高少武 錢(qián)忠平 孫鵬遠(yuǎn) 方云峰 李建峰 馬光凱
(中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司物探技術(shù)研究中心,河北涿州072750)
隨著海上油氣勘探的難度和深度越來(lái)越大,對(duì)地震資料信噪比和分辨率的要求越來(lái)越高。水陸檢數(shù)據(jù)采集,包括海底電纜(Ocean Bottom Cable,OBC)[1]、海底節(jié) 點(diǎn)(Ocean Bottom Node,OBN)[2]和雙檢拖纜[3]等地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),提供了同一位置水檢和陸檢兩種數(shù)據(jù),這兩種數(shù)據(jù)分別使用水中(壓力)檢波器和陸地(垂直速度)檢波器記錄。水中檢波器記錄的是地震波產(chǎn)生的壓力變化;陸地檢波器記錄的是質(zhì)點(diǎn)速度變化。由于這兩種檢波器記錄機(jī)理不同,對(duì)于同一位置處海面的多次波干擾表現(xiàn)出不同特征。垂直質(zhì)點(diǎn)速度檢波器的虛反射特征,總能準(zhǔn)確地補(bǔ)償壓力檢波器虛反射對(duì)有效信號(hào)的影響,且不依賴于檢波點(diǎn)深度。不管哪一種檢波器在任何頻率點(diǎn)存在一個(gè)頻率凹陷,另一種檢波器都會(huì)記錄一個(gè)較高信噪比的信號(hào)。作為壓力和質(zhì)點(diǎn)速度檢波器在記錄帶有虛反射的地震信號(hào)之前,因海面是負(fù)的反射系數(shù),一次波在此處發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。壓力檢波器記錄該極性反轉(zhuǎn)信號(hào)無(wú)方向性,而垂直質(zhì)點(diǎn)速度檢波器具有方向性,導(dǎo)致在兩種檢波器記錄數(shù)據(jù)中,在一次波和虛反射能量的建設(shè)性和破壞性干涉之間,可做到有效補(bǔ)償[4-10]。
與水檢記錄的海面多次波干擾相比,陸檢記錄的海面多次波干擾表現(xiàn)出極性和振幅特征差異。兩種檢波器記錄的海面多次波干擾的極性相反、振幅不同,且相差一個(gè)與海底反射系數(shù)成比例的常數(shù),該常數(shù)值即是能量匹配因子。因此利用振幅和極性特征差異,可有效消除海面多次波干擾。將標(biāo)定后的陸檢數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的水檢數(shù)據(jù)相加,得到水陸檢標(biāo)定數(shù)據(jù)(上行波場(chǎng)數(shù)據(jù)),消除了海面多次波干擾;將標(biāo)定后陸檢數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)水檢數(shù)據(jù)相減,得到與海面相關(guān)的多次波數(shù)據(jù)(下行波場(chǎng)),用于后續(xù)上行波場(chǎng)與下行波場(chǎng)聯(lián)合反褶積、去噪和偏移等處理,以進(jìn)一步提高分辨率和信噪比[11-28]。
地震數(shù)據(jù)大多包含噪聲,因此常規(guī)處理方法在使用能量匹配因子分離上、下行波場(chǎng)時(shí),分離出的上行波場(chǎng)中包含下行波場(chǎng)、下行波場(chǎng)中包含上行波場(chǎng),即不能完全實(shí)現(xiàn)上、下行波場(chǎng)的完全分離。
針對(duì)常規(guī)方法不能完全分離上、下行波場(chǎng)的窘?jīng)r,本文研討了水陸檢數(shù)據(jù)上下行波場(chǎng)分離方法,引入三個(gè)能量匹配因子和四個(gè)波場(chǎng)分離貢獻(xiàn)因子等參數(shù),實(shí)現(xiàn)了水陸檢數(shù)據(jù)上下行波場(chǎng)完全分離處理,數(shù)據(jù)試算表明了該方法的有效性。
上行波場(chǎng)Ui,j和下行波場(chǎng)Di,j可表示為
式中:Hi,j是水檢數(shù)據(jù);Gi,j是陸檢數(shù)據(jù);α 是水陸檢數(shù)據(jù)能量匹配因子。由于Ui,j中還包含少量殘余下行波場(chǎng),Di,j中也包含少量殘余上行波場(chǎng),則上、下行波場(chǎng)可更精確地表示為
式中:^Ui,j是純上行波場(chǎng);^Di,j是純下行波場(chǎng);β 是上行波場(chǎng)中下行波場(chǎng)能量匹配因子;γ 是下行波場(chǎng)中上行波場(chǎng)能量匹配因子。由式(1)~式(4)可得
式(5)和式(6)分別是上、下行波場(chǎng)分離方程。
定義波場(chǎng)分離貢獻(xiàn)因子
式中:WUH是水檢數(shù)據(jù)對(duì)上行波場(chǎng)貢獻(xiàn)因子;WDH是水檢數(shù)據(jù)對(duì)下行波場(chǎng)貢獻(xiàn)因子;WUG是陸檢數(shù)據(jù)對(duì)上行波場(chǎng)貢獻(xiàn)因子;WDG是陸檢數(shù)據(jù)對(duì)下行波場(chǎng)貢獻(xiàn)因子。這四個(gè)參數(shù)稱為水陸檢數(shù)據(jù)上、下行波場(chǎng)波場(chǎng)分離貢獻(xiàn)因子。
計(jì)算純上行波場(chǎng)、純下行波場(chǎng)數(shù)據(jù)分別為
高少武等[6]提出的逐次迭代算法可快速計(jì)算、確定三個(gè)能量匹配因子α、β和γ,進(jìn)而直接計(jì)算上、下行波場(chǎng)的波場(chǎng)分離貢獻(xiàn)因子,實(shí)現(xiàn)上下行波場(chǎng)完全分離處理。
圖1是設(shè)計(jì)的水平層狀速度深度模型,合成得到陸檢(圖2a)和水檢(圖2b)接收數(shù)據(jù)。對(duì)比分離后的上(圖3b)、下行(圖3a)波場(chǎng)數(shù)據(jù)可知,本方法能完全分離上行波場(chǎng)與下行波場(chǎng),且上行波場(chǎng)不包含殘余下行波場(chǎng),下行波場(chǎng)不包含殘余上行波場(chǎng)。
圖1 水平層狀速度深度模型
針對(duì)圖4 所示的另一套合成共檢波點(diǎn)道集數(shù)據(jù),用本文方法做分離處理(圖5a、圖5b),并與國(guó)外相關(guān)通用軟件處理結(jié)果(圖5c、圖5d)進(jìn)行對(duì)比,可見(jiàn)兩種方法處理的總體效果相當(dāng)。但在某些細(xì)節(jié)上,本文方法優(yōu)于國(guó)外通用軟件,如國(guó)外通用軟件處理所得下行波場(chǎng)數(shù)據(jù)(圖5d)中約4400ms處同相軸旁瓣嚴(yán)重,而水陸檢數(shù)據(jù)(圖4)上同相軸無(wú)旁瓣,說(shuō)明其分離不干凈而產(chǎn)生了誤差,而本文方法分離得到的下行波場(chǎng)數(shù)據(jù)(圖5b)也不見(jiàn)旁瓣。
圖6是野外采集的OBN 共檢波點(diǎn)道集數(shù)據(jù)處理結(jié)果對(duì)比,可見(jiàn)波場(chǎng)分離之后,上行波場(chǎng)(紅色箭頭)中不含下行波,下行波場(chǎng)(藍(lán)色箭頭)中未見(jiàn)上行波,實(shí)現(xiàn)了上、下行波場(chǎng)完全分離。
總之,從圖2~圖6可見(jiàn),分離的上行波場(chǎng)數(shù)據(jù)消除了水層產(chǎn)生的多次波干擾,提高了信噪比。
圖2 合成的陸檢(a)和水檢(b)數(shù)據(jù)對(duì)比
圖3 由圖2分離得到的下行波場(chǎng)(a)與上行波場(chǎng)(b)數(shù)據(jù)對(duì)比
圖4 用于測(cè)試的水檢(a)、陸檢(b)共檢波點(diǎn)道集數(shù)據(jù)
圖5 對(duì)圖4用兩種方法處理的共檢波點(diǎn)道集數(shù)據(jù)對(duì)比
圖6 實(shí)際共檢波點(diǎn)道集數(shù)據(jù)及其處理結(jié)果的對(duì)比
本文水陸檢數(shù)據(jù)上下行波場(chǎng)分離方法,是通過(guò)反演最佳能量匹配因子、上行波場(chǎng)中下行波場(chǎng)能量匹配因子和下行波場(chǎng)中上行波場(chǎng)能量因子三個(gè)分離因子、以及四個(gè)波場(chǎng)分離貢獻(xiàn)因子等參數(shù),實(shí)現(xiàn)水陸檢數(shù)據(jù)上行波場(chǎng)與下行波場(chǎng)的分離處理,達(dá)到消除地震數(shù)據(jù)中海水多次波干擾影響,提高地震數(shù)據(jù)信噪比和分辨率,為后續(xù)聯(lián)合反褶積和偏移成像處理提供高保真的上行波場(chǎng)與下行波場(chǎng)數(shù)據(jù)。
(1)本文方法可實(shí)現(xiàn)水檢數(shù)據(jù)上、下行波場(chǎng)的波場(chǎng)能量匹配因子和波場(chǎng)分離貢獻(xiàn)因子估算,是水陸檢數(shù)據(jù)上下行波場(chǎng)分離的有效方法。
(2)本方法的水陸檢數(shù)據(jù)上、下行波場(chǎng)的波場(chǎng)分離處理結(jié)果,上行波場(chǎng)有效地壓制了虛反射多次波干擾,提高了反射數(shù)據(jù)的信噪比和分辨率。
(3)水陸檢數(shù)據(jù)上、下行波場(chǎng)能量匹配因子和波場(chǎng)分離貢獻(xiàn)因子的引入以及迭代計(jì)算,使得波場(chǎng)分離貢獻(xiàn)因子參數(shù)的估算更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確。