本發(fā)明屬于勘探地震信號處理領域，涉及陸地地震資料層間多次波的自適應預測和壓制方法，在地震疊前共中心點(cmp)道集數(shù)據(jù)中應用虛同相軸方法，實現(xiàn)陸地地震資料的層間多次波的預測和壓制。

背景技術：

多次波是疊前地震資料中的常見相關噪聲，在海洋地震勘探和許多深層陸地勘探中都很發(fā)育。常用地震數(shù)據(jù)成像技術都是基于一次反射波信號的假設，由于多次波不滿足該成像條件，被視為相干噪音，常常會影響勘探目的層位產(chǎn)生的一次波的振幅、相位和頻率，并產(chǎn)生構造假象掩蓋深部地層的真實構造，降低地震成像結果的可靠性和信噪比。所以如何對多次波進行有效壓制和消除，對油氣藏的有效勘探開發(fā)具有重要的研究意義[1]。

多次波可以分為表面多次波和層間多次波。表面多次波是一種產(chǎn)生于地表反射的多次波，廣泛存在海洋數(shù)據(jù)中，具有很強的振幅，目前對于表面多次波壓制的研究已經(jīng)較為成熟。層間多次波則是產(chǎn)生于地下地層之間多次反射的多次波，存在于深部陸地和部分海洋勘探數(shù)據(jù)中，由于至少在地層間反射三次，會具有比一次波小得多的振幅，只有在地下兩個強反射界面產(chǎn)生的層間多次波才相對容易被觀測到[2]，這樣，預測和壓制層間多次波比表面多次波更加困難。隨著陸地勘探逐漸由淺到深，由簡單構造到復雜構造，如鹽丘高速體、高傾角構造、碳酸鹽巖縫洞儲集體等，層間多次波的壓制也越來越受到重視。相比海洋勘探，陸地資料信噪比更低，其中的層間多次波壓制更具挑戰(zhàn)，尤其對中國西部地區(qū)具有復雜地表條件的陸地地震資料，鮮有好的層間多次波壓制效果。

在多次波的成像和壓制方法中，多次波的預測是關鍵步驟。常用的多次波預測方法可以分為濾波類和預測相減類。

濾波類方法通過將地震數(shù)據(jù)從時間-空間域數(shù)學變換到其他數(shù)據(jù)域，如f-x域，f-k域，radon域等，利用在該數(shù)據(jù)域中多次波與一次波的不同特征，即在該數(shù)據(jù)域中具有不同的分布位置，對多次波和一次波進行分離，并保留一次波成分，再反變換回時間-空間域，達到多次波壓制的目的。其他濾波類方法包括預測反褶積[3]，聚束濾波類方法[4]。濾波類多次波分離方法效率高且計算成本低，但精度不高，不適用于一次波和多次波可區(qū)分性不明顯的情況。

預測相減類方法是將預測到的多次波通過自適應相減的方法從地震記錄中減去達到壓制多次波的目的，其中數(shù)據(jù)驅動類的預測相減類方法對地下先驗信息要求少。以下是幾種較為常用的方法：(1)波場延拓法通過地表接收的波場反向延拓到地下，得到地下某個位置的波場，可依據(jù)偏移速度得到地下速度，用于壓制海上數(shù)據(jù)的地表和層間多次波[5]；(2)srme(surface-relatedmultipleelimination，地表相關多次波壓制法)是基于反饋迭代類的方法，用于壓制表面多次波，是通過對輸入數(shù)據(jù)的自褶積運算，得到不同階數(shù)多次波的預測響應，n次褶積得到n階的多次波預測響應，將全部預測響應從原始地震數(shù)據(jù)中減去即得到壓制多次波后的數(shù)據(jù)[6]；(3)虛同相軸方法由ikelle提出，通過構建虛同相軸，將產(chǎn)生的多次波的向下反射點從地下移到地表，實現(xiàn)多次波的預測，自上而下選取地層，進行多次波預測和自適應相減即實現(xiàn)全部層間多次波的壓制[7][11]，其優(yōu)勢在于它是數(shù)據(jù)驅動，不依賴初始速度模型，與反饋環(huán)迭代類方法相比較計算量減小。此外，還有基于散射理論的逆散射級數(shù)法和基于單邊自聚焦系統(tǒng)的marchenko方程法，都可以用于多次波的預測和壓制。

目前，srme和逆散射級數(shù)法都已經(jīng)形成商業(yè)化模塊，對海上多次波取得了較好壓制效果，針對深部陸地工區(qū)的層間多次波仍難以取得明顯壓制效果，尤其是中國西部地區(qū)復雜地表條件工區(qū)的陸地地資料，深部層間多次波的壓制更是極大的挑戰(zhàn)，已有的應用實例大部分停留在疊后處理水平，這要求地層接近水平，且地下構造相對簡單。而且，相對疊后資料，疊前資料的多次波壓制結果可用于改善速度分析、疊前屬性分析、反演解釋等，以及改善疊前偏移的效果。然而，難以在疊前數(shù)據(jù)實現(xiàn)層間多次波的預測主要有以下幾個原因：(1)對于陸地地震資料，疊前道集的信噪比極低，影響多次比預測的準確性；(2)預測相減類方法，如srme和虛同相軸法，要求使用規(guī)則化的數(shù)據(jù)，且要求足夠密集的炮檢點分布，但復雜地表條件的觀測系統(tǒng)往往難以滿足這些要求。

參考文獻：

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[11]吳靜,吳志強,胡天躍等.基于構建虛同相軸壓制地震層間多次波.地球物理學報.2013,56(3):985–994.

技術實現(xiàn)要素：

針對以上技術問題，本發(fā)明提出了在地震疊前cmp道集應用虛同相軸方法實現(xiàn)陸地地震資料的層間多次波預測和壓制的方法，并在中國西部地區(qū)的實際陸地地震資料中取得較好的層間多次波壓制效果。本發(fā)明輸入數(shù)據(jù)為經(jīng)過動校正的疊前地震道集，通過同相軸追蹤、參考道構建、虛同相軸方法、多次波預測和自適應相減，由此實現(xiàn)疊前陸地資料層間多次波的壓制。

本發(fā)明的核心是：在疊前cmp-偏移距域，對經(jīng)過準確動校正的數(shù)據(jù)逐道應用虛同相軸方法預測多次波，由于動校正將各觀測點的旅行時修正為各點的法向反射時間，即在cmp-偏移距域每一道都是自激自收的地震記錄，這樣使得二維或三維數(shù)據(jù)等價于降維成一維數(shù)據(jù)進行處理，并且壓制多次波后得到的仍是疊前資料。本發(fā)明方法通過動校正去除由于炮檢點分布帶來的與偏移距有關的旅行時，方法對炮檢點分布沒有要求；通過將二維或三維數(shù)據(jù)降維成一維數(shù)據(jù)，提高計算效率；通過加權疊加得到參考道，提高系統(tǒng)的抗噪性。相比疊后處理方法，本發(fā)明能保護和提供更多有用的信息，有利于下一步的資料處理和解釋。

本發(fā)明提供的技術方案如下：

陸地地震勘探資料的降維自適應層間多次波壓制方法，該方法在疊前cmp道集應用虛同相軸方法，實現(xiàn)陸地地震資料的層間多次波預測和壓制；包含以下步驟(圖1)：

a.輸入數(shù)據(jù)準備：

a1.對原始地震數(shù)據(jù)做常規(guī)地震初步處理，得到準確動校正后的道集；

a2.根據(jù)數(shù)據(jù)道頭中的cmp號和偏移距將上述動校正后的道集重排至cmp-偏移距域，即按照cmp號從小到大排列，相同cmp號的道集按偏移距從小到大排列；

b.參考道構建：對疊前cmp道集做加權疊加，得到高信噪比的參考道；

c.采用虛同相軸方法壓制多次波：自上而下依次選取每一層地下反射層(地層)w，執(zhí)行步驟c1～c4：

c1.數(shù)據(jù)切割：記來自地層w的反射波旅行時為tw，將參考道切割成僅包含來自地層w的反射波的數(shù)據(jù)rupper(t)和旅行時大于tw的數(shù)據(jù)rlower(t)。對疊前cmp道集做相同切割，即切割成僅包含來自地層w的反射波的數(shù)據(jù)gupper(t)和旅行時大于tw的數(shù)據(jù)glower(t)；

c2.在疊前cmp道集中，利用rupper(t)與每道的glower(t)做互相關，構建虛同相軸數(shù)據(jù)gvir(t)；

c3.利用gvir(t)褶積glower(t)，重構與地層w有關的層間多次波，作為預測得到的多次波數(shù)據(jù)；

c4.利用多道最小二乘匹配濾波方法將預測的層間多次波與疊前cmp道集中的多次波做振幅和相位的匹配，再將經(jīng)匹配后的多次波從疊前cmp道集中減去；即完成該地層的層間多次波的壓制。

c5.自上而下依次選取第1至n層地下反射層，重復c1-c4的步驟，完成全部地層的層間多次波的壓制。

本發(fā)明的有益效果是：

已有的傳統(tǒng)虛同相軸法是在動校正前的共炮點域或共檢波點域實現(xiàn)的，要求具備足夠密集的炮檢點分布和足夠寬的孔徑范圍。而本發(fā)明提供的方法是在動校正后的cmp-偏移距域實現(xiàn)的，即對經(jīng)過準確動校正的數(shù)據(jù)逐道應用虛同相軸方法預測多次波。本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(一)本發(fā)明方法中，由于炮檢點分布帶來的與偏移距有關的旅行時已經(jīng)通過動校正去除，因此，本發(fā)明方法對炮檢點分布沒有要求；

(二)本發(fā)明方法將二維或三維數(shù)據(jù)降維成一維數(shù)據(jù)，運算量大大減少，提高計算效率；

(三)本發(fā)明通過加權疊加得到參考道，能夠提高系統(tǒng)的抗噪性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的陸地地震勘探資料的降維自適應層間多次波壓制方法的流程框圖。

圖2是虛同相軸法預測層間多次波示意圖；

其中，w1～w4為地層；實線、虛線分別表示旅行時為正、負的射線路徑；灰色線段代表在互相關和褶積中共用的射線路徑；w2為選取的地層；(a)為互相關構建虛同相軸；(b)為虛同相軸數(shù)據(jù)與一次波記錄褶積預測與w2有關的層間多次波；(c)為虛同相軸數(shù)據(jù)與另一組一次波褶積預測層間多次波。

圖3是用于產(chǎn)生包含層間多次波的數(shù)據(jù)的二維度水平層狀模型示意圖；

其中，地表為吸收邊界，因此不產(chǎn)生表面多次波；圖中星號標示位于地表的炮點位置，檢波點也位于地表。

圖4是本發(fā)明實施例應用虛同相軸法的合成數(shù)據(jù)示例；

其中，合成數(shù)據(jù)通過圖3模型的正演得到，大箭頭(灰色)指示一次反射波，小箭頭(黑色)指示多次波；(a)為原始數(shù)據(jù)；(b)為預測的與第1層反射界面有關的層間多次波；(c)為自適應相減(b)中層間多次波的結果；(d)為預測的與第2層反射界面有關的層間多次波；(e)為自適應相減(d)中層間多次波的結果。

圖5是本發(fā)明實施例中處理中國西部地區(qū)實際陸地地震資料的結果；

其中，實線橢圓標示多次波發(fā)育的位置，虛線橢圓標示一次反射波經(jīng)過多次波壓制后被凸顯的區(qū)域；(a)為原始道集；(b)為在近偏移距通過本發(fā)明方法預測的層間多次波；(c)為自適應相減(b)中預測的多次波的結果；(d)為radon變換壓制多次波。

圖6是本發(fā)明實施例中處理中國西部地區(qū)實際陸地地震資料的時間疊加剖面結果；

其中，橢圓標示層間多次波被壓制的位置，有效反射實現(xiàn)歸位；實線標示了cmp等于50的位置。(a)為未壓制多次波；(b)為radon變換壓制多次波；(c)為采用本發(fā)明方法壓制多次波后的剖面；(d)為本發(fā)明方法預測的多次波疊加得到的剖面。

圖7是本發(fā)明實施例中cmp等于50處的疊加速度譜對比；

其中，橢圓標示多次波能量團位置；(a)為未壓制多次波；(b)為radon變換壓制多次波；(c)為采用本發(fā)明方法壓制多次波；圖中表明，實線橢圓標示的兩個明顯的層間多次波能量團被很好壓制，而radon變換難以對其壓制。

具體實施方式

下面結合附圖，通過實施例進一步描述本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提供的方法是一種地震疊前cmp道集應用虛同相軸方法，能夠實現(xiàn)陸地地震資料的層間多次波預測和壓制，該方法在中國西部地區(qū)的實際陸地地震資料中取得較好的層間多次波壓制效果。本發(fā)明輸入數(shù)據(jù)為經(jīng)過動校正的疊前地震道集，通過同相軸追蹤、參考道構建、虛同相軸方法、多次波預測和自適應相減，由此實現(xiàn)疊前陸地資料層間多次波的壓制。

圖1是本發(fā)明提供的陸地地震勘探資料的降維自適應層間多次波壓制方法的流程框圖；在疊前cmp道集中應用虛同相軸法實現(xiàn)陸地地震資料的層間多次波預測和壓制的方法包含以下步驟：

a.輸入數(shù)據(jù)準備：

a1.對原始地震數(shù)據(jù)做常規(guī)初步處理，包括野外噪聲壓制，地滾波壓制，表面多次波壓制，振幅補償，反褶積和速度分析，最后得到準確動校正后的數(shù)據(jù)。針對不同陸地地震資料，應設計有針對性的處理流程。

a2.根據(jù)數(shù)據(jù)道頭中的cmp號和偏移距將上述動校正后的數(shù)據(jù)道集重排至cmp-偏移距域，即按照cmp號從小到大排列，相同cmp號的道集按偏移距從小到大排列；

b.參考道構建：對疊前cmp道集做加權疊加得到高信噪比的參考道。

本發(fā)明通過計算疊前道集與參考道間的相似度作為權重函數(shù)用于加權疊加，減小誤差較大道集在疊加中的權重，提高疊加道集的信噪比，從而獲取高信噪比的參考道。具體實現(xiàn)過程如下：

通過式1得到加權疊加的參考道：

其中，ti(t)為疊前cmp道集中的第i道；t為旅行時；wi為第i道記錄的權重函數(shù)；s(t)為加權疊加得到的參考道。權重函數(shù)wi由相似度確定：

x＝ti(t)(式2)

其中，ρxy為x和y之間的相關系數(shù)，即其中e(.)表示求取數(shù)學期望，ρxy反映了兩道記錄間的相似度，x為疊前cmp道集中的第i道，y為等權重疊加得到的道集。設置閾值ε，當相似系數(shù)小于ε時，說明該道記錄對最終疊加結果的貢獻很小，可能是壞道或信噪比極低的道集，此時將該道權重置為零，減小其對疊加結果的不利影響。

c.虛同相軸方法：

最早由ikelle提出，其思路是基于克?；舴蚍e分表示定理，將地下反射層產(chǎn)生信號的基準面重置至自由表面，再利用以自由地表為基準面的散射信號預測層間多次波。在該方法中，虛同相軸記錄相當于波場延拓算子，作用在原始地震數(shù)據(jù)上，與其他多次波預測方法在本質上類似，只是選取了不同形式的延拓算子，如srme利用原始數(shù)據(jù)本身進行延拓。虛同相軸方法的具體數(shù)學表達式可參見文獻[7]。

以下說明虛同相軸法的物理過程，分兩步如下：

(1)如圖2，來自層位w2和w3的反射波進行互相關運算，互相關運算實現(xiàn)旅行時相減的過程，圖2a中的灰色線段標示的兩組反射波共用射線路徑對應的旅行時相互抵消，因此構建地層w2和w3之間的虛同相軸記錄，物理意義是在地層w2處的虛擬震源為源點在地表接收的虛擬地震記錄(即不是真實觀測到的地震記錄)，其中虛線代表旅行時為負的射線路徑，因此該虛源記錄的發(fā)震時刻需要提前虛線路徑對應的旅行時。這一過程實現(xiàn)了將地表某點激發(fā)的地震記錄通過基準面重置得到地下某點激發(fā)的地震記錄。由于虛同相軸記錄包含旅行時為負的路徑，因此需要使用互相關運算，這一步與常用的srme使用褶積運算有所區(qū)別[10]。選取不同地層的反射波可以得到不同地層間的虛同相軸記錄。

(2)進一步將虛同相軸記錄與原始地震記錄進行褶積運算預測層間多次波。如圖2b，對地層w3的反射波和w2和w3之間的虛同相軸記錄做褶積運算，褶積運算實現(xiàn)旅行時相加，灰色線段標示的共用射線路徑對應的正負號相反的旅行時被抵消，預測了地層w2和w3間的一組層間多次波。如圖2c，對不同地層w4，同樣可以預測w2和w3間的一組層間多次波。同理，使用w2和w3間的虛同相軸記錄與原始數(shù)據(jù)褶積，可以預測出全部與地層w2有關的層間多次波。

本發(fā)明在具體實施中，利用合成地震資料驗證虛同相軸法預測層間多次波的正確性。使用圖3所示的1.5維速度模型，密度為2000kg/m³，地表為吸收邊界，因此該模型不產(chǎn)生自由表面多次波，通過有限差分聲波正演得到合成地震資料。圖4展示了應用虛同相軸法的結果，大的灰色箭頭指示三組一次反射波，小的黑色箭頭指示全部層間多次波。圖4b為對第1層地層對應的地震記錄應用虛同相軸法預測的層間多次波，圖4c為自適應相減的結果，圖4d和4e為對第2層地層的層間多次波預測和壓制的結果，看到能量較強的層間多次波都被很好地壓制，且沒有損傷有效波信號。該實例驗證了虛同相軸法預測層間多次波的正確性。

現(xiàn)有常規(guī)的虛同相軸法在動校正前的共炮點域或共檢波點域實現(xiàn)，為求取兩點間的地震波信號，需要利用這兩點周圍一定孔徑范圍內(nèi)的炮檢點地震數(shù)據(jù)，并進行積分運算，同時要求足夠密集的炮檢點分布和足夠寬的孔徑范圍保證積分精度(如文獻[7]所記載)。這對于二維或三維的數(shù)據(jù)處理，會產(chǎn)生巨大運算量，并且在復雜地表地區(qū)難以保證規(guī)則且密集的炮檢點分布。

為解決這些問題，本發(fā)明對經(jīng)過動校正的疊前地震資料在cmp-偏移距域實現(xiàn)虛同相軸法。由于精確的動校正將相同cmp對應的地震數(shù)據(jù)校正為該cmp點自激自發(fā)的地震數(shù)據(jù)，因此二維或三維地震數(shù)據(jù)降維成一維數(shù)據(jù)，一維數(shù)據(jù)應用虛同相軸法僅通過自身即可預測層間多次波，不需要周邊炮檢點的數(shù)據(jù)參與運算，大大減少了運算量，且不要求炮檢點密集規(guī)則分排布。同時為提高系統(tǒng)的抗噪性和穩(wěn)定性，通過加權疊加得到高信噪比參考道，并與每個疊前道集進行互相關和褶積運算。

本發(fā)明方法對經(jīng)過動校正的疊前地震資料在cmp-偏移距域實現(xiàn)虛同相軸法，具體實現(xiàn)過程如下：

c1.數(shù)據(jù)切割：記來自地層w的反射波旅行時為tw，將參考道切割成僅包含來自地層w的反射波的數(shù)據(jù)rupper(t)和旅行時大于tw的數(shù)據(jù)rlower(t)。對疊前cmp道集做相同切割，即切割成僅包含來自地層w的反射波的數(shù)據(jù)gupper(t)和旅行時大于tw的數(shù)據(jù)glower(t)；

c2.在疊前cmp道集中，利用rupper(t)與每道的glower(t)做互相關，構建虛同相軸數(shù)據(jù)gvir(t)，互相關公式如式3：

其中，t和τ都表示時間；c3.利用gvir(t)褶積glower(t)，預測與地層w1有關的層間多次波，褶積公式如下：

其中，gim(t)為預測的層間多次波；

c4.利用多道最小二乘匹配濾波方法將預測的層間多次波與疊前cmp道集中的多次波做振幅和相位的匹配，再將經(jīng)匹配后的多次波從疊前數(shù)據(jù)中減去，即完成該地層的層間多次波的壓制。多道最小二乘匹配濾波法基于2范數(shù)準則，在多次波減去后的一次波2范數(shù)最小意義下估計濾波因子實現(xiàn)匹配，文獻[11]記載了具體實現(xiàn)過程；

c5.繼續(xù)自上而下選取地層w2至wn，重復c1-c4的步驟，完成全部層間多次波的壓制。

應用本發(fā)明提供的方法，對中國西部地區(qū)實際陸地地震資料壓制層間多次波。圖5為cmp-偏移距域的結果，實線橢圓標示了多次波位置，虛線橢圓標示一次反射波經(jīng)過多次波壓制后被凸顯的區(qū)域(圖5a)，在近偏移距位置通過本專利系統(tǒng)預測層間多次波(圖5b)，自適應相減后可以更好地凸顯有效反射波(圖5c)，相比之下，商業(yè)軟件常用的radon變換難以取得好的壓制效果(圖5d)，因該數(shù)據(jù)中的層間多次波和一次反射波具有極其接近的視速度和頻率屬性。圖6給出了疊加剖面的結果對比，橢圓標示層間多次波被壓制的位置，實線標示了cmp等于50的位置，圖7展示了該cmp處的疊加速度譜對比?？吹絩adon變換的結果無法實現(xiàn)地層歸位(圖6b)，而本專利系統(tǒng)壓制多次波后實現(xiàn)了剖面上真實地層的歸位(圖6c)，圖6d為本文系統(tǒng)壓制的層間多次波構成的剖面。疊加速度譜展示了類似的結果，實線橢圓標示的兩個明顯的層間多次波能量團被很好壓制，而radon變換難以對其壓制。

需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領域的技術人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。