河流径流和海洋作用导致陆坡沉积物中含有丰富的有机质，由此我们可以推断陆坡沉积层可能具有较好油气远景，且巴西石油公司已经在坎普斯盆地陆坡区发现了拥有37亿桶油气当量的Marlim油田、11亿桶油气当量的Barracuda油田(谢泰俊和潘祖荫，1997)，从而陆坡区的油气勘探和开发已经成为各大石油公司当务之急.南海北部陆坡区已探明的具有较好油气远景的含油气盆地有莺歌海、琼东南、珠江口以及台西南等盆地(张功成，2010).但是晚中新世以来南海北部边缘受红河断裂带走滑作用和菲律宾板块挤压作用一直处于沉降、挤压状态，从而导致南海北部陆坡区地堑和断裂特别发育(张功成等，2007).

在地震勘探当中，当反射波传播到一个波阻抗差异明显的界面的时候，反射波通常会在这个界面发生再次发射形成多次波(陆基孟和王永刚，2009).在海洋勘探当中，由于自由表面、地堑、断层、断点的存在多次波的压制是一个不可回避的难题，通常我们把多次波看成是一种规则的干扰，基于波动方程通过地震波的动力学特征加以消除(渥·伊尔马滋，2006).但是在南海北部陆坡区自由表面多次波、层间多次波等多种多次波混合存在、相互影响，导致多次波已经不再是以一种规则干扰存在.基于波动方程的多次波压制过程中需要先消除非规则的干扰，例如压制自由表面多次波需要先消除层间多次波干扰(李鹏等，2007；武银婷等，2012；谢宋雷等，2013)，消除层间多次波需要先消除自由表面多次波干扰(金德刚等，2008)，否则不能准确的预测出多次波模型也就达不到完整的压制多次波的目的，国内也有部分学者采用滤波或者成像域的方法来克服复杂区域的多次波压制问题(胡天跃等，2002；刘伊克等，2004；李钟晓等，2012).但在分析区域构造特征的基础上，研究多次波的压制方法尚不多见.本文在分析了南海北部陆坡区的区域构造特征以后，提出基于多区域、多尺度的理念，按照多次波发育的复杂程度采用分频、分区域的方法制定不同的多次波压制策略，以图达到最大程度压制多次波干扰、改善一次波成像质量的目的. 2 南海北部陆坡构造演化及多次波发育特征

南海位于太平洋构造域和特提斯构造域的中间部位，在欧亚板块、印度—澳大利亚板块和菲律宾板块的相互作用下形成了南海边缘海.由于板块挤压和断层走滑，在南海北部陆坡区形成了珠江口、琼东南、莺歌海等多个有较好油气远景的含油气盆地(姚伯初等，1994；朱伟林等，2008).南海北部陆坡的构造特征及相应的多次波发育特征大体可以分为以下2类：

(1)南海北部深水陆坡区大多起源于中生代末至新生代早期.由于一系列的北东向张性断裂的影响，在地表产生一系列的北东向地堑和半地堑.由于热沉降的作用，地堑当中的湖相沉积沉降至水下，地堑开始接收海陆相交互沉积和海相沉积，从而导致部分沉积盆地逐渐形成(吴时国等，2011).由于这些地堑、半地堑彼此分割，这就导致了各个沉积盆地的沉积厚度不一致，一部分面积大、沉积厚度深的盆地地层分布均匀，地层速度发生反转的可能性小，主要的多次波反射界面以自由表面为主，所以这部分区域多次波以自由表面多次波发育为主.由这种构造演化形成区域的多次波依照常规的自由表面多次波压制方法可以较好压制.面积小、沉积厚度小的盆地由于盆地边缘绕射点的影响容易形成不规则干扰，为多次波的压制带来较大困难.

(2)自古近纪末期，南海北部深水陆坡沉降幅度和速度降低，陆坡区构造演化由裂谷作用转为热沉降作用，由于印支半岛和加里曼岛之间地幔羽的存在，上地幔的部分熔融岩浆沿地表运动，这部分熔融岩浆因为和原地表沉积物的速度和密度差异，冷却以后形成火成岩或者风华剥蚀以后形成不整合面(宋海斌等，2001；李亚敏等，2010；卢振权等，2013). 该部分地层厚度小、地震波传播速度高，当地震波传播到这部分地层的时候，由于遇到较强的速度反转层，通常在这部分区域容易产生层间多次波.层间多次波和一次波形态形似、振幅能量接近，较为难以区分，经常为我们的后期地震资料解释引入十分隐蔽的假象.

另外，在南海的新生代沉积盆地中，由印度板块对欧亚大陆的北东向挤压作用，发育各种局部构造，有挤压背斜、披覆背斜、不整合构造和底辟等也成为了多次波发育的有利条件，也严重影响到该区域自由表面多次波和层间多次波发育的复杂程度和压制效果.图 1为南海北部陆坡区真实速度模型正演生成的地震剖面，图 1a为不含有多次波记录的地震剖面，图 1b为含有多次波记录的地震剖面.不难发现南海北部陆坡区的多次波对一次波的干扰和噪音及其严重，在浅海区、陆坡区和复杂构造区域对应的自由表面多次波和层间发育的强度和分布区域也不尽相同.

图 1

Fig. 1

图 1 南海北部陆坡区速度模型正演得到的地震剖面(a)不含有多次波的正演地震剖面；(b)含有多次波的正演地震剖面.Fig. 1 Forward seismic section in slope of northern South China Sea(a)Forward seismic section without multiples;(b)Forward seismic section with multiples.

总的来说，南海北部陆坡区新生代构造经历了海底扩张、红河断裂大型走滑、印度板块向欧亚板块俯冲碰撞等复杂构造演化的叠加，造就了该地区海底陆坡坡度较大、新生代断层复杂、地层速度反转等地质地球物理特征，为自由表面多次波、层间多次波的发育提供了极好的地球物理条件(张军华等，2009)，两种多次波的干扰相互混杂，难于辨识和压制.图 2为南海北部陆坡区实际地震数据的叠加剖面，图 2a为含有多次波记录的叠加剖面，图 2b为压制多次波以后的叠加剖面，图 2c为消去的多次波记录，从图 2c我们可以看见多次波的发育和分布状况和图 1b的模型正演数据一致，进一步表明在不同的地层产状下多次波的强度和分布区域的不确定性以及自由表面多次波和层间多次波相互干扰的复杂性.在这种情况下，多次波已经成为一种非规则的强噪音干扰，如何有效压制多次波、凸显一次波成像效果，成为我们的进一步辨识南海陆坡区构造的当务之急.

图 2

Fig. 2

图 2 南海北部陆坡区实际地震数据叠加剖面(a)带有多次波的叠加剖面;(b)不含有多次波的叠加剖面;(c)消去的多次波噪音.Fig. 2 Stacked section of real seismic data section in slope of northern South China Sea(a)Stacked section with multiple;(b)Stacked section without multiple;(c)Subtracted multiple.

常规的地球物理方法是基于多次波是一种规则干扰的假设前提下：首先要求就是自由表面多次波和层间多次波必须彻底分离，自由表面多次波的预测不能有层间多次波干扰(Verschuur et al.，1992；Verschuur and Berkhout，1997)，层间多次波预测 不能有自由表面多次波干扰(Weglein，1993；Weglein and Matson，1998)； 然后针对不同类型的多次波，选择合适的预测方法，通过一次波和多次波的动力学特征预测多次波模型；最后将预测得到的多次波记录和原始地震记录上的多次波进行匹配相减(Liu et al.，2010)，从而达到压制多次波的最终目标.但是在复杂构造地区，由于海底地层的复杂性，多次波的发育已经不再满足规则性条件假设，自由表面多次波和层间多次波相互干扰、不能完全分离，而且自由表面多次波和层间多次波的压制方法也大不相同，因此选择合适的多次波压制策略至关重要.

南海北部深水陆坡区不同区域之间构造特征差异较大，因而也造就了不同区域多次波的发育及分布状况有较大差异.该区域构造主要经历了的两次不同方向的海底扩张和短期改造，造就了该区域海底陆坡坡度大、断层复杂、地层速度反转等地质和地球物理特征.如图 3所示，图 3a为南海北部陆坡区未消去多次波的原始地震叠加剖面，图 3b为消去多次波的叠加剖面，对比图中的A、B、C三个方框的位置可以发现在这些区域多次波发育明显，且不同区域的多次波发育特征大不相同；由图可知，A区域的多次波主要由叠加剖面A区域上方2.5s附近的强反射轴产生，该时间段地层产状复杂、伴随有多种构造，该区域同相轴反射能量强，也就是能量封闭性好，较容易产生自由表面多次波和层间多次波的混合干扰；B区域海底底层平缓、没有较大或较为复杂的构造，故该区域的多次波形态可以海底产生的自由表面多次波为主，由于该区域的海水深度较深，所以该区域的自由表面多次波以高能量，高频形式覆盖在南海大峡谷的底部；C区域接近大陆坡，该区域海水深度较浅、海底地层产状变化快，且由于构造活动产生较多的新生代断裂，故该区域多次波发育状况更为复杂，从图中不难发现多次波的存在严重影响了一次波的的识别，具有十分强的迷惑性.

图 3

Fig. 3

图 3 南海北部陆坡区实际地震资料叠加剖面(a)含多次波的南海北部陆坡叠加剖面；(b)不含多次波的南海北部陆坡叠加剖面.Fig. 3 Stacked section of real seismic data on slope of northern South China Sea(a)Stacked sectionwith multiplesin slope of northern South China Sea;(b)Stacked sectionwithout multiplesin slope of northern South China Sea.

由大地滤波效应我们知道，当地震波在地下介质中传播时，由于地下岩层是非完全弹性的不均匀 介质，使得地震波的部分弹性能量不可逆的转化为热能而发生耗散，因此使得地震波的振幅产生衰减，这种衰减随着地震波传播距离或深度的增加，高频成分会很快衰减，从而使得深层有效反射波的频带变窄以低频成份为主.而产生多次波需要有良好的反射界面，只有在反射系数较大的反射界面上才能发生多次波反射，地震波的振幅能量衰减少，导致高频能量得到有效保留.南海北部陆坡区的地质构造复杂，水深变化较大，因而在不同区域能量被吸收的程度也不一样.如图 4所示，a—h为该区域不同频率成分的叠加剖面，不难发现在较低频成分叠加剖面(如图 4a，4b，4c所示)多次波并不发育，几乎很难影响到一次波频率成分，但是在频率成分30~60 Hz之间(如图 4d，4e，4f所示)，由海底底层多次反射形成的多次波就开始出现，这其中包含有自由表面多次波和层间多次波两种类型，且自由表面多次波能量较弱，在这种情况下我们可以优先考虑压制层间多次波为主；如图 4g，4h所示，在频率成分 到60 Hz以上以自由表面多次波为主，在该频率成分范围内一阶、二阶自由表面多次波十分明显，层间多次波相对能量较弱，故在这类频率成分中应该以考虑优先压制自由表面多次波为主.

图 4

Fig. 4

图 4 南海北部陆坡区不同频率成分的地震叠加剖面(a)0~10 Hz;(b)10~20 Hz;(c)20~30 Hz;(d)30~40 Hz;(e)40~50 Hz;(f)50~60 Hz;(g)60~70 Hz;(h)70 Hz以上.Fig. 4 Stacked seismic sectionswith different frequency components in slope of northern South China Sea

综上所述，南海北部陆坡去的构造特征复杂导致该区域的多次波发育状况复杂，不同区域的多次波发育状况和分布特征不同，不同频带范围的多次波表现形式不一样.从这两点出发，我设计的南海北部陆坡区多次波压制策略(如图 5所示)，首先依照上文的南海陆坡多次波分类办法，对原始地震数据进行区域分解，对于自由表面多次波和层间多次波分布比较明显的区域可以直接采取常规的多次波压制方法进行压制.对于自由表面和层间多次波相互干扰比较严重的区域，采用数据域分解的办法，分析不同的数据域多次波的发育特征，针对强能量一次波、弱能量多次波的区域，我们采用常规的多次波压制方法(radon变换、预测反褶积)等方法进行压制.对于强能量多次波弱能量一次波的部分区域继续进行区域划分，然后选取合适的多次波压制方法压制，直至取得满意的多次波压制效果为止.

图 5

Fig. 5

图 5 南海北部陆坡区多次波压制流程图Fig. 5 Flow chart of multiple suppression in slope of northern South China Sea

该数据为南海北部陆坡区长昌凹陷SN方向的二维地震资料叠加剖面(如图 6所示)，图 6a为琼东南南北向原始地震叠加剖面，该剖面分为陆架部分和部分陆坡部位，陆架部分断裂和局部构造发育相当密集，陆坡部位则相对稀少.针对陆架区域水深比较浅，且断裂和复杂构造状况，自由表面多次波发育不是十分明显，但是在0.75 s和1.5 s附近由于强反射层和局部构造的作用产生层间多次波，对该区域的一次波成像产生了较大影响，故而在该剖面的陆架部分应该优先考虑层间多次波的压制工作；在陆坡部位坡度大，水深变化大由图 6a较容易的可以 发现该区域的自由表面多次波十分发育，强能量的自由表面多次波覆盖在一次波之上，严重影响到我们对一次波成像的后期解释，在这种情况下我们对陆坡部位优先考虑自由表面多次波的压制工作.图 6b是我们在分区域压制自由表面多次波和层间多次波以后的叠加剖面，由图可见陆架部分的非周期性的层间多次波得到压制之后在1.5s附近的局部构造得以更清晰的显现出来，但是在陆坡区的自由表面多次波残留的痕迹还是十分严重，为了进一步压制陆坡区的自由表面多次波，进一步帮助后期解释人员识别陆坡区的构造形态，我们再采用频率域分尺度的方法，将陆坡的多次波的残留信息进行分离，然后采用自由表面多次波的压制方法继续压制，图 6c就是进一步压制残留的自由表面多次波的结果，从图中可以发现多次波的残留痕迹得到了进一步压制，陆坡区的构造形态较好的得到了显现.

图 6

Fig. 6

图 6 南海北部陆坡区实际地震资料压制效果分析(a)南海北部陆坡原始地震叠加剖面；(b)南海北部陆坡多区域压制多次波后剖面；(c)多尺度多次波压制后剖面.Fig. 6 The analysis of seismic data suppression effect inslope of northern South China Sea(a)Stackedseismic section of raw data with multiplesin slope of northern South China Sea;(b)Stackedseismic section after multiple suppression using conventional method in slope of northern South China Sea;(c)Stacked seismic section after multiple suppression using multiscale method in slope of South China Sea using.

基于波动方程的多次波压制方法虽然不需要任何速度模型和先验信息的，但是需要首先判断多次波的类型才能选取相对应的压制方法.南海北部陆坡区由于构造复杂导致发育的多次波类型也异常复杂，在这种情况下，不同类型的多次波相互干扰，局部多次波的类型和能量分布不平衡，笼统的采用常规单一的多次波压制方法已经不能很好的应对这种局面.为此我们考虑采用多区域、多尺度的多次波压制策略，将原始地震数据按照多次波的表现形式采取不同区域的多次波压制方法；在不同类型多次波相互干扰严重的情况下采用不同数据域信号分离的方法力争将有效信号和残留的多次波信号分离，针对残留的多次波信号继续做压制匹配滤波迭代，以达到将一次波信息最大程度的保留，多次波信息尽可能的消除的目的.通过琼东南地区的二维地震剖面的压制结果对比分析，较好的证明了该压制策略的有效性.另外，该压制策略的针对性较强，在不同的区域针对不同的多次波发育特征应做相应修改，只有这样我们才可以将此多次波压制策略推广到其他区域.