高效高精度分離方法在地震數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

高效高精度分離方法在地震數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

石油和天然氣勘探的目的越來越復雜，對勘探方法提出了更高的精度要求?！皟蓪捯桓摺钡卣饠?shù)據(jù)采集方式是開展高精度勘探的有效途徑，且多個實例也證明了該采集方法在提高勘探精度方面的巨大優(yōu)勢。但由于昂貴的采集成本，導致其很難得到大范圍推廣應(yīng)用。高效率地震數(shù)據(jù)采集通過縮短震源激發(fā)時間間隔、提高震源激發(fā)效率的方式提高數(shù)據(jù)采集效率，實現(xiàn)高密度采集，改善成像質(zhì)量。高效率采集的發(fā)展包括多個方面。首先是震源的發(fā)展，高效率采集關(guān)注更多的是：(1)更高密度、更大范圍采集，因此，需要足夠的震源能量保證更遠偏移距的檢波器接收；(2)檢波器的發(fā)展，高效率采集需要對地震數(shù)據(jù)進行不間斷地連續(xù)接收，目前已經(jīng)開始應(yīng)用于實際生產(chǎn)的節(jié)點儀器，適應(yīng)了高效率采集的發(fā)展要求，成為地震數(shù)據(jù)采集的必備檢波器；(3)數(shù)據(jù)處理方法的發(fā)展，高效率采集獲得的數(shù)據(jù)是多震源混疊的地震數(shù)據(jù)，無法采用常規(guī)資料處理方式處理，需要進行特殊方式處理。本文主要介紹高效率采集地震數(shù)據(jù)分離處理方法的研究進展，著重論述了噪聲壓制類方法、反演類方法和預測-相減類方法的內(nèi)容及其在混采地震數(shù)據(jù)分離中的應(yīng)用，并對混采地震數(shù)據(jù)的分離處理方法的發(fā)展方向進行了展望。1高效采集方式的確定高效率地震數(shù)據(jù)采集方式的研究始于20世紀70年代。1979年，SILVERMAN目前，基于陸上可控震源的高效率采集方式主要有4種：交替掃描傳統(tǒng)的地震數(shù)據(jù)采集方式是多炮之間分開激發(fā)，炮與炮之間互不干擾，排列只接收當前炮點能量。而高效率地震數(shù)據(jù)采集方式通過多炮同時激發(fā)，大大縮短炮點激發(fā)時間，因此，在采集得到的記錄中，除主炮能量外，還有很強的交涉炮干擾能量。目前，針對混采地震數(shù)據(jù)的處理方法主要有兩種2常用分離方法對混采地震數(shù)據(jù)進行分離的根據(jù)是地震波場的線性疊加原理。目前，最常用的分離方法主要有3類：(1)噪聲壓制類方法；(2)反演類方法；(3)預測-相減類方法。2.1多方向矢量中值濾波噪聲壓制類方法是最常用的混采地震數(shù)據(jù)分離方法?；诨觳傻卣饠?shù)據(jù)在不同道集記錄的不同特征，進行數(shù)據(jù)的有效分離。根據(jù)高效率采集地震數(shù)據(jù)的特點，當混合震源在不同位置上進行隨機時間延遲激發(fā)時，相同的排列接收來自不同震源不同激發(fā)時刻產(chǎn)生的直達波、折射波和反射波等。在共炮點道集，除主炮能量具有相干性外，其它炮點所產(chǎn)生的能量也都具有相干性；而在共偏移距道集、共接收點道集或共中心點道集，由于炮點激發(fā)時間的差異，只有來自主炮點的能量具有相干性，而來自交涉炮干擾的能量表現(xiàn)為隨機噪聲形式，因而可以在這些道集上對交涉炮干擾能量進行壓制。HAMPSON等在中值濾波的基礎(chǔ)上，矢量中值濾波方法X式中：l=0,1,2或∞。該組矢量對應(yīng)的中值矢量X基于矢量中值濾波，建立矢量中值濾波器進行地震記錄的干涉炮噪聲去除。但矢量中值濾波需要一個假設(shè)前提，即地下反射界面是水平的。通常情況下，這樣的假設(shè)很難滿足。因此，HUO等式中：p代表傾角方向；X通過多方向的矢量中值濾波方法，可以靈活地對干涉炮噪聲進行有效壓制。多方向矢量中值濾波方法進一步改善了交涉炮干擾能量的壓制效果。在此基礎(chǔ)上，CHEN除了矢量中值濾波類方法外，還有其它一些噪聲壓制類的方法?；诘卣鹦盘柕南∈栊?，IBRAHIM等噪聲壓制類方法分離混采地震數(shù)據(jù)，基本上都是基于主炮能量和交涉炮能量在不同道集排列中的相干性差異進行數(shù)據(jù)分離。此類方法計算速度快、易實現(xiàn)、方法適應(yīng)性強。但該類方法對有效弱信號的處理難度較大，當選擇的窗口較大時，可以更好地抑制噪聲，但有可能損失有效弱信號；當窗口較小時，能夠較好地保護信號的細節(jié)，但壓噪效果又不明顯。因此，該類方法的分離效果比較依賴于去噪方法的優(yōu)劣和去噪?yún)?shù)的選擇。并且，當混采地震記錄中的震源較多時，干擾噪聲能量可能數(shù)倍于有效信號，在進行數(shù)據(jù)分離時，有效信號容易受到傷害，影響分離效果。2.2基于稀疏約束的混采地震數(shù)據(jù)分離反演類方法是用于混采地震數(shù)據(jù)分離的另一大類方法。將多震源激發(fā)用一個混合算子表示，混采地震數(shù)據(jù)的分離就是一個欠定的反問題。IKELLE采用多震源激發(fā)，任一檢波器接收到的地震記錄可表示為式中：f表示常規(guī)共接收點道集記錄；Γ表示震源混合算子?；谙∈杓s束的混采地震數(shù)據(jù)分離問題可以表示為式中：υ為權(quán)重系數(shù)，其大小與資料信噪比有關(guān)，如果信噪比較高，則適當增大其取值，反之則減?。籖MOORE等此外，還有一些改進的方法也被應(yīng)用于混采地震數(shù)據(jù)的分離。ZU等目前，適合地震數(shù)據(jù)的稀疏變換主要有拉冬變換在混合震源采集框架下，周艷輝等式中：Y=[y周艷輝等目前，基于字典學習的稀疏反演類方法展現(xiàn)了較強的方法優(yōu)越性，但從含噪聲的地震記錄中提取并優(yōu)化字典原子，仍需要較大的計算量和迭代次數(shù)，因此，提高精度的同時提高計算效率，是該類方法的發(fā)展方向。2.3預測-相濕法除了噪聲壓制類和反演類方法之外，還可以采用預測-相減類方法進行混采地震數(shù)據(jù)的分離。對于高效率采集，地震記錄是各單個震源地震記錄的疊加，通過對各單個震源記錄進行預測，可逐一分離地震記錄。SPITZ等式中：D式中：P表示一次波；M表示多次波。該問題的目標就是求解P，常用解法是：式中：f表示匹配算子；^M表示M的估計值。預測-相減法的核心就是利用解決公式（9）的思路求解公式（8）。KIM等此外，MAHDAD等不同于噪聲壓制類方法，預測-相減類方法可以有效保護弱信號。但由于該類方法嚴重依賴預測波場的精度，因而穩(wěn)定性稍差。應(yīng)用此類方法處理實際混采地震數(shù)據(jù)時，會受到多種因素的影響，導致分離效果不理想。因此，該類方法仍有待進一步深入研究。2.4主要相減類方法的對比混采地震數(shù)據(jù)的分離方法主要有3類：基于噪聲壓制類的方法，此類方法效率高、穩(wěn)定、易實現(xiàn)；基于稀疏反演類的方法，此類方法可以獲得比噪聲壓制類信噪比和保真度更高的結(jié)果，但計算效率稍低；預測-相減類方法可以獲得精度很高的分離效果，但算法易受預測波場精度的影響，穩(wěn)定性較差。因此，這3類方法各有優(yōu)劣。如果能夠?qū)⑦@3類方法有機地結(jié)合，可以進一步提高混采地震數(shù)據(jù)的分離精度和效率。KIM等3成像效果難處理對混采地震數(shù)據(jù)的另一種處理方式是直接對其進行偏移成像處理。FROMYR等混采地震數(shù)據(jù)最小二乘偏移，需要通過多次迭代優(yōu)化成像效果，巨大的計算量導致其很難應(yīng)用于實際資料處理中。此外，目前對混采地震數(shù)據(jù)直接進行偏移成像的方法，適用于簡單構(gòu)造的情況，對復雜構(gòu)造地區(qū)的資料還不能獲得理想的效果4混采地震數(shù)據(jù)分離目前，高效率采集方法依然是進行“兩寬一高”采集的重要方式。今后的勘探目標，會越來越精細，而采集會向超高密度發(fā)展。因此，提高野外采集效率依然具有重要的理論意義和實際價值。針對高效率采集地震數(shù)據(jù)的處理，進行直接的偏移成像具有重要的研究價值，不僅在偏移的過程中可以壓制噪聲，而且還節(jié)省了混采數(shù)據(jù)分離的時間，進一步提升勘探效率。但就目前來看，對混采數(shù)據(jù)進行直接的偏移成像，依然存在數(shù)據(jù)計算量大、速度模型不準等問題。同時，也會對屬性反演等工作提出新的挑戰(zhàn)。因此，針對混采地震數(shù)據(jù)的處理，目前仍推薦先進行數(shù)據(jù)分離、再進行偏移成像以及屬性反演等后續(xù)處理的方式。針對現(xiàn)有的混采地震數(shù)據(jù)分離的3類方法：噪聲壓制類方法是目前使用最廣泛的一類方法，該類方法計算效率高、算法穩(wěn)定，適合實際混采地震數(shù)據(jù)的分離；反演類方法是目前研究最多的一類方法，從各種變換域的反演方法，到基于字典學習的稀疏反演方法等，相比于噪聲壓制類方法，該類方法可以獲得更高信噪比和保真度的結(jié)果，但由于該類方法對稀疏基的要求越來越高，因此，計算效率有待進一步提高；預測-相減類方法與反演類方法類似，可以獲得精度更高的分離效果，但由于受預測波場的影響較大，因此，算法穩(wěn)定性較差。目前，混采地震數(shù)據(jù)分離的精度和效率仍然是國內(nèi)高效率地震數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的瓶頸。研發(fā)能夠適用于復雜地區(qū)的混采地震數(shù)據(jù)分離方法，對國內(nèi)高效率采集技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文介紹的混采地震數(shù)據(jù)分離方法，還無法完全滿足國內(nèi)復雜環(huán)境條件下的混采地震數(shù)據(jù)分離。因此，基于目前混采數(shù)據(jù)分離的方法，將它們進行有機結(jié)合，將會進一步提高混采數(shù)據(jù)分離的精度和效率，文中也介紹了部分學者在該領(lǐng)域的初步研究成果且已見良好效果，但仍有待在計算精度、效率等方面進一步優(yōu)化。因此，多方法聯(lián)合是混采地震數(shù)據(jù)分離處理的主要發(fā)展方向。5高效率采集地震數(shù)據(jù)處理混采地震數(shù)據(jù)分離方法目前主要有3類：噪聲壓制類方法、反演類方法和預測-相減類方法。本文對這3類方法進行了綜合評述，并指出多方法聯(lián)合有助于進一步提高混采地震數(shù)據(jù)分離的精度和效率，是高效率采集地震數(shù)據(jù)處理的主要發(fā)展方向。特別是針對我國復雜地區(qū)的地震勘探，更是