一种海洋地震资料震源鬼波压制方法和系统
阅读说明：本技术 一种海洋地震资料震源鬼波压制方法和系统 (Marine seismic data seismic source ghost wave suppression method and system ) 是由 杨金龙 于 2018-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种海洋地震资料震源鬼波压制方法和系统。在海洋地震勘探中,鬼波的存在压制了地震资料的低高频能量,产生了陷波,降低了地震资料的频带宽度和分辨率。为了消除鬼波的影响拓宽频带,本发明基于炮检互换原理,提出了格林理论震源鬼波压制方法和用于执行该方法的系统。本发明完全数据驱动,无需已知地下结构任何信息,因此适用于复杂海洋地形和地质情况。本发明能够有效消除地震资料中由于震源鬼波引起的陷波效应、弥补频谱缺失并拓宽资料频带宽度。(The invention relates to a method and a system for suppressing ghost waves of a marine seismic source of marine seismic data. In marine seismic exploration, the existence of ghost waves suppresses low and high frequency energy of seismic data, generates trapped waves, and reduces the frequency bandwidth and resolution of the seismic data. In order to eliminate the influence of ghost waves and widen the frequency band, the invention provides a ghost wave suppression method of a seismic source of a Green theory and a system for executing the method based on a shot-geophone interchange principle. The invention is completely data-driven, does not need any information of known underground structure, and is suitable for complex marine topography and geological conditions. The invention can effectively eliminate the notch effect caused by the ghost wave of the seismic source in the seismic data, make up for the frequency spectrum deficiency and widen the data frequency bandwidth.)
技术领域
本发明属于海洋地球物理勘探技术领域，特别涉及一种海洋地震资料震源鬼波压制方法和系统。
背景技术
在海洋地震勘探中，由于海平面的存在，在激发和接收环节都会产生鬼波，鬼波的存在压制了地震反射信号的低高频能量，并产生了陷波点，降低了地震资料带宽和分辨率。为了消除鬼波的影响从而拓宽频带提高信号分辨率，Hill等(2006)提出了上下缆宽频采集技术来压制鬼波；Tenghamn等(2007)提出了双检宽频采集技术，利用上行波和下行波极性特点来压制鬼波，拓宽频带；Soubaras(2010)提出了斜缆宽频采集技术，利用斜缆陷波多样性压制鬼波。在国内，鬼波压制也成为海洋地震资料处理的热点，管西竹等(2015)推导了基于波动方程的波场延拓方法，有效地解决了上下缆中的鬼波和有效波的干涉问题；杨金龙等(2017)推导了基于格林理论的鬼波压制技术，适用于各种宽频采集方式。近年来，各大地球物理公司也推出了各自的宽频地震采集与处理技术。例如，WesternGeco公司的上下缆采集，PGS公司的双检采集和CGG公司的斜缆采集以及相应的各种采集方式鬼波压制技术。上述鬼波压制方法主要针对检波器鬼波进行压制。即，在以往对海洋地震资料进行处理的过程中一般只对检波器鬼波进行压制。
发明内容
为了消除鬼波的影响拓宽频带，本发明提供了一种新的针对震源鬼波的格林理论鬼波压制方法和相应的震源鬼波压制系统。
本发明提高的海洋地震资料震源鬼波压制方法，包括以下步骤：
步骤一：根据炮检互换原理交换炮检位置，将检波器鬼波压制后的地震资料从共炮点道集转换到共检波点道集，得到转换后的地震资料；
步骤二：判断地震资料的震源激发方式：
若是上下震源激发，计算转换后的地震资料的垂向导数，将转换后的地震资料及其垂向导数从时间域变换到频率域；
若非上下震源激发，对转换后的地震资料进行波场延拓，得到延拓后的地震资料，计算延拓后的地震资料的垂向导数，将延拓后的地震资料及其垂向导数从时间域变换到频率域；
步骤三：对频率域地震资料及其垂向导数进行震源鬼波压制；
步骤四：将震源鬼波压制后的地震资料从频率域变换到时间域，得到最终的震源鬼波压制地震资料。
根据本发明的实施例，在所述步骤二中，若非上下震源激发，通过下式对转换后的地震资料进行波场延拓，得到另一个不同深度震源位置的地震资料，作为延拓后的地震资料：
其中，PR(r'g,r',ω)为经波场延拓得到的另一个不同深度震源位置的检波器鬼波压制后的地震资料，∫∫s.s.为在震源激发面上的面积分，PR(r'g,r,ω)为检波器鬼波压制后的地震资料，
根据本发明的实施例，在所述步骤三中，通过下式对频率域地震资料及其垂向导数进行震源鬼波压制：
其中，PSR(r'g,r’s,ω)为震源鬼波压制后的地震资料，∫∫s.s.为在震源激发面上的面积分，PR(r'g,r,ω)为检波器鬼波压制后的地震资料，为检波器垂向导数算子，G0(r,r’s,ω)为震源到检波点的格林函数，dS为面元，r'g为预测点位置矢量，r为检波点位置矢量，r’s为预测震源位置矢量，ω为圆周频率。
根据本发明的实施例，优选采用傅里叶变换将延拓后的地震资料及其垂向导数从时间域变换到频率域。
根据本发明的实施例，优选采用反傅里叶变换将震源鬼波压制后的地震资料从频率域变换到时间域。
此外，本发明还提供一种海洋地震资料震源鬼波压制系统，其特征在于，包括：
第一转换模块，其用于根据炮检互换原理交换炮检位置，将检波器鬼波压制后的地震资料从共炮点道集转换到共检波点道集，得到转换后的地震资料；
震源判断模块，其用于判断地震资料的震源激发方式，其中：
若是上下震源激发，所述震源判断模块计算转换后的地震资料的垂向导数，将转换后的地震资料及其垂向导数从时间域变换到频率域；
若非上下震源激发，所述震源判断模块对转换后的地震资料进行波场延拓，得到延拓后的地震资料，计算延拓后的地震资料的垂向导数，将延拓后的地震资料及其垂向导数从时间域变换到频率域；
鬼波压制模块，其用于对频率域地震资料及其垂向导数进行震源鬼波压制；
第二转换模块，其用于将震源鬼波压制后的地震资料从频率域变换到时间域，得到最终的震源鬼波压制地震资料。
根据本发明的实施例，若非上下震源激发，所述震源判断模块通过下式对转换后的地震资料进行波场延拓，得到另一个不同深度震源位置的地震资料，作为延拓后的地震资料：
其中，PR(r'g,r',ω)为经波场延拓得到的另一个不同深度震源位置的检波器鬼波压制后的地震资料，∫∫s.s.为在震源激发面上的面积分，PR(r'g,r,ω)为检波器鬼波压制后的地震资料，
根据本发明的实施例，所述鬼波压制模块通过下式对频率域地震资料及其垂向导数进行震源鬼波压制：
其中，PSR(r'g,r’s,ω)为震源鬼波压制后的地震资料，∫∫s.s.为在震源激发面上的面积分，PR(r'g,r,ω)为检波器鬼波压制后的地震资料，
根据本发明的实施例，所述震源判断模块采用傅里叶变换将延拓后的地震资料及其垂向导数从时间域变换到频率域。
根据本发明的实施例，所述第二转换模块采用反傅里叶变换将震源鬼波压制后的地震资料从频率域变换到时间域。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
1、本发明基于炮检互换原理，将检波器鬼波压制后地震资料从共炮点道集转换到共检波点道集，基于格林理论鬼波压制法针对震源鬼波进行压制。
2、本发明属于纯数据驱动，因此无需已知任何地下介质信息，适用于各种复杂的海洋地形和地质情况。
3、在利用本发明进行震源鬼波压制后，有效信号后面伴随的鬼波得到有效衰减，地震波形逐渐恢复到子波波形。从频谱可以看出，本发明能够有效压制震源鬼波，震源鬼波压制后由于震源鬼波引起的陷波点得以消除，低频能量得到有效地提升，由于震源鬼波引起的频谱缺失得以弥补，频谱更连续，频带得到了扩宽。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本发明实施例的附图与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，但并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例提供的地震资料震源鬼波压制实现步骤流程示意图；
图2(a)是本发明实施例提供的模拟地震资料示意图；
图2(b)是本发明实施例提供的模拟地震资料中间道示意图；
图2(c)是本发明实施例提供的模拟地震资料频谱示意图；
图2(d)是本发明实施例提供的震源鬼波压制后示意图；
图2(e)是本发明实施例提供的震源鬼波压制后中间道示意图；
图2(f)是本发明实施例提供的震源鬼波压制后频谱示意图；
图3(a)是本发明实施例提供的实际地震资料震源鬼波压制前示意图；
图3(b)是本发明实施例提供的实际地震资料震源鬼波压制后示意图；
图3(c)是本发明实施例提供的实际地震资料震源鬼波压制前放大图；
图3(d)是本发明实施例提供的实际地震资料震源鬼波压制后放大图；
图4是本发明实施例提供的实际地震资料震源鬼波压制前(实线)后(圆圈实线)频谱示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本发明实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
基于波动理论和散射理论，杨金龙等(2017)详细介绍了格林理论的鬼波压制方法
其中，P(r,rs,ω)为地震波场，G0(r'g,r,ω)为背景介质中的格林函数。
本发明是针对检波器鬼波压制后的地震资料进行震源鬼波压制。根据炮检互换原理，首先对炮点插值到与检波器间距相同，并交换炮检位置，把地震资料从共炮点道集转换到共检波点道集，随后利用类似式(1)的格林理论鬼波压制方法对震源鬼波进行压制。
上式中，PSR(r'g,r’s,ω)为震源鬼波压制后的地震资料，∫∫s.s.为在震源激发面上的面积分，PR(r'g,r,ω)为检波器鬼波压制后的地震资料，
对于震源鬼波的压制，首先判断地震资料震源激发方式，如果是上下震源激发采集，可以简单获得地震数据对震源的垂向导数，然后代入到式(2)中进行震源鬼波压制；如果震源只在一个深度激发，可以通过下式
对地震资料进行波场延拓，得到另一个不同深度震源r'的地震资料与其垂向导数，随后代入到式(2)中进行震源鬼波压制。
上式中，PR(r'g,r',ω)为经波场延拓得到的另一个不同深度震源位置的检波器鬼波压制后的地震资料，∫∫s.s.为在震源激发面上的面积分，PR(r'g,r,ω)为检波器鬼波压制后的地震资料，
本发明是针对检波器鬼波压制后的地震资料，根据炮检互换原理，首先交换炮检位置，把检波器鬼波压制后的地震资料从共炮点道集转换到共检波点道集，随后判断震源是否为上下震源激发，如果是，计算地震资料垂向导数并利用式(2)进行震源鬼波压制；如果否，利用式(3)和式(4)对地震资料进行波场延拓得到另一个不同深度震源位置的地震资料及其垂向导数，再利用式(2)进行震源鬼波压制。
最后通过模拟和实际地震资料的鬼波压制处理进行验证，证明了本发明的有效性和适用性。本发明无需已知地下结构，因此完全数据驱动，适用于复杂海洋地形和地质情况。鬼波压制后有效地消除了由于震源鬼波引起的陷波效应、弥补了频谱缺失，并拓宽了资料频带宽度。
如图1所示，检波器鬼波压制后的地震资料在震源鬼波压制阶段的具体实现步骤为：
步骤一：根据炮检互换原理交换炮检位置，将检波器鬼波压制后的地震资料从共炮点道集转换到共检波点道集，获得转换后的地震资料；
步骤二：判断地震资料的震源激发方式：
如果为上下震源激发，计算转换后的地震资料的垂向导数，将转换后的地震资料及其垂向导数从时间域变换到频率域；
如果非上下震源激发，利用式(3)和式(4)对转换后的地震资料进行波场延拓，得到另一个不同深度震源位置的地震资料，作为延拓后的地震资料，计算延拓后的地震资料的垂向导数，将延拓后的地震资料及其垂向导数从时间域变换到频率域。
步骤三：对频率域地震资料及其垂向导数进行震源鬼波压制；
步骤四：将震源鬼波压制后的地震资料从频率域变换到时间域，得到最终的震源鬼波压制地震资料。
下面通过对模拟和实际地震资料的震源鬼波压制处理来验证本发明的有效性。在经过鬼波压制后，消除了地震资料中由于震源鬼波引起的陷波效应、弥补了频谱缺失、拓宽了频带。
具体地，模拟数据由简单层状模型产生。该模型有三个反射层，震源深度15m，检波器深度7m，共401道，道间距10m，震源采用主频25Hz的雷克子波，采样间隔0.004s，记录时间为4s。图2(a)为检波器鬼波压制后的模拟地震资料，图2(b)和图2(c)分别为相应地震资料的零偏移距道集和频谱。根据陷波频率式
实际地震资料震源深度为12m，检波器深度7m，采样间隔1ms，记录长度10s，每炮560道，道间距12.5m，最小偏移距108m。经过检波器鬼波压制后，基于炮检互换原理，对地震资料进行炮检位置互换，图3(a)为检波器鬼波压制后地震资料(选取0s～4.3s)。因为不是上下震源激发，因此通过式(3)和式(4)对地震资料进行波场延拓后进行震源鬼波压制。图3(b)为震源鬼波压制后结果，图3(c)和图3(d)分别为图3(a)和图3(b)的道集放大图。可以看出通过震源鬼波压制后，有效信号后面伴随的鬼波得到有效地衰减，地震波形逐渐恢复到子波波形。图4对比分析了地震资料震源鬼波压制前后的频谱，从中可以看出，震源鬼波陷波点(实线)大约在62.5Hz和125Hz，震源鬼波压制后(圆圈实线)，陷波点得以消除，低频能量得到有效地提升，频谱更连续，频带得到了扩宽。因此，实际地震资料处理结果表明，本发明有效地压制了震源鬼波，弥补由于震源鬼波引起的频谱缺失，拓宽了频带。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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