【摘要】：在海洋地震勘探中,由于海水表面這個(gè)強(qiáng)反射界面的存在,使得自由表面多次波發(fā)育非常豐富。在傳統(tǒng)海洋地震數(shù)據(jù)處理中,多次波一直被視為干擾信息,它的去除一直是難以有效解決的關(guān)鍵性問題。截止到目前,生產(chǎn)中常用的數(shù)據(jù)處理與解釋方法都是基于一次波提出的。如果地震數(shù)據(jù)中的多次波未進(jìn)行去除或是去除的不徹底,這都將對(duì)后期的處理帶來干擾,例如在疊加剖面和偏移剖面中就會(huì)出現(xiàn)多次波串?dāng)_假象,對(duì)地質(zhì)解釋產(chǎn)生誤導(dǎo)。所以,多次波的預(yù)測(cè)、匹配、及去除一直都是具有實(shí)際意義的研究課題。另一方面,隨著人們對(duì)地震波場(chǎng)信息認(rèn)識(shí)的加深,越來越多的學(xué)者提出,多次波已不再只能被視為一種干擾信息,它與一次波一樣是經(jīng)過地下傳播所產(chǎn)生的地震波,其攜帶著地下的構(gòu)造信息,如果對(duì)它加以利用可以提升對(duì)地下構(gòu)造的照明。多次波相較于一次波在地下進(jìn)行了多次傳播,所以其反射角更大,觀測(cè)孔徑更大;另外多次波在地下有更多的傳播路徑,對(duì)于陡傾角構(gòu)造及鹽下覆蓋有更好的照明路徑,提升了地震觀測(cè)的照明范圍。因此,開展對(duì)地震數(shù)據(jù)中多次波利用的相關(guān)研究,提升地震數(shù)據(jù)的利用度是未來多次波發(fā)展的主要趨勢(shì)。本文首先回顧了比較經(jīng)典的自由表面多次波壓制方法(SRME),分析了其核心算法并將其拓展到了三維,實(shí)現(xiàn)了3D SRME。此外,采用一種稀疏重構(gòu)算法代替?zhèn)鹘y(tǒng)3D SRME中垂直測(cè)線方向多次波貢獻(xiàn)累積求取過程,算法根據(jù)已有的垂直測(cè)線方向稀疏的地震數(shù)據(jù),拾取每一個(gè)同相軸的菲涅爾帶信息,利用多次波菲涅爾帶的位置信息和振幅信息,實(shí)現(xiàn)多次波的重構(gòu)。三維稀疏反演重構(gòu)方法(3D MPSI)能夠很好的適應(yīng)三維海洋地震拖纜數(shù)據(jù),有效地解決了地震數(shù)據(jù)稀疏的問題。傳統(tǒng)的SRME方法是通過自適應(yīng)匹配減去實(shí)現(xiàn)多次波去除的,這種方法基于最小平方原理,所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多次波過匹配的問題。為克服這一問題,開展了基于地震數(shù)據(jù)稀疏表示的Curvelet多次波匹配方法研究,Curvelet變換具有多尺度、多方向性的特征,能夠更好的實(shí)現(xiàn)多次波的匹配壓制。此外又采用三次B樣條函數(shù)對(duì)這種方法進(jìn)行了改進(jìn),選取少量的未知數(shù)作為所求匹配系數(shù)的基點(diǎn),對(duì)這些基點(diǎn)應(yīng)用三次B樣條函數(shù)進(jìn)行數(shù)組重構(gòu),構(gòu)建多次波、匹配系數(shù)與實(shí)際數(shù)據(jù)間的約束求解關(guān)系,采用BFGS方法進(jìn)行迭代求解,實(shí)現(xiàn)了稀疏約束快速求解的多次波匹配算法。為避免傳統(tǒng)意義上的多次波匹配過程,基于對(duì)地震數(shù)據(jù)矩陣的研究,又開展了兩種多次波的處理方法研究,分別為稀疏反演一次波估計(jì)(EPSI)和反數(shù)據(jù)域一次波、多次波估計(jì)。采用L1范數(shù)約束替換傳統(tǒng)EPSI中的L0范數(shù)約束,實(shí)現(xiàn)一次波脈沖響應(yīng)和震源的迭代更新,省去了傳統(tǒng)SRME方法過程中的匹配減去,避免引入人為因素的干擾,在一定程度上提升了所獲得一次波的準(zhǔn)確度。對(duì)傳統(tǒng)反數(shù)據(jù)方法采用3D Curvelet稀疏變換和SPGL1稀疏解法進(jìn)行改進(jìn),根據(jù)地震數(shù)據(jù)、表面相關(guān)算子和一次波脈沖響應(yīng)的關(guān)系構(gòu)建反演問題等式,利用L1范數(shù)約束將求逆問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題,采用SPGL1(L1譜梯度投影)算法對(duì)該反演問題進(jìn)行求解。通過鹽丘模型數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該方法能夠有效地識(shí)別自由表面多次波,并且求取的一次波同相軸能量更加集中,分辨率更高。在多次波利用方面,首先采用基于時(shí)域有限差分法的雙程聲波地震照明方法,引入多次波波場(chǎng)對(duì)地下復(fù)雜構(gòu)造進(jìn)行照明,實(shí)現(xiàn)了利用一次波、多次波對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造pluto模型的照明分析研究。與傳統(tǒng)照明方法進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)包含多次波的波場(chǎng)照明方法具有波場(chǎng)更為豐富、鹽下構(gòu)造照明更加清晰、照明陰影區(qū)明顯減少等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步開展了多次波逆時(shí)偏移方法的研究,分析了多次波串?dāng)_假象產(chǎn)生的原因,仿效傳統(tǒng)逆時(shí)偏移中的成像原理,實(shí)現(xiàn)了多次波分階逆時(shí)偏移對(duì)多次波信息進(jìn)行利用,避免了直接對(duì)包含多次波的整體數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移時(shí)產(chǎn)生串?dāng)_假象的問題。最后,根據(jù)玻恩近似將模型擾動(dòng)量作為偏移成像結(jié)果,開展了包含多次波的全波場(chǎng)地震數(shù)據(jù)偏移方法研究。將多次波包含到反偏移算子中,構(gòu)建全波場(chǎng)偏移的約束反演公式。利用SPGL1快速求解稀疏反演全波場(chǎng)偏移成像問題。利用合成數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試,與傳統(tǒng)逆時(shí)偏移方法進(jìn)行對(duì)比,證明了該方法的優(yōu)越性。對(duì)多次波的處理方法從最開始的作為干擾信息進(jìn)行壓制,逐步發(fā)展為將多次波信息加以利用,闡述了對(duì)多次波認(rèn)識(shí)的一個(gè)發(fā)展歷程。多次波的預(yù)測(cè)和分離為多次波分階偏移成像提供了技術(shù)基礎(chǔ),多次波預(yù)測(cè)得越準(zhǔn)確,帶來的偏移成像結(jié)果質(zhì)量就越高。最后通過改進(jìn)偏移成像理念,構(gòu)建稀疏反演的全波場(chǎng)偏移成像方法,實(shí)現(xiàn)了包含自由表面多次波的全波場(chǎng)偏移方法。本文所述的諸多方法都是基于稀疏變換、稀疏約束求解的過程,在地震數(shù)據(jù)處理中引入這些方法,很大程度的提升了數(shù)據(jù)處理的精度。通過模型數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證,上述的多次波預(yù)測(cè)、匹配減去、以及偏移成像都達(dá)到了一定的應(yīng)用效果。多次波一直是海上地震數(shù)據(jù)處理中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題,對(duì)多次波的研究具有非常重要的理論和實(shí)際意義。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P631.46
【圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文14圖2.1 一次波和多次波示意圖圖2.1展示了震源激發(fā)地震波在地下介質(zhì)傳播的可視化過程，圖中給出了三條可能的多次波傳播路徑。其中路徑I中的地震波，從震源激發(fā)后經(jīng)地下界面反射在地表被接收，形成了傳統(tǒng)意義上的一次波記錄；路徑II中的波場(chǎng)經(jīng)地下反射在地表沒有被立刻接收，而是又發(fā)生了反射反傳回地下，在地下又進(jìn)行了一次旅行才被地表接收，這種至少在地表發(fā)生一次反射的再被記錄的波場(chǎng)，稱為表面相關(guān)多次波；路徑III中的地震波場(chǎng)在上傳過程中，遇到了波阻抗大的地下界面，又發(fā)生了一次反射，在地下介質(zhì)中進(jìn)行了多次往復(fù)傳播，再被地表所接收，這種沒有在地表發(fā)生反射的多次波稱為層間多次波。在傳統(tǒng)地震數(shù)據(jù)處理方法中

15（b）一次波（包含層間多次波）圖2.2 地震波傳播路徑根據(jù)前人對(duì)多次波的研究，總結(jié)了一些識(shí)別多次波的規(guī)律，在常規(guī)地震數(shù)據(jù)疊加剖面中，多次波主要有以下幾點(diǎn)特征：（1）多次波的同相軸表現(xiàn)出周期往復(fù)的特征。（2）多次波同相軸的傾角具有累加的特征，隨著階數(shù)的增加而變大。（3）地層內(nèi)的小構(gòu)造會(huì)引起多次波的聚焦和發(fā)散。（4）高階多次波對(duì)反射界面振幅變換具有放大特點(diǎn)。（5）當(dāng)多次波與一次波相遇時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干涉響應(yīng)。圖2.3 某海上實(shí)際數(shù)據(jù)圖2.3所示為某一海上實(shí)際地震剖面，圖中藍(lán)色線追蹤的為海底一次波反射波，可以發(fā)現(xiàn)海底為一個(gè)由左向右下傾的地質(zhì)構(gòu)造，左側(cè)的海底反射時(shí)間為0.2s，右側(cè)的海底反射為1.6s。隨著測(cè)線向右的延伸

（4）高階多次波對(duì)反射界面振幅變換具有放大特點(diǎn)。（5）當(dāng)多次波與一次波相遇時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干涉響應(yīng)。圖2.3 某海上實(shí)際數(shù)據(jù)圖2.3所示為某一海上實(shí)際地震剖面，圖中藍(lán)色線追蹤的為海底一次波反射波，可以發(fā)現(xiàn)海底為一個(gè)由左向右下傾的地質(zhì)構(gòu)造，左側(cè)的海底反射時(shí)間為0.2s，右側(cè)的海底反射為1.6s。隨著測(cè)線向右的延伸，海水深度從300米增加到了1200米，這是典型的大陸架構(gòu)造特征。圖中采用綠色線追蹤的為海底表面相關(guān)多次波

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本文編號(hào)：2792557