基于确定性子波处理的鬼波压制方法*

陈宝书 陶 杰 李松康 汪小将 仝中飞 张连群

(中海油研究总院 北京 100028)

基于确定性子波处理的鬼波压制方法*

陈宝书 陶 杰 李松康 汪小将 仝中飞 张连群

(中海油研究总院 北京 100028)

鬼波干扰是海洋地震勘探中始终存在的难题，长期没有得到根本的解决，严重制约了地震勘探技术的进步。目前多数压制方法一般仅针对电缆鬼波，无法很好地压制震源鬼波。本文提出了一种基于确定性子波处理的鬼波压制方法，先获取远场子波，再由远场子波获得3种类型的地震子波，并求取子波之间的匹配算子，然后将算子应用于实际地震数据，最终获得压制鬼波的结果。该方法要求地震采集过程中气枪震源子波相对稳定，通过各种方法获得的子波与实际子波基本接近。理论模型测试结果表明，本文方法能够同时压制电缆鬼波和震源鬼波，即使受地层吸收衰减的影响，依然能够获得较为准确的结果。实际资料应用效果表明，使用本文方法进行鬼波压制处理后，地震资料剖面波组特征清晰，反射同相轴单一，有利于构造解释工作；地震资料频谱频带宽，高低频能量丰富，无明显陷频点，有利于储层反演工作。

确定性子波；鬼波压制；震源鬼波；电缆鬼波；匹配算子

鬼波干扰是海洋地震勘探中始终存在的难题，长期没有得到根本的解决，严重制约了地震勘探技术的进步。鬼波分为震源鬼波和电缆鬼波。气枪震源被沉放于海水中的一定深度激发，有一部分能量直接向上传播到海面，然后再向下反射向海底深部传播，遇到地下界面再反射回来被电缆检波器所接收，此波恰好尾随在正常一次反射波之后构成干扰，称作震源鬼波；与此对应，震源激发后能量向下反射，遇到地下界面后再反射回来至海面，再由海面反射回来被电缆检波器所接收，此波也同样在正常一次反射波之后构成干扰，称作电缆鬼波[1]。对于海上地震资料而言，鬼波的存在造成地震资料出现陷频，地震资料的频带被压缩;同时导致地震资料出现多轴、多相位等现象，从而无法准确地获得反射系数序列，严重影响构造解释、储层反演、油气检测和开发地震的应用效果。

如何有效压制鬼波，近年来已成为业界一个热点问题。鬼波压制方法主要有2类，一类是基于新的采集方法，另一类是基于新的处理方法。目前主流的采集方法主要包括海底电缆采集(OBC)[2]、双传感器采集[3]、上下缆采集[4]、上下源采集[5]、斜缆采集[6]等,这些采集方法配合相应的处理方法都能在一定程度上压制鬼波，如针对OBC资料、双传感器资料的水陆检合并方法，针对上下缆上下源资料的上下缆、上下源合并方法[7]，针对斜缆资料的镜像偏移方法、联合反褶积方法[8-9]等。这类基于采集方法的鬼波压制费用昂贵，且处理过程复杂、难度较大，因此业界也在不断研究基于处理方法的鬼波压制，如基于自举算法的鬼波压制方法[10]、基于逆散射级数法的鬼波压制方法[11]、τ-p域Radon变换鬼波压制方法[12-13]、基于格林函数理论的波场预测和鬼波压制方法[14]等。这类基于处理方法的鬼波压制方法均是先通过算法预测鬼波，然后将其从数据中消除，一般仅针对电缆鬼波，无法很好地压制震源鬼波。

本文提出了一种基于确定性子波处理的鬼波压制方法，核心思想是利用获取的远场子波计算鬼波压制算子，以达到压制鬼波的目的。该方法适用于常规采集地震资料，能够同时压制电缆鬼波和震源鬼波，可为后续地质构造解释、储层反演和沉积特征分析等提供高品质的地震资料。

1 鬼波压制方法

1.1 方法原理

地震记录是真实地层反射系数、地震子波和吸收衰减因子的褶积，即

D(t)=R(t)*W(t)*Q

(1)

式(1)中：D(t)为地震记录；R(t)为地层反射系数；W(t)为地震子波；Q为吸收衰减因子。

从式(1)可以看出，应用不同类型的地震子波与地层反射系数、地层吸收衰减因子进行褶积能够获得不同结果的地震记录。对于实际地震资料D1(t)而言，其对应的地震子波是我们通常意义上的远场子波W1(t)。该远场子波一般可以通过如下方式获取：直接接收远场子波信号；根据气枪阵列参数、电缆沉放深度进行软件模拟；根据近场子波信号、震源沉放深度、电缆沉放深度进行合成；根据零偏移距数据的海底反射进行提取。

由获取的远场子波可以获得3种类型的地震子波：①既含震源鬼波又含电缆鬼波的子波W1(t)；②仅含震源鬼波的子波W2(t)；③既不含震源鬼波又不含电缆鬼波的子波W3(t)。这3种地震子波对应的地震记录分别为D1(t)、D2(t)、D3(t)，其中D3(t)是理想状态下不含任何鬼波和子波衰减系数的地震记录。

假定在1个子波长度内，一次波与鬼波的相对关系保持不变(即吸收衰减因子Q在1个子波范围内，对于一次波和鬼波信号的吸收衰减效应是一致的)，令Rnew(t)=R(t)*Q，则式(1)可以改写为

D(t)=R(t)*W(t)*Q=[R(t)*Q]*W(t)=

Rnew(t)*W(t)

(2)

由此可以得到

D1(t)=Rnew(t)*W1(t)

(3)

D2(t)=Rnew(t)*W2(t)

(4)

D3(t)=Rnew(t)*W3(t)

(5)

对比式(3)～(5)可知，D1(t)、W1(t)、W2(t)、W3(t)均已知，只要计算出W1(t)、W2(t)、W3(t)之间的匹配算子，并应用于实际数据D1(t)，就可以得到含有子波衰减系数Q的D2(t)和D3(t)。

具体实现步骤为：①计算出W1(t)、W2(t)之间的匹配算子，W1(t)是既含震源鬼波又含电缆鬼波的子波，W2(t)是仅含震源鬼波的子波，两者的匹配算子即为电缆鬼波压制算子。将该算子应用于已知的实际数据D1(t)，即可获得压制电缆鬼波之后的数据D2(t)。②计算出W2(t)、W3(t)之间的匹配算子，W2(t)是仅含震源鬼波的子波，W3(t)是既不含震源鬼波又不含电缆鬼波的子波，两者的匹配算子即为震源鬼波压制算子。将该算子应用于已知的已经压制电缆鬼波后数据D2(t)，即可获得压制电缆鬼波和震源鬼波之后的数据D3(t)；含有子波衰减系数Q的D3(t)就是最终期望得到的消除鬼波影响的结果。

可以将上述2个步骤合为一步，直接求取W1(t)、W3(t)之间的匹配算子，应用于实际数据，获得消除鬼波的结果。令F为W1(t)、W3(t)的匹配算子，则它们之间的匹配关系可表示为

W3(t)=F*W1(t)

(6)

由于W1(t)、W3(t)已知，则匹配算子F可表示为

F=W3(t)*W1(t)-1

(7)

结合式(3)、(5)、(6)，可得

D3(t)=Rnew(t)*F*W1(t)=F*D1(t)=

W3(t)*W1(t)-1*D1(t)

(8)

1.2 适用条件

从上述公式可以看出，该方法存在隐含假设条件：子波为单一子波，而子波吸收衰减系数Q对整个子波起作用。因此,本方法的适用条件为：①实际资料采集过程中，空气枪工作时间窗内稳定，各采集时窗内气枪激发的子波基本无差异;②实际资料采集过程中，电缆沉放深度相对稳定，无明显高度差;③实际子波传播过程中，地层对于一次波、鬼波的吸收衰减作用一致。

2 理论模型测试

利用图1所示地震子波模拟了1道地震记录，并进行了鬼波压制测试。图1是既含震源鬼波又含电缆鬼波的子波W1(t)；图2是不含鬼波的期望子波W3(t)；图3是经过子波匹配获得的鬼波压制算子；图4是模拟地震记录的鬼波压制结果。图4a是随机给出的反射系数模型，其中既含有单一反射层位，也含有相干反射层位；图4b是子波W1(t)和反射系数模型合成的地震记录，由于鬼波的存在，该地震记录已经不能很好地反映地层的真实反射系数，尤其是在相干反射层位的位置；图4c是模拟子波衰减的地震记录，受吸收衰减影响，该地震记录的振幅和相位都有所改变；图4d是图4b应用本文方法压制鬼波的结果，该结果各反射层位的信息与原始模型图4a基本一致；图4e是图4c应用本文方法压制鬼波的结果，受吸收衰减影响，该结果各反射层位的振幅值虽有所变化，但其位置与极性均得到恢复，鬼波的影响得到消除。由此可见，本文方法能够同时压制电缆鬼波和震源鬼波，且压制效果基本不受地层吸收衰减的影响。

图1 既含震源鬼波又含电缆鬼波的子波W1(t)Fig.1 Source wavelet W1(t) containing source ghost wave and cable ghost wave

图2 不含鬼波的期望子波W3(t)Fig.2 Expected wavelet W3(t) without ghost wave

图3 子波匹配获得的鬼波压制算子Fig.3 Deghosting operator by wavelet matching

图4 理论模型处理结果Fig.4 Processing result of theoretical model

3 实际资料应用

1) 实例1。

图5是海外A区块地震资料鬼波压制前后单炮记录的对比。第1根黑色同相轴为海底反射一次波信号，第2根黑色同相轴为海底反射电缆鬼波信号。对比图5a、b可以看到，鬼波已经得到了明显压制，第2根黑色同相轴的电缆鬼波信号已经被压制，海底反射效果最为显著。

图6是该区鬼波压制效果的海底反射展示。图6a是鬼波压制前的叠加剖面，由于鬼波的存在，海底反射呈现多轴多相位的现象，第1根红色同相轴是海底反射的一次波信号，其后出现的蓝色同相轴和红色同相轴均为海底反射的鬼波信号。图6b是电缆鬼波压制后的叠加剖面，红色同相轴显示的鬼波信号得到消除。图6c是震源鬼波压制后的叠加剖面，蓝色同相轴显示的鬼波信号得到消除，此时海底反射层位已经由原来的多相位变成单相位，剖面的波阻特征更为清晰明确。图7是该区鬼波压制效果的地下反射展示，鬼波压制特征与图6类似。

图5 海外A区块单炮记录对比Fig.5 Comparison of shot gathers in overseas A block

图6 海外A区块海底反射地震资料叠加剖面对比Fig.6 Comparison of stacked profiles of seabed reflection seismic data in overseas A block

图8是该区鬼波压制前后的频谱对比，可以看出，以-10 dB作为标准，鬼波压制前的频宽为12～60 Hz，鬼波压制后的频宽为3～72 Hz。由此可见，应用本文方法后，原始地震资料高频端和低频端的陷频均得到很好的恢复，低频和高频信号都有明显提升。

图7 海外A区块地下反射地震资料叠加剖面对比Fig.7 Comparison of stacked profiles of underground reflection seismic data in overseas A block

2) 实例2。

图9是南海深水区地震资料鬼波压制前后剖面对比，该测线为国内首次将电缆沉放至20 m深。图9a为鬼波压制前剖面，由于电缆沉放至20 m深，水况较为稳定，地震数据的信噪比极高，但同时鬼波与一次波的时差大幅度增加，在剖面上显现出大量的沉积假象。图9b是鬼波压制后的剖面，可以看出，鬼波造成的沉积假象得到了很好的消除，基底叠瓦状构造形态也更加清晰。

图10是该区鬼波压制前后的频谱对比。可以看出，由于电缆沉放至20 m深，鬼波压制前的频谱，陷频现象更加明显，在36 Hz的位置就已经出现。鬼波压制后，鬼波造成的陷频现象得到了很好的消除，频谱得到了拓宽。

图8 海外A区块地震资料频谱对比Fig.8 Comparison of seismic data frequency spectrum in overseas A block

图9 南海深水区B测线地震资料剖面对比Fig.9 Comparison of seismic data profiles of line B in deep water area,South China Sea

图10 南海深水区B测线地震资料频谱对比Fig.10 Comparison of seismic data frequency spectrum of line B in deep water area,South China Sea

4 结论

1) 提出了一种基于确定性子波处理的鬼波压制方法，先获取远场子波，再由远场子波获得3种类型的地震子波，并求取子波之间的匹配算子，然后将算子应用于实际地震数据，最终获得压制鬼波的结果。该方法要求地震采集过程中气枪震源子波相对稳定，通过各种方法获得的子波与实际子波基本接近。

2) 理论模型测试结果表明，本文方法能够同时压制电缆鬼波和震源鬼波，即使受地层吸收衰减的影响，依然能够获得较为准确的结果。

3) 实际资料应用效果表明，使用本文方法进行鬼波压制处理后，地震资料剖面波组特征清晰，反射同相轴单一，有利于构造解释工作；地震资料频谱频带宽，高低频能量丰富，无明显陷频点，有利于储层反演工作。

[1] 陈金海,王桂华,徐新南.海上地震虚反射探讨[J].海洋石油,2000,20(1):22-27.CHEN Jinhai,WANG Guihua,XU Xinnan.Assessment of ghosts in marine seismic data[J].Offshore Oil,2000,20(1):22-27.

[2] 王守君.海底电缆地震技术优势及在中国近海的应用效果[J].中国海上油气,2012,24(2):9-12.WANG Shoujun.Technical advantages of OBC seismic survey and its application effects offshore China[J].China Offshore Oil and Gas,2012,24(2):9-12.

[3] 赵仁永,张振波,轩义华,等.双传感器拖缆采集技术在珠江口盆地中生界地层中的应用[J].石油天然气学报,2011,33(3):58-61.ZHAO Renyong,ZHANG Zhenbo,XUAN Yihua.Application of the dual-sensor streamer acquisition technology in Mesozoic Group of Pearl-river Mouth Basin[J].Journal of Oil and Gas Technology,2011,33(3):58-61.

[4] HE J W,LU W K,LI Z X.An adaptive over/under data combination method[J].Applied Geophysics,2013,10(4):469-476.

[5] 赵仁永,张振波,轩义华.上下源、上下缆地震采集技术在珠江口盆地的应用[J].石油地球物理勘探,2011,46(4):517-521.ZHAO Renyong,ZHANG Zhenbo,XUAN Yihua.Application of over/under streamer and over/under source seismic acquisition in the Pearl River Mouth Basin[J].Oil Geophysical Prospecting,2011,46(4):517-521.

[6] SABLON R,RUSSIER D,ZURITA O,et al.Multiple attenuation for variable-depth streamer data:from deep to shallow water[C]∥81st SEG Meeting,2011:4424-4427.

[7] 李绪宣，王建花，张金淼，等.南海深水区地震资料采集设计和处理关键技术及其野外试验效果[J].中国海上油气,2013,25(6):8-14.LI Xuxuan,WANG Jianhua,ZHANG Jinmiao,et al.Some seismic acquisition designs and key processing techniques and their testing effects in the deep water areas,South China Sea[J].China Offshore Oil and Gas,2013,25(6):8-14.

[8] 许自强，方中于，顾汉明，等.海上变深度缆数据最优化压制鬼波方法及其应用[J].石油物探,2015,54(4):404-413.XU Ziqiang,FANG Zhongyu,GU Hanming,et al.The application of optimal deghosting algorithm on marine variable-depth streamer data[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2015,54(4):404-413.

[9] 许自强，李添才，王用军，等.倾斜电缆地震资料处理关键技术及其效果分析[J].中国海上油气,2015,27(6):10-18.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2015.006.02.XU Ziqiang,LI Tiancai,WANG Yongjun,et al.Key technology for slant streamer seismic data processing and its application analysis[J].China Offshore Oil and Gas,2015,27(6):10-18.DOI:10.11935/j.issn.1673-1506.2015.006.02.

[10] WANG P,PENG C.Premigration deghosting for marine towed streamer data using a bootstrap approach[C]∥82nd SEG Meeting,2012:1-5.

[11] 王芳芳,李景叶,陈小宏.基于逆散射级数法的鬼波压制方法[J].地球物理学报,2013,56(5):1628-1636.WANG Fangfang,LI Jingye,CHEN Xiaohong.Deghosting method based on inverse scattering series[J].Chinese Journal of Geophysics,2013,56(5):1628-1636.

[12] SONG Jiangguo,GONG Yunliang,LI Shan.High-resolution frequency-domain Radon transform and variable-depth streamer data deghosting[J].Applied Geophysics,2015,12(4):564-572.

[13] POOLE G.Pre-migration receiver de-ghosting and re-datuming for variable depth streamer data[C]∥83rd SEG Meeting,2012:4216-4220.

[14] 李洪建,韩立国,巩向博.基于格林函数理论的波场预测和鬼波压制方法[J].地球物理学报,2016,59(3):1113-1124.LI Hongjian,HAN Liguo,GONG Xiangbo.A wavefield prediction and ghost suppression method based on Green function theory[J].Chinese Journal of Geophysics,2016,59(3):1113-1124.

(编辑：冯 娜)

Deghosting method based on deterministic wavelet processing

CHEN Baoshu TAO Jie LI Songkang WANG Xiaojiang TONG Zhongfei ZHANG Lianqun

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

Ghost wave interference problem always existing in marine seismic exploration has not been fundamentally resolved for a long time, which restricts the seismic exploration technology progress seriously.Most deghosting methods can only suppress cable ghost wave, and don’t have a very good suppression effect for source ghost wave.In this paper, a deghosting method based on deterministic wavelet processing is developed.First of all, the far field wavelet is got and used to create three kinds of wavelets and the match operators among the wavelets are calculated and applied on the real seismic data to suppress ghost wave.The simulation results show that this method can effectively suppress both cable ghost wave and source ghost wave, even with the effect of seismic attenuation this method can also obtain good results.The application of this method on real seismic data shows that with the deghosting method the wave group characteristics of seismic profile are clear and reflection events are single, which are helpful for structure interpretation.Meanwhile, frequency spectrum of seismic data is broad, the high and low frequency energy is rich, and there is no obvious notch frequency, which are helpful for reservoir inversion.

deterministic wavelet; deghosting; source ghost wave; cable ghost wave; match operator

陈宝书，男，教授级高级工程师，2008年毕业于中国科学院地质与地球物理研究所固体地球物理专业，获博士学位，主要从事地震资料处理方法研究工作。地址：北京市朝阳区太阳宫南街6号院A座1002(邮编：100028)。E-mail:chenbsh@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)01-0039-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.01.005

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[J].中国海上油气，2017,29(1)：39-45.

CHEN Baoshu,TAO Jie,LI Songkang,et al.Deghosting method based on deterministic wavelet processing[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(1):39-45.

P631.4

A

2016-04-28 改回日期：2016-07-26

*“十二五”国家科技重大专项“南海深水区油气勘探地球物理关键技术(编号：2011ZH05025-001)”部分研究成果。