基于扩展伪多道匹配的保幅型多次波压制方法

基于扩展伪多道匹配的保幅型多次波压制方法
李振春;刘建辉;郭朝斌;郭书娟;张传强
【摘要】波动方程预测减去法压制多次波主要分为两步:多次波模型预测和多次波匹配相减.两步骤同时决定着最终多次波压制效果的好坏.本文在现有SRME方法基础上进行了改进.为了实现保幅条件下的多次波压制,除在匹配过程中采用扩展伪多道匹配方法之外,提出了三点改进:1按多次波阶次进行预测和匹配;②匹配前有效能量保持;③匹配过程中迭代应用短滤波器.通过Sigsbee2B模型及实际资料试算,表明本文方法能够在较好保持有效能量的前提下得到更为理想的多次波压制剖面.【期刊名称】《石油地球物理勘探》
【年(卷),期】2011(046)002
【总页数】5页(P207-210,231)
【关键词】多次波压制;扩展伪多道匹配;屏蔽滤波器;高阶多次波;保幅
【作者】李振春;刘建辉;郭朝斌;郭书娟;张传强
【作者单位】中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,山东,青岛,266555;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津,塘沽,300452;中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,山东,青岛,266555;中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,山东,青
岛,266555;中国石油大学(华东)地球资源与信息学院,山东,青岛,266555
【正文语种】中文
【中图分类】P631
长期以来，多次波压制问题一直备受国内外地球物理学家的关注，他们先后提出了许多压制多次波的方法，概括起来大致可以分为两类：基于信号理论的滤波法和基于波动理论的预测减去法［1］。

波动方程预测减去法主要包括两个步骤，即多次波模型预测和多次波自适应匹配相减。

这两步对于最终的多次波压制结果都是至关重要的：预测不出好的多次波模型，接下来的自适应匹配相减也就变得没有意义；而一旦多次波模型被确定下来，最终压制效果的好坏就直接取决于自适应匹配相减的结果。

SRME（与地表有关的多次波消除）方法是一种纯数据驱动的多次波预测压制方法，可以对表面多次波和层间多次波进行预测压制，这里只讨论表面多次波的压制。

Kennett［2］、Berkhout和Verschuur等［3～5］先后对该方法进行了研究，
使其得到不断发展和完善，本文的多次波模型预测就是采用他们的方法来实现的。

最初SRME方法中多次波匹配过程是利用Berkhout和Verschuur等［3，4］提出的基于最小二乘原理的方法实现的，由于该方法要求一次波和多次波满足正交条件，并且要消除子波差异，因此其实际应用效果并不理想。

后来，Monk［6］提
出了伪多道匹配的方法，即用四道匹配一道，在波形的匹配上比常规最小二乘的单道匹配方法效果要好，但在消除多次波的同时仍然对一次波有一定的损伤。

在伪多道匹配基础上，Wang［7］为了提高自适应相减的稳健性，对预测滤波器进行空
间多道均衡，取得了较好的压制效果。

李鹏等［8］、刘华锋等［9］对前人所做
工作进行了总结和改进，取得了较好的多次波压制效果。

本文在Berkhout等提出的SRME方法原理基础上，对扩展伪多道匹配方法提出
了三点改进：①按多次波的阶次进行预测和匹配；②匹配前有效能量保持；③匹配过程中迭代应用短滤波器。

在此基础上提出了保幅型多次波压制方法及流程。

模型和实际资料试算结果表明，应用本文方法压制多次波是有效的。

2.1 按多次波阶次进行预测匹配
SRME是一种数据驱动的多次波预测压制方法，具体实现时仅需要原始的数据即
可进行多次波的预测和压制，几乎不需要其他任何的先验信息，而且只需要一次运算便可将所有阶次的多次波预测出来，再通过匹配相减得到最终的多次波压制剖面。

然而在处理实际数据时，因为正常情况下同一阶次的多次波有着相同的振幅和相位属性，由于吸收衰减和反射系数的影响，不同阶次的多次波属性往往不尽相同，所以对所有阶次的多次波应用同样的匹配算子进行匹配相减势必会影响多次波匹配衰减的效果。

因此本文提出按多次波阶次分别进行预测和压制以取得理想压制效果。

根据SRME方法预测多次波的本质，不同阶次多次波的预测公式为
其中：是一阶多次波模型；是第i阶多次波模型；P是输入的通过任何方法衰减掉多次波的模型。

通常情况下我们在自适应衰减过程中仅用＝PP和＝P来进行计算，其中是一阶多次波，为二阶及高阶多次波，这种简化使得该方法更加简洁有效。

除此之外，实际应用中首先对高阶多次波进行匹配衰减可以得到较好的多次波压制效果。

简化后的衰减过程可以表示为
其中：D是原始的数据体；Λ为多次波的匹配算子。

多次波匹配衰减可以按照以下次序来进行
当然，上面各式中匹配因子的求取均采用扩展伪多道匹配的方法来实现，以期取得较好的匹配效果。

2.2 匹配前的有效能量保持
常规匹配过程具体实现时，均采用原始包含有效波和多次波的剖面跟预测的多次波模型进行运算匹配，这样进行匹配容易对有效波造成不必要的损害。

因此在多次波衰减之前，对大部分有效能量的保持是此方法实现过程中很重要的一步。

本文对原始输入数据应用一个屏蔽滤波器［10］来保存大部分有效波的能量，然后在剩余
能量中进行匹配相减过程，最后跟起初保留的有效波能量合并即得到最终的压制结果。

实际上屏蔽滤波器早已被应用到FK域、Radon域或时空域等［10～12］的
多种多次波压制方法中来减少对有效波的损害。

本文采用非线性屏蔽滤波器φ来保持有效波的能量，它只依赖于原始数据和预测
的多次波模型，屏蔽滤波器表达式为
式中：Am是多次波模型的振幅；A0是原始输入剖面的振幅；n是滤波器平滑参数；ε是加权因子。

原始数据可以通过屏蔽滤波器分为两部分：（1-φ）P，即未
被多次波干扰的一次波能量；φP，即包含部分一次波能量的多次波能量。

2.3 短滤波器迭代应用
尽管短滤波器可以降低多次波向一次波匹配的风险，但是在一步匹配中很难将所有多次波消除干净，因此本文中在扩展伪多道匹配方法中应用短滤波器迭代来优化匹配效果，提高剖面的分辨率。

下面用最简单的单道匹配滤波器作为例子解释迭代过程。

若单道匹配滤波器表示为其中：˜m（t）是多次波模型；p0为压制掉多次波后的一次波记录；p为原始含
多次波记录；f为匹配算子。

迭代方法可以定义为
其中i是迭代次数。

当i＝1时，˜m（i）（t）＝˜m（t）；当i＞1时，有
从式（7）可以看出迭代过程增加了实际的滤波器长度。

需要指出的是，这里的迭代和常规SRME和MPI（通过反演预测多次波）［13，14］里的迭代有不同之处，即它是在匹配相减这步中来实现的，操作起来比较容易，运算速度也比较快。

3.1 Sigsbee 2B模型
Sigsbee 2B模型（图1a）为国际通用的对多次波压制效果进行检测的一个标准模型，本文为节省计算时间，仅抽取Sigsbee 2B模型炮记录的前301炮进行处理，且每炮抽取174道，每道1500个采样点，采样率为8ms。

由图1、图2可见，
图1b中箭头所指为单炮记录中多次波同相轴，经过本文方法压制后，图1e中箭
头所指处多次波均被较好的压制，同时有效波同相轴显现出来，较好地保持了有效能量的振幅。

而通过常规SRME预测匹配和本文方法对共炮检距道集处理结果对
比，特别是通过图1i与图1j的对比，可以明显看出本文方法在较好的多次波压制同时在保持有效波振幅能量方面所具有的优势，充分证明了本文方法的有效性，基本实现了保幅情况下的多次波压制。

3.2 实际资料处理
选取某区块实际资料来验证本文的多次波压制方法的有效性。

图3是对所选资料
的炮记录采用本文方法对多次波进行压制的结果，可以看出原始炮记录中2.0s以
下多次波很发育（方框内），经过本文方法处理之后，大部分多次波已被压制干净，同时没有对有效记录造成伤害，体现了本文方法的有效性和实际应用潜力。

图4
是抽取炮检距为2025m的共炮检距道集，从压制多次波前后剖面对比也能够很明显地看出，中深层处的多次波被压制，且浅层有效能量保持较好，进一步证明了本文方法的有效性。

为实现保幅情况下的多次波压制，本文对Berkhout等提出的SRME方法，采用
效果较好的扩展伪多道匹配方法进行了多次波匹配，并提出了三点改进：①按多次波阶次进行预测和匹配；②匹配前有效能量保持；③匹配过程中迭代应用短滤波器。

通过Sigsbee2B模型试算及实际资料试处理得出以下结论：
（1）常规SRME方法通过一次运算预测出全部所有阶次多次波，这样进行匹配相减会影响匹配效果，本文按照多次波阶次进行预测和匹配相减能够更好地匹配各阶次的多次波，压制效果更好；
（2）匹配前进行能量保持能够更好地保护有效波能量在匹配过程中不受损害，从而得到精度更高的数据；
（3）迭代应用短滤波器可加长滤波器的长度，能提高滤波效果；
（4）改进的伪多道匹配SRME方法能够基本实现保幅情况下的多次波压制，应用前景较好。

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［13］Wang Y.Multiple prediction through inversion：A fully data-driven concept for surface-related multiple attenuation.Geophysics，2004，69（2）：547～553
［14］Wang Y.Multiple prediction through inversion：Theoretical advancements and real data application.Geophysics，2007，72（2）：
V33～V39
The wave-equation-based multiple attenuation method mainly consists of two steps：multiple prediction and multiple matching subtraction.The effectiveness of multiple suppression depends on these two steps.Here an improved approach is introduced.On the basis of SRME and the expanded pseudo-multi-channel matching，we propose three strategies to achieve the multiple suppression in the condition of amplitude preservation：1）Multiple prediction and matching according to orders；2）Effective energy preserving before matching processing；3）Using iterative short filter
during matching.Sigsbee2Bmodel test and real data processing show that this method is effective in improving the adaptive subtraction in multiple suppressions while primary amplitude well preserved.
【相关文献】
［1］Weglein A B.Multiple attenuation：an overview of recent advances and the road ahead.Geophysics，1999，64（1）：40～44
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Amplitude-preserved multiple suppression based on expanded pseudo-multi-channel matching.
Li Zhen-chun1，Liu Jian-hui 2，Guo Chao-bin1，Guo Shu-juan1 and Zhang Chuan-
qiang1.
1.School of Earth Resources and Information，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong，266555，China
2.Bohai Research Institute of Exploration and Development，CNOOC，Tianjin，300452，China
The wave-equation-based multiple attenuation method mainly consists of two steps：multiple prediction and multiple matching subtraction.The effectiveness of multiple suppression depends on these two steps.Here an improved approach is introduced.On
the basis of SRME and the expanded pseudo-multi-channel matching，we propose three strategies to achieve the multiple suppression in the condition of amplitude preservation：1）Multiple prediction and matching according to orders；2）Effective energy preserving before matching processing；3）Using iterative short filter during
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