基于反馈模型和CFP技术压制多次波.pdf

基于反馈模型和C F P 技术压制多次波基于反馈模型和O F P 技术压制多次波李振春马光凯孙小东曹文俊张辉( 中国石油大学地球资源与信息学院，山东东营，2 5 7 0 6 1 )【j 囊要】压制多次波一直是地震数据处理中的重要问题之一，除了反褶积和滤波等常用的技术外，近年陆续出现了一些新的压制多次波的处理技术它们有r - 个共同点就是分两步走：首先预测多次波，然后从原始地震数据中去除预测的多次波利用反馈模型和共聚焦点( C F P ) 技术压制多次波就是新出现的压制多次波方法的典型代表之一，也是研究热点这种方法以波动方程、射线理论和w 1 1 w 模型为基础，在B e r k h o u t 的“反馈模型”理论和共聚焦点( C F P ) 技术的基础上，将迭代反演方法与C F P 技术相结合来消除多次波，实现对自由表面多次波和层间( 内部) 多次波的压制1 研究要解决的主要问题基于反馈模型用迭代反演和C F P 技术压制自由表面多次波和层间( 内部) 多次波根据B e r k h o u t 的“反馈模型”理论和弹性波在自由表面反射的物理特性，可以把自由表面当作是产生与自由界面有关的多次波的震源，从而推导出压制自由表面多次波的方法，即，在包含自由界面多次波的实际数据和没有多次波的期望数据之间可以建立一种数学关系。

这种关系的推导并没有假设地下介质的任何先验信息，只需从地震数据中估计子波的逆，并且以地震记录与一次波的初始估计( 甚至可以是地震记录本身) 的褶积产生多次波的估计，子波的逆( 自由表面算子) 用于标定多次波，从原始记录中减去标定后的多次波就得到一次波压制自由表面多次波效果的基本原则是能量最小原则，即，从实际记录的地震数据中减去预测的多次波后，剩余的波场能量最小，这样的波场可以认为是有效波场另外，为了弥补最4 ' - - 乘法的缺陷，在减去预测的多次波时，也采用了基于独立分量分析的相减技术上述消除自由表面多次波的方法可以推广到层间多次波，这通过C F P 技术实现C F P ( c o m m o nf o c u s i n gp o i n t ) 是共聚焦点成像的简称( 包括激发聚焦和接收聚焦) ，它是一种基于波动理论、射线理论和等时( 等截距时间) 原理的地震成像方法基于反馈模型和C F P 技术压制层间多次波是借助于反馈模型、C F P 技术、最小平方滤波和迭代反演等方法来实现多次波消除的方法用这种方法消除层间多次波又可以分为两种实现方法：面相关方法和层相关方法面相关方法指通过C F P 技术把地面的波场延拓到产生层间多次波的界面上，得到C F P 道集，然后按照消除自由表面多次波的方法一5 6 0 —我国近海油气勘探开发高技术发展研讨会文集消除层间多次波，只不过这时预测多次波用的是C F P 道集而不再是炮记录，标定多次波时用界面算子来代替自由表面算子。

层相关方法是指通过C F P 技术把地面的波场延拓到产生层间多次波的界面之下的某一基准面上，得到C F P 道集，再进行第二步聚焦得到网格点道集，然后用C F P 道集和网格点道集的反因果部分来预测多次波最后以预测的多次波为依据对地震记录做最小平方滤波即可实现层间多次波的消除基于反馈模型和C F P 技术消除多次波对模型的适应性很强：对自由表面多次波的消除，只需要知道地震记录即可达到消除多次波的目的；对层间多次波，也只需要一个先验的速度信息即可这种方法对于海上多次波的消除效果非常好对于3 D 多次波消除，主要考虑到横测线的稀疏性和由这种稀疏性可能产生空间假频和边界效应而带来的模型空间的模糊性，以及横测线方向多次波预测的精度，可以采用稀疏度约束的非线性稀疏反演( 代替了内插处理) ，该方法是利用顶点( 稳相点) 走时、顶点位置和曲率( 二次曲线) 作为参数，稀疏度作为约束，通过欠定广义线性迭代反演和模型道求和( K i r c h h o f f偏移) 实现3 D 多次波的预测总之，C F P 技术和迭代反演为消除多次波提供了一种新方法尤其是C F P 技术和广义线性迭代反演具有完整的理论体系、完善的方法、算法和实用的处理流程，从而使基于反馈模型和C F P 技术消除多次波的方法具有很好的实用价值，是近年来衰减多次波研究的热点。

2 国内外研究现状．利用反馈模型实现自由表面多次波的压制在国外已经成功的用于工业界，从效果看要优于压制多次波的大多数其他方法这种方法能明显压制表层多次波，但层间多次波依然存在不同公司的处理结果差别也很大，因此从方法到算法再到应用还不是很成熟，因此在方法的改进和新方法的探讨、算法的优化和模块的实用性等方面都有待进一步研究而利用反馈模型和C F P 技术不仅能消除自由表面多次波，还能消除层问多次波，是未来研究的重点国外正在进行这～方面的研究和部分应用，还未完全实用化国内在这方面起步较晚，发表的相关文章都是近三年的，并且也仅仅是局限于自由表面多次波和层间多次波压制的模型研究和部分实际资料的试算，且绝大多数还没有实用化因此运用反馈模型和C F P 技术消除多次波，尤其是消除层间多次波具有一定的先进性和创新性因此系统研究和应用这种方法消除多次波既有理论意义，又有实用价值3 研究内容和拟解决的技术难点研究内容主要包括：—- 5 6 1 —-基于反馈模型和C F P 技术压制多次波1 ) 理论分析和方法研究，以波动方程、射线理论和W R W 模型为基础，运用B e r k h o u t的单分量数据矩阵表示法，获得有关基于反馈模型和C F P 技术压制多次波( 包括自由表面多次波和层间多次波) 的数学模型，表示出一次波和多次波之间的关系。

理论研究主要包括表层算子和层问算子的求取、表层多次波和层间多次波的预测、聚焦算子的计算、聚焦点响应的生成、C F P 道集的( 各级多次波预测算子) 形成、网格点道集的形成、用自适应迭代过程实现多次波的压制、迭代反演算法的确定最终形成一套完整的基于反馈模型和C F P 技术压制多次波的理论体系和方法算法2 ) 模型试算和实际应用，借助于理论公式和算法，对多种模型资料进行试算使方法完善、算法优化；通过实际资料处理、约束条件的加入和相关资料的综合应用，建立一套完整的消除多次波的处理流程和优化算法具体来说，研究内容包括：( 1 ) 推导消除自由表面多次波和层间多次波的解析公式 2 ) 基于有限差分走时计算、波场延拓和稳相法生成聚焦算子、C F P 道集、聚焦点响应和网格点道集 3 ) 求取合适的多次波预测算子，用自适应迭代过程实现多次波的衰减 4 ) 进行模型计算 5 ) 实际资料的处理6 0 程序软件化和算法实用化拟解决的技术难点：( 1 ) 多次波预测算子的形成和预测算子的实用性 2 ) 旅行时的计算：纵横向变速的考虑，原则是越接近真实介质越好；射线追踪( 有限差分走时计算) 和波场延拓方法的确定，应兼顾计算效率和效果。

3 ) C F P 道集、聚焦点响应和网格点道集的生成 4 ) 迭) 代反演算法的确定和优化4 预期达到的水平、技术指标和主要创新点预期达到的水平、技术指标：对实际资料进行处理，较好地解决多次波( 包括表层和层间多次波) 的问题，改善叠加剖面的质量，提高信噪比最后，提供一套基于反馈模型和C F P 技术压制多次波的实用化软件1 ) 在国内外公开出版的学术刊物和重要的学术会议上发表学术论文3 - 5 篇；2 ) 形成一套基于反馈模型和C F P 技术压制多次波的理论方法；3 ) 对模型理论数据中的多次波能量压制的程度对表层多次波达到9 5 ％以上，对层间——5 6 2 —·我国近海油气勘探开发高技术发展研讨会文集多次波达到9 0 ％以上；4 ) 对实际资料中的多次波能量压制的程度对表层多次波达到9 0 ％以上，对层间多次波达到8 0 ％以上；5 ) 最终形成一套基于反馈模型和C F P 技术压制表层和层间多次波的优化算法和实用化软件主要创新点：1 ) 压制多次波公式的推导2 ) 适用于复杂介质模型的射线追踪( 有限差分走时计算) 方法和波场延拓方法3 ) C F P 道集和网格点道集的形成。

4 ) 多次波预测算子的形成、正确的多次波预测算子的求取5 ) 解决实际资料中的多次波和预测的多次波的匹配问题：针对这一问题，采用两种方法：最小平方法和基于独立分量分析的方法5 该项技术研究对产业发展的意义多次波问题是地震勘探中最突出的问题之一多次波的出现使得我们得到的成像和幅值变得不真实，从而影响了地震成像的真实性和可靠性，干扰地震资料的解释盐下成像就是一个生动的范例而多次波问题在我国地震勘探中普遍存在，在某些地区甚至相当严重而且现阶段我国的大部分油田都已进入二次、甚至三次采油时期，这就需要更细致地了解地下更深层的构造和岩性油气藏，如何更好地做好地震资料的去噪和多次波的消除已是当务之急因此，压制多次波历来是地震数据处理方法中研究的热点和难点常规的消除多次波的方法只能解决能够区分一次波和多次波的特征( 如周期性、可分离性) 的多次波问题，很难解决复杂多次波问题近年兴起的以波动方程为基础的多次波消除方法在这方面则显示出越来越强的生命力，具有很大的发展空间，其中最引人关注的就是基于反馈模型和C F P 技术来消除多次波该方法具有完整的理论体系和完善的方法算法，具有很好的推广应用前景6 前期科研工作情况、现有基础和条件1 ) 表层多次波的消除P图l ：一次波( Z > Z o ) 和地表多次波的正演模型，产生多—- 5 6 3 ——狂。

》基于反馈模型和C F P 技术压制多次波次波界面定义在z o = Z o ( x ，Y ) 处通过B e r k h o u t 的“反馈模型”( 图1 ) 可以看出，震源波场S + ( z o ) 产生一次波响应，二次震源波场R 一( Z o ) P 一( z o ) 产生多次波响应，包含多次波的地震波场可以表示为：P ( z ) = P o ( z ) + ∑t ／' o ( Z ) A ( z ) 】”P o ( z o )( 1 )n = l由( 1 ) 式，表层多次波消除公式可以表不为：R 肿1 ( z o ) = P ( z o ) 一只‘”’( z o ) A ‘州’( z o ) P ( z o )( 2 )2 ) 层间多次波的消除表层多次波的预测和消除方法可以推广到层问多次波，这需要把波场向下延拓至多次波产生的界面上利用C F P 技术很容易实现这种波场的延拓若我们用产生多次波的界面z 代替表层多次波的产生界面z o ，则层问多次波表示为：M 一( Z o ) = F ( z o ，Z ) P 一( Z Z o )( 3 )F ( z o ，z ) = X ( z o ，z 。

) 置一( z )( 模型驱动)( 4 a )F ( z o ，Z m ) = A P 一( z o ，z ) A 一( z ) ‘( 数据驱动)( 4 b )其中，p - ‰，z 0 ) 是震源在地面、接收点在多次波产生边界z 的下行波波场；壁‰，o 是炮点位于z 接收点位于地面的一次波波场我们可以根据关于界面Z 的C F P 道集来建立后两种波场因此，对于层间多次波的消除来说炮记录由C F P 道集来代替 a )( b )( c )图2 对四层平层模型消除裹层多次波的试算结果 ( a ) 原始炮记录；( b ) 二次迭代后预测的多次波：( C ) 二次迭代后估算的一次波3 ) 模型试算为了验证基于迭代反演和C F P 技术消除多次波的有效性，对简单的平层模型进行了一5 6 4 —我国近海油气勘探开发高技术发展研讨会文集试算图2 为迭代反演法消除表层多次波的结果图3 为利用迭代反演和C F P 技术消除层间多次波的结果从图2 和图3 可以看到，这种方法在一次迭代后已大大衰减了多次波，在二到三次迭代后已基本消除了。