常規(guī)瑞利波壓制方法的比較

常規(guī)瑞利波壓制方法的比較

又稱背波浪，也稱為背波浪。在地震勘探領(lǐng)域,面波主要是瑞利波,由P波和SV波耦合而成,在自由表面?zhèn)鞑?振幅隨深度呈指數(shù)衰減。瑞利波是地震干擾波的一種,具有高振幅、低頻率、低視速度及強頻散等特點,在地震記錄中呈扇形分布,與有效波信號重疊,降低地震數(shù)據(jù)的信噪比,增加了地震資料處理的難度。利用其特點,已經(jīng)有數(shù)種方法實現(xiàn)對瑞利波的壓制,如高通濾波本文引入超虛干涉法,實現(xiàn)瑞利波的壓制。干涉法的基礎(chǔ)是用互相關(guān)的方法獲得兩個接收點之間的介質(zhì)響應(yīng),其基本形式為:對同一擴散場的兩個不同接收點記錄做互相關(guān),可以得到當(dāng)其中一個接收點作為虛源時,另一個接收點觀察到的格林函數(shù)。Wapenaar等超虛干涉法是Bharadwaj等1方法原理1.1次疊加增強瑞利波如圖1(a)所示,s其中,A(s對g和g′處的地震記錄做互相關(guān),得到兩點之間的介質(zhì)響應(yīng),即以g為虛源,在g′接收的地震記錄在頻率域的表達(dá)式如下:其中,上角標(biāo)*表示復(fù)共軛。我們注意到瑞利波通過疊加的方式得到增強,而其他地震信號(如反射波、隨機噪聲等)由于不同炮點做互相關(guān)后走時差不一樣,在疊加過程中并不能一致地增強。因此,在提取瑞利波的過程中,瑞利波得到增強,其他信號則被抑制。Dong等超虛干涉法在互相關(guān)的基礎(chǔ)上增加一次褶積步驟。在這種情況下,虛擬炮點僅作為中間連接點出現(xiàn),對其位置沒有嚴(yán)格要求?；谠撎摂M炮點位置的不確定性,可以根據(jù)不同的虛擬炮點預(yù)測出的瑞利波數(shù)據(jù)做第二次疊加,進(jìn)一步增強瑞利波信號。如圖2所示,從炮點s′至檢波點g′,中間存在可以作為虛擬炮點的檢波點g1.2基于自適應(yīng)相減的瑞利波壓制超虛干涉法預(yù)測的瑞利波信號與原始地震記錄中的瑞利波通常不匹配,二者在振幅、相位和到時上不完全一致。因此,需要設(shè)計一個濾波器,用濾波的方法從原始數(shù)據(jù)中減去瑞利波信號。這一步驟通常稱為自適應(yīng)相減方法。最常見的是L其中,d為了方便,用矩陣乘以向量的形式表示褶積:其中,Guitton等其中,|…|其中,是第i+1個采樣點進(jìn)行瑞利波壓制后的殘余;ε為先驗常數(shù),一般取將式(9)用求和形式展開,得對任意殘余值r因此,當(dāng)殘余較大時,濾波方法近似為L由于加權(quán)矩陣W是濾波因子a的函數(shù),直接求導(dǎo)很困難?？梢杂玫姆椒ㄇ蠼?每一步迭代都假設(shè)W是一個常量。此時,對式(9)求偏導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)為零,得對于多道L設(shè)加權(quán)矩陣W初始值為單位矩陣,代入式(13)得L2實例分析2.1多波壓制后的數(shù)據(jù)處理首先對簡單層狀模型進(jìn)行處理,以驗證方法的有效性。模型參數(shù)見表1,地表類型為起伏地表。圖3(a)為某一炮的共炮點道集,可以看到兩條兩邊延伸的能量遠(yuǎn)大于反射波的瑞利波,瑞利波與有效波有部分區(qū)域重疊。圖3(b)為該道集用超虛干涉法瑞利波壓制后的結(jié)果,可以看到瑞利波能量大部分被消除了,在近偏移距處還能看到少許瑞利波殘留,遠(yuǎn)偏移距壓制效果更好。在瑞利波與有效波交叉的地方,有效波信號得到較好的恢復(fù)。實際上,偏移距最小的10道未做瑞利波壓制處理,因為近偏移距瑞利波信號會與直達(dá)波耦合在一起,造成瑞利波預(yù)測不準(zhǔn)確。對于這一段,由于沒有反射波的存在,后續(xù)處理時直接切除便可。為了進(jìn)一步展示瑞利波壓制效果,經(jīng)過基本的地震數(shù)據(jù)處理步驟,包括球面擴散補償、直達(dá)波切除、動校正及疊加,得到時間疊加剖面。在疊加剖面上,超虛干涉法也基本上消除了瑞利波的影響。圖4(a)顯示瑞利波壓制前的剖面圖,圖4(b)是超虛干涉法瑞利波壓制后的剖面圖(圖4中CMP為共中心點道集)。可以看到,瑞利波基本上被消除,層位較清晰。2.2與其他主流壓制瑞利波對比的案例為了檢測地下結(jié)構(gòu)更復(fù)雜情況下的瑞利波壓制效果,設(shè)置S波速度模型(圖5)。圖5中,地表類型為起伏地表,淺層存在S波速度橫向變化,P波無變化,在地下加入傾斜地層。由于淺層S波速度存在橫向變化,瑞利波速度也隨之存在橫向變化。圖6(a)顯示原始共炮點道集,未做增益時反射波幾乎不可見。圖6(b)為干涉法瑞利波壓制后的結(jié)果,可以看到瑞利波能量大部分被消除,但殘余的瑞利波能量仍然很大,其量級與反射波能量相近,反射波同相軸與瑞利波交疊的部分仍然不能清晰地分辨。為了進(jìn)一步對比干涉法與其他一些主流壓制瑞利波方法,圖7分別顯示未做瑞利波壓制、局域濾波(在瑞利波出現(xiàn)的區(qū)域內(nèi)對數(shù)據(jù)的低頻部分進(jìn)行處理,達(dá)到壓制瑞利波的目的)、fuf02dk濾波和超虛干涉法壓制瑞利波的疊加剖面。圖7(a)為未做瑞利波壓制的原始疊加剖面,瑞利波清晰可見。圖7(b)用局域濾波方法壓制瑞利波,可以發(fā)現(xiàn)瑞利波壓制效果并不好,主要原因是該合成數(shù)據(jù)中瑞利波與有效波頻率較為接近,僅根據(jù)頻率的差別很難有效區(qū)分瑞利波與有效波,壓制瑞利波會損傷有效波信號(圖7(b)中也反映出這一點)。圖7(c)是用f-k方法進(jìn)行瑞利波壓制,可以發(fā)現(xiàn)壓制瑞利波較為徹底,但有效波也受到一定的損傷。從圖7(c)中可以發(fā)現(xiàn)多處有效波同相軸形態(tài)發(fā)生變化,尤其是在瑞利波與有效波交疊的部分,其原因也是瑞利波與有效波分離不徹底,對瑞利波濾波壓制的同時也對有效波的部分信號做了同樣處理,導(dǎo)致部分有效波失真。圖7(d)是用超虛干涉法做的瑞利波壓制,瑞利波殘留以及對有效波的損傷都比局域濾波和fuf02dk濾波法小,且不會產(chǎn)生有效波同相軸的形態(tài)變化。進(jìn)一步,我們通過信噪比分析,定量對比這3種方法的效果。由于已知真實層位的位置,可以確定疊加剖面中有效波的位置,因此可以大致求得有效波的平均能量。信噪比公式:其中,PS為有效波的平均能量,PN為瑞利波殘留的平均能量。由于深部的剖面包含多次波噪聲,為了只體現(xiàn)瑞利波對信噪比的影響,僅選取圖7中時間小于60ms的剖面進(jìn)行信噪比求取。從表2可以看到,超虛干涉法瑞利波壓制后信噪比最高,殘留的瑞利波能量最小。3改進(jìn)自適應(yīng)相減算法超虛干涉法壓制瑞利波主要包括瑞利波預(yù)測和自適應(yīng)相減兩個步驟。本文在互相關(guān)預(yù)測瑞利波的基礎(chǔ)上增加褶積步驟,直接提取出炮點至檢波點的瑞利波。從合成數(shù)據(jù)處理可以發(fā)現(xiàn),瑞利波能較好地從原始數(shù)據(jù)里預(yù)測出來。通過多道L超虛干涉法壓制瑞利波仍然有很多不完善的地方,技術(shù)上還不成熟。基于自適應(yīng)相減的方法會有壓制不徹底的可能性。對于信噪比非常低的區(qū)域,過高的瑞利波壓制殘留會干擾反射波信號,使得地震資料的解釋達(dá)不到預(yù)期值?？梢詮囊?/p>