優(yōu)化多次波貢獻(xiàn)道集和孔徑的三維srme方法

優(yōu)化多次波貢獻(xiàn)道集和孔徑的三維srme方法

1數(shù)據(jù)規(guī)則化問(wèn)題srme方法是一種基于波動(dòng)理論的完全數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的抑制各種自由表面波的方法。然而,在實(shí)際海洋三維地震資料處理中,SRME方法也存在一些不足。首先,依據(jù)數(shù)學(xué)公式,SRME方法需要全空間均勻規(guī)則采樣,而實(shí)際野外地震采集難以滿足這種要求,因此一般在應(yīng)用SRME方法前需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)則化,由此造成處理流程繁瑣和數(shù)據(jù)量大幅增加的問(wèn)題。其次,由于實(shí)際海洋三維地震資料采集的拖纜間距大,導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)測(cè)線方向多次波貢獻(xiàn)道集(MCG)采樣嚴(yán)重不足,如果直接對(duì)MCG進(jìn)行求和,就會(huì)得到包含假頻而且振幅失真的多次波預(yù)測(cè)結(jié)果。Dedem等針對(duì)SRME方法在實(shí)際應(yīng)用中存在的這些問(wèn)題,近年來(lái),采用內(nèi)置數(shù)據(jù)規(guī)則化的思路及將MCG孔徑概念引入SRME方法,稱之為廣義多次波預(yù)測(cè)本文通過(guò)對(duì)多次波射線路徑和MCG分析,給出了MCG孔徑優(yōu)化的理論依據(jù)。用近似解和容差替代準(zhǔn)確解的思路,給出了一種多次波在自由表面菲涅爾半徑內(nèi)優(yōu)化MCG求和孔徑的方法。該方法能大幅減少對(duì)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源的需求。2mcg孔徑預(yù)測(cè)根據(jù)SRME方法理論,某一炮點(diǎn)和接收點(diǎn)的表面多次波可以表示為在給定的積分區(qū)間內(nèi)對(duì)經(jīng)過(guò)表面反射后的地震數(shù)據(jù)與相應(yīng)的格林函數(shù)進(jìn)行褶積后的積分或求和。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí),上述地震數(shù)據(jù)是包含一次波和多次波的共炮點(diǎn)道集,相應(yīng)的格林函數(shù)是經(jīng)過(guò)氣槍子波反褶積后接收點(diǎn)對(duì)應(yīng)的一次波的共接收點(diǎn)道集。如圖1所示,對(duì)積分區(qū)間內(nèi)的每一點(diǎn),又稱向下反射點(diǎn)DRP(DownwardReflectionPoint)所對(duì)應(yīng)的共炮點(diǎn)(圖1a)和共接收點(diǎn)(圖1b)道集中的兩個(gè)地震道進(jìn)行褶積,就得到了MCG的一個(gè)褶積道,所有DRP對(duì)應(yīng)的褶積道就構(gòu)成了MCG(圖1c),把MCG所有的褶積道求和就可預(yù)測(cè)出某一炮點(diǎn)和接收點(diǎn)對(duì)應(yīng)的自由表面多次波(圖1d)。顯然,MCG孔徑就是上述的積分區(qū)間。早期的SRME方法采用MCG全孔徑求和,對(duì)多次波射線路徑和MCG分析結(jié)果表明,可以對(duì)MCG孔徑進(jìn)行優(yōu)化。為使問(wèn)題簡(jiǎn)化,僅以水平海底的一階多次波為例進(jìn)行分析。圖2a中實(shí)線是一階海底多次波對(duì)應(yīng)的射線路徑,虛線表示波場(chǎng)傳播路徑。海平面或自由表面上DRP表示與波場(chǎng)對(duì)應(yīng)的向下反射點(diǎn)位置,自由表面上與射線路徑對(duì)應(yīng)的DRP標(biāo)識(shí)為穩(wěn)態(tài)的DRP(StationaryDRP)。圖2b是炮檢對(duì)(S,R)所對(duì)應(yīng)的MCG,其孔徑為一條測(cè)線的長(zhǎng)度。把MCG相加就可以預(yù)測(cè)出炮檢對(duì)(S,R)對(duì)應(yīng)的一階海底多次波。由圖2可以發(fā)現(xiàn):1依據(jù)射線理論,只需要MCG中的一個(gè)褶積道就可以預(yù)測(cè)出海底一階多次波;2依據(jù)波動(dòng)理論,在MCG中存在相干加強(qiáng)和相干減弱區(qū)間。相干加強(qiáng)的區(qū)間稱為多次波在自由表面的菲涅爾帶。由圖2可知,無(wú)論是基于幾何射線理論,還是基于波動(dòng)理論對(duì)MCG進(jìn)行分析,MCG孔徑都是可優(yōu)化的。MCG孔徑可優(yōu)化的理論依據(jù)是波動(dòng)的菲涅爾帶。多次波在自由表面的菲涅爾帶將隨著地震波頻率的不斷提高而逐漸變窄,直到退化為射線,同時(shí),這個(gè)菲涅爾帶將隨多次波界面埋深的增加而變寬。MCG的孔徑與海底及地下的地質(zhì)條件、多次波類型、多次波階數(shù)和多次波波形等參數(shù)有關(guān),但并不影響對(duì)MCG孔徑進(jìn)行優(yōu)化。在這些參數(shù)中,有些是已知的或可估算的,而有些則是未知的。為了操作的可行性,在對(duì)MCG孔徑進(jìn)行優(yōu)化時(shí)只考慮諸如炮檢距、多次波的類型、多次波的階數(shù)和海水速度與深度等已知或可估算的參數(shù)。確定了這些參數(shù)后,在多次波預(yù)測(cè)有效性的前提下,反射多次波的MCG孔徑優(yōu)化計(jì)算公式為式中:M顯然,如果實(shí)際資料采集時(shí)海底是平的,并且地震數(shù)據(jù)中只有海底多次波,由式(1)~式(3)計(jì)算出的MCG仍有冗余,即MCG中位于多次波自由表面的菲涅爾帶范圍內(nèi)的褶積道全為冗余。這種冗余用來(lái)適應(yīng)非水平海底和復(fù)雜地下介質(zhì)條件下所產(chǎn)生的多次波。繞射多次波的MCG孔徑優(yōu)化計(jì)算公式為式中:K采用Pluto模型合成記錄對(duì)上述MCG孔徑優(yōu)化方法的效果進(jìn)行驗(yàn)證。圖3是MCG孔徑優(yōu)化方法預(yù)測(cè)的多次波。比較圖3中各圖可以看出,與采用全部數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)結(jié)果相比,兩者只有微小的差別。在這三種預(yù)測(cè)方法中,全部數(shù)據(jù)的運(yùn)算效率最低,繞射波多次波MCG的運(yùn)算效率較高,反射波多次波MCG的運(yùn)算效率最高。如果能確定準(zhǔn)確的海底和地下地質(zhì)模型,那么采用射線追蹤就可以得到所有類型和所有階數(shù)的反射多次波在自由表面的穩(wěn)態(tài)DRP,包含所有這些點(diǎn)的區(qū)間就是最優(yōu)的MCG孔徑。然而,得到準(zhǔn)確的海底和地下地質(zhì)模型是不現(xiàn)實(shí)的,因此只能在某種假設(shè)或不完整的海底和地下地質(zhì)信息的前提下,近似估算反射多次波在自由表面的穩(wěn)態(tài)DRP位置。由于近似解不是準(zhǔn)確解,因此還需要求出近似解的容差范圍,這樣準(zhǔn)確解就位于近似解的容差范圍內(nèi)。在海上拖纜地震采集時(shí),已經(jīng)測(cè)量了氣槍處的海底高程,結(jié)合地震記錄初至信息基本上可以求得一個(gè)較準(zhǔn)確的海底高程模型,因此以海底高程模型為基礎(chǔ),根據(jù)海底多次波的階數(shù)可以估算出近似的穩(wěn)態(tài)DRP位置。另外,根據(jù)海底高程、海水速度和多次波主頻可以計(jì)算出DRP對(duì)應(yīng)的多次波在自由表面的菲涅爾帶半徑。根據(jù)MCG在多次波自由表面菲涅爾帶內(nèi)的特征,此菲涅爾帶半徑就是近似的穩(wěn)態(tài)DRP位置的最大容差范圍。依據(jù)海底多次波估算出的MCG孔徑,在一般情況下也適用于海底微屈多次波和全程多次波,因?yàn)槲⑶腿潭啻尾ㄔ谧杂杀砻娴姆颇鶢枎О霃蕉紩?huì)比海底多次波大,這意味著它們的容差范圍也比海底多次波大。下面以水平海底為例(圖4),給出三維情況下計(jì)算MCG孔徑的步驟。(1)由炮檢對(duì)(S,R)的炮點(diǎn)和接收點(diǎn)坐標(biāo)、海底高程和海底多次波的階數(shù)計(jì)算出炮點(diǎn)側(cè)的D點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)DRP)的坐標(biāo)以及D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的海底的W(2)固定S,W(3)由P接收點(diǎn)側(cè)MCG孔徑邊界以及海底非水平時(shí),MCG孔徑邊界的確定可采用同樣的方法。MCG孔徑優(yōu)化后,需要存儲(chǔ)和參與褶積運(yùn)算的地震道數(shù)將大幅減少。與基于反演的三維表面多次波預(yù)測(cè)方法相比,所需要的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)資源僅為后者的八分之一,而對(duì)于計(jì)算機(jī)計(jì)算資源的需求更少,只需后者所耗計(jì)算資源的五十分之一。3不同方法預(yù)測(cè)的多次波對(duì)比對(duì)A區(qū)三維拖纜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,驗(yàn)證本文提出的MCG孔徑優(yōu)化方法的可行性。該實(shí)際數(shù)據(jù)為深海三維拖纜地震數(shù)據(jù),8纜采集,每纜480道接收,炮點(diǎn)間距為25m,接收點(diǎn)間距為12.5m,拖纜間距為100m。圖5是不同方法預(yù)測(cè)的多次波記錄對(duì)比?？梢钥闯?主要多次波的位置和形態(tài)都非常相似。但是本文方法的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量和計(jì)算量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基于反演的表面多次波預(yù)測(cè)方法,前者對(duì)于計(jì)算機(jī)的計(jì)算量只有后者的五十分之一,存儲(chǔ)量只需后者的九分之一(表1)。圖6是三維實(shí)際地震資料不同方法壓制多次波后的疊加剖面對(duì)比?？梢钥闯?這兩種方法都能壓制原始資料中的大部分多次波能量。比較而言,基于孔徑優(yōu)化的三維SRME方法的多次波殘留要更多一些,對(duì)多次波的壓制效果要弱于基于反演的三維SRME方法,但是前者可以大大減少對(duì)于計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源的需求,大幅提高實(shí)際地震資料壓制多次波方法的運(yùn)算效率,縮短處理周期。4mcg孔徑內(nèi)的配置(1)多次波的射線路徑特點(diǎn)和MCG特征可作為MCG孔徑優(yōu)化的理論依據(jù);(2)用近似解和