基于复杂海况鬼波压制的工区匹配拼接技术

刘 铮，史运华，史文英

(1.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司，深圳 518054；2.中海油田服务股份有限公司 物探事业部特普公司，湛江 524057)

0 引言

海洋地震勘探中，随着勘探的不断深入，两个工区甚至几个工区会出现重合现象，这时需要对数据进行匹配拼接，进行连片处理[1]；不同的工区的地震资料进行匹配拼接时，一般需要消除振幅、相位、频率特征等方面差异[2-3]，没有考虑到鬼波的影响因素；鬼波通常存在于海洋拖缆地震勘探数据中，对海洋地震资料影响极大，鬼波的干扰使子波长度加长，在频率域平均分布的陷波点严重限制了子波的频宽，尤其是低频信息和高频信息。鬼波在地震剖面上的表现是使地震剖面同相轴增多，分辨率和信噪比降低[4]。由于震源、检波器沉放深度的不同，不同工区的鬼波影响差异也较大，处理过程中需要消除鬼波的影响，进行拼接匹配时才能取得较好的效果。

笔者对常规的拼接连片处理技术进行升级，加入了鬼波压制技术，即首先对不同工区数据进行鬼波压制，消除鬼波影响，然后再进行匹配拼接处理。鬼波压制方法上采用复杂海况精细去鬼波技术CSCDG，该技术首先通过近道海底波形提取含有气枪信号的子波，消除气枪信号的影响；然后基于高斯统计的方法计算粗糙海面反射系数，最后在τ-p域迭代求取最优化鬼波算子压制鬼波。考虑了粗糙海平面模拟、缆深浮动控制、海水背景噪音控制等复杂现实，鬼波压制精度高，保真保幅。鬼波回技术是鬼波压制技术的反方向实现。该技术主要解决复杂多工区匹配处理过程中，不同区块由于采集过程中炮、检点深度不同造成的鬼波不一致问题；在实际项目中对该技术进行实际效果验证，基本消除该工区四个区块的鬼波差异性大带来的拼接问题，为后续的成像打下坚实的基础。

1 方法原理

1.1 近道海底反射提取子波

气枪激发信号并不是单一脉冲，其后续残余气泡震荡能量依然较强，在鬼波压制过程中会对残余气泡进行放大，严重影响鬼波压制后的信噪比及分辨率，所以在压制鬼波时需要先消除气枪信号中的残余气泡信息[5]。

气泡压制需要一个含有气泡信号的子波，海洋拖缆地震勘探前一般会模拟出理论地震子波，实际采集中，受海况、水下暗流、船速、震源排列畸变等各种因素影响，很难模拟一个高精度的信号。远场子波模拟精度很高，但与实际子波的气泡周期和振幅存在误差，很难有效压制地震数据中的残余气泡。基于这个原因这里使用从地震数据中提取含有实际气泡的子波的方法进行气泡压制，提取子波方法分为两大类[6]：①确定性子波提取，该方法需要利用测井数据，易受测井误差的影响,导致子波畸变或相位谱扭曲[7]，除此之外海上钻井费用较高，使用测井资料进行子波提进行气泡压制的方法基本上是不可行的；②统计性子波提取，由Robinson[8]提出，它假设前提较多，且得不到子波的真实相位，所以使用此方法也解决不了气泡压制的问题。基于以上原因，笔者提出一种基于地震近道海底反射提取地震子波的技术，该方法可以获得接近真实子波的气泡干扰信息。

将近道海底反射信号与海底反射系数的逆进行褶积，就可以得到实际的地震子波；为了压制噪音和地层信息，实际应用时使用近道剖面海底同向叠加来实现地震子波的提取[9]：

(1)

式中：h为炮点的水深；v为水速；t为时间；xi代表道数。该方法得到的子波没有经过深部地层的吸收衰减，可近似看作地震子波。

由图1为可以看出，两种子波残留气泡差异较大,气泡幅度、周期均有差异。分别使用两种子波对同一数据进行气泡压制，如图2所示。由图2可以看到，使用理论模拟子波残留气泡没有压制干净，而使用近道海底反射提取地震子波残留气泡得到有效压制，这说明了地震提取子波更精确。

图1 模拟远场子波与提取子波对比(无鬼波)Fig.1 Far field wavelet model and extract wavelet (deghost)(a)地震初至提取子波；(b)远场子波

图2 气泡压制剖面对比Fig.2 Comparison of debubble section(a)原始地震剖面；(b)模拟子波压制气泡剖面；(c)提取子波压制气泡剖面

图3 沿同一角度的平面波传播方向Fig.3 Plane wave propagation direction along the same angle

1.2 鬼波压制基本原理

在平面波域，假设鬼波与有效波的时差为▽τ，传播角度为θ(图3)，假设射线参数p=sinθ/v，则▽τ可以表示为式(2)[10]。

(2)

式中：d为震源深度；v是水速。在频率域，有效波与其鬼波可以描述为：

1+r(ω,p,τ)e-iω▽τ

(3)

式中：r为海面的反射系数；ω为角频率。当射线参数p不变时，有效波与鬼波之间沿着τ轴的时间延迟，是呈周期性的；所以在τ-p域进行鬼波压制有着较大的优势[11]。

式(3)的逆即为反鬼波算子，用反鬼波算子与数据褶积即可得到τ-p域压制鬼波后的数据为式(4)。

p(τ,p)=N(τ,p)(1+r(ω,p,τ)e-iωt)-1

(4)

(5)

(6)

(7)

得到精确的鬼波延迟时后，在f-p域进行最小平方反演为式(8)。

(8)

(9)

经式(9)计算出p(f，xi)后对其进行反傅里叶变换，就可以得到时间域的压制鬼波后的地震数据p(t，xi)。

2 数据处理试验

笔者选取南海A工区与B工区数据进行鬼波压制拼接匹配处理试验，图4为两个工区的面元覆盖次数图，从图4可以看到，左侧为A工区，右侧为B工区，两个工区相互重合，一般需要进行拼接匹配处理。两个工区采集时间相差不大，采集仪器相同；由图5可以看出，两个工区枪阵组合完全相同，两个工区的枪阵组合一致，说明气枪信号相同，但是采集过程中两个工区震源和电缆沉放深度不一致，A工区震源沉放深度为7 m、电缆沉放深度为8 m，B工区震源沉放深度为6 m、电缆沉放深度为15 m；由于两个工区的采集仪器，与其余参数基本一致，所以两个工区的数据差异，主要是由于电缆沉放深度不一致，导致鬼波特征不一致引起的，使用常规的匹配滤波技术解决不了鬼波的周期不一致问题。

图6为鬼波压制前两个工区匹配拼接的剖面，虽然振幅能量与相位调整一致，但是由于每个区块的鬼波周期和形态不一致，在拼接处还是有明显的拼接痕迹。为了解决这个问题，实现叠前无缝拼接处理，笔者使用基于鬼波压制的多工区数据拼配技术，改善连片处理的数据品质，为后续的地质解释和油气预测提供便利。

图7为本次基于鬼波压制技术的匹配具体流程，匹配拼接前，首先使用复杂海况鬼波压制技术(CSDG)对两个工区数据进行鬼波压制，解决A、B两个工区采集地震由于枪、缆沉放深度不同导致子波差异大，无法匹配拼接问题。由图8可以看出，鬼波压制前炮集子波旁瓣较多，同时由于采集时的复杂海况的影响，鬼波形态并不一致,这些因素使得炮集整体上看上去比较凌乱。压制电缆鬼波后同向轴明显减少，压制源、检鬼波后同向轴单一，但是由于气枪信号的影响，低频信息较多；压制气枪信号的的炮集子波旁瓣得到压制，同向轴明显减少，信噪比、分辨率明显提高。

图4 工区面元覆盖图Fig.4 Bin mapping

图5 震源枪阵列组合示意图Fig.5 The sketch of air gun array(a)A工区;(b)B工区

图6 鬼波压制前匹配剖面Fig.6 Matching profile before deghost

图7 鬼波压制拼接技术流程Fig.7 Technical flow of matching with deghost

图8 鬼波压制前后的炮集对比Fig.8 Shot gather before and after deghost(a)鬼波压制前;(b)压制电缆鬼波;(c)压制源、检鬼波;(d)压制源、检鬼波及气枪信号

图9为与图8对应的炮集自相关，由图9可以看出，压制源、检鬼波及气枪信号后子波旁瓣得到压制，同向轴明显减少，信噪比、分辨率明显提高。

从图10可看出，鬼波压制前剖面同向轴为复合同向轴，增加了地质解释的难度，将海底放大看子波由三个旁瓣组成，由于海况的复杂性，陷波点不明显，但频谱上仍然可以看到频带受到限制。压制检波点鬼波后，子波旁瓣由三个减少为连个，频带在低、高频都有一定拓展，提高了剖面分辨率；压制源、检鬼波后，子波旁瓣减少为一个，但是旁瓣后有气枪信号的低频干扰，频带进一步拓宽，但低频端能量过强，这也是由于气枪信号引起的，剖面上看气枪信号则更为明显；在压制源、检鬼波和气枪信号之后，子波旁瓣为一个，并且低频干扰得到压制，同向轴明显减少，频谱低高频分布合理，频带较宽，剖面上信噪比、分辨率都得到了明显提高。

图9 鬼波压制前后的炮集自相关对比Fig.9 Shot gather autocorrelation before and after deghost(a)鬼波压制前;(b)压制电缆鬼波;(c)压制源、检鬼波;(d)压制源、检鬼波及气枪信号

图10 鬼波压制前后的叠加剖面及频谱比Fig.10 Section and it’s spectrum before and after deghost(a)鬼波压制前;(b)压制电缆鬼波;(c)压制源、检鬼波;(d)压制源、检鬼波及气枪信号

图11 鬼波压制前后的叠加剖面及差值Fig.11 Section before and after deghost and their difference(a)鬼波压制前;(b)鬼波压制后;(c)差值

图12 不同工区压制鬼波后的频谱对比Fig.12 Section spectrum after deghost of different area(a)A工区;(b)B工区

图13 A工区及B工区鬼波压制前后波形Fig.13 Waveform before and after deghost of different area(a)B工区鬼波压制前；(b)A工区鬼波压制前；(c)B工区鬼波压制后；(d)A工区鬼波压制后

图14 鬼波压制后匹配拼接剖面Fig.14 Matching section after deghost(a)原剖面；(b)目的层拼接处放大后剖面

为了说明基于复杂海况鬼波压制技术(CSDG)的精确性，笔者对鬼波压制前的剖面进行相减(图11)。由图11可以看出，鬼波压制前后剖面及其差值可以看到，鬼波压制后的剖面信噪比、分辨率得到了极大的提高，有效信号没有损失，这说明复杂海况鬼波压制技术(CSDG)具有较高的精确性。

采用复杂海况鬼波压制技术(CSDG)分别对A、B两个工区地震资料进行源、检鬼波及气枪信号压制后，两个工区子波形态基本一致，陷波点得到有效补充频谱类似(图12)。由于枪、缆沉放深度不同导致子波差异大的问题得到了有效地解决(图13)。

在这个基础上对两个工区进行匹配拼接(图14)，与图6鬼波压制前匹配剖面相比，鬼波压制后拼接剖面两个工区频谱、相位、时差、能量、分辨率等剖面特征均趋于一致(图12～图14)，在目的层(1.25 s～基底)无拼接痕迹。这也说明了基于鬼波压制的匹配拼接技术在A、B两个工区获得了成功应用，该技术在原理与应用中具有合理性。

3 结论

复杂海况下的鬼波压制技术(CSDG)，一定程度上解决了拖缆鬼波压制过程中遇到的气枪信号、粗糙海面与电缆浮动、入射角等问题，可以有效消除海洋数据常规拖缆鬼波及气枪信号，得到宽频带的地震数据。在不同工区地震资料匹配前先分别对其使用复杂海况下的鬼波压制技术(CSDG)，可以有效解决不同工区间由于电缆沉放深度不一致，导致鬼波特征不一致引起的不同工区的数据差异，实现了不同工区间的无缝拼接处理，改善连片处理的数据品质，为后续的地质解释和油气预测提供便利。