双检数据上下行波场分离技术研究进展

随着海洋油气勘探开发技术的发展，水、陆双检海底接收的应用日趋广泛，上下行波场分离作为双检数据处理的关键技术，决定了资料处理品质及应用效果。在双检数据上下行波场分离技术的发展过程中，国内外学者提出了许多切实可行的技术方案。本文通过系统调研国内外相关文献，对上下行波场分离方法和技术进行了归纳和总结。首先基于波动理论，把双检数据与上下行波场联系起来，建立了双检数据标定和上下行波场分离的理论基础：水、陆检数据接收的波场分别为压力波场和质点垂直速度波场，可以分解为上行压力波场和下行压力波场及上行质点垂直速度波场和下行质点垂直速度波场；下行压力波场与下行质点速度波场振幅成正比，且极性相同，上行压力波场与上行质点速度波场振幅成正比，且极性相反。然后针对海底电缆/海底节点（OBC/OBN）水、陆检数据，建立了基于消除海水鸣震的双检数据处理技术。最后，总结出7种双检数据上下行波分离方法，包括：常数标定因子分离、频率—波数域分离、镜像分离、去虚反射分离、最优去虚反射分离、检波器脉冲响应分离和τ-p域分离等方法。双检数据上下行波场分离之前，首先要进行检波器脉冲响应校正；然后进行双检数据匹配和标定处理等，使水检数据中上下行压力波场与陆检数据中上下行质点垂直速度波场振幅和频率趋于一致，且由于下行压力和质点垂直速度波场极性相同、上行压力和质点垂直速度波场极性相反，陷波问题得到补偿，检波点端虚反射得到合理压制；最后实现最佳的上下行波场分离处理。     

VSP三分量资料处理

在 VSP 观测中采用三分量检波器接收,每个分量所记录的信息都是空间波场振动在该分量上作矢量投影的合振动,因此,VSP 资料处理的关键,就是进行波场分离。为了获得好的波场分离效果,必须确定两水平分量的定向和求取偏振角。两水平分量的定向可以借助于直达 P 波的偏振方向在水平面内的投影加以确定。偏振角可通过矢端曲线和瞬时相位法求取。两水平分量定向后,上、下行 SH 波的水平分量被分离到 H_T(t)分量中,上、下行 P 波和转换 SV波的水平分量被分离到 H_S(t)中。将 Z(t)分量和 H_S(t)分量按在垂直平面内估算的下行 P 波偏振角进行坐标转换,即可实现下行波场的初步分离。然后,再联合使用波场分离和反转投影方法对上行波场进行分离。但是,反转投影只能实现上行 P 波和 SV 波的主能量分离,不能完成全波场的分离。文中展示了在PDP-11/24计算机上使用人机交互三分量处理软件的处理效果。     

变检波点距VSP资料的抽道分组波场分离方法

在非零井源距ＶＳＰ资料处理过程中，经常发现ＶＳＰ ＣＤＰ剖面上出现资料空缺现象，经理论模型和实际资料分析，确认是由于检波点距加密而造成上、下行波视速度相近，常规波场分离手段对上行波的压制作用所致。据此提出一种新的抽道分组波场分离方法。该方法用于变检波点距ＶＳＰ资料处理，可有效地提高小点距井段上行波的信噪比。     

OBC水陆检数据合并处理技术

估算标定因子、海水深度和海底反射系数三个参数是OBC水陆检数据合并处理技术的关键步骤。针对常规方法确定这三个参数费时和精度低的缺陷,本文采用相关特征匹配法匹配水陆检数据、相关函数特征法直接计算标定因子、波场延迟特征法直接计算海底反射系数、分段归一化相关谱法直接计算海水深度和海水双程旅行时,对水中检波器数据和陆地检波器数据进行合并处理。合并后数据不但消除了海水鸣震多次波干扰,而且保留了陆检数据的低频成分和水检数据的高频成分,有效拓宽了海底电缆数据的有效频带,提高了地震资料的信噪比和分辨率。实例处理结果说明了方法的有效性和实用性。     

二道递归滤波VSP波场分离方法

上行波和下行波的分离是垂直地震剖面(VSP)资料处理的重要环节之一。本文提出一种用二道递归滤波分离 VSP 波场的新方法。这种方法在假定地层为水平层状介质的前提下,从一维波动方程出发,导出了相邻两道 VSP 记录的上行波和下行波计算公式。由于该方法参与运算的记录只有两道,因此,可以在资料道数少而其他方法又无能为力的情况下把波场分开。方法允许不均匀的检波点距,且不存在空间假频现象和混波效应。理论模型试算和实际资料处理的结果表明,该方法是切实可行的。     

基于延迟波场特征法的海底反射系数估算方法

估算海底反射系数是海底电缆(OBC)水陆检数据合并处理的一个关键步骤。针对常规扫描确定海底反射系数较为费时的问题,提出了基于延迟波场特征法直接计算海底反射系数的方法。该方法首先计算水陆检数据上行波场、一阶延迟上行波场和二阶延迟上行波场的自相关函数和它们之间的互相关函数,然后构建和求解海底反射系数特征方程,最后确定最佳海底反射系数并应用于水检数据和陆检数据的合并处理。合并数据不但消除了海水鸣震多次波干扰,而且吸收了陆检数据的低频成分和水检数据的高频成分。从而拓宽了海底电缆数据的有效频率带宽,提高了地震数据的信噪比和分辨率。数据试算结果证明了本方法的有效性和实用性。     

利用正演模型研究VSP处理

VSP是一种井中地震观测技术,其独特的观测方式,决定了VSP处理也有别于常规地震,最明显的就是VSP资料必须经过波场分离,才能利用下行波或上行波信息对资料进行解释和反演。除波场分离外,VSP还有许多其它独特的处理环节。基于PC-VSP系统,进行了VSP模拟,在正演数据的基础上,研究了VSP处理,取得了较好的效果。     

基于P/S波解耦和上下行波分离的二维VTI介质弹性波逆时偏移

VTI介质弹性逆时偏移可以有效地揭示地下地层结构，是当前流行的成像方法之一。首先构建VTI介质下的Christoffel方程，对该方程进行特征分析得到VTI介质下P波和S波的极化方向向量。根据Helmholtz分解原理，将各向异性弹性波场投影到P/S波极化方向矢量上，得到VTI介质下向量P/S波波场分离公式。然后通过一阶泰勒展开式对P/S波分离公式中的归一化项进行近似，得到一种高效且适用于任意复杂介质的各向异性P/S波解耦方法，并应用于弹性波逆时偏移。此外，低频噪声和成像假象严重干扰了逆时偏移的成像质量，前者由同路径波场成像造成，后者由于炮点上行波与检波点下行波相关形成。为此，将上下行波分离成像条件引入VTI弹性波逆时偏移成像，提出一套结合各向异性P/S波模式分离技术和上下行波分离的成像流程，有效地压制了成像中的低频噪声和串扰假象，提高了成像质量。最后，简单和复杂模型的成像结果均验证了方法的有效性。     

虚源法时延监测

Mehta等处理了墨西哥湾Mars油田的深水海底四分量时延资料。用虚源法把记录到的响应重建到永久型海底检波器处作为虚源，这样，虚源上方的介质可视为均匀半空间。将记录波场分离为上行波和下行波，虚源处的下行波场与检波点处的上行波场作互相关，降低了近地表（海水）性质随时间的变化对时延虚源资料的影响。时延监测中，两次测量及各炮间的震源信号的变化也是不期望的。     

基于最小二乘反演的拖缆双检鬼波压制方法

基于波场传播原理,分别推导了海上拖缆双检地震采集中压力波场和速度波场鬼波算子,建立了检波器接收信号和上行波场线性关系,利用最小二乘反演和匹配滤波算法求解拖缆处上行波场,该方法无需地下介质信息,实现数据驱动鬼波压制,通过引入噪声影响因子,减少因水、陆检信号的信噪比差异对鬼波压制效果的影响。数值模拟资料和拖缆双检实际资料处理结果表明,基于最小二乘反演的拖缆双检鬼波压制方法可以有效压制鬼波能量,拓宽资料频带,有利于后续资料的处理和解释。     

井间地震反射波场分离及应用研究

井间地震反射波场分离可以看成是VSP波场分离的一种延伸。与VSP不同，井间地震波场较为复杂，分离的难度较大。借鉴VSP波场分离技术与常规地面地震处理技术，系统论述了实际井间地震反射波场分离的过程：①建立井间地震反射波场分离的工作流程；②进行井间地震初至波(直达P波)的切除；③运用多域多道滤波技术分离出上、下行一次反射波；①运用VSP-CDP成像技术与初步叠加技术获得类似于地面地震资料的井间地震反射波初叠剖面。实际资料处理表明．运用多域多道滤波技术可以较好地实现井间地震波场的分离。     

基于非高斯性最大化的起伏海面环境下双检信号波场分离

对于双检波器采集的信号,通常将其变换至频率—波数域中,经过波场分离得到上、下行波,再对其中的陆检信号和水检信号分别进行处理,然后合并,以达到消除鬼波,加强一次波的目的。这样处理的前提是假设海面平静、检波点分布均匀。然而,实际数据采集中很难满足上述条件,导致检波点鬼波的压制效果不甚理想。据此,本文首次提出适用于起伏海面的时空域逐道波场分离技术,通过构建非高斯性最大化优化目标实现波场分离。与传统的波场分离方法相比,该方法更适用于海上地震数据处理,能取得理想的鬼波压制效果。实际数据处理结果表明,基于非高斯性最大化波场分离的鬼波压制处理流程,能有效消除鬼波,拓展地震资料频带并提高信噪比,进而提高成像质量。     

双检理论研究及合成处理

本文深入探讨了水、陆检波器的接收机制及波场动力学特征,认识到水层鸣震是由下行鬼波(虚反射)和上行微曲多次波组成。水检和陆检对于一次波、鬼波和微屈多次波具有不同的响应特征:对于一次波,双检的响应表现为同向;对于鬼波,双检的响应表现为反向;对于微曲多次波,双检的响应表现为同向。因此,本文通过水检和陆检同时采集的数据叠加去除鬼波;在此基础上,进一步求取海底反射系数,从而消除上行微屈多次波。本文方法在实际OBC资料处理中取得了良好应用效果。     

矢量Radon变换波场分离方法研究现状与展望

保持地震波场矢量特征的波场分离是多分量地震数据处理的核心问题之一。为提高多分量波场分离精度,基于传统Radon变换的优势,探讨了矢量Radon变换保持波场特征的可行性。首先,在分析传统Radon变换基础上,阐述了基于组稀疏的矢量Radon变换实现保持矢量波场振幅特性的纵、横波分离方法,并将其应用于模型数据的纵、横波分离;其次,介绍了复矢量Radon变换压制多分量地震数据面波干扰的处理方法,并展望了复矢量Radon变换在多分量地震数据处理中纵、横波分离和快、慢横波分离的应用前景。模型数据应用结果表明,基于组稀疏的矢量Radon变换波场分离方法能够保持多分量地震数据的矢量特性,并能获得好于非矢量Radon变换的纵、横波分离结果。     

一次波和层间多次波联合成像方法

地下强反射界面产生的层间多次波传播路径复杂，压制难度大而且成本高，一直以来都是困扰油气勘探的棘手难题。考虑到层间多次波也是来自地下界面的真实反射，同时逆时偏移可以实现多次波的正确归位，因此，从节省计算成本和提高成像精度的角度出发，开展了一次波和层间多次波联合成像方法研究。首先，通过分析联合成像过程，引入了基于上、下行波场分离的成像条件以提高成像精度；然后，重点针对联合成像过程中引入的串扰假象，分析了其产生机制，提出了基于缺失边界匹配补偿的解决策略，通过将震源正向延拓上边界与实际地震资料进行匹配求取匹配因子，并将其作用于缺失边界的正演数据，从而实现保真逆时延拓，有效避免串扰假象的产生；最后，应用数值试算验证了方法的可行性、有效性和适用性。     

VSP波场研究与应用现状

垂直地震剖面法(VSP)通常采用三分量(3C)检波器记录地震波场信息,而纵、横波震源的应用使其波场进一步丰富和复杂化,开展VSP各种波场特征的研究具有重要的理论和实际应用价值。首先对VSP记录的波场特征进行分析,进而讨论了不同类型震源和不同介质模型的复杂波场分离方法,包括光纤观测VSP波场的噪声特点及压制方法,井筒波与电缆波的产生机理、压制及应用方法,绕射波与断面波的特征及其应用方法,多次波的特征及其压制和应用方法,折射波与导波的传播特征及其应用方法等,重点研究了上行横波和转换波的传播特征、波场分离与矢量合成及多波信息的综合应用方法等。最后,对多分量VSP波场处理中存在的问题进行了分析并对多波应用的前景进行了展望,认为拓展VSP记录中波场传播特征的研究有益于揭示地下复杂构造与地层物性信息,VSP多波解释与反演研究、多波属性的提取与应用有助于油气储层的勘探与开发等,预期VSP多种波场的研究将具有持续攻关和推广应用价值。     

VSP波形反演品质因子方法及应用

提出了利用上、下行波旅行时联合反演地层层速度,并记录波的传播路径及传播时间,然后根据波场传播理论,利用VSP上、下行波波形反演品质因子(Q)的方法.该方法不仅符合波场衰减理论,同时解决了利用单一下行波或上行波反演Q值的算法不稳定、精度不高、信息量不足的问题,得到了稳定、可靠的Q值.数值模拟和实际资料处理结果均表明,文中方法可以有效、稳定地估计Q值,提高地震资料的分辨率,得到主频更高、频带更宽的地震资料,可更加清楚地识别不整合面、小断裂等地质特征及其接触关系,对油气预测和储层反演具有现实意义.     

基于双平方根方程的保幅地震偏移

 本文提出了一种基于双平方根方程的保幅叠前深度偏移方法，首先从保幅的单平方根算子方程出发，将保幅的上、下行波场进行组合近似表示为全声波波场，然后推导出由双平方根算子定义的单程波方程；根据摄动理论把速度场分裂为层内常速背景和变速扰动，求得整个均匀层波场深度延拓的偏移时移量及振幅校正系数、各层的偏移时移量及振幅校正系数，得到最终的波场延拓值，实现了共炮域公式到CMP域公式的转换。理论模型试算和实际资料处理表明，该方法不但具有较高的计算效率和成像精度，而且可以输出正确反映地下反射系数的振幅信息，有利于AVO/AVA地震属性分析，提供精确的岩性识别与储层预测地震数据。