基于復雜海況鬼波壓制的工區匹配拼接技術

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.中海油田服務股份有限公司 物探事業部特普公司，湛江 524057)

0 引言

海洋地震勘探中，隨著勘探的不斷深入，兩個工區甚至幾個工區會出現重合現象，這時需要對數據進行匹配拼接，進行連片處理[1]；不同的工區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據中，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。

筆者對常規的拼接連片處理技術進行升級，加入了鬼波壓制技術，即首先對不同工區數據進行鬼波壓制，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雜海況精細去鬼波技術CSCDG，該技術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；然后基于高斯統計的方法計算粗糙海面反射系數，最后在τ-p域迭代求取最優化鬼波算子壓制鬼波。考慮了粗糙海平面模擬、纜深浮動控制、海水背景噪音控制等復雜現實，鬼波壓制精度高，保真保幅。鬼波回技術是鬼波壓制技術的反方向實現。該技術主要解決復雜多工區匹配處理過程中，不同區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進行實際效果驗證，基本消除該工區四個區塊的鬼波差異性大帶來的拼接問題，為后續的成像打下堅實的基礎。

1 方法原理

1.1 近道海底反射提取子波

氣槍激發信號并不是單一脈沖，其后續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據中的殘余氣泡。基于這個原因這里使用從地震數據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數據，易受測井誤差的影響,導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統計性子波提取，由Robinson[8]提出，它假設前提較多，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。基于以上原因，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，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，實際應用時使用近道剖面海底同向疊加來實現地震子波的提取[9]：

(1)

式中：h為炮點的水深；v為水速；t為時間；xi代表道數。該方法得到的子波沒有經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據進行氣泡壓制，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，假設鬼波與有效波的時差為▽τ，傳播角度為θ(圖3)，假設射線參數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；ω為角頻率。當射線參數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勢[11]。

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

2 數據處理試驗

筆者選取南海A工區與B工區數據進行鬼波壓制拼接匹配處理試驗，圖4為兩個工區的面元覆蓋次數圖，從圖4可以看到，左側為A工區，右側為B工區，兩個工區相互重合，一般需要進行拼接匹配處理。兩個工區采集時間相差不大，采集儀器相同；由圖5可以看出，兩個工區槍陣組合完全相同，兩個工區的槍陣組合一致，說明氣槍信號相同，但是采集過程中兩個工區震源和電纜沉放深度不一致，A工區震源沉放深度為7 m、電纜沉放深度為8 m，B工區震源沉放深度為6 m、電纜沉放深度為15 m；由于兩個工區的采集儀器，與其余參數基本一致，所以兩個工區的數據差異，主要是由于電纜沉放深度不一致，導致鬼波特征不一致引起的，使用常規的匹配濾波技術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匹配拼接的剖面，雖然振幅能量與相位調整一致，但是由于每個區塊的鬼波周期和形態不一致，在拼接處還是有明顯的拼接痕跡。為了解決這個問題，實現疊前無縫拼接處理，筆者使用基于鬼波壓制的多工區數據拼配技術，改善連片處理的數據品質，為后續的地質解釋和油氣預測提供便利。

圖7為本次基于鬼波壓制技術的匹配具體流程，匹配拼接前，首先使用復雜海況鬼波壓制技術(CSDG)對兩個工區數據進行鬼波壓制，解決A、B兩個工區采集地震由于槍、纜沉放深度不同導致子波差異大，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雜海況的影響，鬼波形態并不一致,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;(b)B工區

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對應的炮集自相關，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合同向軸，增加了地質解釋的難度，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 不同工區壓制鬼波后的頻譜對比Fig.12 Section spectrum after deghost of different area(a)A工區;(b)B工區

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

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

為了說明基于復雜海況鬼波壓制技術(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，這說明復雜海況鬼波壓制技術(CSDG)具有較高的精確性。

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

在這個基礎上對兩個工區進行匹配拼接(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在A、B兩個工區獲得了成功應用，該技術在原理與應用中具有合理性。

3 結論

復雜海況下的鬼波壓制技術(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據常規拖纜鬼波及氣槍信號，得到寬頻帶的地震數據。在不同工區地震資料匹配前先分別對其使用復雜海況下的鬼波壓制技術(CSDG)，可以有效解決不同工區間由于電纜沉放深度不一致，導致鬼波特征不一致引起的不同工區的數據差異，實現了不同工區間的無縫拼接處理，改善連片處理的數據品質，為后續的地質解釋和油氣預測提供便利。