南海珠江口盆地北临广东大陆，地处海南、台湾两岛之间，东北向展布，是一个发育在广阔大陆架以及陆坡区上的新生代大陆裂谷盆地^[1]。本文研究的X工区所在海域水深约100 m左右，海底相对平缓无剧烈水深变化，海水深度浅，造成地震资料中多次波异常发育，是地震资料处理的一个难点。对于深水环境下，一次反射波和多次波相对比较容易识别，此种情况下的多次波能得到有效的压制。对于浅水地质环境下（通常为水深小于200 m），有效的水底反射主要在近偏移距，而地震数据采集时，近偏移距缺失严重，且在地层为水平情况下，一次有效波和多次波大量交织，无法准确识别。常用的多次波压制方法有很多，比如利用多次波和一次波之间的周期性、动校时差差异性等可分离特性的方法，比如预测反褶积方法^[2]、Radon变换^[3-4]、F-K滤波^[5]、共中心点叠加^[6]以及聚束滤波方法^[7]，但此类方法都具有其局限性，无法解决浅海环境下自由表面多次波的压制问题。其中自由表面多次波衰减方法^[8]（Surface Related Multiple Elimination，以下简称SRME）是较常用的预测水面相关多次波的方法。然而，SRME要求输入数据是“全波场数据”，即包含从零偏移距到远偏移据的完整信息，但实际野外采集很难满足该条件，尤其是在浅水环境下，由于采集的数据缺失近偏移距信息，难以构建规则采样的全波场数据，使其应用效果不佳。Bisley等^[9]首次提出了GSMP（General Surface Multiple Prediction）方法，其输入数据可以是不规则的原始采集数据，无需插值重建近道波场，有效克服了上述SRME方法的缺陷。对于浅海环境，与水层有关的表面多次波可采用DWD（Deterministic Water-layer Demul⁃tiple-确定性水层多次波压制）技术进行预测。DWD方法由Moore等^[10]提出，该方法利用自相关剖面获得海底模型，可以较准确的预测水层相关多次波，但不能作用于海底周期以外的自由表面多次波。因此，本文在预处理阶段得到了高信噪比的数据之后，研究形成了一套宽频处理提高分辨率及压制多次波的新方案和处理流程。宽频高分辨率处理方面是通过自适应鬼波压制技术，消除检波点鬼波对频带的陷波效应，有效突出低频有效信号拓宽整体频带，同时将波场延拓到海平面使得地震数据满足确定性水层和自由表面多次波压制理论的假设，偏移后使用BWXT（Bandwidth Extension）拓频技术，进一步拓宽频带提高分辨率。相对较经典的浅海多次波衰减通常采用DWD确定性水层多次波预测技术结合SRME自由表面多次波预测技术的策略。文中研究的多次波衰减新方案是将DWD技术与更加先进的GSMP广义表层多次波预测技术进行联合应用，以实现更好的多次波压制效果。通过本文的新方案和处理流程得到的结果为后续高精度储层预测与构造解释打下了坚实的基础。

地震勘探主要利用来自地下波阻抗界面产生的一次反射波信号来获得地下地质结构的构造形态，多次波干扰在勘探数据处理中是一直存在的难点和热点问题。尤其在海洋地震勘探中，海平面和海底本身就是良好的地震波反射界面，产生的多次波干扰尤为突出。本文研究的地震数据为南海珠江口盆地X工区，水深在100 m左右，是典型的海洋地震勘探浅水工区。地震资料采用空气枪双震源拖缆采集，道间距12.5 m，电缆线距100 m，缆长为4400 m，覆盖次数为58次。图1为本文研究工区的数据实例（去噪和零相位化处理后的地震数据）。从这些数据实例中可以看出多次波非常发育，其中图1（a）为经过多域、多方法、分步分频分时窗精细去噪后的高信噪比单炮数据，其多次波特征明显，为后期的研究提供了较好的基础。图1（b）为CTG（Common Trace Gather，即把相同道号，不同炮号的地震道排列成道集），同样显示出多次波非常发育，严重干扰有效波。图1（c）和图1 （d）为叠加剖面和叠加剖面频谱。频谱显示本工区的数据频带较窄，鬼波造成的陷波明显，低频数据不丰富，海底多次波带来的陷波效应也清晰可辨。

图1 研究工区的数据实例Fig.1 Data examples of the research work area

针对本工区存在的现实问题，本文主要对海洋地震资料的宽频处理和多次波压制展开分析与研究，具体实现流程如图2所示。首先，去噪后的高信噪比及零相位化处理后的地震数据作为输入。其次，应用自适应鬼波压制技术，在压制鬼波的同时，补偿陷波频率，拓宽数据的频带，同时将波场延拓到了海平面使得地震数据满足确定性水层和自由表面多次波压制理论的假设。然后，用压制鬼波后的地震数据作为输入，采用DWD和GSMP技术分别预测多次波模型；再用压制鬼波后的地震数据与DWD和GSMP的多次波模型数据联合自适应相减压制多次波，两种方法联合使用后，会改善地震数据频谱中由于多次波造成的陷波现象；最后，使用BWXT进行拓宽频率处理，得到高分辨率的地震成果。

宽频处理及多次波压制策略中使用到的关键技术如下面的详细阐述。

2.1 自适应鬼波压制技术

海洋地震勘探采集数据时，为了有效减少海平面涌浪噪声的影响，通常会采取将电缆沉放到海平面以下一定深度接收地震数据。由于海平面是一个强反射界面，从地底下向海平面反射的地震波场经过海平面时会向地下传播，此时海平面反射的地震波极性会反转，并被海缆记录，即虚反射或者叫鬼波。鬼波和一次反射波同时被电缆接收，两者相干后会在频谱中观察到陷波现象，一次反射波的波形也被鬼波改变，陷波点对应频率的振幅明显降低，影响地震资料的分辨率。因此宽频处理的第一步就是合理且有效的压制鬼波，消除鬼波引起的陷波效应，恢复陷波点的频率成分。

在海洋地震资料处理方面，国内外专家都进行了大量的研究，提出了多种鬼波压制方法，如频率—波数域波场外推法^[11]、逆散射级数法^[12]等。由于实际采集的地震资料受到多方面制约，多数鬼波压制方法对于实际资料的应用效果并不理想。本论文采用的鬼波压制技术是Rickett等^[13]提出的一种局部平面波域（Tau-p）自适应求解上行波场和鬼波延迟的算法，通过对公式（1）所示的最小化目标函数来实现地震数据d的稀疏分解：

式（1）中，x表示平面波基系数，Δt是延迟时间，W表示加权函数，可用于均衡输入地震数据的振幅， S是平面波合成因子，G（Δt）代表鬼波压制因子。本文采用的自适应鬼波压制方法应用于炮集地震数据，读取每个检波点的记录深度，主要有如下特点：能更好的适应数据本身的噪音情况，抗噪性更好；不仅能确定性的去除鬼波，校正相位信息，尽可能消除陷波影响，可以输出地震数据到指定的接收面，还能进一步有依据的提升低频能量，拓宽频谱，恢复真实子波的面貌。本文应用了电缆鬼波压制，对频谱中的陷波进行补偿，后续的表面相关多次波压制处理将在此数据基础上进行。

图2 宽频高分辨率处理与多次波压制处理流程Fig.2 Diagram of broadband high-resolution processing and multiple suppression processing

2.2 DWD（Deterministic Water-layer Demultiple）多次波压制技术

DWD确定性水层多次波压制方法是一种基于模型驱动的多次波预测及压制技术。此方法能较准确的预测一阶和高阶水层多次波振幅，提高多次波模型预测的精确性，和传统方法如Tau-P反褶积相比较，能有效减少对有效波的伤害。该方法对于浅水地震勘探数据，有很好的适用性；同时它能和GSMP方法组合使用，进一步提高多次波压制的效果。

预测DWD多次波模型的具体实现流程如下^[14]：

（1）对输入地震炮集数据波场外推恢复近道地震数据；

（2）使用Radon正变换将数据转换到Tau-P域，在Tau-P域内计算各偏移距的海底反射时间；

（3）将计算得到的海底反射时间作为时移量应用到Tau-P域的数据中，再将时移后的记录与海平面反射系数、海底反射系数相乘，即可获得Tau-P域内预测的水层多次波模型；

（4）可将时移前的原始数据与第3步得到的多次波模型自适应相减后，重复第3步的操作，即可得到第二个水层多次波模型；根据实际工区的情况，可以多次重复上述过程，得到多个多次波预测模型；

（5）Radon反变换第4步的模型数据，得到最终的（T-X）域水层多次波模型。

在上述DWD多次波模型预测过程中，需要计算的各偏移距海底反射时间t使用如下公式（2）：

式（1）中p表示Tau-P域中的斜率值，v_w代表海水速度，x为参考偏移距，t_w代表零偏移距处的海底双程旅行时。一般情况下，t_w在海水速度动校正后的叠加自相关剖面上拾取得到，在自相关剖面上拾取的反射时间可以消除由于系统延时等影响。第3步中提到的海平面反射系数一般接近-1，可以使用-1参与到模型预测；海底反射系数，一般与海底沉积物的速度和密度有关，取值范围一般为0.3～0.6之间。

2.4 BWXT（Bandwidth Extension）拓频处理技术

BWXT频带拓展处理是一种零相位时变空不变的技术。该方法通过设计一系列零相位时变算子将地震剖面的（空间）平均谱进行拓宽。该方法基本原理可以简单分为以下四个步骤（如图4）：

（1）对输入数据做短时傅里叶变换；

（2）计算并得到时窗内的平均短时傅里叶谱；

（3）计算拓频算子；

（4）将上述得到的拓频算子应用于数据，得到频带拓宽的地震数据。

图3 3D GSMP示意图Fig.3 Schematic diagram of 3D GSMP

与传统算法相比，该方法是一种不会改变数据空间振幅关系的算法，在提高地震数据分辨率处理过程中，既可以应用到叠后数据，也可以应用到叠前数据。在本工区的高分辨率数据处理研究中，BWXT技术应用到了叠前偏移道集，目的是为后续精细储层反演提供高分辨率的地震数据体。

图4 BWXT方法原理示意图Fig.4 The principle diagram of the BWXT algorithm

在收集到本工区原始地震数据后，进行了一系列的预处理工作。首先，地震数据和导航数据合并；其次，多域、多方法、分步分频分时窗精细去噪提高信噪比，包括去气泡，涌浪噪音压制，随机噪音压制，邻船干扰压制，线性噪音压制，直达波压制；最后，应用船速校正和零相位化处理。完成预处理工作后，应用自适应鬼波压制技术。图5（a、b）为自适应鬼波压制前、后的叠加剖面，可以看出鬼波得到了有效压制。图5（c）为鬼波压制前后的频谱对比，红色为鬼波压制前频谱，蓝色为鬼波压制后频谱，可以看到鬼波压制处理后的频谱中陷波和低频得到了有效补偿，同时数据的整体频带得到拓宽。该实例说明，通过自适应鬼波压制方法的应用，将波场延拓到了海平面使得地震数据满足确定性水层和自由表面多次波压制理论的基本假设；消除了鬼波对震源子波低频能量的压制，而低频信息恰是反演工作中建立模型需要的关键因素；与此同时，拓宽频带的地震数据也有助于提高深部结构和高倾角构造的分辨率，为后续处理打下了良好基础。

在压制鬼波后的地震数据基础上，应用DWD和GSMP两种方法组合压制多次波。其中，GSMP预测多次波的关键参数Primary Half-Aperture（见图3中绿色方括号和文字所示）在本工区测试的结果如图6（a、 b）所示，本文对比了800和1500的结果，从对比中可以看出，预测出的多次波模型（单炮显示）类似，由于1500使用的机时会更多，因此在结果等效的情况下，选取花费机时更少的参数800。图7从CTG的角度展示了压制多次波的效果。从图7（a）中可以看到DWD应用前CTG道集中多次波发育；图7（b）应用DWD后多次波得到了明显的压制，但是仍然可以看到多次波有残留；图7（c）为DWD和GSMP联合压制多次波的结果，从图中可以看到，残留的多次波得到了有效的压制；图7 （d）为压制的多次波模型数据。图8（a、b、c）为DWD和GSMP联合压制多次波前、后的叠加剖面，以及压制的多次波。从剖面上可以看出，多次波得到了压制。图8（d）为多次波压制前后的频谱对比。从频谱对比中可以看到，DWD和GSMP联合压制多次波后，频谱中的陷波现象得到了明显改善。

最后在偏移后应用BWXT拓频技术。图9分别为BWXT拓频前PSTM（PreStack Time Migration）剖面，BWXT拓频后PSTM剖面以及BWXT拓频前后频谱对比（红色为拓频前，蓝色为拓频后）。从对比中可以看到，地震数据频带得到明显拓宽，分辨率明显提高。

图5 自适应鬼波压制效果Fig.5 Results before and after adaptive ghost wave suppression

图6 GSMP方法Primary Half-Aperture参数测试结果Fig. 6 Testing results of Primary Half-Aperture parameters of GSMP method

图7 CTG道集多次波压制效果Fig. 7 CTG gather results before and after multiple suppression

图8 叠加剖面多次波压制效果及频谱分析Fig.8 The effect and spectrum analysis of stack section before and after multiple suppression

图9 BWXT拓频前后的PSTM叠加剖面及频谱分析Fig.9 PSTM stack section and spectrum analysis before and after BWXT

本文针对南海珠江口盆地X工区实际地震资料特点，特别是浅海多次波发育严重的问题，以高信噪比数据为基础，研究测试了一套宽频处理提高分辨率及多次波压制的处理流程，并详细阐述了相应技术的方法与原理。最后通过处理效果分析证明，文中研究的处理流程应用效果明显、方法可靠，便于推广。浅海地震资料中多次波得到有效压制，频谱中由海底多次波引起的陷波现象得到消除，是宽频提高分辨率处理的重要一环。在本文的研究过程中取得了以下成果与认识：

（1）首先，通过自适应鬼波压制技术，消除检波点鬼波对频带的陷波效应，同时突出低频有效信号，拓宽频带，将波场延拓到了海平面使得地震数据满足确定性水层和自由表面多次波压制理论的基本假设条件。

（2）其次，以上述数据为基础，进一步组合使用DWD和GSMP两大技术，有效压制浅海水层多次波和自由表面相关多次波，明显改善频谱中由于多次波造成的陷波现象。

（3）最后，结合偏移后BWXT拓频技术，进一步拓宽频带，得到了宽频高分辨率的地震数据体。

该处理流程在本工区的地震资料处理中取得了很好的效果。通过多方法的组合使用，多次波得到了有效压制；频谱上明显的陷波现象得到有效补偿，频带被拓宽，最后获得了频带较宽的高分辨率地震数据，为后期的高精度反演与解释工作提供了数据基础。该套宽频高分辨率处理及多次波衰减方案和流程实用性强，且有一定的普适性，可以推广应用于类似海洋环境中采集的地震数据。