常规瑞利波压制方法的比较.docx

常规瑞利波压制方法的比较 又称背波浪，也称为背波浪。在地震勘探领域,面波主要是瑞利波,由P波和SV波耦合而成,在自由表面传播,振幅随深度呈指数衰减。瑞利波是地震干扰波的一种,具有高振幅、低频率、低视速度及强频散等特点,在地震记录中呈扇形分布,与有效波信号重叠,降低地震数据的信噪比,增加了地震资料处理的难度。利用其特点,已经有数种方法实现对瑞利波的压制,如高通滤波 本文引入超虚干涉法,实现瑞利波的压制。干涉法的基础是用互相关的方法获得两个接收点之间的介质响应,其基本形式为:对同一扩散场的两个不同接收点记录做互相关,可以得到当其中一个接收点作为虚源时,另一个接收点观察到的格林函数。Wapenaar等 超虚干涉法是Bharadwaj等 1 方法原理 1.1 次叠加增强瑞利波 如图1(a)所示,s 其中,A(s 对g和g′处的地震记录做互相关,得到两点之间的介质响应,即以g为虚源,在g′接收的地震记录在频率域的表达式如下: 其中,上角标*表示复共轭。我们注意到 瑞利波通过叠加的方式得到增强,而其他地震信号(如反射波、随机噪声等)由于不同炮点做互相关后走时差不一样,在叠加过程中并不能一致地增强。因此,在提取瑞利波的过程中,瑞利波得到增强,其他信号则被抑制。 Dong等 超虚干涉法在互相关的基础上增加一次褶积步骤。在这种情况下,虚拟炮点仅作为中间连接点出现,对其位置没有严格要求。基于该虚拟炮点位置的不确定性,可以根据不同的虚拟炮点预测出的瑞利波数据做第二次叠加,进一步增强瑞利波信号。如图2所示,从炮点s′至检波点g′,中间存在可以作为虚拟炮点的检波点g 1.2 基于自适应相减的瑞利波压制 超虚干涉法预测的瑞利波信号与原始地震记录中的瑞利波通常不匹配,二者在振幅、相位和到时上不完全一致。因此,需要设计一个滤波器,用滤波的方法从原始数据中减去瑞利波信号。这一步骤通常称为自适应相减方法。 最常见的是L 其中,d 为了方便,用矩阵乘以向量的形式表示褶积: 其中, Guitton等 其中,|…| 其中, 是第i+1个采样点进行瑞利波压制后的残余;ε为先验常数,一般取 将式(9)用求和形式展开,得 对任意残余值r 因此,当残余较大时,滤波方法近似为L 由于加权矩阵W是滤波因子a的函数,直接求导很困难。可以用迭代的方法求解,每一步迭代都假设W是一个常量。此时,对式(9)求偏导并令导数为零,得 对于多道L 设加权矩阵W初始值为单位矩阵,代入式(13)得L 2 实例分析 2.1 多波压制后的数据处理 首先对简单层状模型进行处理,以验证方法的有效性。模型参数见表1,地表类型为起伏地表。 图3(a)为某一炮的共炮点道集,可以看到两条两边延伸的能量远大于反射波的瑞利波,瑞利波与有效波有部分区域重叠。图3(b)为该道集用超虚干涉法瑞利波压制后的结果,可以看到瑞利波能量大部分被消除了,在近偏移距处还能看到少许瑞利波残留,远偏移距压制效果更好。在瑞利波与有效波交叉的地方,有效波信号得到较好的恢复。实际上,偏移距最小的10道未做瑞利波压制处理,因为近偏移距瑞利波信号会与直达波耦合在一起,造成瑞利波预测不准确。对于这一段,由于没有反射波的存在,后续处理时直接切除便可。 为了进一步展示瑞利波压制效果,经过基本的地震数据处理步骤,包括球面扩散补偿、直达波切除、动校正及叠加,得到时间叠加剖面。在叠加剖面上,超虚干涉法也基本上消除了瑞利波的影响。图4(a)显示瑞利波压制前的剖面图,图4(b)是超虚干涉法瑞利波压制后的剖面图(图4中CMP为共中心点道集)。可以看到,瑞利波基本上被消除,层位较清晰。 2.2 与其他主流压制瑞利波对比的案例 为了检测地下结构更复杂情况下的瑞利波压制效果,设置S波速度模型(图5)。图5中,地表类型为起伏地表,浅层存在S波速度横向变化,P波无变化,在地下加入倾斜地层。 由于浅层S波速度存在横向变化,瑞利波速度也随之存在横向变化。图6(a)显示原始共炮点道集,未做增益时反射波几乎不可见。图6(b)为干涉法瑞利波压制后的结果,可以看到瑞利波能量大部分被消除,但残余的瑞利波能量仍然很大,其量级与反射波能量相近,反射波同相轴与瑞利波交叠的部分仍然不能清晰地分辨。 为了进一步对比干涉法与其他一些主流压制瑞利波方法,图7分别显示未做瑞利波压制、局域滤波(在瑞利波出现的区域内对数据的低频部分进行处理,达到压制瑞利波的目的)、fuf02dk滤波和超虚干涉法压制瑞利波的叠加剖面。图7(a)为未做瑞利波压制的原始叠加剖面,瑞利波清晰可见。图7(b)用局域滤波方法压制瑞利波,可以发现瑞利波压制效果并不好,主要原因是该合成数据中瑞利波与有效波频率较为接近,仅根据频率的差别很难有效区分瑞利波与有效波,压制瑞利波会损伤有效波信号(图7(b)中也反映出这一点)。图7(c)是用f-k方