一种基于克希霍夫积分的海底地震仪数据多次波预测方法与流程

本发明属于地震勘探领域，是一种基于克希霍夫积分的海底地震仪数据多次波预测方法。

背景技术

海底地震仪技术(oceanbottomseismometer,obs)是近年发展起来的一种新型的海底地震观测技术，它对海底地质构造、海底油气资源以及天然气水合物和游离气等方面的勘探具有广泛用途。obs与传统的海上勘探技术(如海上拖缆、海底电缆等地震观测系统)相比，由于其将检波器直接放置于海底，因此避免了水体等诸多因素产生的干扰，提高了对海洋深水区域的勘探能力。但是obs数据中除了一次波等有效信号外，也包含了各种干扰信号，其中影响最严重、衰减难度最大的即是海底多次波。

常规拖缆地震数据的多次波的预测方法主要分为以下三类：(1)基于多次波周期性的压制方法，如各域的预测反褶积，预测反褶积技术具有效率高等方面的优势，但由于多次波本身复杂的特性使预测反褶积技术存在明显的局限性：难以给定准确的预测步长、忽视了多次波与有效波在道间变化的特点和规律以及长周期多次波的预测和衰减效果不理想；(2)基于视速度差异的压制方法，如f-k滤波、拉冬变换等，其基本原理是通过数学变换将多次波和一次波分开至不同的区域，然后对多次波所在区域进行充零，从而达到压制多次波的目的，这一过程的有效实现需要满足两个条件：变换必须使一次波和多次波分开至不同区域且重叠区域最小以及变换必须是可逆的，以便将多次波充零后一次波能够无畸变地反变换回原来的时空域，但是这两个条件往往不能同时被满足，无法达到理想的效果；(3)基于波动理论的压制方法，其基于波动方程对多次波进行模拟，以此来预测多次波，然后将预测出的多次波与原始地震资料进行匹配衰减，从而达到压制多次波的目的。

由于obs存在检波点稀疏、站点相隔较远和数据覆盖次数低等特点，常规的多次波预测方法很难得到理想的效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于克希霍夫积分的海底地震仪数据多次波预测方法，以预测obs数据中多次波。对于obs数据，该方法基于克希霍夫积分原理，首先将obs数据由海底延拓至海面，然后再由海面延拓至海底，最终预测得到obs数据中的海底多次波。

本发明采取以下技术方案：

一种基于克希霍夫积分的海底地震仪数据多次波预测方法，海底地震仪简称obs，其特征在于所述方法具体包括以下步骤：

①构造地质模型，通过正演模拟得到含有多次波的obs地震记录，或者通过野外采集，得到野外obs地震记录；

②现设有n个位于海底的obs数据obs点用oi来表示，其横坐标为纵坐标为i＝1,2,……,n，n为大于等于1的自然数，表示位于oi点t时刻的obs数据值；给定m个位于海面的基准点pj,其横坐标为纵坐标为j＝1,2,……,m，m为大于等于1的自然数；根据式(1)将n个obs数据延拓到海面m个基准点的位置，得到pj点t时刻的基准点数据即实现了obs数据由海底至海面的波场延拓；

式(1)中，x，z为空间坐标，水平向右为x正方向，垂直向下为z正方向，t为时间，是第i个obs点oi到第j个基准点pj的距离，θij为与z轴负方向的夹角，c为地震波在水中的传播速度，表示位于oi点时刻的obs数据值，可由有限差分得到，如式(2)，

式(2)中，t为采样时间间隔；

③将得到的m个基准点数据延拓到海底原obs点位置，即利用式(3)计算得到n个位于原obs点的t时刻的波场延拓数据该数据即是预测的obs多次波数据；

式(3)中，x，z为空间坐标，水平向右为x正方向，垂直向下为z正方向，t为时间，是第j个基准点pj到第i个obs点oi的距离，θij为与z轴负方向的夹角，c为地震波在水中的传播速度，表示位于pj点时刻的基准点数据值。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明提出的一种基于克希霍夫积分的obs数据多次波预测方法，其基于克希霍夫积分原理，首先将obs数据由海底延拓至海面，然后再由海面延拓至海底，最终预测得到obs数据中的海底多次波。相对比于传统的多次波压制技术，本发明适用于obs领域，其可精确预测obs数据中的海底多次波，有助于后续的多次波剔除处理。

附图说明

图1共检波点道集记录示例；

图2共检波点道集多次波预测示例；

图3基于cmp记录的原始地震记录；

图4基于cmp记录的预测多次波记录；

图5基于cmp记录的多次波压制结果。

具体实施方式

下面通过实施例来对本发明的技术方案作进一步解释，但本发明的保护范围不受实施例任何形式上的限制。

本发明提出的基于克希霍夫积分的obs数据多次波预测方法，具体的实施过程主要为：首先将obs数据由海底延拓至海面，然后再由海面延拓至海底，最终预测得到obs数据中的海底多次波

一种基于克希霍夫积分的海底地震仪数据多次波预测方法，其特征在于它具体包括以下步骤：

①给定地质模型，通过正演模拟得到含有多次波的obs地震记录，或者通过野外采集，得到野外obs地震记录；

②现设有n个位于海底的obs数据obs点用oi来表示，其横坐标为纵坐标为i＝1,2,……,n，n为大于等于1的自然数，表示位于oi点t时刻的obs数据值；给定m个位于海面的基准点pj,其横坐标为纵坐标为j＝1,2,……,m，m为大于等于1的自然数；根据式(1)将n个obs数据延拓到海面m个基准点的位置，得到pj点t时刻的基准点数据即实现了obs数据由海底至海面的波场延拓；

式(1)中，x，z为空间坐标，水平向右为x正方向，垂直向下为z正方向，t为时间，是第i个obs点oi到第j个基准点pj的距离，θij为与z轴负方向的夹角，c为地震波在水中的传播速度，一般取1500m/s，表示位于oi点时刻的obs数据值，可由有限差分得到，如式(2)，

式(2)中，t为采样时间间隔；

③将得到的m个基准点数据延拓到海底原obs点位置，即利用式(3)计算得到n个位于原obs点的t时刻的波场延拓数据该数据即是预测的obs多次波数据；

式(3)中，x，z为空间坐标，水平向右为x正方向，垂直向下为z正方向，t为时间，是第j个基准点pj到第i个obs点oi的距离，θij为与z轴负方向的夹角，c为地震波在水中的传播速度，一般取1500m/s，表示位于pj点时刻的基准点数据值。

上述实施例基于一个5层的水平层状模型模拟的obs地震记录来进行多次波预测以验证本发明的有效性。速度模型第一层为海水层，且为使模拟的地震记录中存在较强的海底多次波，令海水层与下伏地层具有显著的速度差。obs站点间隔为10m；炮点位于海面，由左往右依次放炮，共模拟201炮，炮间距为10m；记录的采样间隔和记录长度分别为1ms和2000ms；震源子波为零相位ricker子波。应用有限差分正演模拟方法模拟包含强多次波的原始共检波点道集记录(如图1)，然后对其进行多次波预测。

下面将详细阐述本发明的具体实施过程并结合附图来说明本发明的有效性：

输入图1所示的原始共检波点道集记录进行多次波预测，即将共检波点道集记录向海面所有点进行向上延拓，然后再向下延拓回海底，从而实现了波场在水层中往返传播的过程，所得多次波记录如图2所示。对比图1和2可知，其主要多次波同相轴出现的时间基本一致(箭头所指位置)，证明了本发明多次波预测过程的有效性。

为了突出本发明的多次波预测效果，将原始共检波点道集记录和多次波预测记录进行抽道集，得到cmp道集记录，图3与图4分别显示了cmp域中的原始地震记录与预测记录，将两者进行多次波匹配衰减处理。从原始cmp道集记录中减去预测的多次波成分，其结果如图5所示。对比图3与图5可以发现，经过多次波剔除之后，海底多次波被有效压制(如图箭头所指)，有效波信号(直达波和三层的反射波，在图中用数字标定)可以被明显地识别出来，再次证明了本发明多次波预测的正确性。在应用本发明对地震资料进行多次波预测并剔除后，其所形成的地质剖面中，由于多次波形成的虚假构造会被消除，而有效构造则会被保留，从而避免了多次波虚假成像对地质解释分析的干扰。