（地球探测与信息技术专业论文）近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究.pdf

， 毒 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究 学位论文完成日期：2 q ! q 生垒旦 指导教师签字 答辩委员会成员签字 u 2 止 i ”一 ，喀 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 注；垫遗直墓丝益墨挂型主明的! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：彭降 签字日期：加向年彩月彩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： 1 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中 国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社”用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 靴做储样：啭 签字日期：沙f 口年5 月乒日 导师签字： 锄o 阻 签字日期：谢d 年月日 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究一 葡要 高分辨率地震技术是一种经济有效的勘探技术，同时也是提高勘探地质效果 的有效手段之一。我国沿海地区的第四系厚度变化较大，一般为3 0 - 4 5 0 m 。在近 海区域进行高分辨率多道地震调查，能够获得海底浅部几米至几百米范围内的有 效地层信息，这一范围恰好是深层油气勘探的盲区，但是对于核电站、跨海大桥、 钻井平台等工程选址项目却有十分重要的研究意义。 本论文研究近海浅层区域高分辨率多道地震采集和处理方法，目的是：利用 多道地震的优势，开展近海浅层地质调查，获得地层穿透深度更深的剖面；采用 先进的地震观测仪器，优化观测方式，实现野外高分辨率地震资料采集，获得高 品质的原始数据；应用高分辨率地震数据处理技术，对采集得到的资料进行噪音 衰减、多次波压制等处理，获得高信噪比高分辨率的剖面；通过研究最终建立起 一套针对近海浅地层区域的高分辨率多道地震采集和处理流程。 本论文主要从高分辨率地震的采集和处理方法这两个方面分别进行研究。首 先，从影响分辨率的采集因素出发，结合近海工程对浅地层调查的一般要求，选 用大能量大功率电火花震源激发、2 4 道小道距数字缆进行接收、小偏移距d , 排y u 观测方式进行数据采集，同时利用正演模型模拟对采集参数进行选择论证，最终 确定最佳采集方案。其次，在资料处理过程中，针对海洋资料中海底鸣震等干扰 比较发育的问题，采用预测反褶积、精细速度分析与r a d o n 变换相结合的方法进 行多次波衰减；为获取高精度的地层速度信息，利用精准速度分析方法，并结合 速度分析和动校正叠加多次迭代的方法对数据进行处理；为提高资料的信噪比， 利用多项式拟合、随机噪音衰减和f k 滤波等方法，对资料中存在的几种特殊噪 音干扰( 如岛礁、邻船、井架干扰等) 进行压制。 通过本论文的研究，形成了一套适用于近海浅地层高分辨率多道地震调查的 采集和处理方法。从实际资料的应用效果可以看出，本论文所研究的多道地震采 集方法确实可行，且比较经济方便，使用大功率电火花震源激发，避免了气泡效 应对有效能量和高频成分的损失，采用2 4 道小道距数字缆直接接收数字信号，提 高了数字采集的精度；利用自主研发的高分辨率采集系统进行海上施工，选用合 理的观测方式，不仅提高了地层的穿透深度，而且改善了原始资料的分辨率。通 过高分辨率处理方法，在一定程度上压制了资料中存在魄多次波等主要干扰，极 大改善了资料品质，最终获得高信噪比、高分辨率的资料。在数据处理中，通过 精细速度分析，获取了较为精确的地层速度信息。相对于常规海上浅层地震勘探 技术，论文所研究的高分辨率多道地震方法无论在采集还是处理方面，对资料质 量都有很大改善，获得地下地层的速度等信息真实可靠、地质特征更加清楚，利 于后续解释、分析。 关键词：近海浅层；多道地震；高分辨率；采集；处理 s t u d yo fh ig h r e s oiu tio nm uiti c h a n n eis h aiio ws eis n lic d a t aa c q uisitio na n dp r o c e s sin gino f f s h o r e a b s t r a c t h i g l lr e s o l u t i o ns e i s m i ce x p l o r a t i o nt e c h n o l o g yi sa ne c o n o m i ca n de f f e c t i v e m e t h o di no f f s h o r es h a l l o ws t r a t as u r v e y m e a n w h i l e ，i ti sa ne f f e c t i v em e a s u r et o i m p r o v et h eg e o l o g i c a le f f e c t s t h et h i c k n e s so fq u a t e r n a r yh a sl a r g ev a r i a t i o n t h i c k n e s sw h i c hi s g e n e r a l l y3 0 - 4 5 0 ma l o n gt h ec o a s ti nc h i n a h i g hr e s o l u t i o n m u l t i c h a n n e ls e i s m i cs u r v e yi s m a i n l y c a r r i e do u tt o g e tt h ee f f e c t i v e s t r a t a i n f o r m a t i o no fs h a l l o ws e a b e df r o maf e wm e t e r st os e v e r a lh u n d r e dm e t e r si n o f f s h o r e ，w h i c hi sj u s tt h eb l i n da r e ao fd e e pe x p l o r a t i o no fo i la n dg a s ，b u ti th a sv e r y i m p o r t a n tr e s e a r c hm e a n i n gf o rs e l e c t i n gt h el o c a t i o no fn u c l e a rp o w e rp l a n t ， c r o s s i n gs e ab r i d g e ，s e ad r i l l i n gp l a t f o r ma n d s oo n t h et h e s i ss t u d i e st h e h i g hr c t s o l u t i o n m u l t i 。c h a n n e ls h a l l o ws e i s m i cd a t a a c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gm e t h o d si no f f s h o r e t h ea i mo fr e s e a r c hi s t ot a k e a d v a n t a g eo fm u l t i c h a n n e ls e i s m i ct og e tt h ed e e p e rp e n e t r a t i o ns e c t i o n s ，t oo b t a i n t h eh i g hr e s o l u t i o ns h a l l o ws e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o nf l o wf o rg e t t i n gt h eh i g hq u a l i t y r a wd a t ab yu s i n ga d v a n c e di n s t i t u t i o n sa n do p t i m i z e dg e o m e t r yi no f f s h o r es h a l l o w g e o l o g i c a ls u r v e y , a n dt oa c q u i r et h eh i g hr e s o l u t i o ns h a l l o ws e i s m i cd a t ap r o c e s s i n g f l o wf o rg e t t i n gt h eh i g hr e s o l u t i o na n dh i g hs i g n a l - t o - n o i s er a t i o ( s n r ) s e c t i o n s t h r o u g hs u p p r e s s i n gs o m er a n d o mn o i s e s ，m u l t i p l e s ，a n a l y z i n gv e l o c i t yf i n e l ya n ds o o n f i r s t l y , i no r d e rt oo b t a i nt h eh i g hr e s o l u t i o ns h a l l o ws e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o n f l o wi no f f s h o r e ，t h et h e s i ss t u d i e st h em a i nf a c t o r st h a tl i m i ts e i s m i cr e s o l u t i o na n d g e n e r a lr e q u i r e m e n t so fs h a l l o ws t r a t as u r v e yi nc o a s t a lr e g i o n t oi m p r o v et h e a c q u i s i t i o nq u a l i t y , i ti su s e dt h a tal a r g ee n e r g ys p a r k ，a2 4 一c h a n n e ld i g i t a lm a r i n e s e i s m i cs t r e a m e rw i t hs m a l lt r a c es p a c i n g ，s h o r to f f s e ta n dm i n i s p r e a do b s e r v a t i o ni n o f f s h o r eo p e r a t i o n m e a n w h i l e ，u s i n gt h ef o r w a r dm o d e l i n gt e c h n o l o g yt oc h o o s ea n d d e m o n s t r a t et h es e i s m i c a c q u i s i t i o np a r a m e t e r s t h e n t h e o p t i m a l o f f s h o r e h i g h - r e s o l u t i o ns h a l l o ws e i s m i ca c q u i s i t i o np l a ni sd e f i n e d s e c o n d l y , i tc o m b i n e st h e p r e - - s t a c ka n dp o s t - s t a c kp r e d i c t i v ed e c o n v o l u t i o na n dr a d o nt r a n s f o r mt oa t t e n u a t e s e a b e dr e v e r b e r a t i o n sa n do t h e rm u l t i p l e si nd a t ap r o c e s s i n g u s i n gh u m a nc o m p u t e r i n t e r a c t i v ef i n ev e l o c i t ya n a l y s i sm e t h o da n di t e r a t i n gt h ev e l o c i t ya n a l y s i sa n dn m o s t a c kt og e th i g hp r e c i s i o ns t r a t av e l o c i t y t oe l i m i n a t es o m es p e c i a ln o i s e si no f f s h o r e s h a l l o ws e i s m i cd a t a ，f o re x a m p l e ，n o i s eo fi s l a n d ，n e i g h b o rb o a t ，d e r r i c ka n ds oo n ，i t i sa l s ou s e dt h ep o l y n o m i a lf i tt e c h n i q u e ，r a n d o mn o i s ea t t e n u a t i o na n df kf i l t e rf o r i m p r o v i n gt h es n r i np r o c e s s i n g t h er e s u l t so ft h i sd i s s e r t a t i o nc a nf o r mas e to fm u l t i c h a n n e ls h a l l o ws e i s m i c d a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gf l o wi nc o a s t a lr e g i o n ar e a la p p l i c a t i o nr e s u l tp r o v e s t h a tt h em u l t i - c h a n n e ls e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o ni su s e f u l n e s s ，f e a s i b i l i t y , c o n v e n i e n t a n de c o n o m i c a li nm a r i n es h a l l o ws t r a t u ms u r v e y b yu s i n gh i g h p o w e rs p a r ka n d 2 4 一c h a n n e ld i g i t a ls t r e a m e r , i tc a nr e d u c eb u b b l ee f f e c ta n ds a v ea v a i l a b l ee n e r g ya n d h i g hf r e q u e n c yc o m p o n e n t so fs o u r c ew a v e l e t a n dt h ea c c u r a c yo fd a t ac o l l e c t i o ni s h i 曲l yi m p r o v e d a f t e rh i g h - r e s o l u t i o ns e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o nw i t hr e a s o n a b l e g e o m e t r y , t h es t r a t u md e p t ho fp e n e t r a t i o ni sg r e a t l ye n h a n c e da n dt h eq u a l i t yo fr a w d a t ai ss i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d t os o m ee x t e n t ，m u l t i p l e sa n dt h eo t h e rm a j o rn o i s e s a r es u p p r e s s e d ，t h eh i g h s n rh i g h - r e s o l u t i o ns e c t i o n sa r eu l t i m a t e l ya c h i e v e d t h r o u g hh i g h - r e s o l u t i o nd a t ap r o c e s s i n gm e t h o d m e a n w h i l e ，f i n ev e l o c i t ya n a l y s i si s u s e dt oo b t a i nc o m p a r a t i v e l ya c c u r a t el a y e rv e l o c i t yi nd a t ap r o c e s s i n g c o m p a r e d w i t hc o n v e n t i o n a lm a r i n es h a l l o ws e i s m i ce x p l o r a t i o nt e c h n o l o g y , w h e t h e ri nd a t a a c q u i s i t i o no rd a t ap r o c e s s i n g ，t h eh i g h r e s o l u t i o nm u l t i - c h a n n e ls e i s m i cm e t h o dh a s g r e a t l yi m p r o v e dt h eq u a l i t yo fd a t a ，a n dg e t st h em o r er e l i a b l ei n f o r m a t i o no fs t r a t a s u c ha sa c c u r a t es t r a t av e l o c i t y a n dt h eo b t a i n e d g e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f f o r m a t i o na r em o r ec l e a ra n de v i d e n t ，t h a ti sp r o p i t i o u st ot h es u b s e q u e n td a t a i n t e r p r e t a t i o na n da n a l y s i s k e y w o r d s ：o f f s h o r es h a l l o wl a y e r ；m u l t i - c h a n n e ls e i s m i c ；h i g h - r e s o l u t i o n ；d a t a a c q u i s i t i o n ；d a t ap r o c e s s i n g 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究 目录 1 前言1刚舌 1 1 课题来源1 1 2 研究意义1 1 3国内外研究现状2 1 3 1 国外研究现状2 1 3 2 国内研究现状一4 1 3 3 近海浅层地震勘探的难点。6 1 4 研究内容6 1 5 技术路线7 1 6 主要创新点8 2 浅层高分辨率地震勘探原理9 2 1 浅层的定义9 2 2 地震分辨率9 2 2 1 纵向分辨率9 2 2 2 横向分辨率1 1 2 2 3 影响浅层分辨率的主要因素1 2 3 浅层高分辨率多道地震采集方法1 5 3 1 采集方案设计j 。1 5 3 2 海洋地震勘探系统。1 7 3 2 1震源1 8 3 2 2 水昕器2 0 3 3 观测系统2 2 3 3 1 多次覆盖技术2 2 3 3 2 参数选取与论证2 3 4 浅层高分辨率多道地震数据处理方法3 1 4 1预处理3 1 4 1 1 潮差校正3 2 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究 4 1 2 频谱分析3 2 4 1 3 预滤波3 3 4 1 4 振幅恢复3 4 4 2 叠前噪音压制。3 4 4 2 1 海洋浅层地震的主要噪音干扰3 4 4 2 2 多项式拟合提高信噪比3 7 4 2 3r n a 压制随机噪音。3 8 4 2 4f k 滤波。3 8 4 3浅层多次波压制技术研究3 8 4 3 1多次波的类型与特征识别3 8 4 3 2 预测反褶积压制多次波4 2 4 3 3r a d o n 变换4 6 4 4 精细速度分析。：4 7 4 5 动校正叠加与叠后去噪。4 9 4 6 浅层高分辨率多道地震处理流程4 9 5 应用效果5 1 5 1 采集效果分析5 1 5 2 处理效果分析5 5 5 2 1 模拟数据5 5 5 2 2 实际资料处理5 7 6 结论及建议6 5 6 1 结论6 5 6 2 建议6 6 参考文献、6 7 致谢7 2 个人简历7 3 发表的学术论文7 3 i i 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究一 1前言 1 1课题来源 本课题来源于国家高新技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题“浅海地震资料 特殊干扰波形成机理与剔除方法( 2 0 0 6 a a 0 9 2 3 3 9 ) ”0 1 2 研究意义 近海是人类开发利用海洋活动最早，也是最频繁的地带。当前，如何有效保 护、合理利用开发海洋正是世界各国研究的热点。我国是一个海洋大国，海洋资 源丰富，合理开发和利用海洋资源有利于我国经济的快速发展。近年来，随着海 洋资源开发水平的提高，我国海洋工程建设的规模愈来愈大，结构愈来愈复杂， 对于工程建设的要求也愈加严格【卜3 1 ，尤其是港口、滨海发电厂、跨海桥梁隧道 工程【4 1 等建设项目，对基岩面的起伏形态和暗礁、风化深槽等特殊地质现象往往 有较高的勘探要求1 5 j ，对地层穿透深度的要求也越来越高。 目前，浅地层剖面和浅层高分辨率地震方法是进行海洋浅地层调查的两种主 要方法，被广泛应用于各种海洋工程项目1 6 。1 0 j 。传统的浅地层剖面( 简称浅剖) 方法【1 1 j ，虽有较高的分辨率，但穿透深度不足，受多次波干扰严重，且无法获得 有效的速度信息。而浅层高分辨率地震方法作为海洋浅地层调查最重要的方法之 一，具有快速、穿透能力强等特点，是查明第四系甚至第三系以来沉积结构与厚 度【1 2 1 、调查基岩面、判断断层存在【1 3 】的有效方法，也是了解工程区潜在灾害地 质因烈1 4 j 的主要途径。 浅层高分辨率地震包括单道地震和多道地震两种方法，其工作原理与油气地 震勘探技术相同，即人工激发的地震波，在传播过程中遇到地层界面将产生反射， 由地震仪接收并记录反射波的旅行时间。其中，单道地震由于其方法特点所限， 受环境噪声干扰大i l 引，往往达不到要求的勘探精度；多道地震不仅能克服单道的 缺点，获得比单道更为丰富的地层反射信息，而且解决了浅剖方法穿透深度不足 的问题，可以说，多道高分辨率地震是目前非常有效的一种海洋浅地层调查方法。 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究一 在我国近海区域，海底第四系地层厚度变化较大，一般为3 0 4 5 0 m 1 1 6 】，因此， 进行海洋浅层高分辨率地震调查的主要对象是海底浅部几米至几百米范围内的 地层，这一范围恰好是各种中深层油气勘探的盲区，但是对于许多选址项目中确 定基岩面埋深、查明第四纪沉积结构厚度和断层等的研究却有十分重要的意义。 目前，各种海洋浅地层调查项目对地层穿透深度的要求越来越高，对地层划 分的要求越来越详细，现行的许多方法和技术已不再适用，如何获得海底浅部几 米至几百米范围内的有效地层信息，是目前海洋工程中需要解决的关键性技术问 题。研究如何采用经济方便的海上施工方式进行多道地震数据采集，提高地层穿 透深度，获取高品质原始资料，进而利用有效的数据处理手段提高地震剖面的信 噪比和分辨率，最终建立一套适于近海浅地层调查的高分辨率多道地震采集和处 理流程，具有十分重要的现实意义。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究现状 国外的工程地震勘探研究始于2 0 世纪初。1 9 3 7 年，i j 苏联首先采用地震学的 方法进行浅部地层的试验研究，当时使用的地震仪频率较低，约为2 0 7 0 h z ，不 能满足时间读数要求，研究的结论是需要改进地震仪器。1 9 3 9 年，我国的“新科 学”杂志报导，美国人威廉( g m w i l l i a m ) 利用地震仪探测路基下的地层土质 坚硬程度来选路基。1 9 4 2 年，日本将人工地震方法用于丹那隧道、关门隧道的开 凿工程中，取得了较大成功【1 7 1 。1 9 4 6 年，t a 甘布尔采夫实现了用高频地震仪 ( 几百h z ) 进行浅部地层勘探的设想1 1 8j ，从此，工程地震勘探开始逐步应用于 工程地质领域的研究。 工程地震作为一门独立的学科产生于1 9 4 0 年术至j j l 9 5 0 年初，当时前苏联的水 利设计院和水电设计院同时在工程地质勘察中使用工程地震勘探方法，为战后国 民经济的恢复做出了极大的贡献1 1 9 】。第二次世界大战之后，一些国家的工程建设 项目大量兴起，建筑场地的勘探和结构物的动力分析等工作要求人们使用地震学 方法对地震波在地层介质中的传播速度进行测定，这为工程地震勘探的发展提供 了条件【1 7 】。随着科技的进步，工程地震勘探的内容不断丰富扩大。1 9 8 0 年，加拿 大的h u n t e r 等人使用工程地震仪进行调查，将采用“最佳窗口”技术应用于基岩 2 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究 填图，获得了成功【2 0 埘】。1 9 8 4 年，h u n t e r 等人对浅层地震方法进行了进一步研究， 指出在理想条件下，当覆盖层厚度大于2 0 m 时使用浅层地震方法可以取得很好的 探测效果【2 2 】。对于信号的处理方法，当时主要采用带通滤波和动静校正等方法， 通过选择最佳偏移距，用等偏移距的地震记录生成地震剖面，到后来发展到使用 佐普罩兹( z o e p p r i t z ) 方程，利用多种地质模型对地震波反射信号能量和相位的 变化规律进行研究，指出在某些条件下当地震波的入射角较大时，反射波的相位 会发生很大变化，这对于反射信号的测试和识别具有非常重要意义。从1 9 8 9 年到 1 9 9 1 年，美国的m i l l e r 矛l l s t e e p l e s 应用高分辨率浅层地震反射波法进行浅层地质构 造探测并取得较好效果，同时对震源选择、静校正和c d p 水平叠加等技术进行深 入研究【2 3 砣6 1 。2 0 0 0 年，美国人b a k e r 、s t e e p l e s 矛n s c h m e i s s n e r l 2 7 】又使用自动电火花 震源，在某些情况下测量出了2 m 深度范围内的纵波信号，这使得浅层地震方法 技术及其应用效果再次取得重大突破。 高分辨率地震勘探方法在早期主要用在工程地质及浅海地质调查方面。对浅 层反射来说，大地吸收并不严重，所以使用高分辨率地震勘探方法比较容易取得 成功。7 0 年代，美国西方地球物理勘探公司在为原子能工厂选择地基时使用了高 分辨率勘探的方法，发现了落差为8 1 8 m 的小断层，且后来为浅井所证实。此后， 美国的e g & g 公司在海上采用电火花作为震源研究海底的结构，在地震剖面0 3 s 的深度上，获得了主频达3 0 0 h z 的高频信号【2 8 1 。1 9 9 0 年，m c g e e 公司在为加拿大 海域做环境调查时，使用1 0 0 焦耳的u n i b o o m 电火花震源激发，采用单道模拟记 录，获得的剖面上0 0 5 s 处的主频高达2 5 0 0 h z l 2 9 l 。2 0 0 1 年，对加拿大最北部的埃 尔斯米尔岛与丹麦控制的格陵兰岛之间的纳勒斯海峡进行了多道反射地震调查， 剖面中很好地显示出了拉分构造形态【3 0 】。2 0 0 6 年，意大利实验地球物理观测站 ( o g s ) 的航船“o g s e x p l o r a ”号在南极洲的r o s s 海域用多道地震的方法进行调 查，研究南极西部冰原的演化史，获得了高分辨率的剖面1 3 1 】。2 0 0 8 年，美国地质 勘探局( u s g s ) 在加利福尼亚州卡尤斯科镇和皮斯莫比奇镇的近海区域进行高 分辨率浅层地震调查【3 翻，使用s i g2 m i l l e d , 型电火花作为震源，获得了长度大于 5 5 0 k m 的地震剖面，为其与太平洋电气公司合作的加利福尼亚州海域测绘项目和 合作开发协议( c r a d a ) 提供了大量有效的数据。 3 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究 1 3 2 国内研究现状 我国的工程地震勘探起步较晚，从7 0 年代中期才逐步开始，8 0 年代初开始大 规模系统地发展。当时由于各种工程建设的需要，先后办过一些短期培训班，培 养了一些工程地震勘探的专业人员，许多生产和科研单位也研制生产出了一批适 合于工程地震勘探的专门仪器，如声波岩石参数测定仪、矿井地震仪等。同时， 有关介绍工程地震勘探方法的书籍也随之涌现出来，1 9 8 0 年出版了岩体超声探 测技术及应用，1 9 8 2 年又出版了浅层地震勘探方法与技术【3 3 1 和地震波在 工程中的应用 3 4 - 3 5 1 等书，1 9 8 7 年刘统畏等还翻译出版了前苏联的工程地震 勘探原理【1 9 】一书。总的来说，我国工程地震勘探工作虽然起步较晚，但发展速 度却比较快。据不完全统计，到上世纪8 0 年代末，我国就已经有一百多个工程地 震勘探组织在从事工程勘察工作1 3 引。 2 0 世纪9 0 年代初期，我国开展了矿产物探方法进行工程地质勘察的工作。9 0 年代中后期，随着仪器设备的进步，交叉学科相互渗透，石油勘探中使用的地震 勘探方法，海军常用的旁侧声纳、海磁、雷达，航运部门使用的浅地层剖面等地 球物理方法均在工程地质勘察中得以应用，工程物探的专业化程度越来越高【3 6 】。 进入2 1 世纪后，随着国家对海洋资源的重视程度越来越高，各种海洋地质工程建 设也日益增多。目前，海洋工程勘探中两种主要的浅层剖面探测的方法是浅地层 剖面法和浅层高分辨率地震方法【1 。我国于上世纪7 0 年代初开始研制浅地层剖面 仪，并制成了第一批产品。8 0 年代起逐渐引进国外新产品用于中国大陆架勘察。 浅剖主要适于探测海底沉积结构和地层变化的界面信息，广泛用于海洋地质研究 的诸多领域，与其他方法相比，突出表现在成本低、效率高，而且测量所获取的 声学记录剖面在形态上往往与地质剖面接近1 3 7 j 。 高分辨率地震勘探能够获取具有高信噪比、高分辨率和高保真度的“三高” 地震资料，与浅剖方法相比，有较高的激发能量，具有快速、穿透能力强的特点， 被广泛应用于港口、桥梁、石化基地等工程项目的地质勘察。我国海上高分辨率 地震是2 0 世纪9 0 年代初开始立项研究的，到现在已经有四十多年的应用历史了。 “九五”期问得到国家“8 6 3 ”计划资助，成为“8 6 3 ”计划重大项目的课题之一。 从1 9 9 4 年至u 1 9 9 6 年，中国海洋石油总公司在海上高分辨率地震勘探方面做了大量 的研究和试验工作，获得了较好的中深层高分辨率地震资料，为寻找海上油气田 4 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究 发挥了重要作用。1 9 9 6 年至u 1 9 9 9 年，中海油南海西部公司运用高分辨率地震勘探 在莺歌海盆地和琼东南盆地寻找油气田取得了令人可喜的成绩【3 8 锕】。2 0 0 1 年， 海洋石油总公司何汉漪等人研究的海上高分辨率地震技术，将地震资料的频谱从 1 0 5 0 h z 左右增加到1 0 1 0 0 h z ，勘探深度达到双程旅行时2 7 3 0 s ，频率域的信 息量增加了一倍型矧。 在我国，高分辨率地震勘探在海洋浅地层调查方面的应用还相对较少，尤其 是多道地震应用比较少。1 9 9 1 年至u 1 9 9 4 年，浙江省曾进行多次浅层高分辨率地震 勘探，调查了浙江嵊泗列岛附近长江古河道的位置和展布形态【4 ，为进行淡水资 源调查提供了大量宝贵资料。1 9 9 6 年，浙江舟山市又在建造定海岛与朱家尖岛问 的海峡大桥时，应用浅层多道地震方法进行桥址的地球物理勘查，为工程选址提 供了科学依据1 4 2 1 。到本世纪初，浅层高分辨率地震方法在工程调查的各个方面都 有广泛的应用，如滑坡勘察【4 3 】、墩身检测【删以及测量水电站进水口淤泥厚度f 4 5 】 等。2 0 0 7 年，在香港海域沉积结构勘查中，曾应用高分辨率单道地震技术获得了 高品质的地震剖面m 】。2 0 0 8 年，在舟山市普陀区连岛工程的可行性研究阶段应用 了小道距高分辨率多道地震的方法，取得了较好的效果【1 5 】。与常规地震勘探方法 相比，浅层高分辨率多道地震勘探方法能够查明地下5 0 0 1 0 0 0 m 深度范围内的浅 薄层状地层和一些小型构划4 7 1 ，有效识别某些薄层状地层、小断层、赋存于浅部 地层中的有用矿层以及某些由新构造运动产生的地质构造痕迹。 与此同时，随着科技的进步，地震仪器不断向前发展，进而不断提升地震勘 探精度。自2 0 世纪3 0 年代到现在，地震勘探技术已经走过近9 0 年的历程，从模拟 光点地震仪( 1 9 3 2 年) 、模拟磁带地震仪( 1 9 5 2 年) 到数字地震仪( 1 9 6 0 年) ， 地震勘探技术开始进入数字时代。到上世纪7 0 年代，瞬时浮点技术被应用于地震 勘探仪器领域，标志着地震勘探技术真正进入了快速发展的数字时代，这一时期 得到广泛使用的地震勘探仪器是美国产的d f s v 、法国产的s n 3 3 8 及国产的 s d z 7 5 1 等集中式数字地震仪。从8 0 年代末到9 0 年代初，三维地震勘探技术的迅 猛发展促进了分布式多道遥测地震仪的出现，其代表仪器为法国s e r c e l 公司生产 的s n 3 6 8 和美国i 0 公司生产的s y s t e m o n e 等仪器。目前普遍开展高分辨率地 震勘探，使用的是2 4 位s d 型遥测地震仪，代表仪器为美国i o 公司生产的 s y s t e m t w o 、s y s t e m 一2 0 0 0 ，美国s e i s m i cs o u r c e 公司生产的d a o l i n k i i 浅层 地震仪系统，美国l a u r e l 公司生产的q 系统和法国s e r c e l 公司生产的s n 3 8 8 和 5 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究 一 4 0 8 u l 等【4 8 1 。 近几年，国内包括中国科学院、国家海洋局、国土资源部、中国海洋大学等 一些科研院所和高校，利用先进的仪器和设备，对近海浅层区域的高分辨率多道 地震技术进行了一定的研究，但尚不深入。 1 3 3 近海浅层地震勘探的难点 通过国内外研究现状，可以发现目前浅层地震勘探方法存在以下几点不足： ( 1 ) 常规浅层地震方法使用的震源能量较弱，无法查明埋藏较深的基岩面， 对于要求一定穿透深度的工程项目( 如港口、桥梁等) ，常常无法满足其对穿透 深度的要求； ( 2 ) 传统的单道地震技术受其方法特点所限，采集精度较低，受环境噪声 干扰大，并且资料的后处理手段相对较少，无法获得有效的地层速度信息； ( 3 ) 常规海上多道地震采集方式，多数采用的道间距较大，排列较长，海 上施工不方便也不经济，尤其对渔场和岛屿分布较多的海域，施工难度大，获得 的原始资料品质相对较差； ( 4 ) 对于海洋地震资料中的多次波等干扰严重的问题，目前常用的浅层地 震数据处理方法尚不完善。 针对上述问题，本论文对浅层高分辨率多道地震的采集和处理方法进行研 究，对震源和水听器的选择、海上观测方式、后续数据处理方法等问题进行深入 讨论，提出一种适于近海浅地层调查的野外采集方案，同时研究多次波等干扰的 压制方法，力求通过研究，获取高分辨率高信噪比的剖面。 1 4 研究内容 本文根据浅层高分辨率地震勘探的基本原理，研究采集和处理过程中提高信 噪比和分辨率的有效方法，进而提出了一套适用于近海浅地层调查的高分辨率地 震采集和处理方法。本论文的主要研究内容有： ( 1 ) 对浅层高分辨率地震勘探的理论进行研究； ( 2 ) 针对近海工程对地层目标的一般要求，从影响分辨率的采集因素出发， 对提高地层穿透深度和原始资料品质的高分辨率采集方法进行研究，同时利用正 6 近海浅层高分辨率多道地震采集与处理方法研究 演模拟对采集参数进行选择论证，研究最佳采集方案； ( 3 ) 研究近海浅层资料的高分辨率处理方法，针对海洋浅地层勘探中受多 次波等干扰严重的问题，结合理论模拟和实际资料，重点研究海洋浅地层中存在 的多次波的类型特征及其压制方法，利用精细速度分析方法，研究获取准确地层 速度信息的方法，为提高资料的信噪比，研究去除资料中几种特殊噪音干扰( 如 邻船、岛礁等) 的处理方法； ( 4 ) 将本文研究的采集处理方法用于我国南海某海域浅地层资料的实际工 作中，取得了显著的效果。 本文主要由五部分组成： 第一部分阐述了浅层高分辨率地震采集和处理方法研究的重要意义，包括国 内外工程地震勘探的发展现状，目前近海浅层地震勘探存在的问题，论文研究内 容、技术路线及主要创新点；第二部分讲述了浅层高分辨率地震勘探的基本原理， 包括浅层的定义，分辨率的概念以及影响浅层分辨率的主要因素；第三部分研究 了海上浅层高分辨率多道地震数据采集的激发、接收系统及观测方式，并结合模 型资料，对观测系统参数进行选择论证；第四部分，研究了近海浅层区域高分辨 率多道地震数据的处理方法，包括噪音衰减、多次波压制技术、精细速度分析等； 第五部分，应用实例，主要是对一实际资料进行效果分析；最后为结论和建议。 1 5 技术路线 本文主要研究浅层高分辨率多道地震的采集和处理方法，为确保论文研究能 够达到预期的目标，所采用的主要技术路线有： ( 1 ) 根据近海工程对地层目标的一般要求，结合影响分辨率的采集因素， 优选震源和水听器等采集仪器，设计合理的海上观测方式； ( 2 ) 利用正演模拟数据，对浅层高分辨率多道地震采集的观测系统进行参 数选取和论证； ( 3 ) 利用多道地震的优势，运用在油气勘探领域已较为成熟的噪音衰减方 法、多次波压制技术和精细速度分析手段等，研究近海浅层区域多道地震数据处 理的一般流程，并结合实际资料进行分析； ( 4 ) 将所研究的高分辨率多道地震采集处理方法