基于联合建模匹配衰减技术的莺歌海盆地多次波压制方法研究

孟凡可， 安黎明， 李永康

(1.华北水利水电大学 地球科学与工程学院, 郑州 450046; 2.河南省航空物探遥感中心, 郑州 450002)

多次波是海洋地震勘探中最突出的问题之一，多次波的存在严重影响地震波成像的真实性和可靠性，如何有效压制多次波并突出有效波是海洋地震资料处理的关键之一[1]。多次波的衰减方法大致可以分为两大类[2]。在国外，最开始由Robinson[3]引入维纳滤波来压制多次波,这种方法对于1-D,特别是在线性Radon域效果明显，Backus[4]利用预测反褶积来消除海上鸣震，Alam等[5]提出了对常规中点(common middle point，CMP)道集进行倾斜叠加变换的方法。目前在国内多采用预测反褶积和表面相关多重消除(surface related multiple elimination，SRME)对多次波进行压制，并能取得不错的效果。但二者均具有一定局限性，反褶积是建立在子波是最小相位的时不变的、高信噪比、白噪假设等3个假设的基础上的，并且在时间域随着偏移据的增大，多次波的周期性减弱[6-8]。SRME则严重依赖于近偏移距信息并且同样要求数据要有较高的信噪比[9-10]。为了解决常规“串联”式衰减多次波带来的弊端，本文开发了联合多次波建模压制技术。

1 莺歌海盆地多次波概况

莺歌海盆地早期勘探开发主要集中在1 200 ms左右的莺歌海盆地东方某气田，该区域压力主要随埋深变化，为常规压力地质环境[7]。随着莺歌海盆地勘探开发往中深层复杂区域黄流组、梅山组开展，开始面临高温高压地质环境的挑战[8]。经研究发现，莺歌海盆地沉降速率很快,沉积物的快速堆积使得岩石极易形成欠压实，沉积物中的大量流体无法排出，在上覆地层的压力下，孔隙流体形成超压，使速度降低，造成速度倒转(图1)。有效地层与多次波在速度上基本难以区分，对多次波的压制带来很大的挑战(图2)。如东方某气田自总体开发方案(overall development plan,ODP)实施前后储量变化大，主要原因在于后期水道改造，储层横纵向变化快，横向看似连通，但纵向多期叠置关系复杂，之前处理结果与钻井结果不吻合。而东方区、乐东区等区块储层层系相似、沉积模式可类比，对于该区的地震解释来说微小的变化对该区的解释开发方案都有着巨大的影响。因此多次波衰减在莺歌海盆地高温高压区地震资料处理中起到了关键的作用[11-12]。

图1 莺歌海盆地乐东区典型多次波特征剖面

图2 莺歌海盆地乐东区典型速度倒转特征

2 联合多次波建模匹配衰减技术

短程多次波是地震波从某一深部界面反射回来再在海面(或地面)向下反射，然后又在某一个较浅的界面发生反射所形成的多次波[13]。短程多次波会使一次反射波的振幅、频率和相位发生畸变，而且较难发现和识别。所以，在确定地震记录上的同相轴波形时，准确地识别短程多次波显得非常重要。通过研究分析得知，莺歌海盆地高温高压区自由表面多次波中又以水层多次波干扰为主，剩余自由表面多次波干扰和层间多次波等类型[14-16]。本文主要开展针对莺歌海盆地高温高压区水层多次波、自由表面多次波及层间多次波模型预测方法的研究[17-19]。

2.1 原理及方法

当前常规的多次波衰减主要采用浅水多次波衰减SDM，波动方程SRME、三维褶积SRME，以及各种技术组合衰减多次波，即“串联式”多次波压制，已经可以相对较好地建立多次波模型衰减多次波，但是从理论上来说，仍然存在着一定的弊端(图3)。新开发的多次波联合建模匹配衰减技术(JMPAS)，既是一项针对技术，也是一种处理思想：基于原始波场尽可能地预测出准确的各种类型多次波，通过一次性匹配减去对多次波进行最大程度衰减，同时避免了多次匹配而产生的噪声[20-21]。

图3 串联模式下衰减多次波存在的弊端分析

假设地质模型为水平层状介质，自由表面为吸收边界，假设x0(t)为不含自由表面多次波的信号，当x0(t)在自由界面向下发射时，该信号可以看作一个新的震源，这个过程也可以描述为自由表面反射产生的脉冲和整个脉冲序列褶积产生一阶多次波，负号代表自由表面向下的反射。

设x(t)为含有地表相关多次波的总体响应，通过反馈模型可以推出：

x(t)=x0(t)1-x0(t)2+x0(t)3-…

(1)

通过反馈模型还可得到脉冲响应和所有多次波的隐式关系。设δ(t)代表震源函数及下行响应，x(t)代表总体反射响应，x0(t)表示来自介质的响应，则x(t)可以表示为

x(t)=x0(t)[δ(t)-x(t)]=x0(t)-x0(t)x(t)

(2)

式(2)可以理解为自由表面发生的一次反射响应和总体响应进行褶积后就可以预测出地表相关多次波。在极浅水域，实际接收到的水底响应模糊，不利于水体多次波模型的建立。

假设x(t)不含水体响应，设h(t)代表水体响应，则x(t)可以表示为

x(t)=x0(t){δ(t)-[x(t)+h(t)]}=

x0(t)-x0(t)[x(t)+h(t)]

(3)

式中，

(4)

将式(1)变换到频率域，得

(5)

式(5)可以表示为

x(f)=x0(f)-x0(f)x(f)

(6)

式(6)可以表示为

x(f)=x0(f){1-[x(f)+Δ(f)]}

(7)

上式给出了一次反射波和整个数据之间的关系，写成x0的表达式，则为

x0(f)=x(f){1-[x(f)+Δ(f)]}-1

(8)

这就是利用数据的总体响应与海底响应来计算去除多次波后的响应方程。

图4 联合多次波建模思路示意图

联合多次波建模匹配衰减技术(JMPAS)建模思路如图4所示，其具有以下几点技术优势：①多种传播路径的多次波模型预测更加准确；②该方法主要是基于海底模型与数据本身联合预测；③联合衰减在最大限度压制多次波的前提下提高保真度。

根据原理通过正演对联合匹配衰减技术进行论证。基于黏弹性方程设计并正演一个浅水含多次波地震模型数据，模型浅层存在低速异常。基于此模型对多次波方法进行测试，通过测试对比可以看到常规的串联方法多次波衰减残留较多，通过联合多次波建模衰减多次波残留较少，如图5所示。

图5 串联模式与联合建模在地震模型中的应用对比

2.2 实际数据应用

以下为多次波联合建模匹配衰减技术(JMPAS)在莺歌海盆地东方区和乐东区的实际应用效果。图6为东方区原始叠加，从剖面上来看多次波信息掩盖了目的层的有效信号，无法看清具体形态和地质特征。图7可以看到通过串联方法衰减多次波后，目标段地质特征清晰，多次波基本衰减干净，但仍存在一些残留多次波。图8通过联合多次波建模衰减后整个剖面多次波衰减干净，多次波残留多次波少。

图6 莺歌海东方某场区实际地震资料原始波场叠加

从图9可以看出，联合建模技术道集上的多次波压制效果明显优于串联模式方法，多次波衰减彻底，有效信号的保真性更高。泥岩层段的多次波干扰也明显没有残留。从图10可以看出，联合建模衰减后的自相关谱分析多次波衰减更好，频谱上受多次波干扰造成的频谱周期性的“抖动”更少。从图11可以看出，在乐东强超压区应用新开发的联合建模技术，叠加剖面上中深层多次波被明显压制后，真实构造得以恢复，构造样式和地层的可解释性增强，T51、T60界面更容易追踪解释。三亚组砂体振幅特征明显。崖城组不整合接触关系清晰。从图12可以看出，道集上的多次波压制效果明显优于串联模式方法，近道残留多次波衰减彻底，有效信号的保真性更高。

图10 莺歌海东方某场区实际地震资料多次波压制方法自相关及平谱对比

图11 莺歌海乐东区地震资料多次波压制方法叠加对比

图12 莺歌海乐东区地震资料多次波压制方法道集对比

3 结论

莺歌海盆地中深层高温高压区速度倒转，主要目的层黄流组、梅山组地层受多次波干扰现象严重。之前的处理技术并没有专门针对中深层高温高压区复杂多次波的压制技术，中深层的处理效果一直不太理想。随着勘探开发逐渐转向中深层高温高压区，速度倒转区的多次波干扰必然要被重视。针对莺歌海浅水区高温高压地震资料的特征，首先，以自由表面多次波为重点，针对二维SRME、传统三维SRME的不足，开发了基于反馈环理论的三维广义SRME多次波预测压制技术。然后针对常规“串联式”多次波压制技术的不足，新开发了基于原始波场的多路径多次波联合建模匹配衰减技术(JMPAS)。该技术既是一项针对技术，也是一种处理思想：基于原始波场尽可能地预测出准确的各种类型多次波，通过一次性匹配减去对多次波进行最大程度衰减，同时避免了多次匹配而产生的噪声。通过该技术在莺歌海盆地高温高压区东方区和乐东区的应用，取得了相当显著的效果，为中深层的勘探开发提供了高质量的地震资料。