逆散射理论的发展3 1 2 3逆散射理论的应用前景4 1 2 4 运用逆散射理论来压制多次波应用前景5 第二章多次波压制技术回顾7 2 1 多次波产生机理及基本特性7 2 1 1多次波的产生及其类型7 2 1 2多次波的时距曲线1 0 2 1 3多次波的识别1 4 2 2 信号域压制多次波方法综述1 5 2 2 1基于周期性的多次波压制方法1 6 2 2 2 根据时差差别压制多次波方法1 6 2 2 3小结18 2 3 基于波动方程理论的多次波压制方法。19 2 3 1 波场延拓法2 0 2 3 2反馈环法2 0 2 3 3 逆散射理论法21 2 4 逆散射理论压制多次波简述2 2 2 4 1传统波动理论与散射场2 2 2 4 2 基于逆散射理论压制表层多次波的机理简述2 4 2 4 3 逆散射理论压制层间多次波机理简述2 6 2 4 4 小结2 7 第三章散射级数正演2 8 3 1 散射序列2 8 2 9 3 0 3 5 第四章基于逆散射理论压制多次波4 0 4 1 逆散射理论法压制表层多次波4 0 4 1 1 确定乃4 0 4 1 2 推导多次波去除级数4 3 4 1 3多次波去除4 4 4 1 4自适应消减多次波4 6 4 1 5模型试算4 7 4 1 6 小结4 9 4 2 逆散射理论压制层间多次波初探一4 9 4 2 1压制层间多次波次级数4 9 4 2 2 压制层间多次波方法原理51 4 2 3 简单模型试算5 6 4 3 1数值模型试算5 7 4 3 2 s i g s b e e 2 b 模型试算6 0 4 3 3实际资料处理6 4 结论与认识6 7 参考文献6 9 攻读硕士学位期间取得的学术成果一7 3 致 射7 4 的真实性 出不正确 的判断，给各方面造成比较严重的损失。目前，伴随着地震处理技术的进步、计算机水 平的提高以及各类地震技术的迅猛发展，地球物理界已经更加关注多次波预测与压制问 题。 在我们国家，多次波问题在地震数据处理中也会经常出现，同时这个问题对于某些 地区尤为严重，深层勘探时有些地区也会遇到多次波的影响。如果当一次波和多次波叠 合在一起时，能使反射波的相位、振幅及频率发生比较大的畸变，同时比较难辨别出多 次波，多次波的压制也比较难进行。 直到今天，多次波已经成为很突出的问题之一，同时多次波反射衰减仍然是地球物 理学界最为关心的问题之一。当前，我国的石油勘探事业正在迅猛的向前发展，我国现 阶段大部分油田已经进入二次、甚至三次采油阶段，对地下深层构造更加要求我们进行 更为细致精确的描述，因此如何更好的做到地震资料的噪声压制，特别是多次波的预测 和压制己成为当务之急。石油产业目前正在向更复杂更加有挑战性的方向发展，因此地 震数据处理比原来更加困难，地球物理学家们希望能够尽快有效的更好的解决地震勘探 中的多次波反射衰减问题。 随着地下构造复杂程度的不断加大以及地震勘探水平的不断发展，信号域的多次波 压制方法已经不能满足地震勘探和地震处理的要求了，而基于波动方程理论的压制多次 波方法，和基于信号域有很大的不同，不需要较多的先验信息而且复杂构造下也能够较 好实现多次波压制的要求，因此基于波动方程理论压制多次波已经越来越多的成为人们 关注的焦点。所以，进行这方面的多次波压制方法的研究有着非常重要的研究价值和理 论意义。 1 2发展现状 1 2 1国外逆散射的发展 逆散射问题主要是通过研究散射体外部场估算散射体内部的信息，各种实际问题中 的各类模型的建立和数值模拟等等都是逆散射理论所要研究的内容。最初在物理学领域 提出散射理论，卢瑟福等人在1 9 世纪时就已经开始了a 粒子的散射实验。伴随着量子 ，一 第一章前言 理论的出现和发展，散射理论的发展变得更加迅速。逆散射理论的发展与正散射理论的 发展可以说也是分不开的。2 0 世纪5 0 年代把散射理论应用到波动理论上来，波动理论 和量子理论有很多相近的地方，这一点引起许多物理学家的关注，开始了研究把波动方 程运用到散射理论的可能性。同时，最早期是理论物理学界和数学界共同研究并实现了， 在量子力学领域中发展起来逆散射方法，并慢慢应用到声学、地球物理学、振动学、电 磁学、等离子诊断等领域中的逆问题的研究。在数学领域中s t u r m l i o u v i l l e 方程的反谱 问题，在量子理论中就成为薛定愕方程势函数的重建问题。一维薛定愕方程的等价形式 均可以由一维波动方程和其它的一维声波方程化出，所以其它领域的逆问题通常被物理 学家们用频率域逆散射问题来分析，同时物理学家们也很快研究出了时间域逆散射方 法。通过求解一个线性的第二类f r e d h o l m 积分方程使逆问题得到解决，在思想上，时 间域逆散射方法和频率域逆散射方法基本上是相同的，第二类f r e d h o l m 积分方程包括 时间域的g o p i n a t h s o n d h i 积分方程、c a r r 0 1 s a n t o s a 积分方程、m a r c h e n k o 积分方程、频 率域和时间域的g e l f a n d l e v i t a n 积分方程等。 j o s t 等l lj 人在2 0 世纪5 0 年代研究得出逆散射微扰论，后来一维和三维的逆散射问 题被p r o s s e r 【2 卅和m o s e s 5 1 研究出来，三维逆散射问题的正式解用b a n a c h 空间的积分核 来获得，并仔细分析和评估解的误差，但在实际工程应用中行不通，这是由于我们使 用的补偿参数是波矢量，一维和三维的逆散射理论被r c l n e w t o n 6 。7 】在2 0 世纪7 0 年代 末期，根据m a r c h e n k o 方程和g e l f a n d l e v i t a n 方程对s c h r u d i n g e r 方程对地下的散射势 进行进一步的重构。在1 9 8 3 年，标量散射波场复变量的零点问题被m n i e t o v e s p e r i n a s 8 】 研究和发展。这些研究与分析都是进行理论上的研究，但如果用于实际还有相当大的困 难，还需要很长的路去走。 2 0 世纪7 0 年代，声波成像研究在工业探伤和医学等领域中得到相当大的的重视及 关注，对介质内部成像的困难利用声波场而不是走时取得突破，另外在5 0 年代前期， 很多数学家就发现，量子热散射问题和波动理论的逆散射问题有很多的相同的地方，并 且打下了很好的数学基础。因为以上因素的发展波动理论逆散射问题的研究慢慢活跃起 来。 2 0 世纪7 0 年代末期，数学家们主要把线性化的各种算法和广义r a d o n 变换求逆相 互联系在一起。后来，数学家们更加关注波动理论反演中的一些非线性问题，并获得了 很好的效果。同时在2 0 世纪7 0 年代末期，b e y l k i n 等【9 1 用逆散射理论对界面的不连续性 情况用广义反r a d o n 变换进行了细致的研究。b l e i s t e i n 和c o h e n 1 0 棚1 是贡献最大的在逆 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 散射方法发展中，在常速度背景下和变背景速度下的波速扰动量反演中，对地震勘探数 据成像问题和逆散射理论，进行了非常全面的详细的非常系统地研究，最终形成了逆散 射反演方法，它是以波恩近似和小扰动理论做为理论根据，在数学理论上，数学家们充 分运用f o u r i e r 变换等进行速度反演。从他们的反演结果中可以看出，成像及速度函数 的反演结果正在变得越来越好，尽管其反演的分辨率还是还不是非常精确，对于大扰动 情况下，它的成像问题也还没有开始讨论。他们对地震勘探的发展和地震数据处理技术 都作出了非常大的贡献。他们为逆散射理论在地震数据处理和地震勘探中进一步应用提 供了很好的依据。 从2 0 世纪8 0 年代末到9 0 年代初期，地球物理学界越来越重视逆散射理论的发展， 并且更加深入的对它进行研究，比如i k e l l e t 2 0 l ，w e g l e i n l 2 1 , 2 2 ，m a t s o n 2 3 ，2 4 1 等地球物理学 家研究逆散射级数法来预测和压制地震资料中的多次反射波，具体研究方法是：在散射 序列中提出某种子序列，来预测和压制自由表层多次波和层间多次波。通过试算和实际 资料的处理，与以前预测和消除多次波方法相比较，这种多次波压制方法更加有效，地 震资料中的信噪比可以得到更好的提高。 1 2 2国内逆散射理论的发展 2 0 世纪8 0 年代，用一种在边界脉冲激发下的逆散射势问题来求解三维波动方程的 新特征迭代法被谢干权等2 5 1 提出来，逆散射理论开始从物理学的角度开始研究。从弹性 波动理论开始，程建春等【2 6 】推导出了在弱非均匀介质中的p 波散射方程，采用b l e i s t e i n 等人推出的波恩近似理论，在波恩近似的情况下，利用波场外推法，来反演p 波速度和 密度分布。 对于逆散射理论的研究国内相对比较晚。黄联捷和杨文采等【2 7 ，2 8 】人2 0 世纪9 0 年代 散射序列进行线性化处理，他们运用的是基于波恩近似。研究了沿其深度方向线性变化 的介质参考波速的三维声波方程散射理论，又进一步进行“高频”近似研究，黄联捷和杨 文采等人又对波恩近似波速扰动量关系式进行了详细的求证，并对介质扰动量利用f f t 来反演成像。 在1 9 9 5 年一杨文采f 2 9 。3 1 1 结合了逆散射理论同迭代线性化反演和最小二乘反演，来 得到波慢平方扰动函数。充分利用逆散射理论推出f r e e h e t 导数。范祯祥等1 3 2 1 研究了2 5 维波恩逆散射模型，具体内容如下：主要采用w k b j 近似，建立了与深度偏移相近似的 的反演公式，从地震反射数据来求得反射系数和速度扰动量。刘继军等【3 3 。3 5 】对层状非均 匀非吸收介质的逆问题模型进行了详细的研究，在脉冲源引起的2 5 维常背景速度下， 3 第一章前言 这个模型即考虑到了弱散射不均匀介质的波速反演问题，同时此模型也考虑到了介质参 数的间断性状况。 在r y t o n 近似和b o m 近似变换下，陆振球等【3 6 】人认为使用形式参数展开法来推导 有限形式声衍射层析成像的算法。他认为因为涉及到了广义散射，r y t o v 近似下的关系 式，在s o m m e r f e l d 辐射条件就变得不合理了，使用这个关系式开始重建就变得非常艰 难。而由于对散射体的要求相对比较宽松，在b o m 近似变换下的有限形式重建公式比 较适合于中强度散射的情况，计算量也不是非常的大。 王守东和刘家琦等【3 7 】人利用最小二乘一正则化方法，从二维声波方程出发，对地下 介质的速度进行反演，这个过程我们使用零炮检距地震资料，从数值模拟来看这个过程 稳定性和精度都非常高。尹峰等人来反演s r p 、井间、v s p 中的二维介质的速度分布的 方法是用最大嫡来求解二维时域逆散射问题的层析成像算法。 刘洪和李幼铭等人网研究的重点是弹性波，并且他详细描述了，散射矩阵以及逆散 射方程在维球对称情况下的推导。其方法是全角度全分量全频带的测量研究散射体的 四周，但是这在实际地震数据处理中确无法实行。他们还论述了三维散射算子的关系及 在逆散射中的应用。他们所使用的数据还没有关系到到大扰动量的成像问题，实际上还 都是根据声波方程的波恩近似解求出。在波恩近似的状况下，朱文浩等人在弱散射理论 的基础上，创建了三维弹性波多参数反演的理论方法。 当前，在数学模型和正散射物理的基础上，国内外大多建立例如r y t o v 近似算法和 b o m 近似算法，使用基于取样定理的代数方法等等。但这些方法只有在弱散射时，在有 比较好的分辨率，在实施时有很多的的缺点，但对散射体要求又十分苛刻，而且计算相 对较小。或者计算相对较大很大，同时对散射体的要求比较小，但会使结果导致混沌。 我们现在研究逆散射的方法主要还是采用b o m 近似或r y t o v 近似，在实际计算时， 就算对于非线性的反演方法，我们也还是做了某些近似处理，把散射序列中的一些高阶 项删除掉，保留一些低阶项，这样做的结果是，上述反演结果对小扰动情况是满足的， 但我们还是不能解决大扰动量问题，所以可以从上面的分析看出，目前，对于逆散射理 论的研究还比较浅显。 1 2 3 逆散射理论的应用前景 逆散射问题的应用价值和研究意义得到全世界人们的认同，已经成为这一百年来最 重要的研究课题之一，逆散射问题主要应用于探测水坝、轮船等物体内部的损伤，天然 气石油等地下矿产的勘探和处理，天气预报，以及物体内部的结构和运动等等，可以说 4 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 逆散射理论有非常之广泛的应用范围。 散射理论表明：背景波场即在均匀介质中的地震波场和扰动产生的地震波场的叠加 就形成了在非均匀介质中的地震波场。因此说在地震数据描述方面，散射理论为我们展 现出一个新的理论体系。从逆散射理论的发展来看，b o m 近似目前依然是非常主要的方 法，也是逆散射方法的初步应用。从j o s t 和m o s e r 应用散射理论在2 0 世纪5 0 年代开始 来研究波动现象。利用散射理论b l e i s t e i n 和c o h e n 等从8 0 年代就开始进行速度反演的 分析，利用逆散射序列的一些次级数来预测和压制表层多次波和层间多次波，这是 w e g l e i n 和m a t s o n 等后来在9 0 年代提出来的。相对于其它多次波压制或消除方法，从 使用逆散射级数的一些次级数来预测和消除表层多次波和层间多次波的应用效果可以 看出，它对先验信息的要求比其他方法要少的多，为使结构比较复杂的地区也有很好的 效果。地震资料的信噪比也得到进一步的提高。所以这个方法有很好的应用前景，但是， 对于如何选取有用的子序列还有待于我们进一步的研究。对于选取的子序列，散射场级 数作为一种无穷序列，必须要考虑到它的稳定性和序列的相对收敛性，目前这些方法的 实用性还在进一步的研究中。 逆散射理论在地震勘探和地震数据处理中的应用尽管越来越广泛，但还有许多困难 的课题有待于研究，只要能够比较有效的把散射序列中的高阶项用于实践当中，利用逆 散射理论解决的课题会越来越多。 1 2 4 运用逆散射理论来压制多次波应用前景 多次反射波压制问题是目前在地震勘探中一个长期的需要解决的问题。我们都知 道，在过去的几十年地震成像技术取得了很多的发展，但是我们原来用到的时间成像和 深度域成像中，要输入的地震数据只包括有效波而不含有多次反射波，在无法理想的去 除掉多次反射波时，可能会对有效波产生很多的干扰，影响了有效波的成像效果。 近几十年来，地球物理学家对多次反射波成像也进行了很多的研究，也研究出一些 压制多次反射波新的方法，在进行深度目标偏移成像和盐丘偏移成像中这些新的压制多 次反射波的方法变的更为重要。目前我们有两种基本类型方法来预测和压制多次反射 波，第类是先对多次反射波进行预测，然后在实际地震数据中减掉多次反射波，该理 论方法是以波动方程为基础，对地震波场进行模拟和反演，该理论方法主要有：逆散射 级数压制多次反射波方法【2 4 3 9 - 4 、反馈法【4 2 1 、波场外推法1 4 3 1 、模拟拟合法、表层多次波 衰减法等等，第二类基本类型是利用和寻找一次反射波和多次反射波的不同点，用它们 的不同特征来压制和消除表层及内部多次反射波，这种方法主要是以褶积模型为理论基 5 第一章前言 础，利用滤波原理。这类方法主要有剩余时差分析法【4 4 1 、二维滤波法【4 5 1 、中一i i , 点叠加法 m 、时间一振幅双重拟合法【4 7 1 、r a d o n 变换【4 3 1 、相干加强滤波法【4 9 1 、样点调序法等等， 多次反射波压制的方法尽管很多，但效果并不非常理想，特别在深层目标或近海盐丘成 像等地方更加重要。 毫无疑问，特别对于海洋地震勘探，多次反射波问题依然是地震勘探和数据处理最 严重的问题之一，目前，很多压制多次反射波方法都是在一定的假设和条件下得到的， 当满足这些条件和假设后，可能会得到比较好的效果，但当条件不能达到后，有可能会 得到错误的结果，所以我们现在最重要的是找到压制多次反射波的更有效的新的算法， 来提高地震偏移成像的信噪比。 从1 9 9 2 年开始，w e g l i n 和m a t s o n 等提出了一种新的压制和去除多次反射波方法。 从散射序列当中提取某些高阶项来预测和压制多次波。这种方法是充分运用逆散射理 论，各种类型的多次波都适用于这种方法，而且效果明显。对于多次波压制的这一研究 随着逆散射理论的成功运用，重新活跃起来，并且应用前景非常广泛。成为越来越受物 理学家关注的课题。 现在，对于多次反射波的认识已经发生很大的改变，w e g l i n 等人认为多次反射波也 可以做为有效波，它和一次反射波一样带有地质构造的信息，如果找到有效的方法把这 部分信息加以利用，这将会对现在的偏移成像发生很大的变化，对成像分辨率对极大的 改进，在国外这方面研究刚刚开始，这是一个有挑战性的新课题。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章多次波压制技术回顾 2 1多次波产生机理及基本特性 地震数据处理过程中，多次反射波、绕射波以及各种断面反射波都可称为异常波， 在我们所接收的地震资料中都会出现，这里出现最多的是多次反射波，而且多次波类型 也很多，主要有反射一折射波、绕射一反射波、以及多次反射波等m l ，我们主要还是研 究多次反射波。 在济阳坳陷的部分地区、玉门地区等好多地方多次波发育非常严重，特别是在海洋 勘探时，多次波比在陆地上勘探更加严重，有时会成片的出现，就是因为多次波的普遍 存在，使得我们无法有效的辨认一次波的同相轴，这给地震数据处理和解释带来很多的 不必要的麻烦。如果不能很好的压制多次波，当对实际资料进行后续分析的时候，对地 层构造有可能会形成错误的解释，对油气层的定位会产生很大的影响。 对多次波进行有效的预测和压制，可以有效提高地震数据的精度，因此，对多次波 的识别和压制是地震勘探中非常重要的课题。 2 1 1多次波的产生及其类型 大家都知道，地震波传播产生反射是因为传播到波阻抗有差异的分界面上，一般反 射界面有两种，分别是弱反射界面和强反射界面，弱反射界面的地震波比较弱，这是因 为反射系数比较小，同时波阻抗差异也比较小，在反射界面反射系数比较弱的状况下， 有效波能量也比较弱，多次波在经过多次反射后，也会变得更弱，甚至无法显示出来， 当反射界面的反射系数比较大时，波阻抗差异也比较大，产生的反射波也会比较强。多 次反射波既是经过多次反射后，也能比较轻松的辨认，在石灰岩或海底等强的反射界面 时，就比较容易的产生多次反射波1 5 0 1 。所以说多次反射波的产生需要比较好的反射界面。 依据多次反射波的特征可以把多次波分为以下类型【5 0 1 。 首先，根据多次反射波产生的界面异同，可以把多次反射波分为：内部多次波 ( i n t e r n a lm u l t i p l e ) 和表层多次波( s u r f a c e r e l a t e dm u l t i p l e ) 。 内部多次波又可以叫做层间多次波，图2 2 所示，它表示反射波传播到地下某一界 面以后，在地层中，在一系列的传播和反射后再到达表面并且被接收，这种多次反射波 是层间多次反射波。 7 而表层多次波的定义是：地震波在地下传播，当到达表层以后，又被表层反射回去， 再经过一定的传播后，又在地表面所接收。这样的多次波包括短程多次波和全程多次波， 如图2 5 和图2 - 6 所示。图2 1 这是在海上观测系统下的自由表层多次波。 图2 - 2 在海上观测系统下内部多次波类型( w a t t s a o ，2 0 0 s ) 另外多次波还可以分为以下几种： 1 虚反射：炸药在井中爆炸后，波场有一部分向上传播，当波场传播到地表后，又 被反射到地下，而接收到的多次波。如图2 3 所示： 8 界面上发生 多次反射( 其传播路线随意的) 。这种类型的多次反射波和局部多次波非常相近似。 图2 _ 4 微屈多次波 3 短程多次波，又叫做局部多次波，就是从某一反射界面上回来的反射波，在传播 到表面后，又向下反射，当传播到一个相对浅的反射面后反射回来得到的地震反射波。 认 v 、ll 图2 5 短程多次波 4 全程多次波：地震波向下传播到某一比较深的的界面后，经过反射到达表层， 又向下传播到这个深层界面，这样多次反射，所产生的多次波。就叫做全程多次波。在 地震记录上这类多次反射波会有比较独立韵词帽桁因为该反射界面的反射系数比较 大。 9 在地震数据处理过程中，我们经常用时距曲线来表示地震波的传播旅行时及激发点 和接收点的距离的关系，以此来表达在各种类型的介质中，不同类型的地震波场传播的 运动学特征m 】。 2 1 2 1水平表面下有效波和多次波的时距曲线 图2 7 水平界面的反射波时距曲线 图2 7 表示反射面尺共炮点地震波时距曲线方程，激发点在d 点激发，接收点在么 点。则在反射界面r 的反射波场，传播到接收点彳点的时间f 与x 的关系式为f ( x ) = ，。 由图2 7 可以知道，波场从d 点传播到d 点后，再继续传到点彳的距离，等于地震 波从d 。传播到a 点，这是根据反射定律得到的，这种等价作图的方法在地震数据处理 中，通常叫做虚震源原理，用这个原理，时距曲线可以很简单的被求导出来： r d 幸r y ：业兰笙 ( 2 1 ) 1 0 ( 2 - 2 ) ( 2 - 3 ) 面尺 图2 - 8 水平界面的二次反射波时距曲线 ，：业：业! 堕 ( 2 4 ) ，= 一= l 二 f 2 一) vv 比较( 2 3 ) 及( 2 4 ) 两个表达式，均匀介质并且界面水平时，二次反射波时距曲线比一 次波时距曲线弯曲的更快，而且同样也是一条双曲线，也可以说一次反射波的视速度比 二次反射波的视速度要高。 2 1 2 2 倾斜界面下有效波和多次反射波时距曲线 1 ) 在倾斜界面下条件下的一次波时距曲线 图2 9 倾斜界面一f _ 一次波时距曲线 图2 - 9 ，在地下存在界面e ，并且反射界面e 的倾角为缈，其反射界面以上的介质 为均匀介质，其速度为y ，如果从震源点d 到反射面e 的法向深度为h ，这里反射界面 的倾斜方向和x 轴负方向相同，虚震源点d 幸与d 点是关于倾斜界面e 相互对称。 根据虚震源原理，我们可以得到，倾斜界面e 的地震波场传播到b 点的时间f 与db 两点的水平距离x 的表达式为f ( x ) = f 。则一次波的时距曲线方程为： ，：塑：正豆巫 yv ( 2 5 ) 由= - 2 ( h c o s a p ) ，对( 2 5 ) 式我们可以得到( 2 6 ) 式，则f ，x 及地下介质因素v ，h ， 矽的关系可以表示为： ，：兰竺墅翌丝生兰： v ( 2 - 6 ) 这就是在倾斜地震界面，共炮点一次波时距方程。 在这里，其倾斜界面上倾方向和x 轴负方向相同，在两者方向相反时，其时距方程 变化为： r = 古厕霜丽面 ( 2 7 ) 2 ) 在倾斜界面的条件下，二次地震反射波时距曲线方程 1 2 图2 1 0 倾斜界面下二次反射波场时距曲线 由虚震源原理和等效反射界面，反射波如图2 1 0 所示，从激发点d 点开始传播， 到点b 然后再传播到a 点，再由a 传播到c 点再到达点d 。如果激发点与反射界面的法 向深度为h ，且倾角为矽，反射界面上面地层的波速为v ，可以得到： 办= o o ”s i n t p ( 2 8 ) 办：h s _ i n2o(2-9) s i n 妒 由等效界面，我们在d 点接收到的二次反射波的t 为 1 t = y x 2 + ( 2 hs i n 2 伊) 2 s i n 缈 x + ( 2 h s i n 2 o ) 2 s m 伊 ( 2 1 0 ) 二次反射波时距曲线方程在倾斜界面上倾方向与x 轴正方相同时： 1 t = y z 2 一( 2 h _ s i n 2 o 一) 2z + ( 2 h s i n 2 缈) 2 s l n 矽s m 妒 ( 2 1 1 ) 根据上式求解的思路，可以推导得到m 次地震波时距曲线方程： ，t o 。：占 v ( 2 - 1 2 ) 因此我们可以得到分析结果： 1 ) 等效界面的倾角朋妒= 缈，即m 次反射波的等效界面的倾角为一次反射界面倾角 的m 倍，又可称做倾角标志。 2 ) 在激发点处，近似有m t o 。t 。，即观测到的m 次反射波的旅行时是同界面一次 1 3 第二章多次波压制技术回顾 反射波旅行时的i n 倍，通常以此来辨别近乎与水平界面产生的多次波同相轴。 3 ) 聊次反射波透射深度小，传播速度低，因此其时距曲线比一次波来说说要较陡 一点，所以多次波的动校时差要比一次波的动校时差大。因此采用同样的正常时差来进 行校正时，多次波的时距曲线动校j 下量不足而仍然在剖面上显示同相轴弯曲，这也是地 震剖面里面识别多次波的一个重要标志。 2 1 3 多次波的识别 有效波和多次波有它们的相似性，都是在地下介质中发生反射，在地层中传播遵循 波的动力学原理和运动学原理，它们的区别是在介质传播过程中传播路径的异同，多次 反射波是在地表面和介质反射界面之间，及介质中不同的反射界面间的多次地震反射， 最后在地表被接收。多次波是在地层中多次反射从而能量大大降低，而一次波是在介质 中发生一次反射，所以能量较强，因此在地震记录中，一次波和有效波在时间轴上的位 置有着很大的不同，在曲率上，多次波和一次波的区别也比较明显，特别是在复杂结构 中采集的数据，多次波更加复杂。 在多次波压制的处理流程中，最主要的前提就是对于多次反射波的认识和辨别，我 们通过对地震数据资料的相关分析，对多次反射波的性质及其类型进行详细的分析，这 就是多次波的识别。 多次反射波和一次波两者之间有着比较多的差异，首先是路径不同，多次反射波在 地下传播过程中会引起众多差异，如速度谱的不同及能量不同等。当然两者也有很多相 似性，在地下介质中地震波场经过反射，再在接收点接收，它遵循斯奈尔定律以及运动 学和动力学原理。 如果能够辨别出多次反射波，对多次波的压制就会变得容易，识别多次反射波是应 用有效的多次反射波分析方法对地震剖面进行分析，得到数据中多次反射波的性质。在 地震勘探中，认识和识别多次波的方法比较多，其中主要有以下几种： ( 1 ) 从单炮记录中辨别多次反射波 在某一单炮记录中，观察可疑波组的视速度比相同时间位置的一次波要低得多，另 外由手地震供器延时、偏移距等因素，一阶全程多族反射波不会和水平地层那样正好等 于有效波场时间的二倍。 ( 2 ) 使用合成地震记录 通过实践可以证明，在有多次反射波轴的人为地震记录中，对多次反射波进行有效 的辨认。 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 ( 3 ) 用t o 标志和倾角标志辨别多次反射波 倾角标准和t o 标志是做为认识多次反射波的重要根据，不过当地层倾角比较大时， 或受到相位和地表面低降速带的原因，如果根据两个标准来认识多次反射波，将会带来 误差，而且还会使我们误把一次波当成多次反射波，给地震处理和解释造成不必要的影 响。如果当地层倾角不大时，可以通过倾角标志和t 0 标志比较粗略的识别多次反射波。 ( 4 ) 根据多种地球物理资料综合认识多次反射波 我们通常用钻井、测井以及物探等各方面的资料一起来识别多次波，并把这么多种 资料结合在一起综合研究做为认识多次波的一个很重要的方法。它会对地震数据处理和 解释的正确如否影响很大。 ( 5 ) 运用速度谱来认识多次反射波 在地震资料中，如果含有多次反射波在我们在速度分析的时候，多次反射波的速度 通常随着时间的增加而变小或者变化不大。当地震资料中不含多次波时，随着地层的增 加，地震波的波速也会增加，我们可以根据这些特征来认识多次反射波。 ( 6 ) 根据最小偏移距剖面辨别多次反射波 所谓最小偏移距剖面与自激自收剖面相类似，把每个炮记录中的最近地震道抽取出 来形成一叠加剖面，在此剖面上可以辨别多次反射波的分布状况。 2 2 信号域压制多次波方法综述 在地震数据处理中所用的地震数据是以只含有有效波为前提的，若含有多次反射波 就会对有效波产生干扰，对地震数据处理和地震解释都会产生错误的结果，这是目前地 震勘探中的难点，很多现有的压制多次反射波的方法都是有一定的假设条件的，当条件 满足是，压制多次反射波的效果会比较理想，不过在实际资料处理过程中往往事与愿违， 所以未来的压制多次反射波的方法其假设和前提条件尽可能要少。 信号域压制多次反射波主要是根据一次反射波和多次反射波的差异来压制多次反 射波，比如一次反射波只出现一次，而多次反射波则会重复出现，或在其他属性域中分 析它的时差校正，不过在多次反射波周期性不明显或者说有的一次反射波也有周期性， 或多次反射波租谈反射波基本重合或地层状况非常复杂等等，滤波方法就不能达到压 制多次反射波的目的了，但这种方法比较实用，只要符合前提假设，还是为首选。表2 1 我们有详细的了解，信号域的多次反射波