基于復(fù)雜海況鬼波壓制的工區(qū)匹配拼接技術(shù)

劉 錚，史運華，史文英

(1.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，深圳 518054；2.中海油田服務(wù)股份有限公司 物探事業(yè)部特普公司，湛江 524057)

0 引言

海洋地震勘探中，隨著勘探的不斷深入，兩個工區(qū)甚至幾個工區(qū)會出現(xiàn)重合現(xiàn)象，這時需要對數(shù)據(jù)進行匹配拼接，進行連片處理[1]；不同的工區(qū)的地震資料進行匹配拼接時，一般需要消除振幅、相位、頻率特征等方面差異[2-3]，沒有考慮到鬼波的影響因素；鬼波通常存在于海洋拖纜地震勘探數(shù)據(jù)中，對海洋地震資料影響極大，鬼波的干擾使子波長度加長，在頻率域平均分布的陷波點嚴重限制了子波的頻寬，尤其是低頻信息和高頻信息。鬼波在地震剖面上的表現(xiàn)是使地震剖面同相軸增多，分辨率和信噪比降低[4]。由于震源、檢波器沉放深度的不同，不同工區(qū)的鬼波影響差異也較大，處理過程中需要消除鬼波的影響，進行拼接匹配時才能取得較好的效果。

筆者對常規(guī)的拼接連片處理技術(shù)進行升級，加入了鬼波壓制技術(shù)，即首先對不同工區(qū)數(shù)據(jù)進行鬼波壓制，消除鬼波影響，然后再進行匹配拼接處理。鬼波壓制方法上采用復(fù)雜海況精細去鬼波技術(shù)CSCDG，該技術(shù)首先通過近道海底波形提取含有氣槍信號的子波，消除氣槍信號的影響；然后基于高斯統(tǒng)計的方法計算粗糙海面反射系數(shù)，最后在τ-p域迭代求取最優(yōu)化鬼波算子壓制鬼波?？紤]了粗糙海平面模擬、纜深浮動控制、海水背景噪音控制等復(fù)雜現(xiàn)實，鬼波壓制精度高，保真保幅。鬼波回技術(shù)是鬼波壓制技術(shù)的反方向?qū)崿F(xiàn)。該技術(shù)主要解決復(fù)雜多工區(qū)匹配處理過程中，不同區(qū)塊由于采集過程中炮、檢點深度不同造成的鬼波不一致問題；在實際項目中對該技術(shù)進行實際效果驗證，基本消除該工區(qū)四個區(qū)塊的鬼波差異性大帶來的拼接問題，為后續(xù)的成像打下堅實的基礎(chǔ)。

1 方法原理

1.1 近道海底反射提取子波

氣槍激發(fā)信號并不是單一脈沖，其后續(xù)殘余氣泡震蕩能量依然較強，在鬼波壓制過程中會對殘余氣泡進行放大，嚴重影響鬼波壓制后的信噪比及分辨率，所以在壓制鬼波時需要先消除氣槍信號中的殘余氣泡信息[5]。

氣泡壓制需要一個含有氣泡信號的子波，海洋拖纜地震勘探前一般會模擬出理論地震子波，實際采集中，受海況、水下暗流、船速、震源排列畸變等各種因素影響，很難模擬一個高精度的信號。遠場子波模擬精度很高，但與實際子波的氣泡周期和振幅存在誤差，很難有效壓制地震數(shù)據(jù)中的殘余氣泡?；谶@個原因這里使用從地震數(shù)據(jù)中提取含有實際氣泡的子波的方法進行氣泡壓制，提取子波方法分為兩大類[6]：①確定性子波提取，該方法需要利用測井?dāng)?shù)據(jù)，易受測井誤差的影響,導(dǎo)致子波畸變或相位譜扭曲[7]，除此之外海上鉆井費用較高，使用測井資料進行子波提進行氣泡壓制的方法基本上是不可行的；②統(tǒng)計性子波提取，由Robinson[8]提出，它假設(shè)前提較多，且得不到子波的真實相位，所以使用此方法也解決不了氣泡壓制的問題?；谝陨显?，筆者提出一種基于地震近道海底反射提取地震子波的技術(shù)，該方法可以獲得接近真實子波的氣泡干擾信息。

將近道海底反射信號與海底反射系數(shù)的逆進行褶積，就可以得到實際的地震子波；為了壓制噪音和地層信息，實際應(yīng)用時使用近道剖面海底同向疊加來實現(xiàn)地震子波的提取[9]：

(1)

式中：h為炮點的水深；v為水速；t為時間；xi代表道數(shù)。該方法得到的子波沒有經(jīng)過深部地層的吸收衰減，可近似看作地震子波。

由圖1為可以看出，兩種子波殘留氣泡差異較大,氣泡幅度、周期均有差異。分別使用兩種子波對同一數(shù)據(jù)進行氣泡壓制，如圖2所示。由圖2可以看到，使用理論模擬子波殘留氣泡沒有壓制干凈，而使用近道海底反射提取地震子波殘留氣泡得到有效壓制，這說明了地震提取子波更精確。

圖1 模擬遠場子波與提取子波對比(無鬼波)Fig.1 Far field wavelet model and extract wavelet (deghost)(a)地震初至提取子波；(b)遠場子波

圖2 氣泡壓制剖面對比Fig.2 Comparison of debubble section(a)原始地震剖面；(b)模擬子波壓制氣泡剖面；(c)提取子波壓制氣泡剖面

圖3 沿同一角度的平面波傳播方向Fig.3 Plane wave propagation direction along the same angle

1.2 鬼波壓制基本原理

在平面波域，假設(shè)鬼波與有效波的時差為▽τ，傳播角度為θ(圖3)，假設(shè)射線參數(shù)p=sinθ/v，則▽τ可以表示為式(2)[10]。

(2)

式中：d為震源深度；v是水速。在頻率域，有效波與其鬼波可以描述為：

1+r(ω,p,τ)e-iω▽τ

(3)

式中：r為海面的反射系數(shù)；ω為角頻率。當(dāng)射線參數(shù)p不變時，有效波與鬼波之間沿著τ軸的時間延遲，是呈周期性的；所以在τ-p域進行鬼波壓制有著較大的優(yōu)勢[11]。

式(3)的逆即為反鬼波算子，用反鬼波算子與數(shù)據(jù)褶積即可得到τ-p域壓制鬼波后的數(shù)據(jù)為式(4)。

p(τ,p)=N(τ,p)(1+r(ω,p,τ)e-iωt)-1

(4)

(5)

(6)

(7)

得到精確的鬼波延遲時后，在f-p域進行最小平方反演為式(8)。

(8)

(9)

經(jīng)式(9)計算出p(f，xi)后對其進行反傅里葉變換，就可以得到時間域的壓制鬼波后的地震數(shù)據(jù)p(t，xi)。

2 數(shù)據(jù)處理試驗

筆者選取南海A工區(qū)與B工區(qū)數(shù)據(jù)進行鬼波壓制拼接匹配處理試驗，圖4為兩個工區(qū)的面元覆蓋次數(shù)圖，從圖4可以看到，左側(cè)為A工區(qū)，右側(cè)為B工區(qū)，兩個工區(qū)相互重合，一般需要進行拼接匹配處理。兩個工區(qū)采集時間相差不大，采集儀器相同；由圖5可以看出，兩個工區(qū)槍陣組合完全相同，兩個工區(qū)的槍陣組合一致，說明氣槍信號相同，但是采集過程中兩個工區(qū)震源和電纜沉放深度不一致，A工區(qū)震源沉放深度為7 m、電纜沉放深度為8 m，B工區(qū)震源沉放深度為6 m、電纜沉放深度為15 m；由于兩個工區(qū)的采集儀器，與其余參數(shù)基本一致，所以兩個工區(qū)的數(shù)據(jù)差異，主要是由于電纜沉放深度不一致，導(dǎo)致鬼波特征不一致引起的，使用常規(guī)的匹配濾波技術(shù)解決不了鬼波的周期不一致問題。

圖6為鬼波壓制前兩個工區(qū)匹配拼接的剖面，雖然振幅能量與相位調(diào)整一致，但是由于每個區(qū)塊的鬼波周期和形態(tài)不一致，在拼接處還是有明顯的拼接痕跡。為了解決這個問題，實現(xiàn)疊前無縫拼接處理，筆者使用基于鬼波壓制的多工區(qū)數(shù)據(jù)拼配技術(shù)，改善連片處理的數(shù)據(jù)品質(zhì)，為后續(xù)的地質(zhì)解釋和油氣預(yù)測提供便利。

圖7為本次基于鬼波壓制技術(shù)的匹配具體流程，匹配拼接前，首先使用復(fù)雜海況鬼波壓制技術(shù)(CSDG)對兩個工區(qū)數(shù)據(jù)進行鬼波壓制，解決A、B兩個工區(qū)采集地震由于槍、纜沉放深度不同導(dǎo)致子波差異大，無法匹配拼接問題。由圖8可以看出，鬼波壓制前炮集子波旁瓣較多，同時由于采集時的復(fù)雜海況的影響，鬼波形態(tài)并不一致,這些因素使得炮集整體上看上去比較凌亂。壓制電纜鬼波后同向軸明顯減少，壓制源、檢鬼波后同向軸單一，但是由于氣槍信號的影響，低頻信息較多；壓制氣槍信號的的炮集子波旁瓣得到壓制，同向軸明顯減少，信噪比、分辨率明顯提高。

圖4 工區(qū)面元覆蓋圖Fig.4 Bin mapping

圖5 震源槍陣列組合示意圖Fig.5 The sketch of air gun array(a)A工區(qū);(b)B工區(qū)

圖6 鬼波壓制前匹配剖面Fig.6 Matching profile before deghost

圖7 鬼波壓制拼接技術(shù)流程Fig.7 Technical flow of matching with deghost

圖8 鬼波壓制前后的炮集對比Fig.8 Shot gather before and after deghost(a)鬼波壓制前;(b)壓制電纜鬼波;(c)壓制源、檢鬼波;(d)壓制源、檢鬼波及氣槍信號

圖9為與圖8對應(yīng)的炮集自相關(guān)，由圖9可以看出，壓制源、檢鬼波及氣槍信號后子波旁瓣得到壓制，同向軸明顯減少，信噪比、分辨率明顯提高。

從圖10可看出，鬼波壓制前剖面同向軸為復(fù)合同向軸，增加了地質(zhì)解釋的難度，將海底放大看子波由三個旁瓣組成，由于海況的復(fù)雜性，陷波點不明顯，但頻譜上仍然可以看到頻帶受到限制。壓制檢波點鬼波后，子波旁瓣由三個減少為連個，頻帶在低、高頻都有一定拓展，提高了剖面分辨率；壓制源、檢鬼波后，子波旁瓣減少為一個，但是旁瓣后有氣槍信號的低頻干擾，頻帶進一步拓寬，但低頻端能量過強，這也是由于氣槍信號引起的，剖面上看氣槍信號則更為明顯；在壓制源、檢鬼波和氣槍信號之后，子波旁瓣為一個，并且低頻干擾得到壓制，同向軸明顯減少，頻譜低高頻分布合理，頻帶較寬，剖面上信噪比、分辨率都得到了明顯提高。

圖9 鬼波壓制前后的炮集自相關(guān)對比Fig.9 Shot gather autocorrelation before and after deghost(a)鬼波壓制前;(b)壓制電纜鬼波;(c)壓制源、檢鬼波;(d)壓制源、檢鬼波及氣槍信號

圖10 鬼波壓制前后的疊加剖面及頻譜比Fig.10 Section and it’s spectrum before and after deghost(a)鬼波壓制前;(b)壓制電纜鬼波;(c)壓制源、檢鬼波;(d)壓制源、檢鬼波及氣槍信號

圖11 鬼波壓制前后的疊加剖面及差值Fig.11 Section before and after deghost and their difference(a)鬼波壓制前;(b)鬼波壓制后;(c)差值

圖12 不同工區(qū)壓制鬼波后的頻譜對比Fig.12 Section spectrum after deghost of different area(a)A工區(qū);(b)B工區(qū)

圖13 A工區(qū)及B工區(qū)鬼波壓制前后波形Fig.13 Waveform before and after deghost of different area(a)B工區(qū)鬼波壓制前；(b)A工區(qū)鬼波壓制前；(c)B工區(qū)鬼波壓制后；(d)A工區(qū)鬼波壓制后

圖14 鬼波壓制后匹配拼接剖面Fig.14 Matching section after deghost(a)原剖面；(b)目的層拼接處放大后剖面

為了說明基于復(fù)雜海況鬼波壓制技術(shù)(CSDG)的精確性，筆者對鬼波壓制前的剖面進行相減(圖11)。由圖11可以看出，鬼波壓制前后剖面及其差值可以看到，鬼波壓制后的剖面信噪比、分辨率得到了極大的提高，有效信號沒有損失，這說明復(fù)雜海況鬼波壓制技術(shù)(CSDG)具有較高的精確性。

采用復(fù)雜海況鬼波壓制技術(shù)(CSDG)分別對A、B兩個工區(qū)地震資料進行源、檢鬼波及氣槍信號壓制后，兩個工區(qū)子波形態(tài)基本一致，陷波點得到有效補充頻譜類似(圖12)。由于槍、纜沉放深度不同導(dǎo)致子波差異大的問題得到了有效地解決(圖13)。

在這個基礎(chǔ)上對兩個工區(qū)進行匹配拼接(圖14)，與圖6鬼波壓制前匹配剖面相比，鬼波壓制后拼接剖面兩個工區(qū)頻譜、相位、時差、能量、分辨率等剖面特征均趨于一致(圖12～圖14)，在目的層(1.25 s～基底)無拼接痕跡。這也說明了基于鬼波壓制的匹配拼接技術(shù)在A、B兩個工區(qū)獲得了成功應(yīng)用，該技術(shù)在原理與應(yīng)用中具有合理性。

3 結(jié)論

復(fù)雜海況下的鬼波壓制技術(shù)(CSDG)，一定程度上解決了拖纜鬼波壓制過程中遇到的氣槍信號、粗糙海面與電纜浮動、入射角等問題，可以有效消除海洋數(shù)據(jù)常規(guī)拖纜鬼波及氣槍信號，得到寬頻帶的地震數(shù)據(jù)。在不同工區(qū)地震資料匹配前先分別對其使用復(fù)雜海況下的鬼波壓制技術(shù)(CSDG)，可以有效解決不同工區(qū)間由于電纜沉放深度不一致，導(dǎo)致鬼波特征不一致引起的不同工區(qū)的數(shù)據(jù)差異，實現(xiàn)了不同工區(qū)間的無縫拼接處理，改善連片處理的數(shù)據(jù)品質(zhì)，為后續(xù)的地質(zhì)解釋和油氣預(yù)測提供便利。