一种三维叠前地震数据层间多次波预测和压制方法与流程

技术特征：
1.一种三维叠前地震数据层间多次波预测和压制方法，通过三维叠前地震数据层间多次波预测和三维叠前地震数据层间多次波匹配压制实现三维叠前地震数据层间多次波衰减；包括：首先通过对含有层间多次波的叠前数据进行预处理，获得规则化后的只含有一次反射波和层间多次波的叠前数据；然后在时间域根据产生层间多次波层位界面确定一次反射波同相轴，对同相轴的时间线进行记录；利用虚同相轴方法在频率
‑
空间域构造虚一次反射波信号，再将虚一次反射波信号与原始的地震数据褶积构造层间多次波；进一步地，通过有效匹配滤波方法对预测的层间多次波进行匹配处理，达到压制三维叠前地震数据层间多次波，突出有效波的目的；其中：a.进行三维叠前地震数据层间多次波预测包括如下步骤：a1)规则化三维叠前地震数据；包括：定义在表面接收的二维矩形观测系统，确定炮点和检波点的位置关系，根据野外采集的道头信息，提出每一道地震数据，将野外采集的地震数据进行规则化处理；a2)准备层间多次波压制数据；包括：将地震数据进行静校正；将规则化的地震数据校正到基准面上；同时拾取直达波信号进行切除，直达波不参与叠前地震数据层间多次波的预测；其中，所使用的地震数据为已经进行包括压制表面多次波的预处理的含有一次反射波和层间多次波的三维叠前地震数据；a3)读取经过预处理的炮集数据，准备三维叠前地震数据层间多次波预测所需数据；确定产生层间多次波层位的一次反射波信号，用时间框将有效信号包围，并记录包围有效信号同相轴的时间框信息；具体包括：a31)在一个炮集数据中从上到下确定产生层间多次波层位的一次反射波，采用一个变化的时间框包围一次反射波同相轴，记录时间框数据信息，同时遍历该反射层对应一次反射波在所有炮集上的信息，并记录；将炮集上产生层间多次波的所有层位进行记录，作为层间多次波预测的输入数据；a32)再规则化地震数据；将已处理的三维叠前地震数据和一次反射波时间线数据按照传播
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反射
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传播wrw模型进行组装，得到规则化的wrw模型数据，便于层间多次波预测计算；所述wrw模型为二维数据矩阵，其中一个维度代表共炮点地震数据，另一个维度代表共检波点地震数据；a4)预测三维叠前地震数据层间多次波；根据时间线数据将炮集数据分成上和下两个部分的数据体，直接对三维叠前地震数据层间多次波进行准确预测；预测的具体过程包括：a41)根据一次反射波的时间线数据将规则化的wrw模型数据分成上部分和下部分两个部分；a42)进行计算获得虚同相轴数据；a43)将虚同相轴数据与下部分地震数据执行褶积运算，预测出该层位对应的所有阶次的层间多次波；其中，对产生层间多次波地层的顶底界面倾角没有要求；b.进行三维叠前地震数据层间多次波匹配压制，将三维叠前地震数据中的层间多次波进行多次迭代预测和匹配压制；包括：b1)利用一范数和二范数匹配方法设计匹配滤波器；匹配滤波器包括：
单道滤波器模块，只对地震数据中的一道进行范数匹配，获得单道滤波因子；多道滤波器模块，以地震数据中某一道为中心道，其in
‑
line方向的相邻地震道作为辅助道，获得多道匹配滤波因子；方型滤波器模块，以地震数据中某一道为中心道，四周的地震道作为辅助数据，获得滤波因子；其中四周的地震道包括in
‑
line和cross
‑
line方向的地震道；b2)利用匹配滤波器对预测数据与实际数据进行匹配，生成匹配后叠前层间多次波数据；进行匹配具体是：根据获得的滤波因子，与预测的叠前层间多次波相乘计算出匹配的层间多次波，b3)最后获得层间多次波衰减后的叠前地震数据，得到压制层间多次波后的地震数据；并对层间多次波的预测和匹配压制过程进行多次迭代循环，最后获得层间多次波全部压制后的有效波数据；所述迭代循环包括外循环和内循环；其中，移动一次反射波产生的迭代过程为外循环，用于压制不同层位产生的层间多次波；在外循环计算过程中的多次预测和匹配压制迭代过程为内循环，用于压制某一特定层位产生的所有阶次层间多次波；通过上述步骤，实现维叠前地震数据层间多次波衰减。2.如权利要求1所述三维叠前地震数据层间多次波预测和压制方法，其特征是，步骤a4)进行三维叠前层间多次波预测包括构造虚同相轴和预测层间多次波的过程；具体如下：使用虚同相轴方法在对应频率域构建的虚同相轴和层间多次波分别表示为：d
i
(x
s
,y
s
,ω,x
r
,y
r
)＝∫∫d
v
(x
s
,y
s
,ω,x,y)d
′0(x,y,ω,x
r
,y
r
)dxdy
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)其中，d
v
(x
s
,y
s
,ω,x
r
,y
r
)表示构建的虚同相轴，d
i
(x
s
,y
s
,ω,x
r
,y
r
)表示构建的层间多次波，d0(x,y,ω,x
r
,y
r
)和d'0(x,y,ω,x
r
,y
r
)分别表示原始数据互不重叠的上下两部分，表示d0的共轭，(x
s
,y
s
)表示震源坐标，(x
r
,y
r
)表示接收点坐标；2)对数据进行区分，实现三维层间多次波的准确预测；区分数据时，上下两部分不包含同一条同相轴，否则增加预测的不准确性；同时，地震数据中的下部分数据体d
′0不仅有一次反射波，还包含层间多次波，预测出的结果包含有各阶层间多次波；所述地震数据均为表面多次波已经被完全压制后的数据；根据式(1)和(2)，不需要先验信息和对地下介质进行假设，利用叠前地震数据即可实现对层间多次波进行准确预测。3.如权利要求2所述三维叠前地震数据层间多次波预测和压制方法，其特征是，将式(1)和式(2)离散化，便于处理离散的地震数据信号；迭代步骤中的离散化和迭代计算过程表示为：其中，p
m
(x
r
,y
r
,z0；x
s
,y
s
,z0；ω)代表从地表炮点(x
r
,y
r
)到地表检波点(x
s
,y
s
)的层间多次波，代表去除了所有与第一层相关的层间多次波后的地震数据；s
‑1(ω)代表震源子波逆矩阵；代表不含层间多次波的地下脉冲响应；r(z1)代表位于第一
层界面的波场向下散射算子，地表的向下散射算子为负单位矩阵；式(8)表示：与第一层界面相关的层间多次波等价于将去除了该层一次反射波的波场脉冲反射、该层向下散射算子和不含层间多次波的波场做褶积；改写式(8)，使得等式右边的所有波场均为地表激发和地表接收，表示为：记：为不含多次波信息的虚脉冲反射，代入层间多次波模型，可得式(11)：式(11)中的不含多次波信息的虚脉冲反射即为修正后的虚同相轴，等价于与该层界面有关的一次脉冲反射和不含与该层相关的层间多次波的波场脉冲的褶积；自适应虚同相轴与地震数据褶积时，将一次波转换为层间多次波，将n阶层间多次波转换为n 1阶层间多次波；根据诺依曼级数展开可得:其中:其中:通过式(12)～式(14)表示的迭代方法，实现三维叠前地震数据层间多次波的有效压制。4.如权利要求1所述三维叠前地震数据层间多次波预测和压制方法，其特征是，步骤b具体是利用多个模块匹配层间多次波，包括单道范数匹配模块、多道范数匹配模块和方型范数匹配模块，进行三维叠前地震数据层间多次波匹配压制，包括：利用二范数匹配方法；基于能量最小原则，使得输入的三维层间多次波数据减去预测出的三维层间多次波数据后能量最小；对于单道二范数方法，其最小目标函数为：在式(3)两边对滤波算子a求偏导并令其等于0，可得公式(3)最小化，进而转化为线性方程：m
t
ma＝m
t
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式(4)左边的系数矩阵是topelitz矩阵，计算简单；通过levinson递归算法或者svd分解求解滤波算子a，在方程稳定的情况下直接进行除法运算；一范数匹配方法具体如下：e＝|d
‑
ma1|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)目标函数是奇异函数，将式(3)转化为加权的二范数最小化，表示为式(6)：
其中，w表示加权矩阵，ε＝max(d)/100；r
j
＝d
‑
ma。5.如权利要求4所述三维叠前地震数据层间多次波预测和压制方法，其特征是，通过改变ε的大小调整一范数和二范数计算的权重，改善匹配效果，得到单道的一范数计算方程为：m
t
w
t
wma＝m
t
w
t
wd
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)即可输出三维层间多次波衰减后的所有地震数据。6.如权利要求4所述三维叠前地震数据层间多次波预测和压制方法，其特征是，选定滤波算子a的长度；长度较短时较稳定，长度较长时较敏感。

技术总结
本发明公布了一种三维叠前地震数据层间多次波预测和压制方法，通过三维叠前地震数据层间多次波预测和匹配压制实现三维叠前地震数据层间多次波衰减；包括：对含有层间多次波的叠前数据进行预处理；在时间域根据产生层间多次波层位界面确定一次反射波同相轴；在频率


技术研发人员：胡天跃 黄建东 安圣培 谢飞 刘韬 朱成宏
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2021.08.23
技术公布日：2021/11/23