频率—慢度域鬼波压制技术在海底电缆资料中的应用_宋鑫.pdf

第 卷 第期 年月 ，中文引用格式：宋鑫，王征，王炜，等频率慢度域鬼波压制技术在海底电缆资料中的应用工程地球物理学报，（）：英文引用格式：，（）：频率慢度域鬼波压制技术在海底电缆资料中的应用宋鑫，王征，王炜，宫云良，谢涛（中海油田服务股份有限公司物探事业部 物探研究院，天津 ）收稿日期：基金项目：中海油田服务股份有限公司科研项目（编号：）第一作者：宋鑫（），男，工程师，硕士，主要从事地震数据处理工作。：摘要：鬼波压制是海底电缆资料处理中至关重要的一个步骤，业内常采用水陆检合并方法压制电缆鬼波。传统方法在进行水陆检资料匹配处理时，对陆检资料品质要求较高。受仪器设备的影响，陆检资料往往信噪比低，水陆检资料标定系数计算精度低，制约了鬼波压制的精度，同时降低了资料信噪比。为了提高海底电缆资料鬼波压制精度，同时避免合并处理对资料信噪比的降低，本文提出了一种频率慢度域（）鬼波压制技术，通过在频率慢度域计算鬼波延迟时间，建立一次波求取的线性方程组，利用最小二乘求解，实现鬼波压制。与传统双检合并方法不同，本方法仅需单个分量数据参与计算，完全数据驱动。通过模型和实际数据测试验证，本方法能够对海底电缆资料单一水检数据或陆检数据实现鬼波压制，达到消除陷波，拓宽地震频带的目的，同时较好地保持了地震资料信噪比。关键词：海底电缆；水检数据；频率慢度域；鬼波压制中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：，（，）：（）（，），（），（），工 程 地 球 物 理 学 报（）第 卷 ，：；引言海底电缆地震勘探具有宽频带、宽方位、高密度的特点，在我国浅海地区应用广泛，取得了显著的勘探成果。该施工方式是将电缆沉放至海底，海水深度一般在 之间，受电缆鬼波的影响，采集获得的地震资料陷波特征明显。海底电缆采集采用双检接收，水检为速度检波器，接收的地震信号是一个标量，不具有方向性，陆检为压力检波器，接收的地震信号是一个矢量，具有方向性。由于双检接收信号方向性的不同，使得水检和陆检资料中电缆鬼波极性是相反的，所以常规水陆检合并技术利用该特征进行鬼波压制处理。鬼波压制是整个海底电缆资料处理中最为关键的一步，而常规采用的双检合并技术仍存在不足：由于接收设备的不同，水检信号和陆检信号在振幅、频率、相位上存在较大差异。进行水陆检合并处理前，需要将陆检资料进行标定匹配处理，而陆检标定算子的计算一般选择共检波点叠加的浅层时窗，求取的标定算子应用于中深层存在较大误差。水陆检合并是一个混波的过程，合并效果受陆检资料品质影响大。实际施工过程中受陆检检波器跟海底耦合的影响，陆检资料相对水检资料通常信噪比较低，且存在严重的横波噪音干扰，降低了合并的效果。近些年海上拖缆数据鬼波压制技术取得了显著成果，如斜缆高分辨率 变换鬼波压制技术，基于格林函数的鬼波压制方法，基于确定子波的鬼波压制技术。针对粗糙海面问题，地球物理学家发展了自适应鬼波压制技术，如基于粗糙海面反射系数求取的域的自适应鬼波技术。以上技术在海洋拖缆地震数据中取得了较好的应用效果，能够较好地压制拖缆数据中的电缆鬼波和震源鬼波 。为了改善海底电缆鬼波压制效果，本文提出了一种频率慢度域鬼波压制技术，通过构建频率慢度域的一次波和总波场的线性方程组，经共轭梯度反演，实现一次波的求取。该技术仅利用水检资料就可以实现电缆鬼波压制，能够避免低品质的陆检资料的影响。海底电缆鬼波传播机理海底电缆地震勘探中，震源和电缆沉放在水中，震源在水中激发后，地震波向四面八方传播，产生上行波和下行波，。由于空气与海水间的分界面是强波阻抗界面，反射系数近似为，上行波经过这个强波阻抗界面后发生反射，产生下行波，并且相位发生了反转，造成了鬼波同一次波极性相反，且存在一定的时间延迟。在震源端产生的下行波称之为震源鬼波（图蓝色射线路径），在 检 波 器 端 产 生 的 下 行 波 称 之 为 电 缆 鬼波，（图黄色射线路径）。海上气枪震源激发的地震子波为脉冲信号，但由于鬼波的存在，检波器接收到的信号不仅包含一次波，还包括了震源鬼波、电缆鬼波、震源电缆都相关的鬼波，即仪器记录的地震子波不是一个脉冲信号，而是由四个不同信号组成的子波，时间分辨率被降低。以下分析不同电缆深度情况下，检波器接收到的地震子波形态（以水检为例）。图为不同缆深情况下，地震子波的形态，其中图（）的震源深度为，电缆深度为；图（）的震源深度为，为电缆深度为；图（）的震源为，电缆深度为。可以看出，当电缆沉放较浅时，震源鬼波与电缆鬼波相互叠加；当电缆沉放较深时，震源鬼波和电缆鬼波完全分离，能够清楚地看到四个波形。接下来分析鬼波对水检资料的频率影响。自激自收条件下，设一次波到达检波器时间为，一次波记录为（），反射系数为，表示电缆鬼波相对于一次波的延迟时间。那么，地震记录第期宋鑫，等：频率慢度域鬼波压制技术在海底电缆资料中的应用图海底电缆鬼波传播示意 图不同缆深情况下地震子波的形态 （）可以用式（）来表示：（）（）（）（）图不同缆深情况下的振幅谱 式（）中，；为检波器沉放深度（）；代表地震波在海水中的传播速度（）。对式（）进行傅里叶变换可以得到式（）：（）（）（）（）令（），（）代表了检波器鬼波频率滤波特性。令，可得（）振幅谱为（）（）（）由正弦函数的特点可以知，当式（）中时，式（）值为零，即振幅为。此时的为陷频点。（）其中，由式（）可 知，检 波 器 鬼 波 与 检 波 器 深 度有关。地震陷频点位置随着电缆深度的变化而变化，当电缆深度越深时，陷频点往低频端移动，低频能量得到增强，如图所示。工 程 地 球 物 理 学 报（）第 卷图非自激自收条件下鬼波延迟示意图 图为非自激自收条件下，求取鬼波相对一次波延迟时间的示意图，延迟时间可以用式（）表达：（）其中，为地震波出射角。非自激自收条件下陷波点的计算公式为：（）频率慢度域（）鬼波压制原理式（）给出了鬼波相对一次波延迟时间的计算公式，可以发现延迟时间只与出射角度、检波器深度和海水速度相关，与偏移距和记录深度无关，海水速度可认为是一个常数，而射线角度同射线参数可以相互转化。利用这一特点，本文提出了频率慢度域的鬼波压制方法。假设地震数据仅包括一次波和电缆鬼波，不考虑其他噪音的影响，因此地震数据可以表示为：（）其中，表示一次反射波；表示电缆鬼波；表示实际地震数据。由于一次波与电缆鬼波极性相反，且存在一定时差，可通过将一次波按该时差延拓再取相反相位即可得到对应电缆鬼波：（）式中，为海面反射系数，一般取值为，表示电缆鬼波与一次反射波极性相反。将式（）引入式（），可以得到频率慢度域的线性公式：（）令，作为线性变换算子，带入式（）得到最终的关系式：（）（）最终得到一次波与实际数据之间的关系式，将海底电缆水检电缆鬼波压制问题转换为求解上述线性方程组的问题，通过求解式（）的最小二乘解即可得到只含一次反射波的水检数据。为了提高实际数据求取最小二乘解的稳定性，对算法进行改进，将海平面反射系数构建为随频率变化的一个参数，如式（）所示：.（）（）式中，为迭代次数；为抑制时间域谐波干扰因子，一般取 ，数值越大，抑制效果越好；为控制陷频宽度因子，一般取值 ，数值越大，鬼波压制越彻底，但是可能会引起谐波干扰。理论数据测试结果为了验证本文算法的正确性，对一个双层水平层状理论模型进行鬼波压制方法的试算。该模型的大小为 ，正演的网格大小为，震源深度为，海底深度为。设计观测系统中最小炮检距 ，道间距，共 道接收，采样时间，采样率，采样点 。海 水 速 度 为 ，第 二 层 速 度 为 ，第三层速度为 。图（）为鬼波压制前单炮，图（）为鬼波压制后单炮，可以很明显地看到，紧贴在一次波之后的鬼波得到了压制，原本很难加以区分的一次波与鬼波现在可以很清晰地从地震剖面上分辨出来，与此同时，一次波也被完好地保存下来，且紧跟在多次波后的鬼波也到了压制。图红色曲线为鬼波压制前频谱，蓝色曲线为鬼波压制后频谱，可以看出，应用本文算法后，鬼波产生的陷波点得到较好的补偿，频带得到拓宽。由此可以见，本文提出的频率慢度域鬼波压制方法能够有效地压制海底电缆资料鬼波，消除陷波，提高地震资料分辨率。第期宋鑫，等：频率慢度域鬼波压制技术在海底电缆资料中的应用图鬼波压制前后单炮对比 图鬼波压制前后频谱对比 实际数据应用效果为了验证本文方法实际海底电缆数据中的适用性，采用某浅水工区实际海底电缆水检数据进行了测试。该工区水深在 之间，施工方式为 ，条炮线激发，条检波线接收，震源深度，炮间距，道间距。图（）为电缆鬼波压制前的水检单炮数据，图（）为利用本文提出的频率慢度域鬼波压制方法后水检单炮数据，蓝色箭头所指的电缆鬼波同相轴得到明显的压制。图对比了地震数据检波器鬼波压制前后的频谱。可以看出，检波器鬼波陷波点（蓝色线）大约在 ，和 ，鬼波压制后（红色线），陷波点得以消除，能量得到有效提升，频谱更连续，频带得到了拓宽。图为鬼波压制前后叠加剖面的对比，蓝色箭头所指的电缆鬼波被较好地衰减，同时地震资料信噪比保持较好。因此，通过实际数据处理可以看出，频率慢度域鬼波压制方法可以有效地压制 水检数据电缆鬼波，达到补偿陷波、提高地震资料分辨率的目的，并且较好地保持了地震资料原有的信噪比。工 程 地 球 物 理 学 报（）第 卷图鬼波压制前后水检单炮数据 图鬼波压制前后频谱 图鬼波压制前后叠加剖面 第期宋鑫，等：频率慢度域鬼波压制技术在海底电缆资料中的应用 结语）本文提出的频率慢度域的鬼波压制方法，利用地震波的运动学特征，在频率慢度域构建求取一次波的线性方程组，能有效地压制鬼波，补偿陷波，拓宽地震资料的频带。）理论模型测试及实际资料应用结果表明，本文提出的方法理论正确，鬼波压制精度高，在海底电缆资料鬼波压制处理中具有较强的实用性。）相比于常规水陆检合并方法，本方法可以对海底电缆单一水检资料进行鬼波压制，避免了低信噪比的陆检资料对合并后资料的影响，较好地保持了地震资料信噪比。参考文献：王守君海底电缆地震技术优势及在中国近海的应用效果中国海上油气，（）：龚旭东，周滨，高梦晗，等检波点水深误差对 双检资料合并处理的影响与对策石油物探，（）：全海燕海底电缆双检接收技术压制水柱混响石油地球物理勘探，（）：贺兆全，张保庆，刘原英，等双检理论研究及合成处理石油地球物理勘探，（）：谢玉洪，李列，袁全社海上宽频地震勘探技术在琼东南盆 地 深 水 区 的 应 用 石 油 地 球 物 理 勘 探，（）：吴志强海洋宽频带地震勘探技术新进展石油地球物理勘探，（）：，：，：，：，（）：李洪建，韩立国，巩向博，等基于格林函数理论的波场预测和鬼波压制方法 地球物理学报，（）：陈宝书，陶杰，李松康，等 基于确定性子波处理的鬼波 压 制 方 法 中 国 海 上 油 气，（）：，（）：张威，韩立国，李洪建，等拉东域基于最小二乘反演的斜缆数据鬼波压 制方法 世界 地质，（）：，：，：顾元，文鹏飞，张宝金，等水平缆地震数据的鬼波压制方法及其应用地球物理学进展，（）：王冲，顾汉明，许自强，等最小二乘反演迭代算法在压制海上变深度缆采集数据虚反射中的应用地球物理学报，（）：，：，：赫建伟，顾汉明，吴耀乐，等 波场延拓最小二乘法去虚反射技术在上下缆采集数据处理中的应用石油地球物理勘探，（）：王芳芳，李景叶，陈小宏 基于逆散射级数法的鬼波压制方法 地球物理学报，（）：