楊 薇，朱江梅，2，張興巖，黃莉娜，

(1.中海油能源發(fā)展鉆采工程研究院 地球物理研究所，湛江 524057； 2.成都理工大學(xué)，成都 610059)

0 引言

海洋地震資料受采集環(huán)境的影響，拖纜采集的數(shù)據(jù)在靜校正上主要受潮汐的影響,對地震數(shù)據(jù)的影響主要表現(xiàn)在垂直采集方向不同潮高時采集的測線間存在錯動,造成不同相疊加,降低了分辨率，影響了連續(xù)性和成像效果[1](圖1)。

圖1 潮汐影響在聯(lián)絡(luò)測線的表現(xiàn)Fig．1 Tidal impact on crossline

目前潮汐校正主要采用按潮汐表來計(jì)算校正量的方法[2]，但這種方法有一定的缺陷：①潮汐表一般為預(yù)測的潮汐變化規(guī)律,與實(shí)際的潮汐變化有一定的時差,并隨著日期的變更而變化；②在同一時間，同一海域的不同工區(qū)由于受海岸、海底地形、水深以及風(fēng)等非人為因素的影響，潮漲潮落的時間和幅度都會有差別。因而即使使用觀測站實(shí)際觀測的潮汐值(一般很難得到),也會與所施工工區(qū)的潮汐變化存在差異[3-4]。

隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)精度的提高，高程測量的精度逐漸可以滿足地震數(shù)據(jù)處理的要求。Henry等人[5-6]提出了利用差分 GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行潮汐校正，差分 GPS 測得的高程誤差控制在幾十厘米的范圍；劉錚等人[7-8]提出的SkyFix XP 定位系統(tǒng),利用新一代厘米級 DGPS 技術(shù)，能夠高精度的實(shí)時測量高程值，且獲得高程值的位置與地震采集時的炮點(diǎn)位置相同,這種技術(shù)是目前我國海洋地震采集中廣泛采用的測量高程的定位系統(tǒng)，高程誤差控制在 10cm 以下，這一精度完全可以滿足潮汐靜校正的要求。作者討論了應(yīng)用 SkyFix XP 定位系統(tǒng)測量的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行潮汐校正技術(shù),分析了該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程及原理依據(jù)。

1 原理

潮汐校正需要計(jì)算出地震波來回通過基準(zhǔn)海平面與放炮時海平面之間的薄層水體所經(jīng)歷的時間，這個時間稱為校正時差。把校正時差加到地震道采樣時間上，就實(shí)現(xiàn)了把勘探區(qū)域的全部地震數(shù)據(jù)都校置在同一觀察平面，即基準(zhǔn)海面上。

綜上所述，計(jì)算校正時差原應(yīng)該用基準(zhǔn)海面的高程減去放炮海面的高程，再把所得的高程差的兩倍除以地震波在水中的傳播速度，但是導(dǎo)航數(shù)據(jù)文件沒有提供基準(zhǔn)海面高程和放炮海面高程，它提供的是衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收儀的基準(zhǔn)高程和放炮高程。假設(shè)基準(zhǔn)高程相對于基準(zhǔn)海平面，放炮高程相對于放炮海平面，衛(wèi)星接收儀基準(zhǔn)高程與放炮高程之差等于基準(zhǔn)海面高程與放炮海面高度之差。因而在實(shí)際計(jì)算中，用衛(wèi)星接收儀的高程差代替海平面的高程差計(jì)算公式為：

T=2(A-B)/V

其中T是校正時差(ms)；A是衛(wèi)星接收儀基準(zhǔn)高程(m)；B是衛(wèi)星接收儀放炮高程(m)；V是地震波在水中的傳播速度(m/ms)。

圖2 原始高程圖Fig．2 Original elevation map

2 數(shù)據(jù)編輯平滑

由于衛(wèi)星接收儀內(nèi)外各種隨機(jī)因素的影響，放炮高程數(shù)據(jù)存在野值，而且數(shù)據(jù)大小頻繁密集交替變化。在數(shù)據(jù)曲線形態(tài)上，野值有的表現(xiàn)為高聳的尖峰和急墜的深谷，有的表現(xiàn)為陡立的高臺和突陷的深坑。數(shù)據(jù)頻密的大小交替表現(xiàn)為鋸齒狀的曲線形態(tài)(圖2)，要想獲得良好的校正效果，必須去除野值和平滑數(shù)據(jù)。

2.1 去除野值

去除野值是通過數(shù)據(jù)編輯來實(shí)現(xiàn)。野值有兩種：①過度偏離基準(zhǔn)高程；②相對于鄰近數(shù)據(jù)的變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總體數(shù)據(jù)的平均變化幅度。對于第一類數(shù)據(jù)用鄰近的正常數(shù)據(jù)取代之，對于第二類數(shù)據(jù)是把其變化幅度減小至平均幅度。過度偏離的界定是偏離超過 5 m，過度變化的界定是大于平均幅度的兩倍。

2.2 平滑數(shù)據(jù)

經(jīng)過編輯去除野值后的數(shù)據(jù)還需要做數(shù)據(jù)平滑，以消除數(shù)據(jù)的頻密鋸齒狀起伏，平滑后的數(shù)據(jù)才符合潮汐平緩漲落的規(guī)律。多項(xiàng)式擬合是平滑數(shù)據(jù)的良好方法，多項(xiàng)式階數(shù)越高，擬合平滑效果越好。對于放炮高程數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)表明，6 階是一個平滑效果很好、計(jì)算量又不太大的階數(shù)。

設(shè)一條測線有幾個高程數(shù)據(jù)(h1,h2,…,hn)，對應(yīng)炮號(s1,s2,…,sn)。多項(xiàng)式擬合函數(shù)為

為了使Q達(dá)到最小，根據(jù)求極值原理，分別計(jì)算Q對應(yīng)的a0、a1、…、a6偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于零。把所得的方程組加以整理，得到一個如下矩陣形式的方程組。

求解這個方程組，就可得到待定系數(shù)(a0，a1, …，a6)及平滑系數(shù)。

從單條航海線平滑前、后的高程值對比(圖3)和整個三維區(qū)平滑前、后的高程值對比(圖4)，可以看到，在平滑后，隨著炮號的改變高程值的變化變得平滑，這樣在進(jìn)行潮汐靜校正時可以避免校正值出現(xiàn)跳點(diǎn)、校正后出現(xiàn)新的假的垂直錯動，以影響資料成像質(zhì)量。求出平滑后的高程，與基準(zhǔn)海平面相減，即可求出潮汐靜校正量，進(jìn)行潮汐靜校正處理。

圖3 單條航海線高程數(shù)據(jù)平滑前后對比Fig．3 The comparison of signal line height data before and after smooth

圖4 整個三維區(qū)高程數(shù)據(jù)平滑前后對比Fig．4 The comparison of 3D area height data before and after smooth(a)平滑前；(b)平滑后

3 潮汐靜校正應(yīng)用實(shí)例

南海L工區(qū)為大面積三維工區(qū)，水深變化較大，在 200 m～1 200 m 之間，海底地崎嶇，采集時間超過一個月，采集到的高程值存在野值，跳點(diǎn)較多。在本工區(qū)進(jìn)行潮汐進(jìn)校正時，首先應(yīng)用全區(qū)高程值計(jì)算得到基準(zhǔn)海平面，然后應(yīng)用本文討論的高程值平滑處理得到平滑后的高程，再與基準(zhǔn)海平面相減，得到潮汐校正量，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行潮汐靜校正。

采集環(huán)境變化產(chǎn)生的垂直斷層現(xiàn)象(圖1)通過潮汐靜校正被消除(圖5)，從潮汐靜校正前后的時間切片對比(圖6)可以看出，潮汐靜校正后，由于潮汐引起的采集腳印得到有效地壓制，地層成像得到明顯改善，消除了對構(gòu)造解釋的不確定性，潮汐靜校正后的成像更有利于構(gòu)造圈閉刻畫。

圖5 潮汐靜校正后聯(lián)絡(luò)測線Fig．5 The crossline after tidal correction

圖6 潮汐靜校正前后時間切片對比Fig．6 Time slice comparison between before and after tidal correction(a)潮汐靜校正前時間切片; (b)潮汐靜校正后時間切片

4 結(jié)論

在地震資料處理中，潮汐作用直接影響成像的質(zhì)量，導(dǎo)致錯誤的層位解釋及儲層預(yù)測，因此潮汐靜校正在處理中是十分必要的。本文討論的對實(shí)時測量的高程進(jìn)行處理及利用處理后的高程值進(jìn)行潮汐靜校正，不但可以有效地消除潮汐的影響，還能夠消除部分采集過程中實(shí)時的洋流及大風(fēng)浪的影響，相比利用潮汐表進(jìn)行潮汐校正更具有針對性和可靠性，有利于構(gòu)造成像，解釋及儲層預(yù)測等后續(xù)工作。

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