优化多次波贡献道集和孔径的三维srme方法

优化多次波贡献道集和孔径的三维srme方法

1数据规则化问题srme方法是一种基于波动理论的完全数据驱动的抑制各种自由表面波的方法。然而,在实际海洋三维地震资料处理中,SRME方法也存在一些不足。首先,依据数学公式,SRME方法需要全空间均匀规则采样,而实际野外地震采集难以满足这种要求,因此一般在应用SRME方法前需要对数据进行规则化,由此造成处理流程繁琐和数据量大幅增加的问题。其次,由于实际海洋三维地震资料采集的拖缆间距大,导致联络测线方向多次波贡献道集(MCG)采样严重不足,如果直接对MCG进行求和,就会得到包含假频而且振幅失真的多次波预测结果。Dedem等针对SRME方法在实际应用中存在的这些问题,近年来,采用内置数据规则化的思路及将MCG孔径概念引入SRME方法,称之为广义多次波预测本文通过对多次波射线路径和MCG分析,给出了MCG孔径优化的理论依据。用近似解和容差替代准确解的思路,给出了一种多次波在自由表面菲涅尔半径内优化MCG求和孔径的方法。该方法能大幅减少对于计算机存储资源和计算资源的需求。2mcg孔径预测根据SRME方法理论,某一炮点和接收点的表面多次波可以表示为在给定的积分区间内对经过表面反射后的地震数据与相应的格林函数进行褶积后的积分或求和。在具体实现时,上述地震数据是包含一次波和多次波的共炮点道集,相应的格林函数是经过气枪子波反褶积后接收点对应的一次波的共接收点道集。如图1所示,对积分区间内的每一点,又称向下反射点DRP(DownwardReflectionPoint)所对应的共炮点(图1a)和共接收点(图1b)道集中的两个地震道进行褶积,就得到了MCG的一个褶积道,所有DRP对应的褶积道就构成了MCG(图1c),把MCG所有的褶积道求和就可预测出某一炮点和接收点对应的自由表面多次波(图1d)。显然,MCG孔径就是上述的积分区间。早期的SRME方法采用MCG全孔径求和,对多次波射线路径和MCG分析结果表明,可以对MCG孔径进行优化。为使问题简化,仅以水平海底的一阶多次波为例进行分析。图2a中实线是一阶海底多次波对应的射线路径,虚线表示波场传播路径。海平面或自由表面上DRP表示与波场对应的向下反射点位置,自由表面上与射线路径对应的DRP标识为稳态的DRP(StationaryDRP)。图2b是炮检对(S,R)所对应的MCG,其孔径为一条测线的长度。把MCG相加就可以预测出炮检对(S,R)对应的一阶海底多次波。由图2可以发现:1依据射线理论,只需要MCG中的一个褶积道就可以预测出海底一阶多次波;2依据波动理论,在MCG中存在相干加强和相干减弱区间。相干加强的区间称为多次波在自由表面的菲涅尔带。由图2可知,无论是基于几何射线理论,还是基于波动理论对MCG进行分析,MCG孔径都是可优化的。MCG孔径可优化的理论依据是波动的菲涅尔带。多次波在自由表面的菲涅尔带将随着地震波频率的不断提高而逐渐变窄,直到退化为射线,同时,这个菲涅尔带将随多次波界面埋深的增加而变宽。MCG的孔径与海底及地下的地质条件、多次波类型、多次波阶数和多次波波形等参数有关,但并不影响对MCG孔径进行优化。在这些参数中,有些是已知的或可估算的,而有些则是未知的。为了操作的可行性,在对MCG孔径进行优化时只考虑诸如炮检距、多次波的类型、多次波的阶数和海水速度与深度等已知或可估算的参数。确定了这些参数后,在多次波预测有效性的前提下,反射多次波的MCG孔径优化计算公式为式中:M显然,如果实际资料采集时海底是平的,并且地震数据中只有海底多次波,由式(1)~式(3)计算出的MCG仍有冗余,即MCG中位于多次波自由表面的菲涅尔带范围内的褶积道全为冗余。这种冗余用来适应非水平海底和复杂地下介质条件下所产生的多次波。绕射多次波的MCG孔径优化计算公式为式中:K采用Pluto模型合成记录对上述MCG孔径优化方法的效果进行验证。图3是MCG孔径优化方法预测的多次波。比较图3中各图可以看出,与采用全部数据的预测结果相比,两者只有微小的差别。在这三种预测方法中,全部数据的运算效率最低,绕射波多次波MCG的运算效率较高,反射波多次波MCG的运算效率最高。如果能确定准确的海底和地下地质模型,那么采用射线追踪就可以得到所有类型和所有阶数的反射多次波在自由表面的稳态DRP,包含所有这些点的区间就是最优的MCG孔径。然而,得到准确的海底和地下地质模型是不现实的,因此只能在某种假设或不完整的海底和地下地质信息的前提下,近似估算反射多次波在自由表面的稳态DRP位置。由于近似解不是准确解,因此还需要求出近似解的容差范围,这样准确解就位于近似解的容差范围内。在海上拖缆地震采集时,已经测量了气枪处的海底高程,结合地震记录初至信息基本上可以求得一个较准确的海底高程模型,因此以海底高程模型为基础,根据海底多次波的阶数可以估算出近似的稳态DRP位置。另外,根据海底高程、海水速度和多次波主频可以计算出DRP对应的多次波在自由表面的菲涅尔带半径。根据MCG在多次波自由表面菲涅尔带内的特征,此菲涅尔带半径就是近似的稳态DRP位置的最大容差范围。依据海底多次波估算出的MCG孔径,在一般情况下也适用于海底微屈多次波和全程多次波,因为微屈和全程多次波在自由表面的菲涅尔带半径都会比海底多次波大,这意味着它们的容差范围也比海底多次波大。下面以水平海底为例(图4),给出三维情况下计算MCG孔径的步骤。(1)由炮检对(S,R)的炮点和接收点坐标、海底高程和海底多次波的阶数计算出炮点侧的D点(稳态DRP)的坐标以及D点对应的海底的W(2)固定S,W(3)由P接收点侧MCG孔径边界以及海底非水平时,MCG孔径边界的确定可采用同样的方法。MCG孔径优化后,需要存储和参与褶积运算的地震道数将大幅减少。与基于反演的三维表面多次波预测方法相比,所需要的计算机存储资源仅为后者的八分之一,而对于计算机计算资源的需求更少,只需后者所耗计算资源的五十分之一。3不同方法预测的多次波对比对A区三维拖缆数据进行处理,验证本文提出的MCG孔径优化方法的可行性。该实际数据为深海三维拖缆地震数据,8缆采集,每缆480道接收,炮点间距为25m,接收点间距为12.5m,拖缆间距为100m。图5是不同方法预测的多次波记录对比。可以看出,主要多次波的位置和形态都非常相似。但是本文方法的计算机存储量和计算量要远远小于基于反演的表面多次波预测方法,前者对于计算机的计算量只有后者的五十分之一,存储量只需后者的九分之一(表1)。图6是三维实际地震资料不同方法压制多次波后的叠加剖面对比。可以看出,这两种方法都能压制原始资料中的大部分多次波能量。比较而言,基于孔径优化的三维SRME方法的多次波残留要更多一些,对多次波的压制效果要弱于基于反演的三维SRME方法,但是前者可以大大减少对于计算机的计算资源和存储资源的需求,大幅提高实际地震资料压制多次波方法的运算效率,缩短处理周期。4mcg孔径内的配置(1)多次波的射线路径特点和MCG特征可作为MCG孔径优化的理论依据;(2)用近似解和