檢波點(diǎn)水深誤差對(duì)OBC雙檢資料合并處理的影響與對(duì)策

龔旭東,周 濱,高夢(mèng)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(guó))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(jì)測(cè)線放炮[1]。檢波點(diǎn)水深通常是通過(guò)前期的水深測(cè)量得到的,實(shí)際工作中無(wú)法得到震源船放炮時(shí)檢波點(diǎn)的實(shí)時(shí)水深。由于潮汐、海況等因素的影響,檢波點(diǎn)前期測(cè)量水深和放炮時(shí)檢波點(diǎn)實(shí)時(shí)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(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)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(gè)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(guò)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(duì)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(gè)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(guò)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(jì)算刻度因子的流程框圖。

圖1 交叉鬼波化維納濾波法計(jì)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(shí),可通過(guò)計(jì)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(gè)相關(guān)系數(shù)。通過(guò)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(shí),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(shí),陸檢匹配才有意義,雙檢資料合并才有效果；小于0.5時(shí),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(shí),為計(jì)算準(zhǔn)確的水、陸檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng),必須知道放炮時(shí)檢波點(diǎn)的實(shí)時(shí)水深,其精度對(duì)雙檢資料合并效果起決定性作用。

2 檢波點(diǎn)水深誤差對(duì)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(duì)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(cuò)誤時(shí)雙檢資料合并處理的過(guò)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(duì)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(shí)雙檢資料合并結(jié)果(圖2o)和檢波點(diǎn)水深錯(cuò)誤時(shí)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(shí)(即產(chǎn)生水、陸檢子波檢波點(diǎn)鬼波的水深與處理中計(jì)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(jì)算得到的匹配因子為一個(gè)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(cuò)誤時(shí)(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(jì)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(méi)有改善。

表1為水、陸檢子波中產(chǎn)生檢波點(diǎn)鬼波對(duì)應(yīng)的檢波點(diǎn)實(shí)際水深為18m時(shí),在雙檢資料合并過(guò)程中,利用不同水深的檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng)計(jì)算得到的相關(guān)系數(shù)。從表1中可以看到,對(duì)于理論數(shù)據(jù),隨著檢波點(diǎn)水深誤差的增大,用來(lái)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(duì)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(guò)程和結(jié)果a 理論子波在檢波點(diǎn)水深為18m時(shí)的水檢子波; b 理論子波在檢波點(diǎn)水深為18m時(shí)的陸檢子波; c 理論子波在檢波點(diǎn)水深為18m時(shí)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(shí)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(shí)的水檢檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng); h 檢波點(diǎn)水深為10m時(shí)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(duì)比

檢波點(diǎn)鬼波響應(yīng)計(jì)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(duì)應(yīng)相關(guān)系數(shù)；圖5給出了實(shí)際資料的頻譜分析對(duì)比。在雙檢資料合并處理的測(cè)試階段,由于沒(méi)有意識(shí)到檢波點(diǎn)水深對(duì)合并效果的影響,采用平均水深15m進(jìn)行雙檢合并測(cè)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(cè)試中,利用前期實(shí)測(cè)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(shí),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(cè)檢波點(diǎn)水深計(jì)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(cè)的檢波點(diǎn)水深與放炮時(shí)檢波點(diǎn)實(shí)時(shí)水深存在誤差,平均水深更接近放炮時(shí)檢波點(diǎn)的實(shí)時(shí)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(duì)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(duì)比

3 消除檢波點(diǎn)水深誤差的對(duì)策

由于OBC地震采集方式的特殊性,檢波點(diǎn)前期測(cè)量水深和采集實(shí)時(shí)水深之間必然存在誤差[11-14]。為此,可通過(guò)水深掃描方法和實(shí)時(shí)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(shí)在實(shí)測(cè)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(shí)用到的水深可以看作是放炮時(shí)檢波點(diǎn)的實(shí)時(shí)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(cè)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(jiàn)，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(cè)線資料的實(shí)測(cè)水深(黑色曲線)與計(jì)算水深(綠色曲線)

圖7 BZ區(qū)塊一條OBC測(cè)線資料的實(shí)測(cè)水深與計(jì)算水深對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)

圖8 BZ區(qū)塊一條OBC測(cè)線資料的實(shí)測(cè)水深與計(jì)算水深對(duì)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(guò)程包括檢波點(diǎn)水深和刻度因子兩個(gè)未知量,存在求得的刻度因子并非最優(yōu)的可能性。同時(shí),該方法對(duì)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(shí),計(jì)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(shí)潮汐檢波點(diǎn)水深修正法

前期測(cè)量檢波點(diǎn)水深與放炮時(shí)檢波點(diǎn)實(shí)時(shí)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量這些變化量來(lái)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(cè)量該點(diǎn)某一時(shí)刻的高程值,以高程0值作為基準(zhǔn)面；如果不能測(cè)量該點(diǎn)的高程值,則以該參考點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量水深值的平均值作為基準(zhǔn)面。對(duì)于渤海海域來(lái)說(shuō),由于其潮汐為半日潮,因此,連續(xù)測(cè)量時(shí)間不能小于12h。

3.2.2 變化量求取

在前期水深測(cè)量和OBC采集生產(chǎn)時(shí),通過(guò)船載測(cè)深儀連續(xù)測(cè)量參考點(diǎn)的水深值,得到該點(diǎn)相對(duì)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(shí)變化量。

3.2.3 檢波點(diǎn)水深修正

利用獲得的不同時(shí)刻檢波點(diǎn)水深變化量,將檢波點(diǎn)前期測(cè)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(shí)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(shí)檢波點(diǎn)的實(shí)時(shí)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(yǔ)

通過(guò)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(shí)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(shí),檢波點(diǎn)水深誤差對(duì)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(jiǎn)單可行的實(shí)時(shí)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(duì)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。

參 考 文 獻(xiàn)

[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(guó)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(shù)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(wèn)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(fù)雜過(guò)渡帶地震資料采集中的難點(diǎn)及對(duì)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(shì)[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