PREPROCESSING IN DISPLACEMENT SPACE IN PREPARATION FOR - - PowerPoint PPT Presentation

¡ Jing ¡Wu* ¡and ¡Arthur ¡B. ¡Weglein ¡ M-­‑OSRP, ¡University ¡of ¡Houston ¡ October ¡19, ¡2015 ¡

PREPROCESSING ¡IN ¡DISPLACEMENT ¡SPACE ¡IN ¡ PREPARATION ¡FOR ¡ONSHORE ¡SEISMIC ¡PROCESSING: ¡ REMOVING ¡GROUND ¡ROLL ¡AND ¡GHOSTS ¡WITHOUT ¡ DAMAGING ¡THE ¡REFLECTION ¡DATA ¡

MOTIVATION ¡

• Preprocessing ¡ ¡

ü is ¡required ¡for ¡all ¡land ¡seismic ¡data ¡processing ¡

2 ¡

Boustani ¡et ¡al., ¡13 ¡

3 ¡

Boustani ¡et ¡al., ¡13 ¡

4 ¡

Ground ¡roll ¡ ¡ (Rayleigh ¡wave) ¡

Boustani ¡et ¡al., ¡13 ¡

5 ¡

Ground ¡roll ¡ ¡ (Rayleigh ¡wave) ¡ Direct ¡wave ¡

Boustani ¡et ¡al., ¡13 ¡

6 ¡

Ground ¡roll ¡ ¡ (Rayleigh ¡wave) ¡ Direct ¡wave ¡ Ghosts ¡ ¡exist ¡in ¡reflec^on ¡

Boustani ¡et ¡al., ¡13 ¡

Ground ¡roll ¡ ¡ (Rayleigh ¡wave) ¡

7 ¡

Ghosts ¡ ¡exist ¡in ¡reflec^on ¡ Preprocessing ¡to ¡separate ¡these ¡events ¡from ¡upgoing ¡reflec^on ¡ Direct ¡wave ¡

MOTIVATION ¡

• Preprocessing ¡ ¡

ü is ¡required ¡for ¡all ¡land ¡seismic ¡data ¡processing ¡ ü provides ¡necessary ¡prerequisite ¡for ¡Inverse ¡Sca`ering ¡Series ¡(ISS) ¡ mul^ple ¡removal, ¡which ¡is ¡the ¡most ¡capable ¡method ¡available ¡ today ¡and ¡does ¡not ¡need ¡any ¡subsurface ¡informa^on ¡

8 ¡

IMPACT ¡OF ¡DEGHOSTING ¡ON ¡ISS ¡MULTIPLE ¡REMOVAL ¡

9 ¡

( ¡Jinlong ¡Yang, ¡14; ¡P. ¡Carvalho ¡and ¡A. ¡Weglein, ¡92; ¡Jingfeng ¡Zhang, ¡05, ¡06, ¡07 ¡) ¡

IMPACT ¡OF ¡DEGHOSTING ¡ON ¡ISS ¡MULTIPLE ¡REMOVAL ¡

10 ¡

0.5 1.0 1.5 2.0 Time(s) 500 1000 1500 Trace Number

Input ¡data ¡with ¡ghosts ¡

Primary ¡+ ¡Ghost ¡ Mul^ple ¡+ ¡Ghost ¡

0.5 1.0 1.5 2.0 Time(s) 500 1000 1500 Trace Number

Mul^ple ¡removal ¡result ¡

Primary ¡+ ¡Ghost ¡ Residual ¡ ¡ ( ¡Jinlong ¡Yang, ¡14; ¡P. ¡Carvalho ¡and ¡A. ¡Weglein, ¡92; ¡Jingfeng ¡Zhang, ¡05, ¡06, ¡07 ¡) ¡

IMPACT ¡OF ¡DEGHOSTING ¡ON ¡ISS ¡MULTIPLE ¡REMOVAL ¡

11 ¡

0.5 1.0 1.5 2.0 Time(s) 500 1000 1500 Trace Number

Input ¡data ¡without ¡ghosts ¡

Primary ¡+ ¡Ghost ¡ Mul^ple ¡+ ¡Ghost ¡

0.5 1.0 1.5 2.0 Time(s) 500 1000 1500 Trace Number

Mul^ple ¡removal ¡result ¡

Primary ¡+ ¡Ghost ¡ ( ¡Jinlong ¡Yang, ¡14; ¡P. ¡Carvalho ¡and ¡A. ¡Weglein, ¡92; ¡Jingfeng ¡Zhang, ¡05, ¡06, ¡07 ¡) ¡

DELIVERABLE ¡OF ¡THIS ¡TALK ¡

• For ¡onshore ¡seismic ¡processing, ¡with ¡the ¡energy ¡source ¡above ¡the ¡

measurement ¡surface, ¡elas^c ¡Green’s ¡theorem ¡can ¡arrange ¡to ¡ remove ¡all ¡direct ¡waves, ¡the ¡receiver ¡ghosts ¡ ¡and ¡the ¡ground ¡roll ¡at ¡

• nce. ¡

12 ¡

OUTLINE ¡

Ø THEORY ¡ Ø NUMERICAL ¡TESTS ¡ Ø DISCUSSION ¡AND ¡SUMMARY ¡

13 ¡

THEORY ¡

14 ¡

GREEN’S ¡THEOREM ¡WAVE ¡SEPARATION ¡

Reference ¡ medium ¡ S1 S2 P1 P2

P = P

1 + P 2

15 ¡

GREEN’S ¡THEOREM ¡WAVE ¡SEPARATION ¡

Reference ¡ medium ¡ S1 S2 P1

P

1 =

(P∇'G0 − G0∇'P)⋅ ˆ ndS'

∫

P = P

1 + P 2

S’

16 ¡

( ¡A. ¡Weglein ¡and ¡B. ¡Secrest, ¡90; ¡A. ¡Weglein, ¡02; ¡J. ¡Zhang, ¡05, ¡ 06, ¡07; ¡J. ¡Mayhan, ¡12, ¡13; ¡L. ¡Tang, ¡13 ¡) ¡

ONSHORE: ¡2D ¡EXPERIMENT ¡

• F. ¡S. ¡

¡Air ¡ ¡ ¡Earth ¡

(ux,uz) (F

x,F z)

Source ¡ Receiver ¡

17 ¡

ONSHORE: ¡2D ¡EXPERIMENT ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Air ¡ ¡ ¡Earth ¡

(ux,uz)

18 ¡

(F

x,F z)

ONSHORE: ¡REFERENCE ¡MEDIUM ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Elas/c ¡

19 ¡

ONSHORE: ¡REFERENCE ¡MEDIUM ¡+ ¡3 ¡SOURCES ¡+ ¡RECEIVERS ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Air ¡ ¡ ¡Earth ¡ S1 ¡ S3 ¡ S2 ¡ 20 ¡

(F

x,F z)

ONSHORE: ¡REFERENCE ¡MEDIUM ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Elas/c ¡

21 ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Air ¡ ¡ S2 ¡ S1 ¡

(F

x,F z)

ONSHORE: ¡REFERENCE ¡MEDIUM ¡+ ¡SOURCES ¡

22 ¡

ü S1 ¡+ ¡S2 ¡generate ¡direct ¡wave ¡

¡Elas/c ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Air ¡ ¡ S2 ¡ S1 ¡

(F

x,F z)

ONSHORE: ¡REFERENCE ¡MEDIUM ¡+ ¡SOURCES ¡

23 ¡

ü S1 ¡+ ¡S2 ¡generate ¡ground ¡roll ¡ ¡

¡Elas/c ¡

ONSHORE: ¡REFERENCE ¡MEDIUM ¡+ ¡SOURCES ¡

24 ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Air ¡ ¡ S2 ¡

ü S1 ¡+ ¡S2 ¡generate ¡ghosts ¡

S1 ¡

(F

x,F z)

¡Elas/c ¡

ONSHORE: ¡REFERENCE ¡MEDIUM ¡+ ¡SOURCES ¡

25 ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

ü S3 ¡generates ¡up ¡reflec/ons ¡

¡Elas/c ¡

¡Earth ¡ S3 ¡

ONSHORE: ¡REFERENCE ¡MEDIUM ¡+ ¡3 ¡SOURCES ¡+ ¡RECEIVERS ¡

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Air ¡ ¡ ¡Earth ¡ S1 ¡ S3 ¡ S2 ¡ 26 ¡

(F

x,F z)

ONSHORE: ¡OBTAIN ¡UP ¡WAVE ¡WHEN ¡ ¡ ¡ ¡ ¡IS ¡ABOVE ¡M.S. ¡ ¡

! r

• M. ¡S. ¡
• F. ¡S. ¡

¡Air ¡ ¡ ¡Earth ¡ S1 ¡ S3 ¡ S2 ¡

! r

27 ¡

(F

x,F z)

ONSHORE: ¡UP ¡WAVE ¡PREDICTION ¡

! uup(! r,! r

s,ω) = −

! t (! r ',! r

s,ω)⋅G0(!

r ',! r,ω) − ! u(! r ',! r

s,ω)⋅ ˆ

n'⋅Σ0(! r ',! r,ω)

( )

( )⋅dS

m.s.

∫

( Weglein and Secrest, 1990 )

! t = ( tx tz )

Traction along the m.s.

! u = ( ux uz )

Total wave

2D: ¡

28 ¡

! uup = ( ux

up

uz

up )

Stress tensor of Green’s function

G0

Green’s tensor in reference medium

Σ0

Up wave

ONSHORE: ¡UP ¡WAVE ¡PREDICTION ¡

! uup(! r,! r

s,ω) = −

! t (! r ',! r

s,ω)⋅G0(!

r ',! r,ω) − ! u(! r ',! r

s,ω)⋅ ˆ

n'⋅Σ0(! r ',! r,ω)

( )

( )⋅dS

m.s.

∫

( Weglein and Secrest, 1990 )

! t = ( tx tz )

Traction along the m.s.

! u = ( ux uz )

2D: ¡

29 ¡

! uup = ( ux

up

uz

up )

ü Direc^onal ¡deriva^ve ¡of ¡displacement ¡is ¡required ¡ to ¡compute ¡trac^on ¡ ü Triangle ¡rela^onship ¡among ¡wavelet, ¡displacement ¡ and ¡trac^on ¡can ¡be ¡used ¡to ¡determine ¡trac^on ¡( ¡A. ¡ Weglein ¡& ¡L. ¡Amundsen, ¡2002 ¡) ¡

Total wave Up wave

ONSHORE: ¡UP ¡WAVE ¡PREDICTION ¡

! uup(! r,! r

s,ω) = −

! t (! r ',! r

s,ω)⋅G0(!

r ',! r,ω) − ! u(! r ',! r

s,ω)⋅ ˆ

n'⋅Σ0(! r ',! r,ω)

( )

( )⋅dS

m.s.

∫

( Weglein and Secrest, 1990 )

! t = ( tx tz )

Traction along the m.s.

! u = ( ux uz )

2D: ¡

30 ¡

! uup = ( ux

up

uz

up )

Stress tensor of Green’s function

G0

Green’s tensor in reference medium

Σ0

Total wave Up wave

NUMERICAL ¡TESTS ¡

ü Onshore ¡shot ¡record ¡with ¡buried ¡receivers ¡ ü Onshore ¡shot ¡record ¡with ¡on-­‑surface ¡receivers ¡

¡ 31 ¡

ONSHORE ¡MODEL ¡WITH ¡BURIED ¡RECEIVERS ¡

Layer ¡ P ¡Velocity ¡(m/s) ¡ S ¡Velocity ¡(m/s) ¡ Density ¡(kg/m3) ¡

1 ¡ 1800 ¡ 1200 ¡ 1500 ¡ 2 ¡ 4000 ¡ 2500 ¡ 1800 ¡

¡ ¡

• F. ¡S. ¡0m ¡ ¡

¡400m ¡ ¡

¡Earth ¡

M.S. ¡100 ¡m ¡

! r

(ux,uz)

32 ¡

(0,F

z)

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TOTAL ¡WAVE ¡INPUT ¡TO ¡SEPARATION ¡ALGORITHM ¡

33 ¡

ux

1 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 5

5 x10-12

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡100 ¡m ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TOTAL ¡WAVE ¡INPUT ¡TO ¡SEPARATION ¡ALGORITHM ¡

34 ¡

ux

1 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 5

5 x10-12

Direct ¡ Direct ¡

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡100 ¡m ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TOTAL ¡WAVE ¡INPUT ¡TO ¡SEPARATION ¡ALGORITHM ¡

35 ¡

ux

1 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 5

5 x10-12

Rayleigh ¡ Rayleigh ¡

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡100 ¡m ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TOTAL ¡WAVE ¡INPUT ¡TO ¡SEPARATION ¡ALGORITHM ¡

36 ¡

ux

1 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 5

5 x10-12

Up ¡ Up ¡

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡100 ¡m ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TOTAL ¡WAVE ¡INPUT ¡TO ¡SEPARATION ¡ALGORITHM ¡

37 ¡

ux

1 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 5

5 x10-12

Ghosts ¡ Ghosts ¡

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡100 ¡m ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TOTAL ¡WAVE ¡INPUT ¡TO ¡SEPARATION ¡ALGORITHM ¡

38 ¡

ux

1 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 5

5 x10-12

Direct ¡ Rayleigh ¡ Up ¡

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡100 ¡m ¡

Ghosts ¡

SEPARATED ¡X ¡COMPONENT ¡OF ¡UP ¡WAVE ¡

39 ¡

1 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 5

5 x10-12

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡100 ¡m ¡

Up ¡

ANALYTIC ¡X ¡COMPONENT ¡OF ¡UP ¡WAVE ¡

40 ¡

1 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 5

5 x10-12

Up ¡

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡100 ¡m ¡

10 20 30 40 50 Frequency/Hz

• 20
• 10

Amplitude/DB

SPECTRUM ¡COMPARISON ¡

41 ¡ Total ¡wave ¡ Separated ¡up ¡wave ¡ Analy^c ¡up ¡wave ¡

ONSHORE ¡MODEL ¡WITH ¡ON-­‑SURFACE ¡RECEIVERS ¡

¡ ¡

• F. ¡S. ¡0m ¡ ¡

M.S. ¡0 ¡m ¡

! r

¡400m ¡ ¡

¡Earth ¡

(ux,uz)

42 ¡

Layer ¡ P ¡Velocity ¡(m/s) ¡ S ¡Velocity ¡(m/s) ¡ Density ¡(kg/m3) ¡

1 ¡ 1800 ¡ 1200 ¡ 1500 ¡ 2 ¡ 4000 ¡ 2500 ¡ 1800 ¡

(0,F

z)

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡TOTAL ¡WAVE ¡INPUT ¡TO ¡SEPARATION ¡ALGORITHM ¡

43 ¡

ux

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡0 ¡m ¡

1 2 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 1

1 x10-11

Rayleigh ¡ Up ¡+ ¡Ghosts ¡

¡SEPARATED ¡X ¡COMPONENT ¡OF ¡UP ¡WAVE ¡

44 ¡ Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡0 ¡m ¡

1 2 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 1

1 x10-11

Up ¡

ANALYTIC ¡X ¡COMPONENT ¡OF ¡UP ¡WAVE ¡

45 ¡

1 2 Time/s

• 2000

2000 Offset/m

• 1

1 x10-11

Depth ¡of ¡receivers ¡at ¡0 ¡m ¡

Up ¡

DISCUSSION ¡AND ¡SUMMARY ¡

46 ¡

FOR ¡DIFFERENT ¡ONSHORE ¡WAVE ¡SEPARATION ¡ OBJECTIVES ¡

ü If ¡obtaining ¡the ¡upgoing ¡reflec^on ¡is ¡the ¡only ¡interest, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡elas^c ¡Green’s ¡theorem ¡can ¡remove ¡both ¡ground ¡roll ¡and ¡ghosts ¡at ¡

• nce; ¡

ü If ¡separated ¡ground ¡roll ¡/ ¡ghosts ¡are ¡useful ¡for ¡other ¡applica^ons, ¡ elas^c ¡Green’s ¡theorem ¡can ¡provide ¡them ¡separately. ¡

• A ¡companion ¡talk ¡in ¡SPNA-­‑EP: ¡Coherent ¡Noise ¡Removal, ¡room229, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Wednesday, ¡10/21/2015 ¡10:00 ¡AM ¡ ¡ 47 ¡

SUMMARY ¡

Ø Elas^c ¡Green’s ¡theorem ¡in ¡the ¡displacement ¡space ¡can ¡ ü remove ¡ground ¡roll, ¡without ¡damaging ¡reflec^on ¡data; ¡ ü remove ¡ghosts ¡from ¡reflec^on ¡data; ¡ ü provide ¡effec^ve ¡prepara^on ¡for ¡all ¡onshore ¡seismic ¡processing; ¡ ü provide ¡a ¡necessary ¡prerequisite ¡for ¡onshore ¡ISS ¡mul^ple ¡elimina^on. ¡

48 ¡

49 ¡

50 ¡