淺水域單道水上地震一致性處理方法研究

□姜文龍 □胡偉華 □裴少英（黃河勘測規(guī)劃設計有限公司工程物探研究院）

淺水域單道水上地震一致性處理方法研究

□姜文龍 □胡偉華 □裴少英（黃河勘測規(guī)劃設計有限公司工程物探研究院）

以水庫和河道為主的淺水域水上地震勘探，其目的不在于單純地尋找地下地質(zhì)構(gòu)造，還可利用水上地震中的振幅信息對地下泥沙特征等進行分析。這種情況下，傳統(tǒng)的水上地震處理方法不保真的缺點凸顯。針對淺水域地震的特性，對于振幅保真相關的一致性處理進行研究，通過水上直達波對地震數(shù)據(jù)的一致性進行補償可有效地保持反射地震數(shù)據(jù)的一致性。

振幅補償；振幅屬性；一致性處理；泥沙分布

0 前言

水庫和河道等泥沙的淤積對水庫和河道的安全等有著重要的影響，探測水底泥沙的分布對于合理制定泥沙治理策略十分重要。利用地球物理手段探測水底泥沙情況也成為研究的熱點。宋海斌等運用水上地震手段等對物理海洋學特征進行研究表明，地震可用于變化更加細微的介質(zhì)，如海水溫度等的解釋。相對于海水溫度的變化等，泥沙的變化特征則更為明顯，因此引入水上地震數(shù)據(jù)對水下泥沙沉積情況進行描述具有一定的可行性。

水庫和河道常規(guī)水上地震勘探的目的是為了對水底的地質(zhì)構(gòu)造或覆蓋層厚度進行探測，但這也局限了地震勘探的用途，這種以構(gòu)造特征為目的的勘探對地震數(shù)據(jù)各道之間的振幅相對變化不做要求。因此一些對振幅特征有破壞且能提高分辨率的處理手段，如AGC（自動增益補償）等方法被廣泛應用于數(shù)據(jù)處理之中。這類處理手段在破壞振幅的同時，也將噪音補償進來。

在水庫和含泥沙較多的河道中，水上地震勘探目的更希望通過地震數(shù)據(jù)來提取水底泥沙的分布特征，如泥沙的分布范圍、不同粒徑泥沙的識別等等。由于水下不同泥沙速度和密度不同，所以波阻抗也不相同，在存在不同波阻抗的情況下，則會產(chǎn)生不同的反射界面，反射系數(shù)與速度密度之間的關系可以用公式（1）進行表示：

式中:ρ1、υ1表示上層介質(zhì)的密度和速度，ρ2、υ2表示下層介質(zhì)的密度和速度，ρ和υ的乘積表示地層的波阻抗，r表示該界面的反射系數(shù)。由于上下層介質(zhì)速度、密度的差異也不相同，所以反射系數(shù)r也不相同。由地震波傳播理論，單道地震數(shù)據(jù)的一維正演模型可表示為公式（2）所示：

式中：d表示觀測的地震記錄，r表示反射系數(shù)，w表示震源激發(fā)的子波。綜合公式（1）和公式（2）所示，在震源子波相同的情況下，不同粒徑的泥沙也決定了反射地震波的振幅大小。因此在數(shù)據(jù)處理中如何使相對振幅信息得到保持十分重要，運用地震數(shù)據(jù)進行泥沙研究的首要環(huán)節(jié)就是地震數(shù)據(jù)的一致性處理，即保真處理。

1 一致性處理方法研究

地震中常見的一致性問題大都是由于激發(fā)能量的不一致、檢波器所在不同地表的不一致性所導致的。在常規(guī)地震數(shù)據(jù)中的一致性處理方法多基于多道地震數(shù)據(jù)來處理的。這類方法多是基于模型炮或VSP測井等信息來對地震數(shù)據(jù)中喪失的頻帶和能量進行補償。這類方法考慮的是通過保持AVO（振幅隨偏移距的變化）振幅特征達到數(shù)據(jù)的一致性處理需求。

在淺水域地震勘探中，常見的觀測系統(tǒng)如圖1所示：

圖1 淺水域地震觀測系統(tǒng)示意圖

淺水域水上地震勘探為了達到快速探測的目的，常運用單道水聽器進行接收，因此常用的多道地震數(shù)據(jù)處理手段并不適用。相對于常規(guī)地震勘探，水上勘探中檢波器的一致性通常較好，主要面臨的一致性問題即電火花激發(fā)能量的不一致。

通過圖1所示的觀測系統(tǒng)，電火花與水聽器的距離理論上是保持不變的。通常在相同水域，水的波速和吸收衰減特性是相同的。理論上，在電火花激發(fā)能量均一，即一致性好的情況下，水聽器所接收到的直達縱波能量應該相同。因此，淺水域單道地震數(shù)據(jù)一致性處理的關鍵就是研究通過水的直達波能量的一致性。文章應用常規(guī)地震中常見的屬性技術(shù)提取直達波的能量信息，公式（3）所示為均方根振幅屬性。在直達波能量等相同的情況下，各道的均方根屬性應該相同。

式中：N表示計算均方根屬性中所取的樣點總數(shù)，a表示各樣點對應的振幅值的大小，RMS表示均方根振幅屬性。

如震源的激發(fā)能量不一致，則直達波的振幅屬性表現(xiàn)也不一致。如果將這種直達波的不一致性補償回去，使得直達波的振幅能量達到一致，則地震數(shù)據(jù)的一致性將得到保持。

2 實際資料應用結(jié)果

通過上述討論，文章將該理論應用于實際電火花資料處理。圖2所示為運用Geo-Source200FW在某大型水庫中采集的地震數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)縱向采樣間隔為ms，縱向采樣時間為0.1ms。測線采樣間隔為2m，測線長度為1800m。

圖2 水上電火花接收原始數(shù)據(jù)圖

圖3 直達波屬性曲線圖

圖3所示為水聽器接收的直達波的屬性曲線。通過曲線可以發(fā)現(xiàn)，震源的激發(fā)能量存在不一致性，尤其在600～800m區(qū)間激發(fā)能量很弱。將圖3所示的不一致性補償給圖2所示的原始數(shù)據(jù)，提取補償后的振幅屬性曲線對比如圖4所示。

對比圖 4（a）和（b）在原始數(shù)據(jù)中，圖（a）中 200～800m之間反射能量較弱，對比砂礫石等反射能量較強沉積地層，該區(qū)域主要表現(xiàn)為松散的泥沙沉積特征。對比圖3，600～800m處直達波振幅屬性較弱，即600～800m處電火花激發(fā)的能量很弱，因此未經(jīng)一致性處理直接對其物性進行解釋存在不合理情況。經(jīng)過一致性處理后，圖4（b）中該能量分布于200～400m之間，表現(xiàn)為較松散的泥沙沉積，400～600m之間振幅值表現(xiàn)為相對的高值且較穩(wěn)定，解釋為較穩(wěn)定的沉積，600～800m區(qū)間經(jīng)補償后其沉積特征不同于400～600m區(qū)間，推測表現(xiàn)為含泥沙較薄的砂礫石層段。對比實際地質(zhì)情況，一致性補償后的解釋結(jié)果與實際地質(zhì)情況相符。

圖4 原始數(shù)據(jù)屬性曲線（a）和一致性處理后的數(shù)據(jù)屬性曲線（b）對比圖

3 結(jié)語

運用地震數(shù)據(jù)來區(qū)分泥沙特征等是一個新的研究領域，該手段對地震數(shù)據(jù)的保真度要求極高，如何提高原始地震數(shù)據(jù)的保真特征對運用地震信號研究泥沙至關重要。運用直達波能量一致性的選擇對地震數(shù)據(jù)進行一致性處理，可消除水上地震最常見的震源不一致問題，很大程度上降低解釋中的錯解。后續(xù)研究將基于更多的地震屬性對一致性處理方法進行對比。

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A

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2013-11-29

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