基于海域地震资料的多次波及其鬼波的时距解释

引用本文

支明, 郝重涛, 姚陈, 于光明, 蔡明刚. 基于海域地震资料的多次波及其鬼波的时距解释[J]. 地震地质, 2020,42(1): 226-244.
ZHI Ming, HAO Chong-tao, YAO Chen, YU Guang-ming, CAI Ming-gang. RESEARCH ON TIME-DISTANCE INTERPRETATION OF MULTIPLES AND GHOSTS BASED ON MARINE SEISMIC DATA[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2020,42(1): 226-244. 复制到剪切板

DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2020.01.015
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《地震地质》编辑部所有

基于海域地震资料的多次波及其鬼波的时距解释

支明^1,²⁾, 郝重涛^1),^*, 姚陈¹⁾, 于光明³⁾, 蔡明刚¹⁾

1) 中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029

2) 中国地震台网中心, 北京 100045

3) 北京多分量地震技术研究院, 北京 100029

*通讯作者: 郝重涛, 女, 研究员, 主要从事地震各向异性及地震波数值模拟研究, E-mail: haoct@ies.ac.cn。

〔作者简介〕支明, 男, 1994年生, 2019年于中国地震局地质研究所获固体地球物理学硕士学位, 助理工程师, 研究方向为地震监测, 电话: 15600016650, E-mail: 475437829@qq.com。

收稿日期: 2019-04-28

基金项目: 中国地震局地质研究所基本科研业务专项(IGCEA1915)和国家自然科学基金(41590862)共同资助

摘要

当前陆域活动断层研究的相关理论方法已比较成熟, 但针对海域的活动断层探测和研究还很缺乏。由于海域中水表和海底等强反射面的存在, 多次波及其鬼波将对海域地震记录造成干扰, 有效模拟多次波及其鬼波是进行多次波识别和压制的前提。近海及构造复杂区往往存在倾斜界面, 基于水平界面假设的传统多次波压制方法难以准确地去除多次波的影响。文中结合海域地震记录及其采集方式, 基于倾斜界面多次波的时距解析, 针对近海等构造复杂区的实际记录利用简化模型预测多次波, 给出了来自不同界面(包括倾斜界面)的多次波及其鬼波的时距特征, 且与实际记录相吻合, 其结果可提高地震资料的观测解释能力; 在此基础上, 利用时距信息人工合成理论地震记录, 进行常规地震数据处理, 进一步认识不同界面的多次波时距、速度及其造成的层面假象等特征。本研究结果有利于有效识别和预测海域地震记录中的多次波, 为多次波的压制提供理论依据, 进而为海域地震活动构造探测研究提供一定的帮助。

关键词: 海域; 多次波; 鬼波; 时距模拟; 资料解释

中图分类号:P315.3⁺1 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2020)01-0226-19

RESEARCH ON TIME-DISTANCE INTERPRETATION OF MULTIPLES AND GHOSTS BASED ON MARINE SEISMIC DATA

ZHI Ming^1,²⁾, HAO Chong-tao¹⁾, YAO Chen¹⁾, YU Guang-ming³⁾, CAI Ming-gang¹⁾

1) State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration,Beijing 100029, China

2) China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China

3) Institute of Multi-component Seismic Technology, Beijing 100029, China

Abstract

Currently, the study on the active fault in the land areas is relatively mature, while there is still lack of detection and research on active faults in the sea areas. Marine exploration, which is different from land areas, has a prominent problem due to the existence of strong reflecting interfaces such as water surface and seafloor in the sea, thus the recording is often accompanied by interference of multiples on seafloor reflections. In addition, because of the characteristics of marine seismic exploration, the source exciting in the water and the geophone receiving in the water, ghost wave usually can be recorded simultaneously during the reflected wave propagation. This phenomenon makes it difficult to distinguish the effective waves and the noise, and has always plagued the data and seriously affects the quality of records. In the offshore and other regions of complex structures, such as inclined interfaces, it is difficult to eliminate the interference of multiples accurately by traditional multiples suppression methods, which are based on the horizontal interface assumption. This paper combines the sea area seismic data and its acquisition method, uses simplified model to simulate the multiples based on the time-distance analysis of multiples and their ghost wave in inclined interface. The time-distance characteristics of the multiples and their ghost waves from different interfaces(including the inclined interface)are obtained, and they are consistent with the actual records. The multiples time-distance simulation can help to distinguish the causes of reflected waves, summarize the multiple-wave time-distance characteristics from different interfaces(including inclined interfaces), and analyze the relationship between the characteristics of multiple waves and primary waves. In particular, this simulation has a significant effect on characterizing the internal multiples that are difficult to identify due to inconspicuous periodicity and the multiples of the inclined interface which present the phenomenon that the vertex of the time-distance curve is shifted. On this basis, relying on the time-distance analysis of ghost wave, we analyze the travel time difference characteristics between reflected waves and their accompanying ghost waves. The differences of the travel time characteristics of different orders ghost wave and reflected wave are summarized and the symmetry of the travel time difference between inclined interface and horizontal interface of ghost waves and reflected waves is analyzed. We simulate the distraction of the ghost wave event with the event of the reflected wave and analyze the influence of the ghost wave on the sea area seismic records. These results can improve the practical interpretation of seismic data. At last, the time-distance information is used to synthesize sea area seismic records, which can help us carry out the effective data processing and understand the characteristics of the time-distance and velocity of multiples in different interfaces and the layer artifact caused by multiples. This study combines the time-distance simulation of multiples and their ghost wave with conventional seismic data processing to analyze the pre-stack and post-stack features of multiple waves and their ghost waves in the seismic records of the sea area. The results of this study are conducive to the effective identification of multiples in seismic records in the sea, provide a theoretical basis for multi-wave suppression and prediction, and may facilitate the future study of sea-area seismic activity detection.

Keyword: sea area; multiples; ghost waves; time-distance simulation; data interpretation

文章图片

0 引言

当前陆域活动断层研究的相关理论方法已比较成熟, 但针对海域的活动断层探测和研究还很缺乏(邓起东等, 2002; 王志才等, 2006; 蔡明刚等, 2018)。在海域活动断层研究中较为常用的有效方法是以声学探测及地震勘探方法为代表的海域地球物理测量方法(马胜中, 2010; 陈晓辉等, 2017)。

地震勘探方法将检波器接收到的反射波反向正确归位到产生它的地层界面上对应的反射点, 并由此进行地震波成像, 以获取地下的反射特征和地质构造情况(Kenneet, 1974; Levin, 1997)。与陆域地震勘探方法相比, 由于海域中水表和海底等强反射面的存在, 多次波及其鬼波将对海域地震记录造成干扰, 研究多次波的衰减和预测对于海域活动构造的地震资料处理与解释尤为重要(Liu et al., 2010)。当地震波遇到波阻抗分界面时, 除产生一次反射波外, 还会产生一些往来于分界面之间的多次反射波, 当反射界面的反射系数较大时, 会形成较强的多次波并被记录下来。海域勘探中的多次波可分为水表多次波、表层多次波和层间多次波, 如图1a所示。水表多次波是指在某一深层界面产生的反射波在海平面又发生反射, 向下在该深层界面继续反射, 来回多次所形成的波; 表层多次波是指某一深度界面产生的反射波又在海平面与海底之间往复反射的波; 层间多次波是指在海底以下2个反射界面之间往复多次反射的波(Berkhout et al., 1994; 张军华等, 2009; Weglein et al., 2011; 宋家文等, 2014)。此外, 在海域地震勘探中, 为了确保震源激发和接收点接收的均一性, 通常将震源和检波器均置于水中, 因此在海域地震记录中还普遍存在着因受震源和检波器深度影响而与水表发生反射作用的波伴随着反射波, 这种波被称作鬼波, 根据其成因与传播路径的不同又可分为震源鬼波和接收点鬼波(图1b)。鬼波的存在同样会对海域地震记录的信噪比造成影响(丁洪波, 2013; 姜丹等, 2017)。

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	图 1 多次波及鬼波反射路径示意图 a 多次波反射路径; b 鬼波反射路径Fig. 1 Reflection path of multiples and ghosts.

在实际海域地震勘探中所获取的地震记录经常是多种类型、多个阶次的多次波和一次波混杂在一起, 因此很难对其进行识别和消除(王维红等, 2007; Lee et al., 2011; 贾连凯等, 2015)。相对于水平界面, 倾斜界面的多次波传播特征与之存在差异, 也更加复杂。对存在倾斜界面的海域进行勘探时, 记录中会出现与水平界面不同的反射同相轴顶点偏移现象。此外, 当前的多次波压制研究寻求的是一种数据上的预测和匹配, 并不能从时距上识别衰减的多次波和一次波是否来自于同一层, 也不能识别同一界面的各阶次多次波, 尤其是不同界面产生的层间多次波和一次波之间的关系。

传统的多次波衰减方法基于水平界面假设, 发展了以滤波法与波动方程预测相减法为主的多次波衰减方法。例如, 利用多次波与一次波剩余时差差异在转换域进行滤波的拉东变换方法(Hampson, 1986; Weglein, 1999)、利用多次波的周期性特征进行滤波的τ -p域预测反褶积法(Taner, 1980; 童思友, 2010)、在地震记录中减去通过地震数据表面波场进行延拓得到的多次波模型的波场外推法(Wiggins, 1988)、利用多次波与一次波的路径关系在特定界面对多次波进行预测的反馈迭代法(Kenneet, 1979)以及在此基础上发展的SRME方法(Berkhout et al., 1997; Vcrschuur et al., 1997; 刘俊等, 2016)等, 且取得了许多相关的研究成果。然而, 由于传统的多次波衰减方法多基于水平界面的假设, 因此针对记录中存在倾斜界面多次波的情况还存在诸多问题。

地震波数值模拟是分析反射波的性质与传播特点、识别波场信息、解决复杂波场问题的有效手段(刘洋等, 2005; 黄饶等, 2009; 谢俊法等, 2017; 姚陈等, 2018)。在对倾斜界面多次波进行数值模拟时发现, 倾斜界面引发的多次波同相轴顶点偏移程度较大, 其周期性等传播特征也与水平界面存在区别, 传统的多次波衰减方法难以准确去除倾斜界面的多次波(张广利等, 2016)。而未被衰减的倾斜界面多次波会在处理结果中产生地层假象, 影响地层解释的精度, 也会对叠加剖面的准确性造成干扰。对地震记录中存在的多次波的时距特征进行分析, 有效地对多次波进行解释, 在地震资料处理中选择合适的处理方法和参数以有效压制多次波至关重要。因此, 对多次波及其鬼波传播路径的分析, 计算时距关系, 拟合多次波及其鬼波的同相轴进行模拟研究将有助于认识倾斜界面多次波及其鬼波的时距特征及其影响因素。张广利(2017)基于倾斜界面多次波及其鬼波的时距解析, 进行了单界面的海域倾斜界面多次波及其鬼波的数值模拟研究, 总结了倾斜界面中多次波及其鬼波的时距特征。本文在此研究的基础上, 结合实际地震记录, 进一步进行多层介质模型下的多次波及其鬼波的时距模拟研究, 从带有明显同相轴偏移的实际记录出发, 建立简化模型, 拟合记录中的主要同相轴, 模拟多个界面的水表多次波和层间多次波, 对其时距特征进行深入分析, 对比多次波出现的时间位置解释地震记录, 验证利用预测的多次波模型对实际记录进行解释的可行性, 并在此基础上通过人工合成地震记录进行常规的地震资料处理步骤, 对比分析不同界面的多次波叠前与叠后特征, 为多次波压制提供理论依据与试验数据, 以提高地震记录解释的准确性。

1 方法原理简介

在实际的海域地震资料采集过程中, 为了确保震源激发和接收点接收的均一性, 通常将震源和检波器均置于水中, 即震源在水中激发, 检波器在水中接收。因此, 在对多次波和鬼波进行时距模拟时, 也需要考虑到采集过程中的震源深度及接收点深度的影响。

张广利(2017)在单界面的海域倾斜界面多次波及其鬼波的数值模拟研究中, 给出了二维倾斜界面多次波和鬼波的时距方程。本文在此基础上, 进一步进行多界面(包括倾斜界面)的多次波及其鬼波的时距模拟研究。

图2以二次波为例, 给出了倾斜界面二次波及其伴随鬼波的路径示意图。图2a为单倾斜界面的水表二次波路径; 图2b为双倾斜界面震源鬼波+层间二次波+接收点鬼波的路径。其模型包括了震源深度(z_s)、接收点深度(z_r)、界面法向深度(h_s)和界面倾角(δ )等参数; 倾斜界面可以是水底, 也可以是水下界面。在已知震源、接收点以及多次波及其鬼波类型的情况下, 可惟一确定该种类型的反射波在地层中的反射路径与反射点。

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	图 2 倾斜界面二次波及其伴随鬼波路径示意图 a 单倾斜界面水表二次波路径; b 双倾斜界面震源鬼波+层间二次波+接收点鬼波路径Fig. 2 Path of the secondary reflection and its ghost of inclined interface.

倾斜界面水表多次波及其伴随鬼波的时距可分为不包括鬼波的t_n(x)和包括鬼波的 $\overset{—}{t_{n}}$ (x)2组方程, 分别表示为

$t_{n} (x) = f (z_{r} - z_{s}, h_{s}, δ) / v_{r}$ （1）

$\overset{—}{t_{n}} (x) = f (z_{r} + z_{s}, h_{s}, δ) / v_{r}$ （2）

其中, t为反射波到时, $\bar{t}$ 为伴随鬼波的反射波到时, z_s为震源深度, z_r为检波器深度, h_s为震源到界面的法向深度, δ 为界面倾角, n为多次波的阶次, x为震源与检波器的水平距离, v_r为介质的均方根速度, 用于计算不同反射界面引起的水表多次波。本文在水表多次波的时距模拟中取多层介质的均方根速度为速度参数v_r:

$v_{r} = \sqrt[]{\frac{\sum_{i}^{=} t_{i} v_{i}^{2}}{\sum_{i}^{=} t_{i}}}$ （3）

其中, v_i为单层介质的层速度, t_i为反射波在该对应单层介质中的旅行时, m为反射波穿过的总地层数。

当界面倾角δ =0时, 则分别有水平界面任意阶不包括鬼波和包括鬼波的多次波时距方程。

当n=1且δ ≠ 0时, 则t₁(x)和 $\overset{—}{t_{1}}$ (x)分别给出一次反射波和伴随鬼波的时距方程。

令z_s=z_r=0, 则t₁(x)成为地震勘探地表源和地表接收一次反射波炮集的时距方程。

类似地, 有层间多次波及其鬼波的时距方程, 也包括无鬼波的T_n(x)和有鬼波的 $\overset{—}{T_{n}}$ (x)2组方程, 表示为

$T_{n} (x) = g (z_{r} - z_{s}, h_{s 1}, δ_{1}, h_{s 2}, δ_{2}) / v_{R}$ （4）

$\overset{—}{T_{n}} (x) = g (z_{r} + z_{s}, h_{s 1}, δ_{1}, h_{s 2}, δ_{2}) / v_{R}$ （5）

其中, T为层间多次波的到时, $\overset{—}{T}$ 为伴随鬼波的层间多次波的到时, h_s₁、 h_s₂分别为2层界面的法向深度, δ ₁、 δ ₂分别为2层界面的倾角, 如图2b所示。在层间多次波的时距模拟中, v_R同样需要根据波的传播过程中经过的不同反射层及反射阶次进行计算, 取等效的均方根速度:

$v_{R} = \sqrt[]{\frac{\sum_{d}^{=} t_{d} {v_{d}}^{2} + \overset{m - 1}{\sum_{i = 1}} t_{i} {v_{i}}^{2}}{\sum_{d}^{=} t_{d} + \overset{m - 1}{\sum_{i = 1}} t_{i}}}$ （6）

其中, v_d为层间多次波往复反射层的地层速度, t_d为每次反射在该地层中对应的旅行时, n为层间多次波的阶次, v_i为其余地层中单层介质的层速度, t_i为反射波在该对应单层介质中的旅行时, m为反射波穿过的地层总数。

本文对实际的海域地震记录进行到时拾取与速度估计, 并建立层状地质模型, 利用该倾斜界面的多次波及其鬼波的时距解析进行时距模拟, 拟合记录中的主要同相轴, 以分析倾斜界面多次波的时距特征。

2 实际记录的多次波时距模拟与解释

2.1 实例一

在海上实际地震记录中, 常常存在强能量的反射同相轴顶点偏移的现象, 考虑到实际情况, 这种现象主要由海域中倾斜界面的反射波引起。图4a为某实际深海海域的地震资料(刘衡, 2014), 该资料中倾斜界面产生的反射波发育明显, 在5.8s(x=0, 下同)处第一次出现同相轴顶点偏移现象, 随后在6.5s、 6.9s、 7.2s、 8s和11.1s等处出现了程度更明显的顶点偏移现象。这种现象没有周期性, 其间是否存在联系也较难分辨, 使得多次波的识别与进一步衰减工作更加难以进行, 同时也对后续叠加剖面的处理和解释等工作造成干扰。

表1 实例一的模型地层参数 Table1 Model parameters of example 1

我们对该记录中能量较强的反射同相轴进行追踪, 建立简化地层模型进行模拟, 其中深度取相对震源点处的地层法向深度, 以测线展布方向为正方向(下同), 模型的具体参数见表1, 该模型的地层剖面示意如图 3 所示。通过建立模型, 利用式(1)— (6)计算模拟其水表多次波与层间多次波的时距, 拟合了在地震记录中出现的主要波型的同相轴, 如图4b所示。

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	图 3 实例一的模型地层剖面Fig. 3 Model stratigraphic section of example 1.

对比图4a和4b, 图4b中的模拟结果与实际记录中出现的同相轴顶点偏移现象相对应, 5.8s处出现的同相轴为层Ⅲ (倾斜)界面的一次反射波, 即图4b中的蓝色同相轴曲线(R₁); 而6.5s和7.2s处出现的同相轴为层Ⅰ (海底)界面与层Ⅲ (倾斜)界面间的层间一次波和二次波, 即黄色同相轴曲线(S₁和S₂); 6.9s和8s处出现的同相轴为层Ⅱ 界面与层Ⅲ (倾斜)界面间的层间一次波和二次波, 即灰色同相轴曲线(W₁和W₂); 11.1s处出现的同相轴为层Ⅲ (倾斜)界面的水表二次波, 即蓝色同相轴曲线(R₂)。同时, 图4b对层Ⅰ (海底)和层Ⅱ 的水平界面引起的多次波也进行了预测, 在9s处出现了海底界面的水表二次波, 即黑色同相轴曲线(P₂); 在9.6s处出现了层Ⅱ 界面的水表二次波, 即绿色同相轴曲线(Q₂); 在5.2s、 5.5s和5.8s处出现的同相轴为海底界面与层Ⅱ 界面的层间一次波、二次波和三次波, 即红色同相轴曲线(T₁、 T₂和T₃)。图4b的多次波模拟拟合了图4a中的主要反射过程, 直观地显示了多次波, 尤其是倾斜界面引起的多次波出现的位置与性质, 其结果可对图4a所示的实际地震资料的解释提供帮助。

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	图 4 某实际深海海域地震资料与时距模拟结果的对比 a 实际深海海域资料(刘衡, 2014); b 多次波的时距模拟结果Fig. 4 Comparison between actual sea area seismic data and time-distance simulation result.

2.2 实例二

下面, 我们将结合实际采集情况, 针对南海海域的地震记录进行叠前炮集记录的时距模拟。图6a为实际测线中的1个炮集记录, 在该测线的采集工作中, 震源为BOLT气枪, 枪的沉放深度为7m, 电缆的沉放深度为9m, 采用480道单边接收、道间距为12.5m的观测系统。据此, 本文也设定同样的参数进行时距模拟。

该记录最明显的特征是强能量反射的同相轴周期性地出现, 自0.6s处起, 每隔0.6s均存在能量较强的同相轴。此外, 记录中同样存在同相轴顶点偏移的现象, 分别出现在2.2s和4.1s处。追踪该记录中的反射同相轴可估算反射波的时距速度, 发现在0.6s、 1.4s、 2.2s处同相轴的时距速度出现较大差异; 进一步利用其波峰值位置估算地层深度与倾角, 并建立初始模型。在初始模型的基础上, 利用式(1)— (6)计算时距并反复与实际记录进行对比, 同时修改模型参数, 建立最终的地层模型。模型的具体参数如表2所示, 该模型的地层剖面示意图见图 5。

表2 实例二模型地层参数 Table2 Model parameters of example 2

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	图 5 实例二模型地层剖面Fig. 5 Model stratigraphic section of the example 2.

对该模型进行单炮时距模拟, 如图6b所示。模拟的层Ⅰ (海底)界面的一次波和水表多次波(红色同相轴曲线P₁— P₇, 即一次到七次波)周期性明显, 与图6a实际记录中每隔0.6s出现的强能量同相轴匹配; 层Ⅱ 界面的一次波和水表多次波(蓝色同相轴曲线Q₁、 Q₂和Q₃)同样表现出明显的周期性, 其时间间隔为1.4s; 层Ⅲ (倾斜)界面的一次波和水表二次波(绿色同相轴曲线R₁和R₂)出现的时间与顶点的偏移程度均与图6a中2.2s以及4.1s处出现的同相轴匹配; 此外, 海底与层Ⅱ 界面间的层间一次波、二次波和三次波(黑色同相轴曲线S₁、 S₂和S₃)也分别与图6a实际记录中的同相轴一致。在实际记录中没有找到与层Ⅲ 界面有关的层间多次波, 这可能是由于记录长度和界面反射系数等原因使得其同相轴不易追踪。

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	图 6 浅水区地震资料与时距模拟结果的对比 a 实际地震资料; b 多次波时距的模拟结果Fig. 6 Comparison between epicontinental sea seismic data and time-distance simulation result.

对比原始记录(图6a)与时距模拟结果(图6b)可以看出, 该浅水模型模拟的多次波时距与实际地震记录中多次波的同相轴有较高的匹配度。在该地震记录中, 除去海底界面的水表多次波的周期性明显外, 层间多次波和倾斜界面的水表多次波使得地震记录中某些界面的多次波同相轴的周期性较难寻找, 在实际记录中识别这种周期性不明显的同相轴波型难度较大。

实例研究结果表明, 也可通过建立模型模拟多次波时距, 并与实际地震记录进行对比, 分析记录中的同相轴波型的成因, 区分其同相轴波型的性质, 以分辨多次波与一次波之间的联系, 对地震资料进行时距解释。该方法具有较高的适应性, 针对倾斜界面的时距模拟研究补充了对于倾斜界面多次波的认识, 时距模拟的结果在浅水或深水等存在倾斜界面的海域都可与地震记录较好地匹配, 有效地增加了资料解释的合理性, 并为确定多次波传播路径、走时和性质后进一步研究来自不同界面反射波的动力学特征提供依据, 提高海域地震资料的解释能力。

3 鬼波时距模拟分析

针对实例二, 模拟多次波时距的同时对该模型下伴随的鬼波时距进行模拟分析。

图1b给出了4种类型波的反射路径, 除反射波(一次波或多次波, 下同)外, 还包括震源鬼波+反射波、反射波+接收点鬼波和震源鬼波+反射波+接收点鬼波3种类型的伴随鬼波的路径。实例二观测系统中的震源深度为7m, 接收点深9m, 由于反射波与3类伴随鬼波的反射路径相差较小, 反射波与其3类鬼波时距间存在的时差也较小, 其同相轴位置接近, 时距模拟显示鬼波对于反射波的影响更多为一种干涉作用。

为了更精确地分析该模型下水平界面和倾斜界面的伴随鬼波时距, 在其余参数不变的情况下, 将道间距由12.5m扩大为25m, 将接收方式由单边接收改为双边接收。在此采集参数下, 本文给出了该模型层Ⅰ 海底(水平界面)和层Ⅲ (倾斜界面)的反射波与其3类伴随鬼波间的时差, 分别如图 7 和图 8 所示。

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图 7 实例二中层Ⅰ 海底(水平界面)产生的伴随鬼波与反射波时差图
a 震源鬼波+一次波与一次波的时差; b 一次波+接收点鬼波与一次波的时差; c 震源鬼波+一次波+接收点鬼波与一次波的时差; d 震源鬼波+二次波与二次波时差; e 二次波+接收点鬼波与二次波时差; f 震源鬼波+二次波+接收点鬼波与二次波的时差Fig. 7 Time deviation between the ghost and reflected wave from sea floor in example 2.

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图 8 实例二中层Ⅲ (倾斜界面)产生的伴随鬼波与反射波时差图
a 震源鬼波+一次波与一次波的时差; b 一次波+接收点鬼波与一次波的时差; c 震源鬼波+一次波+接收点鬼波与一次波的时差; d 震源鬼波+二次波与二次波的时差; e 二次波+接收点鬼波与二次波时差; f 震源鬼波+二次波+接收点鬼波与二次波的时差Fig. 8 Time deviation between the ghost and reflected wave from inclined interface in example 2.

水平界面反射波(一次波或多次波)的时距以零偏移距为轴对称, 如图 6 中的红色时距曲线P₁— P₇。因此, 图 7 中的海底反射波与其3类鬼波间的时差也以零偏移距为轴对称, 近道时差大, 远道时差小。由于检波器的深度大于震源深度, 震源鬼波+一次波(图7a)、一次波+接收点鬼波(图7b)和震源鬼波+一次波+接收点鬼波(图7c)的零偏移距最大时差依次递增。相对于一次波与其伴随鬼波间的时差(图7a— c), 二次波与其伴随鬼波间的时差(图7d— f)在近道时变化不大, 而前者的远道时差大于后者; 零偏移距最大时差与一次波及其伴随的3类鬼波间的时差规律一致。结果表明, 随着阶次的升高, 远道时的反射波与其伴随鬼波的同相轴的区别将更加明显。

倾斜界面反射波(一次波或多次波)的时距出现了顶点偏移现象(如图 6 中绿色曲线R₁和R₂所示), 故图 8 中倾斜界面的反射波与其3类鬼波间的时差峰值出现在顶点偏移位置, 此时时差最大, 随着偏移距与顶点距离的增加其时差逐渐变小。其中, 反射波+接收点鬼波与反射波间的时差仍具有轴对称性(如图8b、 e), 以其顶点偏移位置为对称轴; 而其它2类鬼波与反射波间的时差的对称性消失(如图8a、 c、 d、 f), 沿上倾方向的时差变化较剧烈, 沿反方向的时差变化则较平缓, 倾角的存在破坏了其时差的对称性。倾斜界面二次波和其伴随鬼波间的时差(图 8d— f)与一次波和其伴随鬼波间的时差(图8a— c)相比, 在近道变化不大, 而前者的远道时差大于后者; 其中, 反射波+接收点鬼波的时差(图8b、 e)同样以顶点偏移位置为轴对称, 由于倾斜界面的二次波同相轴比一次波顶点偏移更显著, 其二次波+接收点鬼波与二次波间时差的对称轴的偏移程度同样比一次波更大。

为了进一步分析海域地震记录中鬼波的存在对反射波所造成的影响, 下文将模拟讨论改变震源深度和接收点深度所带来的影响和其时距特征。

由于鬼波传播路径中地层负反射系数的影响, 考虑到鬼波在地震记录中通常会出现极性反转的特征, 因此在模拟中将反射波和震源鬼波+反射波+接收点鬼波的波形设置为正极性、震源鬼波+反射波和反射波+接收点鬼波的波形设置为负极性进行模拟。设定震源子波主频为30Hz, 采样点数为50, 采样间隔为1ms, 改变震源深度和接收点深度对实例二模型下的多次波与其伴随鬼波进行时距模拟。图 9 中字母标示的反射波及其伴随鬼波的类型与图6b中的波型一致, 右侧分别为层Ⅰ 海底(水平界面)与层Ⅲ 界面(倾斜界面)的一次反射波及其伴随鬼波的局部放大图。

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图 9 正演模拟鬼波对地震记录的影响
图中字母标示的反射波与其伴随鬼波类型与图6中的波型一致。 a 当震源深度为20m, 接收点深度为20m时的多次波及其鬼波的时距模拟及局部放大图; b 当震源深度为50m, 接收点深度为50m时的多次波及其鬼波的时距模拟及局部放大Fig. 9 Forward modeling of influence of ghost waves on seismic data.

当震源深度为20m, 接收点深度也为20m时, 模拟结果如图9a所示。其局部放大图显示, 海底界面(水平)一次波在x=0处, 震源鬼波+一次波和一次波+接收点鬼波与一次波间的时差相等, 均约25ms; 震源鬼波+一次波+接收点鬼波与一次波的时差约50ms, 而与震源鬼波+一次波和一次波+接收点鬼波的时差也为25ms。此时, 3类鬼波与一次波间的时差均小于子波周期33ms。因此, 鬼波与一次波发生干涉, 使其子波形态产生了变化。在零偏移距的近道, 干涉后的子波出现了2个波峰, 与原始子波相比波峰的最大值变化不大, 子波位置形态发生明显改变, 子波延续时间明显增长, 其子波以零偏移距道为对称轴, 在其两侧呈对称状。层Ⅲ 界面(倾斜界面)的一次波在其时距曲线顶点x=750m处, 一次波+接收点鬼波与一次波的时差略大于震源鬼波+一次波与反射波间的时差, 约23ms; 震源鬼波+一次波+接收点鬼波与一次波的时差约45ms, 与震源鬼波+一次波和一次波+接收点鬼波的时差约22ms。此时, 3类鬼波与一次波间的时差也小于子波周期33ms, 但倾斜界面伴随鬼波与其一次波的干涉与海底界面伴随鬼波的干涉影响不同, 在顶点偏移处的近道, 干涉后子波相对于原始子波位置形态较为类似, 其子波的波峰值明显增大, 子波延续时间也有增长; 在顶点偏移处的两侧, 由于震源鬼波+一次波、震源鬼波+一次波+接收点鬼波与一次波间时差的不对称性, 使得其时距曲线顶点两侧鬼波干涉后的子波形态也存在差别。

当震源深度为50m, 接收点深度也为50m时, 所得的模拟结果如图9b所示。局部放大后, 海底界面(水平)一次波在x=0处, 震源鬼波+一次波和一次波+接收点鬼波与一次波间的时差相等, 均约65ms; 震源鬼波+一次波+接收点鬼波与一次波的时差约130ms, 与震源鬼波+一次波和一次波+接收点鬼波的时差为65ms, 此时3类鬼波与一次波间的时差远大于子波周期33ms, 鬼波滞后于反射波, 不发生干涉影响子波形态。层Ⅲ 界面(倾斜)的一次波在其时距曲线顶点x=750m处, 一次波+接收点鬼波与一次波的时差略大于震源鬼波+一次波与一次波间的时差, 约56ms; 震源鬼波+一次波+接收点鬼波与一次波的时差约112ms, 与震源鬼波+一次波和一次波+接收点鬼波的时差为56ms。此时, 倾斜界面一次波在时距曲线顶点处, 3类鬼波同样滞后于反射波, 由于其与反射波间的时差和海底界面的鬼波与反射波间的时差存在区别, 其鬼波滞后的时间有所不同。

对比图9a和9b, 随着震源深度与接收点深度的增大, 反射波与其鬼波间的时差也逐渐增加, 当时差大于子波周期时, 反射波与其鬼波分离, 鬼波滞后于反射波而易被识别和压制。但实际生产中常受经济成本与效率所限, 只能在一定范围内选择震源与接收点深度, 因此可通过鬼波时距的模拟分析来指导选取最佳的震源深度、检波器深度和观测系统, 从而减小鬼波对地震记录的干扰, 提高记录的信噪比。

4 合成记录时距模拟及叠加分析

基于上述叠前炮集记录多次波时距的模拟结果, 人工合成多炮SEGY格式的理论海域地震记录并对其进行常规的地震资料处理, 分析在该过程中多次波所体现的特征, 即对比多次波与一次波的速度特征和多次波在叠加剖面中的特征, 积累叠后记录中多次波的识别经验, 总结多次波的识别方法。

基于实例二的地层参数对模型进行设置。为了更清晰地分析多次波的特征, 人工合成的地震记录只包含一次反射波和多次波, 不考虑鬼波的影响以及波能量的衰减。具体步骤为: 1)建立观测系统, 采用滚动放炮的方式进行采集。为了更清晰地成像, 相对于前文中实例二时距模拟的采集参数, 该合成记录的模拟减小了道间距, 增加了道数, 加大了覆盖次数, 采用中间放炮双边接收的采集方式, 其观测系统的参数见表3。 2)基于模型进行多次波模拟并生成多炮的多次波时距数据, 将时距数据转换为地震道数据。对该组数据进行加道头处理, 并将观测系统参数编辑为道头信息, 生成人工合成的多炮SEGY格式理论地震数据。分别给出一次波、多次波以及一次波和多次波的混合理论地震记录, 便于对比分析。 3)对理论地震记录进行常规地震数据处理, 包括道集抽取、速度谱分析、动校拉平以及CMP叠加处理等。图 10 为速度谱(图10a)、动校正后的CDP(图10b)、一次波叠加剖面(图10c)和一次波与多次波混合的叠加剖面(图10d)。

表3 人工合成记录观测系统参数 Table3 Observing system parameters of synthetic seismic data

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	图 10 人工合成记录速度谱与叠加剖面处理 a 速度谱; b 动校正后的CDP; c 一次波叠加剖面; d混合的叠加剖面, P₁、 Q₁和R₁为一次反射波形成的地层, 其余均为多次波反射形成的地层假象Fig. 10 Velocity spectrum and stacked profile of synthetic seismic data.

速度分析是地震记录资料处理中的重要一环。在对地震资料进行速度解释时, 通常认为速度随深度的增加而增加, 以此常规概念拾取速度, 得到的速度谱资料如图10a所示, 最浅处拾取的速度约1 500m/s, 最深处则约1 760m/s。利用在速度谱中拾取的速度对合成记录进行动校正, 动校正后的CDP如图10b所示。

图 10b中, 在1.3s、 2.8s和3s等处动校正的拉平效果较差, 仍然存在剩余时差的现象, 其中1.3s处同时发育海底界面的水表多次波P₂与层Ⅱ 界面一次波Q₁, 2.8s处同时发育海底界面的水表多次波P₃和海底与层Ⅱ 界面的层间多次波S₁, 3s处同时发育海底界面水表多次波Q₂、倾斜界面的一次波R₁和海底与层Ⅱ 界面的层间多次波S₂, 相近时间内不同性质反射波的发育是动校正效果较差的原因。结合理论记录及校正后的CDP进行分析, 在图10b中的红色方框内, 由于水表多次波的速度小于相近时间发育的一次波与层间多次波的速度, 在1.3s、 2.8s处出现同相轴下拉的现象; 3s处出现同相轴上抛的现象, 是由于一次反射波的速度大于相近时间内层间多次波的速度, 多次波与一次波间的速度差异明显, 因此速度谱是分辨一次波与多次波的一种有效工具。由于传播路径存在差异, 一次波、水表多次波、层间多次波之间形成了较大的速度差, 用同一速度难以校正相近时间内多种不同速度的波。当采用的动校正速度低于反射波速度时, 校正后的同相轴上抛; 采用的动校正速度高于反射波速度时, 校正后的同相轴下拉。

对该组动校正后的CDP理论记录进行CMP叠加处理。图10c给出了一次波理论记录的叠加剖面, 剖面结果与模型参数一致; 图10d给出了一次波和多次波混合理论地震记录的叠加结果。对比图10c可知, 在图10d中除一次波所给出的界面, 其余皆为多次波等效界面的地层假象。

图 10d中, 0.6~4.2s处, 每隔0.6s均出现1个界面; 1.4~4.2s处, 每隔1.4s均出现1个界面, 分别由层Ⅰ 、层Ⅱ 水平界面的水表多次波所引起。模型中的2个水平界面, 以其一次波界面出现的时间为时差, 均在深部出现了地层假象的界面, 且具有明显的周期性。此外, 图10d中2.2s、 2.9s、 3.5s处出现的界面并没有固定的时差, 是由层间多次波所引起, 层间多次波在速度谱与叠加剖面中的特征不明显, 故难以在叠加剖面中对其进行识别; 2.8s处出现倾斜界面水表一次波的界面, 5.6s处出现倾斜界面水表二次波的假象界面, 且二次波所造成的假象界面的倾角为一次波的2倍, 倾斜界面多次波所引起的地层假象随着阶次的升高与原始真实地层的倾角呈倍数增长。

理论叠加剖面显示, 多次波可产生假界面, 尤其是倾斜界面多次波产生的假界面与更深层的一次波界面很难区分。本文的研究结果表明, 结合时距模拟的理论分析, 可有效地分析叠加剖面中各界面的成因, 更直观地得到地层假象与界面间的联系。对于水平界面, 可利用周期性识别水表多次波; 在实际应用中, 对照时距模拟结果可增加周期性不显著的层间多次波的识别准确性。对于倾斜界面, 通过剖面出现时间以及倾角间的关系能较好地分辨波型属于深部界面的一次反射波或浅部界面的多次波, 对地震记录的处理和解释具有重要作用。

5 讨论与结论

海域地震记录中多次波发育复杂。水表多次波能量强、振幅大; 水平界面多次波具有周期性, 尤其在深水环境下, 其周期较长, 易于识别; 倾斜界面的多次波周期性丧失, 其时距将出现顶点偏移特征, 且随着阶次升高其顶点偏移更加显著, 难以与深部的倾斜界面一次反射波相区别; 层间多次波能量弱、振幅小、无明显周期性, 难以利用周期性进行识别, 同时受地层反射能力影响, 高阶次的层间多次波在实际地震记录中难以寻找同相轴。以上因素都增加了对多次波进行识别与衰减的难度。

本文针对实际观测资料, 进行了多界面(包括倾斜界面)的多次波及其鬼波的时距模拟与分析研究, 模拟中结合实际采集方式, 考虑了海域记录中震源点、接收点深度造成的影响, 对比实际记录, 定位多次波的位置并分析其性质, 给出了与实际记录一致的模拟结果。研究结果表明, 基于倾斜界面多次波及其鬼波的时距解析进行的研究, 能直观地给出反射波与界面之间, 尤其是与倾斜界面之间的联系, 能够较准确地分辨多次波在地震记录中的时距信息, 以便对地震记录进行有效的解释。多次波衰减是解决多次波问题的重要方法。传统的多次波衰减方法往往基于水平界面的假设, 而本文的研究着重针对海域中的倾斜界面进行模拟。通过模型预测多次波的时距, 为发展倾斜界面多次波衰减技术提供理论依据与试验数据, 有助于进一步发展多次波的衰减方法、提高地震资料精度。在鬼波时距模拟中, 分析了水平界面和倾斜界面的一次波、二次波与其伴随鬼波间时差的特征, 对比了鬼波时差与子波周期的关系对地震记录造成的影响, 在实际生产中可对采集参数的设计进行指导。

基于通过实际观测资料所建立的模型, 利用多次波时距模拟, 合成人工地震记录, 并对该组数据进行常规地震资料处理, 获取其速度谱和叠加剖面信息。合成记录的时距模拟及叠加分析表明, 多次波的速度一般小于同记录时间的一次波, 波的速度差异是识别多次波的重要判断依据; 倾斜界面的多次波, 无论是水表多次波还是层间多次波, 在叠加剖面中所形成的假界面的倾角会随着阶次的升高呈倍数增加, 与深部的一次反射界面进行区分时需要对比时距模拟结果加以判别。传统的多次波衰减方法对于水平界面多次波的衰减有了长足的进步, 但倾斜界面多次波衰减技术仍然有待发展。当前, 多次波衰减方法处理结果中仍然存在残余多次波的现象, 通过多次波在速度谱和叠加剖面上的明显特征以及时距模拟结果对其进行二次辨别, 将提高地震记录解释的准确性。

致谢本研究工作得到了司洁戈博士、张广利博士的热情帮助; 各位专家为审阅本文付出了辛勤劳动。在此一并表示感谢!

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... 0 引言当前陆域活动断层研究的相关理论方法已比较成熟, 但针对海域的活动断层探测和研究还很缺乏(邓起东等, 2002 ...

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... 鬼波的存在同样会对海域地震记录的信噪比造成影响(丁洪波, 2013 ...

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The effective simulation of interbed multiples is the base of suppressing or analyzing the impacts of interbed multiples. Based on spherical wave theory of point source, the interbed multiples have been effectively simulated by using the reflectivity method. Given a three-layered geologic model, the propagation characteristic of seismic wave has been simulated with interbed multiples impacts and the different interbed multiples have been identified, which support the validity of the method. For the actual oil field data，the impact of multiples generated by coal beds on the primary wave AVO of top interface of underlying low speed gas sand has been studied. The model simulation shows that the complete solution of the seismic wave field could be obtained by the reflectivity method which includes primary reflection, multiple and converted wave. The existence of interbed multiples can change wave characters of reflection and the frequency spectrum of seismic data, and influence the rule of AVO in target zones, which will reduce the accuracy of reservoir identification to a great extent and increase the risk of exploration drilling.

(1.Key Lab of Geophysical Exploration of CNPC, China Petroleum University, Beijing 102249, China; 2.Key Laboratory for Hydrocarbon Accumulation Mechanism of the Ministry of Education, China University of Petroleum,Beijing 102249, China; 3.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

有效模拟层间多次波是压制层间多次波或分析层间多次波影响的基础.基于点震源的球面波理论，采用反射率法有效模拟了层间多次波.基于三层介质地质模型，利用本文方法模拟了考虑层间多次波条件下地震波传播特征，对多种层间多次波进行了有效识别，验证了方法的有效性.基于实际油田条件研究了煤层产生的多次波对下伏低速气层顶界面的一次波AVO（振幅随偏移距变化）的影响.模型模拟计算结果表明，利用本文研究的反射率法可以得到地震波场的完全解，包括地震波在地层中传播时形成的一次波、多次波和转换波信息，层间多次波的存在可以改变目标层的反射波波形特征、地震资料的频谱特征，并影响目标层AVO变化规律，从而很大程度上降低油气藏识别精度，增加钻探风险.

... 黄饶等, 2009 ...

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Due to the complicated structure and rugged seafloor of the continental margin of the southern South China Sea, a plenty of multiples coupled with diffractions are well existed in the multichannel seismic data. To recognize effective signal from the deep and suppress multiples, firstly, we analyzed the multiple propagation law by means of forward modelling; secondly, in particular, we processed the complicated Pluto model and tested several typical multiple elimination techniques. And finally we achieved the effective processing idea: reduce the multiple energy level by Surface Related Multiple Elimination(SRME), suppress the periodic and near offset multiple by deconvolution in τ-p domain; and further suppress the far offset multiples by the Radon transform in the common reflection point(CRP)gather. The results of the theoretical model and Liyue basin seismic data demonstrate that the multiples can be suppressed to a great extent and the effective signal from the deep can be enhanced by this method.

1. Research Institude of Shenzhen Branch, CNOOC Limited, Guangzhou 510240, China; 2. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, Shandong, China

南海南部陆缘构造复杂多变,海底崎岖不平,造成该区多道地震资料多次波十分发育且混杂复杂绕射波。为了识别深层有效反射信息、压制多次波,首先通过正演模拟分析深水条件下多次波的传播规律和特征,然后对复杂理论Pluto模型进行详细处理并试验了几种典型多次波压制方法,寻找到一套有效的多次波压制处理思路:通过表面相关多次波衰减(SRME)法降低多次波能量级别,运用 τ-p 域预测反褶积压制周期规律的近中道多次波,再在此基础上灵活运用高分辨率抛物线Radon变换对共反射点道集(CRP)进行中远道多次波压制。理论模型和礼乐盆地海区的实际资料处理结果表明,该方法能够较大程度上压制深水资料多次波并增强对深部有效信息的识别。

... 贾连凯等, 2015) ...

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... 姜丹等, 2017) ...

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... 图4a为某实际深海海域的地震资料(刘衡,2014), 该资料中倾斜界面产生的反射波发育明显, 在5 ...

2016

0.0

刘俊, 吴淑玉, 高金耀, 等. 2016. 南黄海中部浅水区多次波衰减技术及其效果分析[J]. 物探与化探, 40(3): 568—577.

LIU

Jun

, WU

Shu-yu

, GAO

Jin-yao

, et al. 2016. An effectiveness analysis of multiple depression technique in the shallow water of the central uplift in South Yellow Sea[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 40(3): 568—577(in Chinese).

In the shallow area,the seabed related multiples can't be depressed effectively by use of conventional SRME method because of the shallow water depth and the lack of reflected signal from the seabed.Predictive deconvolution is often used for multiple wave suppressing,but deconvolution will destroy valid reflected signal whose wave cycle is similar to the seabed multiple; particularly in the hard seabed,the amplitude of the seabed multiple wave energy is stronger than the seabed reflection, and in this case,the method of predictive deconvolution cannot depress seabed related multiples entirely.In this paper,seabed related multiples depression by using the DWD + SRME combination method and DWD method is adopted for attenuating short period seabed related multiples,and the SRME method is used for suppressing long period free surface related multiples.In addition,the method of radon transform is used for removing inter layer multiples.The results show that the seabed related multiples have been depressed effectively by the combination method of DWD + SRME,and the shallow effective reflection signals are not harmed,the deep reflection signals appear gradually because interlayer multiples are attenuated by using Radon transform method.It is therefore held that the adoption of the combination method of DWD + SRME and Radon transform technique is a feasible multiple depression technique for the low SNR seismic data in the shallow water.

1. China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2. Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environment Geology, Ministry of Land and Resources, Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao 266071, China; 3. Function Laboratory for Marine Mineral Resource Geology and Exploration, Qingdao 266071, China; 4. Key Laboratory of Submarine Geosciences of State Oceanic Administration, State Oceanic Administration, Hangzhou 310012, China; 5. Second Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Hangzhou 310012, China

在浅水区,由于水深较浅,缺少近偏移距的海底反射信号,采用常规SRME方法和预测反褶积不能有效地衰减海底相关多次波。笔者采用DWD+SRME组合法来衰减海底相关多次波,其中DWD方法用来衰减与海底相关的短周期多次波,SRME方法压制自由表面相关的长周期多次波,另外运用Radon变换去除层间多次波。结果表明,运用DWD+SRME组合法压制海底相关多次波效果较好,并且没有损害浅层的有效反射信号,采用Radon变换使层间多次波得到了良好的压制,深部有效反射信号逐步体现。因此,对于浅水区低信噪比地震资料,采用DWD+SRME组合方法和Radon域去多次,是比较可行的去多次波方法。

... 刘俊等, 2016)等, 且取得了许多相关的研究成果 ...

2005

0.0

刘洋, 魏修成. 2005. 几种反射波时距方程的比较[J]. 地球物理学进展, 20(3): 645—653.

LIU

Yang

, WEI

Xiu-cheng

. 2005. Comparison on several time-distance equations of reflection wave[J]. Progress in Geophysics, 20(3): 645—653(in Chinese).

Velocity analysis and imaging are very important in seismic data processing. Conventional seismic data processing method uses hyperbolic equation to describe time-distance formula of reflection wave, error of this equation increases with the increase of heterogeneity, anisotropy and spread length. Currently developed nonhyperbolic time-distance equations are mainly based on horizontally layered isotropic model, weakly anisotropic model, velocity varying with offset model, linear continuous velocity model respectively. Accuracies of these time-distance equations are compared on the following three models: horizontally layered isotropic model, weakly anisotropic model and horizontally layered heterogeneous model, some useful conclusions are drawn. Finally, rationality of adopting these equations is illuminated from various aspects.

在地震资料处理中，速度分析和成像技术极为重要.常规地震资料处理方法是利用双曲线方程来描述反射波时距曲线规律，此方程随着地层非均质性、各向异性和排列长度的增加，其误差变大.目前发展的反射波非双曲时距方程，主要有基于层状各向同性模型的非双曲时距方程、基于均匀弱各向异性模型的时距方程、基于速度随炮检距变化模型的时距方程、基于线性连续速度模型的时距方程.本文针对三个典型的模型：层状均匀各向同性模型、层状弱各向异性模型和层状非均匀模型，对这几种时距方程进行了精度比较与分析，得出了一些有益的结论.最后，从不同角度说明了应用这几种方程的合理性.

... 地震波数值模拟是分析反射波的性质与传播特点、识别波场信息、解决复杂波场问题的有效手段(刘洋等, 2005 ...

2010

0.0

... 在海域活动断层研究中较为常用的有效方法是以声学探测及地震勘探方法为代表的海域地球物理测量方法(马胜中, 2010 ...

2014

0.0

宋家文, Verschuur D

, 陈小宏. 2014. 多次波压制的研究现状与进展[J]. 地球物理学进展, 29(1): 240—247.

SONG

Jia-wen

, Verschuur D

, CHEN

Xiao-hong

. 2014. Research status and progress in multiple elimination[J]. Progress in Geophysics, 29(1): 240—247(in Chinese).

Most of the current seismic data processing techniques make use of primaries for imaging or inversion, the existence of multiples has a severe impact on seismic imaging, inversion and interpretation results. Therefore, multiples are usually treated as noise which need to be removed in a preprocessing step. For improving seismic data S/N ratio and fidelity by making a rational choice between distinctive multiple elimination methods, we systematically review the current status and progress of multiple removal techniques, and briefly introduce three categories of demultiple methods, including filtering methods, wave field prediction-and-subtraction methods as well as the recently developed EPSI (Estimation of primaries by sparse inversion), furthermore, we analyze the applicability together with pros and cons of the methods in terms of prior assumptions and practical prerequisites. The prediction-and-subtraction methods based on wave equation can adapt to complex seismic data because they overcome the limitations of filtering methods introduced by assuming that primaries and multiples have different statistical characteristics, but least square subtraction potentially distorts primaries during the adaptive subtraction. In contrast, EPSI estimates primaries and multiples in a full waveform inversion process where adaptive subtraction is avoided and primaries are better preserved. This paper highlights the breakthrough of EPSI over feedback methods on multiple elimination through two field datasets, meanwhile, it points out the limitations and prospects of EPSI.

1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Delft University of Technology, The Netherlands

目前地震资料处理技术主要利用一次波对地下地质体进行成像或反演，多次波的存在会严重影响地震成像、反演与解释结果.因此，多次波通常作为噪声在地震数据叠前处理阶段进行压制.为了合理选择不同的多次波压制方法，提高地震资料信噪比和保真度，本文系统综述了多次波压制的国内外研究现状，简要介绍了滤波法、预测相减法、稀疏反演法的基本原理，并围绕理论假设条件与实际数据要求，分析比较了各种方法的适用性与优缺点.基于波动方程的预测相减法克服了滤波法关于地震信号统计特征的假设，增强了对复杂地震数据的适应性，但最小二乘自适应相减会损害有效信号.稀疏反演法采用全波形反演的方法估计一次波与多次波，避免了自适应相减步骤，能够更加保真地恢复有效信号.本文通过实际算例重点阐述了稀疏反演法相对于反馈迭代法在多次波压制中的突破性进展，同时指明了稀疏反演法存在的问题并展望了未来的发展方向.

... 宋家文等, 2014) ...

2010

0.0

... 童思友, 2010)、在地震记录中减去通过地震数据表面波场进行延拓得到的多次波模型的波场外推法(Wiggins, 1988)、利用多次波与一次波的路径关系在特定界面对多次波进行预测的反馈迭代法(Kenneet, 1979)以及在此基础上发展的SRME方法(Berkhout et al ...

2007

0.0

王维红, 崔宝文, 刘洪. 2007. 表面多次波衰减的研究现状及进展[J]. 地球物理学进展, 22(1): 156—164.

WANG

Wei-hong

, CUI

Bao-wen

, LIU

Hong

. 2007. Research progress in surface-related multiple attenuation[J]. Progress in Geophysics, 22(1): 156—164(in Chinese).

Surface-related multiple(SRM) is a coherent noise with strong energy especially in marine seismic data. The research progress in SRM attenuation is presented in this paper, and also the SRM future research direction. Methods that attenuate SRM can be classified into two categories: filter approach and wave equation-based method. An example of parabolic Radon transform(PRT) is demonstrated in this paper for filter approach, the energy leakage is a problem in traditional PRT. At the same time the advantages and shortcomings is analyzed for wave equation method, the SRM attenuation in this category has no assumptions about the subsurface, but the demands are strictly for data acquision. The SRM attenuation result of wave equation based method is decided by a series of preprocessing error. Combining filter and wave equation approach is the main future research topic, how to combine those two methods effectively is a problem should be paid more attenuation.

表面多次波是一种相干干扰，在海洋地球物理勘探中表面多次波尤为明显.本文给出了表面多次波衰减方法的研究现状的系统阐述，并分析了表面多次波衰减研究的发展趋势.表面多次波衰减主要有滤波法和波动理论方法.对于滤波法给出了广泛应用的抛物Radon变换法的实例，指出了抛物Radon 变换法存在滤波时能量泄漏的问题.同时本文分析了基于波动理论的处理优势和存在的问题，该方法可以处理任意介质的情形，但是对于数据的采集要求比较严格，另外在进行表面多次波衰减处理以前，要进行一系列的预处理，这些预处理的误差直接决定着多次波衰减的效果.最后，本文给出了表面多次波衰减的发展趋势——将滤波法和波动理论法结合来实现多次波的衰减.两类方法如何有效地结合是该类方法一个重要的研究方向.

... 在实际海域地震勘探中所获取的地震记录经常是多种类型、多个阶次的多次波和一次波混杂在一起, 因此很难对其进行识别和消除(王维红等, 2007 ...

2006

0.0

王志才, 邓起东, 晁洪太, 等. 2006. 山东半岛北部近海海域NW向蓬莱-威海断裂带的声波探测[J]. 地球物理学报, 49(4): 1092—1101.

WANG

Zhi-cai

, DENG

Qi-dong

, CHAO

Hong-tai

, et al. 2006. Shallow-depth sonic reflection profiling studies on the active Penglai-Weihai fault zone offshore of the northern Shand ong peninsula[J]. Chinese Journal of Geophysics, 49(4): 1092—1101(in Chinese).

Shallowdepth sonic reflection profiling survey has been conducted on the offshore of the north of the Shandong peninsula, and the late Quaternary offset features of the PenglaiWeihai fault zone are documented from more than ten shallow profiles. The fault zone passes through the offshore between the Changdong islands and the Dazhudao island, and consists of a group of NW trending faults, which are dominated by normal and reverse slips with strikeslip component. The PenglaiWeihai fault zone is characterized by the obvious Quaternary activity， which can be divided by the TaocunDongdoushan fault in the North Yellow Sea into two segments, the ChangdaoYantai segment and the YantaiWeihai segment from east to west, respectively. The western ChangdaoYantai segment is a late Pleistocene active segment, where the uppermost fault points discovered in the the survey are buried at more than 30m bellow the sea bottom, and offset the early to middle late Pleistocene sedimentary layers, and no Holocene offset has been found. The eastern YantaiWeihai segment is a mid Pleistocene segment on which no late Pleistocene offset has been found. The PenglaiWeihai fault zone is closely related to the occurrence of history strong earthquakes and modern small earthquakes, among them the 1548 Bohai strait MS7 earthquake occurred on its western segment and the 1948 Weihai MS6 earthquake on its east segment. The intersection regions of the PenglaiWeihai fault zone with NE striking fault zones are considered to be the likely places for the future medium to strong earthquakes.

1 Shandong Earthquake Administration, Jinan 250014, China 2 Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China

在山东半岛北部近海海域进行了多条剖面的声波探测，初步查明了蓬莱－威海断裂带的基本活动特征.该断裂带由一系列北西走向的次级断层组成，主体在长岛至大竹岛之间的海域，多数断层以正断兼有走滑运动为主，部分断层具有逆冲运动性质.断裂带在第四纪活动明显，以北东向桃村-东陡山断裂在海域的延伸段为界，蓬莱-威海断裂带可分为两段：长岛-烟台段和烟台-威海段.西段长岛-烟台段为晚更新世活动段，多数次级断层上断点埋深位于海底以下30m，明显错断了中更新世地层，部分断层明显错断了晚更新世早期地层，有些断层达到晚更新世地层中部，但没有发现全新世地层错动现象.东段烟台-威海段为中更新世活动段，没有发现晚更新世地层错断现象.蓬莱-威海断裂带对历史地震和现代小震活动具有明显控制作用，其中1548年7级地震发生于断裂带西段，1948年6级地震发生于断裂带东段.蓬莱-威海断裂带与北东向断裂交汇区是中强地震发生的有利部位.

... 王志才等, 2006 ...

2017

0.0

... 谢俊法等, 2017 ...

2018

0.0

... 姚陈等, 2018) ...

2017

0.0

... 张广利(2017)基于倾斜界面多次波及其鬼波的时距解析, 进行了单界面的海域倾斜界面多次波及其鬼波的数值模拟研究, 总结了倾斜界面中多次波及其鬼波的时距特征 ...

... 张广利(2017)在单界面的海域倾斜界面多次波及其鬼波的数值模拟研究中, 给出了二维倾斜界面多次波和鬼波的时距方程 ...

2016

0.0

... 在对倾斜界面多次波进行数值模拟时发现, 倾斜界面引发的多次波同相轴顶点偏移程度较大, 其周期性等传播特征也与水平界面存在区别, 传统的多次波衰减方法难以准确去除倾斜界面的多次波(张广利等, 2016) ...

2009

0.0

张军华, 王要森, 郑旭刚, 等. 2009. 海上地震资料多次波特征分析[J]. 石油地球物理勘探, 44(5): 574—577.

ZHANG

Jun-hua

, WANG

Yao-shen

, ZHENG

Xu-gang

, et al. 2009. Offshore seismic data multiple characteristics analysis[J]. Oil Geophysical Progress, 44(5): 574—577(in Chinese).

多次波是海上地震资料的主要干扰波，压制多次波的前提是正确地识别多次波。由于多次波有多种类型、多个周期，形成机制又相当复杂，因此研究多次波特征就显得十分重要。本文以B区海上资料为例，通过炮集多次波时距关系分析、海水速度计算、多次波速度谱特征总结、共炮检距道集自相关分析、SRME波动方程多次波预测，系统地研究了复杂地震资料多次波的基本特征，初步掌握了该区多次波的形成机制，从而为多次波的压制提供了理论依据。

... 张军华等, 2009 ...

1994

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... 层间多次波是指在海底以下2个反射界面之间往复多次反射的波(Berkhout et al ...

1997

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1986

0.0

... 例如, 利用多次波与一次波剩余时差差异在转换域进行滤波的拉东变换方法(Hampson, 1986 ...

1974

0.0

... 地震勘探方法将检波器接收到的反射波反向正确归位到产生它的地层界面上对应的反射点, 并由此进行地震波成像, 以获取地下的反射特征和地质构造情况(Kenneet, 1974 ...

1979

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2011

0.0

... Lee et al ...

1997

0.0

... Levin, 1997) ...

2010

0.0

... 与陆域地震勘探方法相比, 由于海域中水表和海底等强反射面的存在, 多次波及其鬼波将对海域地震记录造成干扰, 研究多次波的衰减和预测对于海域活动构造的地震资料处理与解释尤为重要(Liu et al ...

1980

0.0

... -p域预测反褶积法(Taner, 1980 ...

1997

0.0

... Vcrschuur et al ...

1999

0.0

... Weglein, 1999)、利用多次波的周期性特征进行滤波的#cod#x003c4 ...

2011

0.0

... Weglein et al ...

1988

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