海上二維拖纜地震參數(shù)選擇淺析

翟繼鋒，韋成龍，曾憲軍

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州市 510760）

地震勘探資料采集的中心問題是如何增強有效波，壓制干擾波，提高資料分辨率及信噪比，獲取高質(zhì)量的地震記錄。觀測系統(tǒng)的設(shè)計取決于地震勘探任務(wù)、工區(qū)地震地質(zhì)條件和勘探方法，總的原則是盡可能使記錄到的地下界面得到連續(xù)追蹤、避免發(fā)生有效波彼此干涉、野外施工簡單等。海上二維地震勘探，在野外施工中主要使用縱測線觀測系統(tǒng)，即激發(fā)點和接收點布置在同一條測線上，該系統(tǒng)能得到測線正下方界面的反射信息，所獲得的資料易于解釋，野外施工方案簡單直觀，在實際工作中被廣泛應(yīng)用。對于縱測線觀測系統(tǒng)來說，涉及選擇的參數(shù)主要有最大炮檢距、最小炮檢距、炮間距、道間距、檢波器組合參數(shù)、覆蓋次數(shù)、震源能量、震源電纜組合沉放深度、采樣率、低截濾波10 個，以下分別進行討論。

1 二維拖纜地震參數(shù)

1.1 最大炮檢距

最大炮檢距為炮點中心到最遠一道中心的距離，圖1 中用X1 表示，設(shè)計時要以下幾個因素作為依據(jù)：

（1）時距曲線，力求其近似為雙曲線。比較合適的炮檢距，可以使正常時差足夠大，足以區(qū)分一次反射波、多次波以及其他相干噪音；比較大的炮檢距，就會使遠道的時距曲線近似為高次曲線，從而使記錄得到的同相軸不滿足雙曲線的假設(shè)。水平層狀介質(zhì)的地震地質(zhì)模型地震反射波的時距曲線為：

如果在炮點的附近接收地震波，就可以把水平層狀介質(zhì)的波速簡化為均方根速度，則反射波的時距曲線方程可簡化為：

由這兩個方程可知，當最大炮檢距的取值為勘探目標深度的0.7~1.0 倍時，反射波的時距曲線近似為雙曲線。

（2）速度分析，力求能獲得較高的精度。在水平層狀介質(zhì)中，一般認為射線速度是一種準確的速度，它隨著炮檢距的增大而增大，當炮檢距一定時，射線速度等于均方根速度，即此時的均方根速度可以認為是準確的，此時的炮檢距就是所要選用的最大炮檢距。由射線速度公式和炮檢距公式，可算出最大炮檢距約為勘探目標的埋深：

圖1 二維拖纜觀測系統(tǒng)示意圖

（3）動校正拉伸畸變，力求使其小。動校正拉伸的程度，隨反射界面深度和炮檢距之比的減小而增大，即炮檢距小，拉伸程度就小，炮檢距大，拉伸程度就大。

百分比動校正拉伸量＝（動校正量/雙程反射時間）×100%

（4）反射系數(shù)，力求其變化盡可能小。反射系數(shù)隨著炮檢距的變化而變化，如果炮檢距在小于某個數(shù)值時，反射系數(shù)幾乎不隨炮檢距變化，則炮檢距應(yīng)當選取這個數(shù)值。反射系數(shù)可以通過佐普里茲方程來求取，約等于勘探目標的埋深。

（5）高頻衰減，力求遠道的高頻衰減盡可能小。地震波的吸收和衰減隨著傳播距離的增大而增大，從而使高頻信息能量變?nèi)酰档头直媛省?/p>

由以上幾點可知，合適的最大炮檢距應(yīng)選取勘探目標深度的0.7~1.0 倍。最大炮檢距過大，會使遠道的反射時距曲線近似為高次曲線，不符合地震勘探中把時距曲線視為雙曲線的假設(shè)，同時遠道的反射系數(shù)有較大變化，在資料處理時的動校正拉伸較嚴重，遠道地震信號中的高頻信息衰減較厲害。而最大炮檢距偏小，則整個排列偏短，不利于接收中深層的地震反射信息，由此造成時距曲線太短，反映不出雙曲線的形態(tài)，得不到準確速度，而在資料處理疊加的過程中，最關(guān)鍵的是速度參數(shù)。因此在選擇最大炮檢距時，重點應(yīng)考慮目標層的速度分析精度。

1.2 最小炮檢距

最小炮檢距是炮點的中心到電纜第一道（近道）的中心的距離，圖1 中用X2 表示，應(yīng)該小于最淺目標層的深度。最小炮檢距大一些，確實可以有效地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的部分噪音信號干擾，但卻會損失有用的淺層有效信號。

最小炮檢距的選取應(yīng)從以下幾方面考慮：

（1）考慮炮檢距與疊加特性的關(guān)系，選擇較小的最小炮檢距，通放帶會寬一些。

（2）根據(jù)作業(yè)船噪音情況及地震地質(zhì)條件，選擇能夠較好地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的部分噪音信號干擾的最小炮檢距。較大的偏移距有利于避開面波、船噪音等干擾。

（3）為滿足大炮檢距的初至折射靜校正或?qū)游龀上穹囱蒽o校正處理的需要，宜采用較小的最小炮檢距。

（4）為提高分辨率，宜采用較小的最小炮檢距。

隨著偏移道數(shù)的增加，迭加特性曲線通放帶寬度變窄，壓制帶范圍向左移，同時壓制范圍內(nèi)，特性曲線的三次極大值幅度變小。說明偏移道數(shù)的增加能更好壓制與反射波速度相近的多次波，即可以提高分辨率。但是，偏移道數(shù)增大，導致壓制帶寬度變窄，特性曲線二次極大值的幅度增大。因而，與反射波速度相差較大的多次反射波，就有可能進入二次極值帶，得不到好的壓制效果，所以不能認為偏移道數(shù)越大越好。

從施工結(jié)果看，250 m 的最小炮檢距可以有效地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的噪音信號干擾，但在水深較淺區(qū)域，如小于100 m 時，最小炮檢距過大就會損失有用的淺層有效信號，而且會使海底難以追蹤。因為這時直達波和海底一次反射波幾乎同時到達，給去除直達波、追蹤海底造成困難，在以往的地震資料中也出現(xiàn)過海底辨認不準確的情況。這主要和水深太淺，最小炮檢距偏大有關(guān)。野外作業(yè)中對最小炮檢距應(yīng)做試驗，綜合考慮準確追蹤海底和減小近道噪音，通過現(xiàn)場處理結(jié)果，確定出一個合適的最小炮檢距。

1.3 炮間距

因炮點移動的道數(shù)與覆蓋次數(shù)成反比關(guān)系，在排列長度及道間距一定時，炮點移動的距離越短，覆蓋次數(shù)越高?？s短炮點移動的距離，增加覆蓋次數(shù)，以提高對多次波的壓制效果，增強有效反射波的能量，提高資料信噪比。

1.4 道間距

道間距是指相鄰2 個接收點之間的距離，圖1 中表示為X4。道間距的選擇，應(yīng)保證道與道之間的反射波都能對比。反射波到達相鄰兩個接收點的時差Δt，應(yīng)滿足下列關(guān)系：Δt≤T*/2，式中，T*為反射波的視周期。因反射波的視速度V*是道間距Δx 和時間差Δt 之比值，即：V*=。則，為了能夠同時并且可靠地追蹤來自深層和淺層的反射波，道間距的最大適合值Δx 應(yīng)當以淺層反射波的視波長λ*來計算。

道間距的大小會直接影響地震資料的解釋工作，影響橫向分辨率：道間距偏大，將導致同一層的有效波追蹤和辨認的可靠性受到影響，會產(chǎn)生比較嚴重的空間假頻，而且是道間距越大，低頻響應(yīng)也越嚴重；道間距偏小，將會使野外數(shù)據(jù)量、工作量及成本大大增加。選取道間距應(yīng)當以在地震記錄上能夠可靠辨認同一有效波的相同相位為準則，這主要取決于：相鄰的道記錄形態(tài)的重復(fù)性；地震有效波、干擾波和隨機振動背景的振動關(guān)系；地震波到達相鄰道所用時的時差；地震波的視周期以及橫向分辨率等。

通過對常規(guī)地震資料的頻譜、速度分析可知，有效反射波視頻率主要分布范圍（以最大幅值下降6 dB 計算）約為6～60 Hz；淺層層速度值約為1 800～2 400 m/s，道間距1 800 /（2×60）約為15 m，表明采用12.5 m 道間距可以滿足采集精度要求。

目前各地震調(diào)查船多使用24 位地震采集記錄系統(tǒng)，電纜的道間距均為12.5 m。從地震資料采集結(jié)果看，使用12.5 m 的道間距能夠在地震記錄上清晰地辨認出同一有效波的相同相位。

1.5 檢波器組合參數(shù)

檢波器的排列組合要兼顧壓制干擾波和突出有效波這兩方面，利用干擾波的視速度、主周期、道間時差、隨機干擾的半徑以及有幾組干擾波，出現(xiàn)的地段，強度的變化特點與激發(fā)條件的關(guān)系等資料，設(shè)計出合理的排列組合參數(shù)。檢波器組合參數(shù)的因素包括：組內(nèi)距、組合基距、組合內(nèi)的檢波器個數(shù)以及組合的形式等。視速度和炮檢距為反比關(guān)系，即組合內(nèi)的各檢波器的時差隨著炮檢距的增大而增大。一般認為排列中最近道處的視速度最大，最遠道處的視速度最小，因此組合中首尾檢波器點的時差最大，其低頻響應(yīng)更加嚴重，組合排列越長，基距越大，這種現(xiàn)象就越明顯。在中深層地震勘探中，利用檢波器組合法提高信噪比的同時，要避免低頻響應(yīng)。

常規(guī)地震勘探采用的24 位電纜，一般采用12 個或者16 個檢波器線性組合作為一道。由于MEMS 新技術(shù)的應(yīng)用，使得檢波器在線性度、靈敏度非常高，分辨力、遲滯、重復(fù)性、漂移、穩(wěn)定性等性能得到了極大提高。

1.6 覆蓋次數(shù)

覆蓋次數(shù)即地層界面某一點的追蹤次數(shù)，n=S·N/2·r，其中S 代表一個系數(shù)，一般取1；N 代表記錄道數(shù)；r 代表炮點移動的道數(shù)。若增加覆蓋次數(shù)，迭加特性曲線通放帶的寬度和壓制帶的左邊界都不會有多大變化。說明增加覆蓋次數(shù)，既不會改善因為動校正速度不準確而引起反射波迭加特性變壞的情況，也不會提高壓制與反射波速度相近的多次波的能力。但若增加覆蓋次數(shù)，則壓制帶的寬度將會加大，壓制帶范圍內(nèi)的三次極大值將會變小。疊加次數(shù)也即覆蓋次數(shù)，越大則壓制帶平均值越小，壓制效果就越好，所以增大覆蓋次數(shù)對于提高信噪比是有利的。就是說，覆蓋次數(shù)的增加，既有利于對多次波的壓制，也有利于對與反射波速度相差較大的多次波的壓制。總而言之，增大覆蓋次數(shù)，可以提高壓制的效果，提高信噪比，覆蓋次數(shù)越大，信噪比的改善程度就越大。假設(shè)疊加后的信噪比為1，則各目標層所需要的覆蓋次數(shù)可由下式計算：

選取較大的覆蓋次數(shù)，能夠充分壓制高頻環(huán)境下的干擾噪音，增大目標層的有效反射能量，就能提高資料的信噪比，確保目標層的成像效果。因此，采集中都需選取較大的覆蓋次數(shù)。

1.7 震源能量

在相同條件下，震源能量越強，得到的信號其信噪比也相應(yīng)提高。但大震源大能量作業(yè)，在接收到更強的有效反射信號的同時，也會接收到更大的多次波等干擾信號，因而資料的信噪比不一定會提高。中深層地震勘探所關(guān)心的是信噪比，而不僅僅是反射信號的強弱。

通過對地震地質(zhì)模型進行計算機模擬來測算最佳的震源能量，再經(jīng)過野外震源試驗來對比驗證，確定合適的震源能量，是目前常規(guī)二維地震震源能量較好的確定手段。

1.8 震源電纜組合沉放深度

在海洋地震勘探作業(yè)中，我們使用電纜中排列組合的水聽器記錄壓力P，若電纜沉放深度記作Z，且地震反射信號中的某一諧波波長為λ，其入射角為θ，則其簡要關(guān)系式為：

對海洋地震氣槍震源來說，激發(fā)后所產(chǎn)生的地震波信號，以及由海面反射回來的地震波信號一起向地下傳播。由于氣槍震源的沉放深度相對于水深和地層厚度而言比較小，可以看做是疊加在一起的兩個信號向地下傳播。而這兩個信號的疊加效果是受氣槍震源沉放深度控制的，和地震電纜的情況相同，疊加信號的振幅大小變化也是受氣槍震源沉放深度控制。

理論上的分析結(jié)果是：震源與電纜沉放的深度相同，并且深度值為按上式算出的使得壓力P取最大值的Z 的值，其中的λ 可以認為是對應(yīng)于目標層的主頻波長。

實際上震源、電纜組合的沉放深度，震源激發(fā)信號在海水、地層中傳播時的擴散、衰減，各界面的反射、折射和散射，海水、地層吸收所產(chǎn)生的各種組合濾波效應(yīng)，再加上各種各樣的噪音干擾，使得電纜中水聽器接收到的信號已經(jīng)發(fā)生了變化，電纜接收到的信號波形態(tài)與頻譜早已不同于原震源波形態(tài)與頻譜。

以理論值為依據(jù)，通過計算機模擬以及在工區(qū)中做震源、電纜組合沉放深度試驗，可以找到一個最佳的震源、電纜組合沉放深度。

1.9 采樣率

合適的采樣間隔Δt，可避免間隔過大使離散信號失真及譜畸變出現(xiàn)假頻現(xiàn)象的缺點，又可避免采樣過密使處理工作量加大的缺點。根據(jù)采樣定理：

Δt 為采樣間隔，fmax為要保護的目的層的最高頻率。一個信號周期中至少需要3 個樣點（也就是需要兩個采樣間隔（2Δt））的最小量來定義一個周期的信號。

大部分海區(qū)地震調(diào)查資料顯示，有效反射波頻率分布范圍（以最大幅值下降6 dB 計算）約為6～60 Hz。計算結(jié)果表明選用2 ms 采樣可滿足采集精度的要求。對于海洋高分辨率地震調(diào)查，由于目標體尺度較小，要求有更好的分辨力，一般采樣率為1 ms；在小范圍的高精度淺層地震調(diào)查，采樣率要求能夠達到0.5 ms。

1.10 低截濾波

常規(guī)地震勘探中，對低截濾波的確定都傾向于低截頻率盡可能地低一些，盡可能多地保留原始采集信號。在海上地震勘探中，涌浪等會產(chǎn)生幾到十幾Hz 的噪音，羅盤水鳥等拖纜懸掛裝置掛上異物會在附近道產(chǎn)生有規(guī)律的抖動等，低頻干擾影響到資料信噪比。當?shù)皖l干擾偏大時，在處理時濾波雖然可以將之除掉，但低頻有效信號也同時損失，因此在干擾比較大的情況下，降低低截濾波的門檻值是沒有益處的。利用現(xiàn)場處理的噪音分析，可以獲得低頻干擾的頻率范圍和幅值大小。良好的海況一般采用的低截濾波值為3 Hz。當然，震源、電纜深度都加深后，涌浪等環(huán)境噪音大大降低，可以不加低截濾波。

2 結(jié) 論

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