一種海上自適應壓制鬼波的寬頻逆時偏移成像方法與流程
2023-05-11 14:47:01 5
本發明涉及一種海上自適應壓制鬼波的寬頻逆時偏移成像方法，涉及地震成像技術領域。
背景技術：
海上地震資料採集時，氣槍和檢波器沉放於水面以下一定深度，因而地震記錄中必然出現由這種自由表面產生的虛反射幹擾——鬼波，鬼波主要包括震源鬼波、檢波點鬼波和震源-檢波點混合鬼波。由於鬼波的存在導致地震記錄中出現嚴重的陷頻問題，影響高頻和低頻成分，鬼波特徵與地震記錄中一次反射波相似，消除比較困難，嚴重幹擾有效波，直接影響地震數據後續的反演和解釋。
近幾年鬼波壓制在海上地震記錄處理中非常重要，在採集、處理等方面研發了一系列壓制鬼波的寬頻地震技術，也成為業界研究的熱點問題。現有技術的採集技術主要有：變深度纜、上下纜、雙檢等；處理方法為反褶積類、t-p變換類、基於Green理論的鬼波壓制方法等，鬼波是隨出射角發生變化，即與偏移距相關的三維算子，因而需要三維算法才能實現鬼波有效壓制。常規鬼波壓制處理方法都是基於地震記錄的疊前道集數據，另外實現全三維鬼波壓制相對困難，壓制效果也會受到一定影響。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠實現三維鬼波壓制的海上自適應壓制鬼波的寬頻逆時偏移成像方法。
為實現上述目的，本發明採取以下技術方案：一種海上自適應壓制鬼波的寬頻逆時偏移成像方法，包括以下內容：1)對地震記錄進行疊前噪音壓制處理，獲得去噪後的疊前炮集地震記錄；2)將疊前炮集地震記錄進行時間域速度分析，並進行深度域速度建模，得到深度域速度體；對疊前炮集地震記錄進行數據解析，拆分為數據和道頭兩部分信息，並利用道頭信息生成炮集數據索引文件；3)根據炮集數據索引文件記錄的數據索引關係，並行讀取炮集數據，將讀取的炮集數據作為寬頻逆時偏移輸入數據體，並將深度域速度體作為寬頻逆時偏移輸入參數，進行三維鬼波的自適應壓制，完成單炮寬頻逆時偏移成像得到單炮集偏移結果；4)對每個單炮集偏移結果進行噪音壓制處理，並根據每個單炮偏移結果的實際空間位置坐標，對所有噪音壓制後的單炮偏移結果進行疊加，獲得最終的寬頻成像結果。
進一步地，所述步驟2)得到深度域速度體的具體過程為：首先，將得到的疊前炮集地震記錄抽成共中心點道集數據，並對共中心點道集數據，利用時間域速度分析方法進行多輪速度分析迭代，得到時間域速度體；然後，以時間域速度體為基礎，採用深度建模方法進行多次迭代，得到深度域速度體。
進一步地，數據索引文件用於記錄每炮信息情況，包括每炮道數和採樣點數。
進一步地，所述步驟3)的具體計算過程為：根據地震波傳播理論，鬼波表達式為：
式中，θ為鬼波初射角，ω為角頻率，z為震源或檢波點的沉放深度，v是海水速度，f是鬼波陷頻點，將含鬼波新邊值條件應用於逆時偏移波場延拓所用波動方程中，以實現成像過程中壓制鬼波，具體形式如下：
a)實際檢測點為某個高度，根據逆時偏移震源波場正演所用新的修改邊值條件公式(1)，利用時間方向為四階差分精度的偽譜法計算正演波場PF：
式中，PF為正演波場，為PF傅立葉到頻率域波場，v是海水速度，t是時間，ω為角頻率，x,y,z分別為空間坐標，xs為炮點坐標位置，為頻率域的震源點鬼波波場，為頻率域震源函數，為空間導數算子；
b)實際檢波點下沉一段距離，根據逆時偏移檢波點波場逆推所用新的修改邊值條件公式(2)，利用時間方向為四階差分精度的偽譜法計算逆推波場PB：
式中，PB為檢波點逆推波場，為PB傅立葉到頻率域波場，v是海水速度，t是時間，ω為角頻率，x,y,z分別為空間坐標，xs為炮點坐標位置，為頻率域的檢波點鬼波波場，為頻率域震源函數；
c)將正演波場PF和逆推波場PB應用互相關成像條件公式(3)進行成像，獲得單炮寬頻逆時偏移成像結果：
式中，PF為正演波場，PB為檢波點逆推波場，偏移成像振幅，t是時間，x為空間坐標；
d)對單炮寬頻逆時偏移成像結果採用時間方向為四階差分精度的偽譜法數值解法進行抗頻，具體公式如下：
式中，F是傅立葉算子，F-1是逆傅立葉算子，kx、ky和kz分別是x、y和z三個方向的波數，p為波場值，c為介質速度，Δt為時間間隔，n為時間方向差分片。
進一步地，所述步驟5)採用拉普拉斯變換壓制低頻噪音。
本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明將鬼波壓制融入到逆時偏移中，將鬼波壓制和偏移成像同步完成，實現三維鬼波的有效壓制，達到寬頻成像的效果，恢復鬼波引起的陷頻問題，有利於改善中層複雜構造成像效果。2、本發明在不增加額外太多偏移計算量的情況下能夠有效實現鬼波壓制。3、本發明通過修改在逆時偏移中所用波動方程邊界條件，增加了含有鬼波的壓制項，因此能夠比較容易的在計算震源正演波場和檢波點逆推波場過程中，附帶求出鬼波波場傳播角度，進而實現三維鬼波的自適應壓制。本發明可以廣泛應用於海上地震記錄處理的鬼波壓制中。
附圖說明
圖1是本發明實施例中某深水工區地震採集關係系統示意圖；
圖2(a)和圖2(b)是本發明實施例中實際單炮地震記錄噪音壓制前後對比示意圖；
圖3是本發明實施例的深度域速度模型圖；
圖4(a)和圖4(b)是本發明實施例自適應壓制鬼波的常規逆時偏移和寬頻逆時偏移成像對比圖；
圖5(a)和圖5(b)是分別對應於圖4(a)和圖4(b)的逆時偏移成像結果的頻譜圖。
具體實施方式
以下結合附圖來對本發明進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發明，它們不應該理解成對本發明的限制。
本發明提供的海上自適應壓制鬼波的寬頻逆時偏移成像方法，包括以下內容：
1、將海上常規水平拖纜採集的地震數據進行加載和解編，得到地震記錄。
如圖1所示，本實施例是平均水深為2000m深水區採集到的地震記錄，炮點下放深度為6m，檢波點水深9m，將採集的地震數據進行加載和解編得到地震記錄。
2、對地震記錄進行疊前噪音壓制處理，獲得去噪後的疊前炮集地震記錄，如圖2所示，其中，疊前炮集地震記錄包括炮點、檢波點位置處水深信息以及坐標信息，另外，噪音包括低頻湧浪噪音、多次波噪音、線性幹擾噪音。
3、將步驟2得到的疊前炮集地震記錄進行時間域速度分析，並進行深度域速度建模，得到深度域速度體，具體為：
首先，將得到的疊前炮集地震記錄抽成共中心點道集數據，並對共中心點道集數據，利用常規時間域速度分析方法進行多輪速度分析迭代，得到時間域速度體；
然後，以時間域速度體為基礎，採用常規深度建模流程和方法經過多次迭代，最後得到精細的深度域速度體，如圖3所示。
4、對步驟2得到的疊前炮集地震記錄進行數據解析，拆分為數據和道頭兩部分信息，並利用道頭信息生成炮集數據索引文件，其中，數據索引文件用於記錄每炮信息情況，包括每炮道數和採樣點數。
5、根據炮集數據索引文件記錄的數據索引關係，通過MPI(信息傳遞接口)編程實現並行讀取炮集數據，將每個進程該讀取的數據作為寬頻逆時偏移輸入數據體，並將深度域速度體作為寬頻逆時偏移輸入參數，每個進程即可開始實施寬頻逆時偏移成像，進行三維鬼波的自適應壓制，完成單炮寬頻逆時偏移成像得到單炮集偏移結果。
本發明關鍵是在震源波場正演和檢波點波場逆推過程中，附帶計算三維鬼波的傳播角度，進而實現三維鬼波的自適應壓制，達到寬頻成像。本發明的自適應壓制鬼波寬頻逆時偏移的原理，是根據地震波傳播理論，鬼波表達式為如下：
式中，θ為鬼波出射角，ω為角頻率，z為震源(或者檢波點)沉放深度，v是海水速度，f是鬼波陷頻點，從上式可見，若要實現適應時空變的鬼波壓制關鍵點是必須求準出射角θ。那麼，對於逆時偏移這種全波場偏移方法而言，在偏移波場延拓中很容易求得出射角。本發明提出採用一種含鬼波新邊值條件應用於逆時偏移波場延拓所用波動方程中，以實現成像過程中壓制鬼波，具體形式如下：
1)實際炮點下沉6m，根據逆時偏移震源波場正演所用新的修改邊值條件公式(1)，利用時間方向為四階差分精度的偽譜法計算正演波場PF：
式中，PF為正演波場，為PF傅立葉到頻率域波場，v是海水速度，t是時間，ω為角頻率，x，y，z分別為空間坐標，xs為炮點坐標位置，為頻率域的震源點鬼波波場，為頻率域震源函數，為空間導數算子。
2)實際檢波點下沉9m，根據逆時偏移檢波點波場逆推所用新的修改邊值條件公式(2)，利用時間方向為四階差分精度的偽譜法計算逆推波場PB：
式中，PB為檢波點逆推波場，為PB傅立葉到頻率域波場，v是海水速度，t是時間，ω為角頻率，x，y，z分別為空間坐標，xs為炮點坐標位置，為頻率域的檢波點鬼波波場，為頻率域震源函數。
3)將正演波場PF和逆推波場PB應用互相關成像條件公式(3)進行成像，獲得單炮寬頻逆時偏移成像結果。
式中，PF為正演波場，PB為檢波點逆推波場，偏移成像振幅，t是時間，x為空間坐標。
4)由於鬼波壓制後，高頻成分增加，對單炮寬頻逆時偏移成像結果採用時間方向為四階差分精度的偽譜法數值解法進行抗頻，具體公式如下：
式中，F是傅立葉算子，F-1是逆傅立葉算子，kx、ky和kz分別是x、y和z三個方向的波數，p為波場值，c為介質速度，Δt為時間間隔，n為時間方向差分片。
6、對步驟5中產生的每個單炮集偏移結果分別進行拉普拉斯變換壓制低頻噪音，並根據每炮偏移結果的實際空間位置坐標，對所有的噪音壓制後的單炮偏移結果進行疊加，獲得最終的寬頻成像結果。
7、將寬頻成像結果數據利用專業圖形顯示軟體，將其轉換為地下反射構造剖面圖，地震波反射波成像振幅對應地下地層構造形態(或巖性界面)，如圖4、圖5所示，其中，圖4(a)為常規逆時偏移結果，圖4(b)為本發明寬頻逆時成像結果，對比可見本發明技術成像結果低頻更加豐富，地層細節更多，說明本發明的成像方法能有效壓制鬼波恢復成像的低頻成分，有利於改善中深層複雜構造的成像效果。
上述各實施例僅用於說明本發明，其中方法步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本發明的保護範圍之外。