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到海底,震源船按設計測線放炮[1]。檢波點水深通常是通過前期的水深測量得到的,實際工作中無法得到震源船放炮時檢波點的實時水深。由于潮汐、海況等因素的影響,檢波點前期測量水深和放炮時檢波點實時水深之間存在差異(即本文討論的檢波點水深誤差),這就導致地震記錄中的檢波點鬼波周期和利用檢波點水深測量數(shù)據(jù)計算得到的檢波點鬼波周期存在誤差。

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。通過大量的實際試驗分析,發(fā)現(xiàn)檢波點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,重點分析檢波點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,提出了消除檢波點水深誤差的針對性技術措施。

1 交叉鬼波化雙檢資料合并技術原理

交叉鬼波化雙檢資料合并技術原理認為水檢資料和陸檢資料的差別主要包括儀器響應、檢波器耦合情況和鬼波。該技術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和耦合情況相同。為實現(xiàn)該目的,利用交叉鬼波化方法,將水檢資料與陸檢檢波點鬼波褶積,陸檢資料與水檢檢波點鬼波褶積,從而消除了水、陸檢資料間檢波點鬼波成分的差異；然后,以陸檢資料與水檢檢波點鬼波褶積結(jié)果(XG)為輸入,水檢資料與陸檢檢波點鬼波褶積結(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

當利用刻度因子實現(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鬼波褶積結(jié)果和水檢資料與陸檢檢波點鬼波褶積結(jié)果的互相關,獲得一個相關系數(shù)。通過相關系數(shù)可以判斷陸檢資料匹配質(zhì)量的好壞,當陸檢資料匹配質(zhì)量好時,可以獲得高質(zhì)量的雙檢資料合并效果。在實際資料處理中,相關系數(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進行雙檢資料合并處理時,為計算準確的水、陸檢檢波點鬼波響應,必須知道放炮時檢波點的實時水深,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,在不考慮儀器響應和耦合因素差異的前提下,利用理論子波分別模擬檢波點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)、檢波點水深正確時雙檢資料合并結(jié)果(圖2o)和檢波點水深錯誤時雙檢資料合并結(jié)果(圖2p)的頻譜曲線。

當檢波點水深正確時(即產(chǎn)生水、陸檢子波檢波點鬼波的水深與處理中計算水、陸檢檢波點鬼波響應的水深同為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)。

當檢波點水深錯誤時(即產(chǎn)生水、陸檢子波檢波點鬼波的水深為18m,而處理中計算水、陸檢檢波點鬼波響應的水深為10m),從圖2p和圖3中的藍色曲線可以看到,雙檢資料合并處理并不能壓制檢波點鬼波,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)生檢波點鬼波對應的檢波點實際水深為18m時,在雙檢資料合并過程中,利用不同水深的檢波點鬼波響應計算得到的相關系數(shù)。從表1中可以看到,對于理論數(shù)據(jù),隨著檢波點水深誤差的增大,用來表征雙檢資料合并效果的相關系數(shù)隨之減小,雙檢合并效果變差。所以,檢波點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 理論子波在檢波點水深為18m時的水檢子波; b 理論子波在檢波點水深為18m時的陸檢子波; c 理論子波在檢波點水深為18m時的水檢檢波點鬼波響應; d 理論子波在檢波點水深為18m時的陸檢檢波點鬼波響應; 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 檢波點水深為10m時的水檢檢波點鬼波響應; h 檢波點水深為10m時的陸檢檢波點鬼波響應; 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

檢波點鬼波響應計算水深/m產(chǎn)生檢波點鬼波的實際水深/m誤差/m相關系數(shù)1118-70.2721618-20.3411718-10.698181801.000191810.666201820.298251870.251

2.2 實際資料分析

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)塊實際OBC資料的檢波點相關水深及對應相關系數(shù)；圖5給出了實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水深對合并效果的影響,采用平均水深15m進行雙檢合并測試,求得的相關系數(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,利用前期實測的檢波點水深進行雙檢資料合并試驗,求得的相關系數(shù)質(zhì)量得到很大提高(圖4中的藍色曲線),雙檢資料合并效果也得到了明顯改善(圖5中藍色曲線)。

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測檢波點水深計算得到的相關系數(shù)質(zhì)量高。這表明該區(qū)域前期實測的檢波點水深與放炮時檢波點實時水深存在誤差,平均水深更接近放炮時檢波點的實時水深,進一步消除檢波點水深誤差可以提高雙檢資料合并效果。

圖4 BZ區(qū)塊實際OBC資料檢波點相關水深(a)及對應相關系數(shù)(b)

圖5 BZ區(qū)塊實際OBC資料頻譜分析對比

3 消除檢波點水深誤差的對策

由于OBC地震采集方式的特殊性,檢波點前期測量水深和采集實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時潮汐檢波點水深修正方法最大限度地消除檢波點水深誤差,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以求得的相關系數(shù)作為判斷雙檢合并效果的重要標準。因此,雙檢合并處理時在實測檢波點水深上、下一定的范圍內(nèi),利用不同的水深進行相關系數(shù)求取,當相關系數(shù)最大時用到的水深可以看作是放炮時檢波點的實時水深,從而利用該水深進行刻度因子的求取。圖6到圖8為BZ區(qū)塊一條OBC測線資料的雙檢合并實際處理效果。從圖6和圖7可以看到,利用以相關系數(shù)最大為準則的水深掃描法獲得的相關系數(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測線資料的實測水深與計算水深對應的相關系數(shù)

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

但上述水深掃描方法仍存在局限性。由于相關系數(shù)的求取過程包括檢波點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,當資料信噪比低或存在壞道等情況時,計算出的檢波點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 實時潮汐檢波點水深修正法

前期測量檢波點水深與放炮時檢波點實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 基準面選擇

在OBC資料采集施工范圍附近選擇某點做為參考點,如果能夠測量該點某一時刻的高程值,以高程0值作為基準面；如果不能測量該點的高程值,則以該參考點一段時間內(nèi)連續(xù)測量水深值的平均值作為基準面。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)測量參考點的水深值,得到該點相對于基準面的水深變化。由于一定海域內(nèi)的潮汐、海況等因素的變化可近似認為相同,該變化量可以看作一定海域內(nèi)所有檢波點水深的實時變化量。

3.2.3 檢波點水深修正

利用獲得的不同時刻檢波點水深變化量,將檢波點前期測量水深校正到基準面,獲得檢波點的基準水深,然后用放炮時檢波點的水深變化量修正檢波點基準水深,從而得到放炮時檢波點的實時水深。

該方法可以最大限度地消除檢波點水深誤差,獲得最優(yōu)刻度因子,但目前還缺乏實際數(shù)據(jù)支持,其效果有待進一步驗證。

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)分析和實際資料論證,認識到在利用交叉鬼波化雙檢資料合并技術進行雙檢資料合并處理時,檢波點水深誤差對合并效果有直接的影響。以相關系數(shù)最大為準則的水深掃描技術和簡單可行的實時潮汐檢波點水深修正技術可消除檢波點水深誤差,為優(yōu)質(zhì)高效地進行OBC雙檢資料合并處理提供了技術保障；研究提出的消除檢波點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)驗借鑒。

參 考 文 獻

[1] Hammond J W.Ghost elimination from reflection records[J].Geophysics,1962,62(1):48-60

[2] Rigsby T B,Cafarelli W J,Neill D O.Bottom cable exploration in Gulf of Mexico:a new approach[J].Expanded Abstracts of 57thAnnual Internat SEG Mtg,1987,181-183

[3] Barr F J,Sanders J I.Attenuation of watercolumn reverberations using pressure and velocity detectors in a water-bottom cable[J].Expanded Abstracts of 59thAnnual Internat SEG Mtg,1989,653-656

[4] Dragoset B,Barr F J.Ocean-bottom cable dual-sensor scaling[J].Expanded Abstracts of 64thAnnual Internat SEG Mtg,1994,857-860

[5] Soubaras R.Ocean-bottom hydrophone and geophone processing[J].Expanded Abstracts of 66thAnnual Internat SEG Mtg,1996,24-27

[6] Ball V,Corrigan D.Dual-sensor summation of noisy ocean-bottom data[J].Expanded Abstracts of 66thAnnual Internat SEG Mtg,1996,28-31

[7] 周建新,姚姚.雙檢波器壓制海上鳴震[J].中國海上油氣(地質(zhì)),1999,13(5)：359-362

Zhou J X,Yao Y.Dual-detector to suppress the sea reverberation[J].China Offshore Oil and Gas(Geology),1999,13(5)：359-362

[8] 全海燕.海底電纜雙檢接收技術壓制水柱混響[J].石油地球物理勘探,2005,40(1)：7-12

Quan H Y.The submarine cable double-sensors technology to suppress the water column reverberation[J].Oil Geophysical Prospecting,2005,40(1)：7-12

[9] 王振華,夏慶龍,田立新,等.消除海底電纜雙檢地震資料中的鳴震干擾[J].石油地球物理勘探,2008,43(6)：626-635

Wang Z H,Xia Q L,Tian L X,et al.Eliminate the reverberation of OBC dual sensor seismic data[J].Oil Geophysical Prospecting,2008,43(6)：626-635

[10] Hugonnet P,Boelle J L,Herrmann P,et al.PZ summation of 3D WAZ OBS receiver gathers[J].Expanded Abstracts of 73rdAnnual Internat EAGE Mtg,2011,B002

[11] 宋玉龍．灘淺海地區(qū)地震勘探存在的問題及其解決方法[J]．石油物探,2005,44(4)：343-346

Song Y L.The problems and solutions of beach shallow water seismic exploration[J]．Geophysical Prospecting for Petroleum,2005,44(4)：343-346

[12] 余志和,張慶淮,邸志欣,等．灘海地區(qū)采集方法研究[J]．石油地球物理勘探,2001,36(4)：471-479

Yu Z H,Zhang Q H,Di Z X,et al.Acquisition methods in the beach area[J]．Oil Geophysical Prospecting,2001,36(4)：471-479

[13] 蔣連斌,侯成福,劉仁武,等.沙特復雜過渡帶地震資料采集中的難點及對策[J].石油物探,2009,48(2):157-167

Jiang L B,Hou C F,Liu R W,et al.Difficulties and countermeasures in Saudi complex transition zone seismic data acquisition[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,2009,48(2):157-167

[14] 安有利,姜瑞林.海底電纜地震采集系統(tǒng)的施工方法及優(yōu)勢[J].石油物探,1998,37(3)：92-99

An Y L,Jiang R L.The method and andadvantage of OBC seismic acquisition[J].Geophysical Prospecting for Petroleum,1998,37(3)：92-99