三维广义表面多次波预测技术在高邮火成岩区的应用研究

陈习峰，齐 鹏，薛永安，庞全康

（中国石化江苏油田分公司物探研究院，江苏南京210046）

在高邮凹陷盐城组火成岩作为一种强反射界面，引起较强的自由表面多次波。 因此在地震资料处理中， 多次波压制是需要重点解决的问题之一。作为一种相干噪声， 多次波会干扰一次波的识别，降低地震叠加剖面的真实性和可靠性，给资料处理和解释带来困难。 高邮凹陷火成岩区的多次波压制非常困难，一方面复杂近地表条件影响多次波的双曲特征，周期性不明显，基于时差的多次压制方法效果有限，另一方面受采集变观影响，炮、检点分布极不均匀， 基于波动的3DSRME方法受复杂地表条件影响也难以取得理想的应用效果。 因此，在高邮凹陷火成岩区开展三维多次波压制技术研究非常有意义［1］。

传统的多次波压制方法主要分为两大类［2-6］：一类是基于多次波与一次波特征和性质差异的滤波法， 包括f-k变换、 抛物和双曲Radon变换滤波等技术。 当多次波与一次波差异不明显时，滤波法压制效果有限，并且存在伤害一次有效波的风险；另一类是基于波动理论的预测相减法， 包括波场外推法、反馈环法和逆反散射级数法。 其中，反馈迭代表面多次波压制 （SRME） 技术在工业界应用广泛。Berkhout和Verchuur［7-9］最早提出了2D的SRME算法。该方法完全数据驱动，不需要预先知道地下介质详细信息，能适应复杂的地下介质情况，也不需考虑地震波在地下传播的细节。 但是随着研究的不断深入，2D算法没有考虑横测线方向上多次波的贡献，导致在处理三维资料时存在比较大的误差， 为此3DSRME［10-12］成为多次波压制的研究热点，并已广泛应用于海洋资料处理中。 由于3DSRME方法要求炮点、检波点均匀采样分布，目前常规的处理方法是在多次波压制前， 对三维数据做规则化处理，重建缺失的炮记录和道记录， 然后依据3DSRME方法原理实现全三维多次波预测。 但是对于陆地资料，由于地表条件十分复杂，大量的变观导致炮、检点分布极不规则，简单的规则化已无法有效解决问题，从而制约了3DSRME方法在陆地资料处理的应用。

针 对 上 述 问 题，Moore 和Dragoset［13-14］等 在3DSRME的理论基础上， 提出了三维广义表面多次波预测方法。 该方法在最小误差函数约束下，优选最近地震道进行时差校正，参与多次波预测。 其算法灵活、实现简单，与常规3DSRME相比可以最大程度适应各种观测系统和地质条件。 本文阐述了该方法的基本原理，并将其应用于实际火成岩区多次波压制处理中，通过分析多次波压制效果，验证了该方法对于陆地资料处理的适应性。

1 基于波动方程的三维广义表面多次波预测方法原理

自由表面多次波压制可以表示为：

对于三维地震数据，多次波模型接收来自主测线与联络线两个方向的多次波模型贡献道。 三维表面多次波的预测公式可以写为：

式中，（xr，yr）和（xs，ys）分别代表检波点与炮点坐标。

根据公式（2），三维表面多次波预测仍是一个褶积过程，可以分成两步实现。 首先沿主测线方向对三维多次波贡献道集MCGxy求和， 得到横测线多次波贡献道集，公式为：

然后再对联络线多次波贡献道集沿联络线方向求和，得到预测的三维多次波模型，公式为：

最终预测得到的多次波模型与实际地震数据中的多次波相比，存在着一定的振幅、相位的差别，需要采用适应的方式将所预测的多次波模型进行匹配后再从原始数据中减去。

以上即为常规的3DSRME的计算过程， 其中隐含了炮点和检波点在空间上均匀采样分布的要求。这也限制了3DSRME在实际应用中的推广， 特别是对于观测系统复杂的陆地资料，为此Moore和Dragoset等人在3DSRME基础上提出了一种适用于各种观测系统的广义表面多次波预测方法。 在多次波预测过程中，当计算位置缺少地震道时，采用“借道”的思想，在最小误差函数约束下，优选符合误差要求的最近地震道进行时差校正，将临近道偏移距校正到目标地震道偏移距上，再利用临近道参与多次波的预测计算。这样的算法与3DSRME相比更加灵活，多次波预测前不需要对数据进行规则化和外推。 临近最佳道的选择相对灵活，可以根据不同资料特点，选取不同项权系数计算最小误差，误差函数表达式为

其中，h、θ、x和y分别代表偏移距、方位角、中心点的横、 纵坐标， 下标d和i分别代表目标道和输入道，w代表自定义的每项误差加权系数，Q代表输入各地震道的信噪比。

在公式（5）中，方位角项误差由偏移距和实际方位角的乘积组成。 优势是考虑到了随着偏移距的增加，方位角误差变得更加重要。 其次，在实际应用过程中可以根据资料特点，利用权系数的取值来控制不同误差项的重要性。 例如，对于地下构造较为平缓、倾角较小的地震数据，中心点位置误差的重要性要相对低于不同偏移距产生的误差；对于窄方位角地震数据，由于输入数据的采样和联络线偏移距不足，方位角权系数通常很小或为零。

2 应用效果分析

在高邮凹陷火成岩发育区，多次波主要发育在600～2 500 ms之间，多次波的周期性明显，振幅能量强，与一次波混叠在一起，湮没了中、深层有效反射，严重影响了速度拾取的准确性。 另外实际地震采集中，受城镇、养殖区等复杂地表障碍的影响，地震数据偏移距分布十分不规则，因此3DSRME方法的多次波预测技术在陆地资料应用受到很大的限制。

图1 多次波压制前后速度谱对比

因此针对高邮凹陷火成岩发育区的多次波问题，采用本文所述的三维多次波预测，适应性更好，预测结果更准确，对多次波压制处理获得较好的效果。图1为多次波压制前后的速度谱对比。图1a显示中，多次波压制前的速度谱，可以看到自由表面多次波特征明显，严重影响了速度拾取的准确性；图1b为本文方法处理后的速度谱，可以看到速度谱上多次波的低速能量团明显减弱，速度趋势更加准确。

图2 多次波压制前后CMP道集记录对比

图2为多次波压制前后CMP道集记录对比。 如图2a所示， 原始CMP动校正数据从800 ms开始存在明显的多阶自由表面多次波，它的振幅强，掩盖了真实的地下反射波能量；图2b为采用三维多次波预测方法预测出的多次波模型，可以看到预测出的多次波特征与原始数据较为吻合；图2c为利用匹配相减压制多次波后的道集数据，可以看到从近偏移距到远偏移距，多次波都得到了较好的压制，原始数据中一次反射波的弱能量得到了突出； 图2d为Radon变换方法压制多次波的结果， 与原始数据对比可以看到，Radon变换方法对远偏移距的多次波能够较好的压制，但在近偏移距仍有较多的残余多次波，压制效果较差，这也是受到近偏移距多次波与有效波时差较小的限制。

图3 多次波压制前后叠加剖面对比

图3为多次波压制前后叠加剖面对比。 如图3a所示, 原始叠加剖面受盐城组火成岩水平产状多次波的影响，水平产状的同相轴能量强，与真实地层产状混杂； 图3b为Radon变换方法处理后的叠加剖面，可以看到多次波得到一定压制，但仍存在明显的残余；图3c为本文方法处理后的结果，与Radon变换方法相比，多次波压制更彻底，真实地层的产状更加清晰。

图4为多次波压制前后偏移剖面对比。 如图4a所示,未作多次波压制处理的偏移剖面，受盐城组火成岩水平产状的多次波影响，小断块的结构混乱、不清晰；图4b为本文方法处理后的偏移结果，对多次波的压制效果好，小断块的真实产状更加明显。

图4 偏移成像剖面对比

3 结论与认识

针对苏北盆地高邮凹陷火成岩区的多次波问题，采用本文的三维多次波预测方法，在最小误差函数约束下，优选临近地震道进行时差校正，参与多次波预测，预测结果也更为准确。 通过实际地震资料处理效果表明，本方法与Radon变换方法相比，对时差较小的近偏移距多次波压制优势明显；与3DSRME法相比， 更适应高邮凹陷火成岩区复杂的地表条件， 能有效的预测出自由表面多次波模型，并取得了较好的压制效果，在实际生产中具有较好的应用价值。