龔旭東,周 濱,高夢晗,王志亮,張建峰

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津300452;2.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津300452;3.中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部,天津300451)

海底電纜(OBC)地震勘探采集施工是將電纜鋪設(shè)到海底,震源船按設(shè)計測線放炮[1]。檢波點(diǎn)水深通常是通過前期的水深測量得到的,實(shí)際工作中無法得到震源船放炮時檢波點(diǎn)的實(shí)時水深。由于潮汐、海況等因素的影響,檢波點(diǎn)前期測量水深和放炮時檢波點(diǎn)實(shí)時水深之間存在差異(即本文討論的檢波點(diǎn)水深誤差),這就導(dǎo)致地震記錄中的檢波點(diǎn)鬼波周期和利用檢波點(diǎn)水深測量數(shù)據(jù)計算得到的檢波點(diǎn)鬼波周期存在誤差。

隨著OBC作業(yè)方式的推廣,OBC雙檢資料處理技術(shù)也得到了快速的發(fā)展[2-10]。其中,Soubaras(1996)[5]提出的OBC交叉鬼波化雙檢資料合并處理技術(shù)在渤海海域多個淺水OBC區(qū)塊雙檢資料處理中取得了較好的效果,但在一些區(qū)塊的局部存在雙檢資料合并效果差的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為鬼波壓制效果弱,頻譜陷波特征仍很明顯；雙檢資料和水檢資料特征幾乎一樣；等等。通過大量的實(shí)際試驗(yàn)分析,發(fā)現(xiàn)檢波點(diǎn)水深誤差是造成雙檢資料合并處理效果差的重要因素之一。

為此,我們從雙檢資料合并處理的基本原理入手,重點(diǎn)分析檢波點(diǎn)水深誤差影響雙檢資料合并效果的原因及其影響程度,并結(jié)合野外采集和室內(nèi)處理,提出了消除檢波點(diǎn)水深誤差的針對性技術(shù)措施。

1 交叉鬼波化雙檢資料合并技術(shù)原理

交叉鬼波化雙檢資料合并技術(shù)原理認(rèn)為水檢資料和陸檢資料的差別主要包括儀器響應(yīng)、檢波器耦合情況和鬼波。該技術(shù)的主要目的是獲得一個刻度因子,使得陸檢資料和水檢資料的儀器響應(yīng)和耦合情況相同。為實(shí)現(xiàn)該目的,利用交叉鬼波化方法,將水檢資料與陸檢檢波點(diǎn)鬼波褶積,陸檢資料與水檢檢波點(diǎn)鬼波褶積,從而消除了水、陸檢資料間檢波點(diǎn)鬼波成分的差異；然后,以陸檢資料與水檢檢波點(diǎn)鬼波褶積結(jié)果(XG)為輸入,水檢資料與陸檢檢波點(diǎn)鬼波褶積結(jié)果(XH)為期望輸出,通過維納濾波的方法求得刻度因子(CAL),并應(yīng)用于疊前數(shù)據(jù)。圖1給出了交叉鬼波化維納濾波法計算刻度因子的流程框圖。

圖1 交叉鬼波化維納濾波法計算刻度因子的流程

當(dāng)利用刻度因子實(shí)現(xiàn)陸檢資料與水檢資料間的匹配時,可通過計算刻度后陸檢資料與水檢檢波點(diǎn)鬼波褶積結(jié)果和水檢資料與陸檢檢波點(diǎn)鬼波褶積結(jié)果的互相關(guān),獲得一個相關(guān)系數(shù)。通過相關(guān)系數(shù)可以判斷陸檢資料匹配質(zhì)量的好壞,當(dāng)陸檢資料匹配質(zhì)量好時,可以獲得高質(zhì)量的雙檢資料合并效果。在實(shí)際資料處理中,相關(guān)系數(shù)數(shù)值的大小具有特殊含義:0表示陸檢資料匹配質(zhì)量最差；1.0表示陸檢資料匹配質(zhì)量最優(yōu)；大于0.5時,陸檢匹配才有意義,雙檢資料合并才有效果；小于0.5時,雙檢合并結(jié)果的特征與水檢資料相似。

在利用交叉鬼波化技術(shù)進(jìn)行雙檢資料合并處理時,為計算準(zhǔn)確的水、陸檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng),必須知道放炮時檢波點(diǎn)的實(shí)時水深,其精度對雙檢資料合并效果起決定性作用。

2 檢波點(diǎn)水深誤差對雙檢合并效果的影響分析

2.1 理論數(shù)據(jù)分析

為了分析檢波點(diǎn)水深誤差對雙檢資料合并處理效果的影響程度,在不考慮儀器響應(yīng)和耦合因素差異的前提下,利用理論子波分別模擬檢波點(diǎn)水深正確和錯誤時雙檢資料合并處理的過程和結(jié)果(圖2)。

圖3是上述理論模擬數(shù)據(jù)的頻譜分析對比結(jié)果,包括水檢子波(圖2a)、陸檢子波(圖2b)、檢波點(diǎn)水深正確時雙檢資料合并結(jié)果(圖2o)和檢波點(diǎn)水深錯誤時雙檢資料合并結(jié)果(圖2p)的頻譜曲線。

當(dāng)檢波點(diǎn)水深正確時(即產(chǎn)生水、陸檢子波檢波點(diǎn)鬼波的水深與處理中計算水、陸檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng)的水深同為18m),交叉鬼波化后的水檢(圖2e)和陸檢資料(圖2f)波形完全相同,計算得到的匹配因子為一個尖脈沖(圖2k),雙檢資料合并結(jié)果中檢波點(diǎn)鬼波得到了很好的壓制(圖2o),消除了資料頻譜中的陷波現(xiàn)象(圖3中的綠色曲線)。

當(dāng)檢波點(diǎn)水深錯誤時(即產(chǎn)生水、陸檢子波檢波點(diǎn)鬼波的水深為18m,而處理中計算水、陸檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng)的水深為10m),從圖2p和圖3中的藍(lán)色曲線可以看到,雙檢資料合并處理并不能壓制檢波點(diǎn)鬼波,資料頻譜中的陷波現(xiàn)象幾乎沒有改善。

表1為水、陸檢子波中產(chǎn)生檢波點(diǎn)鬼波對應(yīng)的檢波點(diǎn)實(shí)際水深為18m時,在雙檢資料合并過程中,利用不同水深的檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng)計算得到的相關(guān)系數(shù)。從表1中可以看到,對于理論數(shù)據(jù),隨著檢波點(diǎn)水深誤差的增大,用來表征雙檢資料合并效果的相關(guān)系數(shù)隨之減小,雙檢合并效果變差。所以,檢波點(diǎn)水深誤差的大小對雙檢資料的合并效果有著直接的影響。

圖2 理論子波模擬的雙檢資料合并處理過程和結(jié)果a 理論子波在檢波點(diǎn)水深為18m時的水檢子波; b 理論子波在檢波點(diǎn)水深為18m時的陸檢子波; c 理論子波在檢波點(diǎn)水深為18m時的水檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng); d 理論子波在檢波點(diǎn)水深為18m時的陸檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng); e 圖2a與圖2d的褶積結(jié)果; f 圖2b與圖2c的褶積結(jié)果; g 檢波點(diǎn)水深為10m時的水檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng); h 檢波點(diǎn)水深為10m時的陸檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng); i 圖2a與圖2h的褶積結(jié)果; j 圖2b與圖2g的褶積結(jié)果; k 圖2f向圖2e匹配的刻度因子; l 圖2j向圖2i匹配的刻度因子; m 圖2b與圖2k褶積的結(jié)果; n 圖2b與圖2l 褶積的結(jié)果; o 圖2a與圖2m求和的結(jié)果; p 圖2a與圖2n求和的結(jié)果

圖3 理論數(shù)據(jù)頻譜分析對比

檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng)計算水深/m產(chǎn)生檢波點(diǎn)鬼波的實(shí)際水深/m誤差/m相關(guān)系數(shù)1118-70.2721618-20.3411718-10.698181801.000191810.666201820.298251870.251

2.2 實(shí)際資料分析

BZ區(qū)塊是渤海海域一塊典型的OBC采集區(qū)塊,該區(qū)塊水深變化為8～21m。圖4給出了該區(qū)塊實(shí)際OBC資料的檢波點(diǎn)相關(guān)水深及對應(yīng)相關(guān)系數(shù)；圖5給出了實(shí)際資料的頻譜分析對比。在雙檢資料合并處理的測試階段,由于沒有意識到檢波點(diǎn)水深對合并效果的影響,采用平均水深15m進(jìn)行雙檢合并測試,求得的相關(guān)系數(shù)大部分在0.6以下(圖4中的紅色曲線),雙檢合并效果差,雙檢資料合并成果的頻譜陷波仍很明顯(圖5中綠色曲線)。在后續(xù)的測試中,利用前期實(shí)測的檢波點(diǎn)水深進(jìn)行雙檢資料合并試驗(yàn),求得的相關(guān)系數(shù)質(zhì)量得到很大提高(圖4中的藍(lán)色曲線),雙檢資料合并效果也得到了明顯改善(圖5中藍(lán)色曲線)。

同時,從圖4b中我們也發(fā)現(xiàn)了另外一種現(xiàn)象,即在圖4b中的紅框區(qū)域利用平均水深比利用實(shí)測檢波點(diǎn)水深計算得到的相關(guān)系數(shù)質(zhì)量高。這表明該區(qū)域前期實(shí)測的檢波點(diǎn)水深與放炮時檢波點(diǎn)實(shí)時水深存在誤差,平均水深更接近放炮時檢波點(diǎn)的實(shí)時水深,進(jìn)一步消除檢波點(diǎn)水深誤差可以提高雙檢資料合并效果。

圖4 BZ區(qū)塊實(shí)際OBC資料檢波點(diǎn)相關(guān)水深(a)及對應(yīng)相關(guān)系數(shù)(b)

圖5 BZ區(qū)塊實(shí)際OBC資料頻譜分析對比

3 消除檢波點(diǎn)水深誤差的對策

由于OBC地震采集方式的特殊性,檢波點(diǎn)前期測量水深和采集實(shí)時水深之間必然存在誤差[11-14]。為此,可通過水深掃描方法和實(shí)時潮汐檢波點(diǎn)水深修正方法最大限度地消除檢波點(diǎn)水深誤差,提高雙檢資料合并質(zhì)量。

3.1 水深掃描方法

交叉鬼波化雙檢資料合并技術(shù)以求得的相關(guān)系數(shù)作為判斷雙檢合并效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此,雙檢合并處理時在實(shí)測檢波點(diǎn)水深上、下一定的范圍內(nèi),利用不同的水深進(jìn)行相關(guān)系數(shù)求取,當(dāng)相關(guān)系數(shù)最大時用到的水深可以看作是放炮時檢波點(diǎn)的實(shí)時水深,從而利用該水深進(jìn)行刻度因子的求取。圖6到圖8為BZ區(qū)塊一條OBC測線資料的雙檢合并實(shí)際處理效果。從圖6和圖7可以看到,利用以相關(guān)系數(shù)最大為準(zhǔn)則的水深掃描法獲得的相關(guān)系數(shù)普遍在0.9左右；由圖8可見，雙檢資料頻譜陷波得到了有效消除。

圖6 BZ區(qū)塊一條OBC測線資料的實(shí)測水深(黑色曲線)與計算水深(綠色曲線)

圖7 BZ區(qū)塊一條OBC測線資料的實(shí)測水深與計算水深對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)

圖8 BZ區(qū)塊一條OBC測線資料的實(shí)測水深與計算水深對應(yīng)雙檢合并資料頻譜

但上述水深掃描方法仍存在局限性。由于相關(guān)系數(shù)的求取過程包括檢波點(diǎn)水深和刻度因子兩個未知量,存在求得的刻度因子并非最優(yōu)的可能性。同時,該方法對水檢和陸檢資料品質(zhì)要求較高,當(dāng)資料信噪比低或存在壞道等情況時,計算出的檢波點(diǎn)水深仍有可能存在誤差,圖6中綠色曲線上的異常值就是壞道引起的。

3.2 實(shí)時潮汐檢波點(diǎn)水深修正法

前期測量檢波點(diǎn)水深與放炮時檢波點(diǎn)實(shí)時水深的差異是由于潮汐、海況等因素引起的,因此,我們可以通過現(xiàn)場實(shí)時測量這些變化量來最大程度地消除這些誤差。

3.2.1 基準(zhǔn)面選擇

在OBC資料采集施工范圍附近選擇某點(diǎn)做為參考點(diǎn),如果能夠測量該點(diǎn)某一時刻的高程值,以高程0值作為基準(zhǔn)面；如果不能測量該點(diǎn)的高程值,則以該參考點(diǎn)一段時間內(nèi)連續(xù)測量水深值的平均值作為基準(zhǔn)面。對于渤海海域來說,由于其潮汐為半日潮,因此,連續(xù)測量時間不能小于12h。

3.2.2 變化量求取

在前期水深測量和OBC采集生產(chǎn)時,通過船載測深儀連續(xù)測量參考點(diǎn)的水深值,得到該點(diǎn)相對于基準(zhǔn)面的水深變化。由于一定海域內(nèi)的潮汐、海況等因素的變化可近似認(rèn)為相同,該變化量可以看作一定海域內(nèi)所有檢波點(diǎn)水深的實(shí)時變化量。

3.2.3 檢波點(diǎn)水深修正

利用獲得的不同時刻檢波點(diǎn)水深變化量,將檢波點(diǎn)前期測量水深校正到基準(zhǔn)面,獲得檢波點(diǎn)的基準(zhǔn)水深,然后用放炮時檢波點(diǎn)的水深變化量修正檢波點(diǎn)基準(zhǔn)水深,從而得到放炮時檢波點(diǎn)的實(shí)時水深。

該方法可以最大限度地消除檢波點(diǎn)水深誤差,獲得最優(yōu)刻度因子,但目前還缺乏實(shí)際數(shù)據(jù)支持,其效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)束語

通過OBC雙檢資料合并原理介紹及理論數(shù)據(jù)分析和實(shí)際資料論證,認(rèn)識到在利用交叉鬼波化雙檢資料合并技術(shù)進(jìn)行雙檢資料合并處理時,檢波點(diǎn)水深誤差對合并效果有直接的影響。以相關(guān)系數(shù)最大為準(zhǔn)則的水深掃描技術(shù)和簡單可行的實(shí)時潮汐檢波點(diǎn)水深修正技術(shù)可消除檢波點(diǎn)水深誤差,為優(yōu)質(zhì)高效地進(jìn)行OBC雙檢資料合并處理提供了技術(shù)保障；研究提出的消除檢波點(diǎn)水深誤差的對策思路可望為OBC雙檢資料采集與處理工作提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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