聚束濾波方法消除海上地震資料中的多次波

聚束濾波方法消除海上地震資料中的多次波

反褶積濾波方法地震勘探數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)之一是消除數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中的相關(guān)噪聲和隨機(jī)噪聲。產(chǎn)生于地層之間的多次波是一種相關(guān)噪聲,多次波的消除一直是地球物理師的難題。根據(jù)一次波和多次波的動校正差異,通?？捎妙A(yù)測反褶積、f-k域?yàn)V波、Radon濾波、τ-p域反褶積等方法來消除多次波,但這些方法都有一些不足。當(dāng)參數(shù)選取比較合理時,預(yù)測反褶積對壓制短周期的多次波有較好效果,但對長周期的多次波卻無能為力。f-k域?yàn)V波、Radon濾波、τ-p域反褶積等都是時差濾波法,可利用一次波與多次波的速度差異而產(chǎn)生動校時差將其分開,這對于有較大時差的大炮檢距道效果較好,但對于時差較小的小炮檢距道,多次波和一次波卻難以分離。另外,這些方法還在一定程度上損傷了有效信號。本文研究的聚束濾波方法與Radon變換方法類似,是一種包括信號和相關(guān)噪聲的模型擬合的處理方法。這種方法沒有因數(shù)字化導(dǎo)致的假變換,像變換域里的采樣和截?cái)鄦栴}轉(zhuǎn)化為模型擬合問題。它根據(jù)數(shù)據(jù)來調(diào)整模型,使聚束濾波模型能夠考慮振幅和相位隨炮檢距的變化(AVO和PVO)及大炮檢距處因切除直達(dá)波和折射波造成的記錄道損失。因而,聚束濾波方法特別有利于避免畸變,目的是進(jìn)一步分析AVO、波阻抗反演剖面獲取一次波的疊前性質(zhì)、小炮檢距疊加或延拓的零炮檢距道。自適應(yīng)聚束濾波方法聚束濾波方法在信號處理領(lǐng)域已有很長的發(fā)展史。Shumway和Dean(1968)給出了最小方差、無偏(MVU)聚束濾波方法的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)。Cox等人(1987)曾系統(tǒng)地論述了聚束濾波方法。White應(yīng)用MVU聚束濾波方法從勘探資料中提取一次反射信號。胡天躍等(2000)詳細(xì)討論了聚束濾波方法原理及其在地震勘探資料處理中的應(yīng)用。聚束濾波是一種多道濾波方法,它能在輸出噪聲能量為最小的前提下,提取無畸變的信號。自適應(yīng)聚束濾波方法在提取信號的過程中,可估計(jì)出信號和噪聲的特性。為了將一次波和相關(guān)噪聲分開,聚束濾波中的數(shù)據(jù)模型可按照信號s,相關(guān)噪聲v和隨機(jī)噪聲u表述為x=Bs+Cv+u(1)式(1)中B=bklexp(-2πifτ(s)kl-iθ(s)kl)C=ckmexp(-2πifτ(v)km-iθ(v)km)其中bkl,θ(s)kl和τ(s)kl分別是第l個有效信號在第k道上的振幅、相位和時間延遲;ckm,θ(v)km和τ(v)km分別是第m個相關(guān)噪聲在第k道的振幅、相位和時間延遲。聚束濾波方法的基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是最小方差和無偏,即必須滿足無信號(一次波)畸變和輸出噪聲能量為最小等兩個條件。對于消除相關(guān)噪聲的聚束濾波方法,其約束條件是:①相關(guān)噪聲(多次波)的零(或最小)響應(yīng);②控制隨機(jī)噪聲的增益。這個多約束問題的解或?yàn)V波器是Η=G(AΗQ-1A)-1AΗQ-1(2)其中:G=(I,0),I是一個單位矩陣,0是一個零矩陣;A=(B,C);Q=E[uu]H,E表示估計(jì)值。如果隨機(jī)噪聲是正態(tài)分布的、且在每道能量相同,即Q=σ2I,那么信號可由下式估計(jì)出?s=G(AΗA)-1AΗx(3)圖1是一個人工合成資料的處理實(shí)例,輸入數(shù)據(jù)(圖1a)含有1組一次波和2組多次波,且都有AVO現(xiàn)象。輸出結(jié)果中給出了多次波(圖1b)和估計(jì)出的一次波及隨機(jī)噪聲(圖1c)。對于這種簡單情形,聚束濾波方法處理結(jié)果令人滿意。多次波消除的論證與實(shí)踐測線A位于中國南海DS工區(qū),有2241炮數(shù)據(jù)。每炮接收道為120道,道間距為25m,采樣率為4ms,道長為5s。海水深度主要在250～380m范圍內(nèi)。位于該測線CMP1300～1900處的珊瑚礁產(chǎn)生了非常強(qiáng)烈的多次反射波。在圖2最小共炮檢距剖面上可識別出多達(dá)13次的多次反射波。這樣強(qiáng)烈的多次波不僅導(dǎo)致了疊加剖面上的虛假層位,而且還掩蓋了有效反射層。采用聚束濾波方法,在疊前資料上對這些多次反射波作了消除處理。資料處理過程中,若多次波非常強(qiáng)烈,就需要選取較大的阻尼參數(shù)范圍來覆蓋所有的多次波。這樣一方面使計(jì)算量迅速增加,另一方面還可能會因阻尼參數(shù)范圍過大,導(dǎo)致處理結(jié)果的分辨率降低。針對這一問題,采用了多次分段聚束濾波方法來消除多次波。同時,為了避免剩余多次波混入到一次有效反射信號中,要求在第一次應(yīng)用聚束濾波方法消除多次波時,就必須消除那些主要的強(qiáng)多次波。從圖3預(yù)處理后(含動校正)的CMP道集(1400～1900)中可以識別出由珊瑚礁產(chǎn)生的非常強(qiáng)的多次反射波。圖4為用聚束濾波方法消除圖3中的多次波后的CMP道集。比較圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn),由于多次波的能量太強(qiáng),圖3中含多次波道集中的一次波幾乎完全被淹沒了。相對而言,聚束濾波方法對低頻的多次波消除效果更好些。圖5是三次用聚束濾波方法分別消除不同范圍的多次波后的效果。圖6是消除多次波后的疊加剖面。比較圖2和圖6可以看出,由珊瑚礁產(chǎn)生的非常強(qiáng)的多次反射波和海底多次波及混夾在幾個主要反射層之間的多次波已基本被消除。近道切除時的多次波測線B是鶯東南盆地的深水地震資料,其海底多次波也相當(dāng)嚴(yán)重。在常規(guī)處理中,一般采用二維濾波加近道切除,可較好地消除多次波;但近道切除會丟失許多近道的高頻信息,不利于高分辨率地震數(shù)據(jù)處理。圖7是用聚束濾波方法消除多次波前、后的道集,可見圖7b中遠(yuǎn)道和近道的多次波都得到了較好的消除。圖8是用聚束濾波消除多次波后的疊后剖面與用常規(guī)二維濾波方法消除多次波后的疊后剖面的對比,二者明顯的差別說明聚束濾波方法對多次波的消除效果優(yōu)于常規(guī)二維濾波方法,尤其對于近道多次波,其消除效果更好。分段聚束濾波通過對測線A中2441炮疊前資料的試處理,得知聚束濾波方法能夠在疊前CMP道集上基本去除(相對于一次反射波強(qiáng)得多的)多次反射波。對于特別嚴(yán)重而且其剩余動校正量分布特別寬的多次波,可在疊前CMP道集上采用多次分段聚束濾波方法,在較高分辨率下、以較快速度消除多次波。對海底多次波相當(dāng)嚴(yán)重的深水地震資料的處理結(jié)果表明,聚束濾波方法對消除遠(yuǎn)道和近道多次波的效果都相當(dāng)好,且優(yōu)于常規(guī)二維濾波方法對多次波的消除效果。對于由珊瑚礁產(chǎn)生的強(qiáng)烈的多次反射波,由于其剩余動校正量的特殊性,采用一般的聚束濾波方法后仍有少量的高頻多次波殘余,目前采用帶通濾波作進(jìn)一步消除。我們發(fā)現(xiàn)在