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海洋地震勘探直达波综合效应分析 伍忠良 曾宪军 陆敬安 广州海洋地质调查局 广东广州 510760 摘 要 海洋高分辨率地震调查主要受震源系统 接收系统 缆源的调谐组合技术 地震记录系统和野外作业条 件的影响 缆源的调谐组合技术是整个方法研究最为关键的环节之一 通过对 电缆 震源的沉放深度 等野外 参数的合理组合 达到最理想的勘探效果 受地震勘探中 鬼波效应 的影响 缆源的调谐组合参数与地震系统 的接收频率直接相关 对地震调查资料影响很大 文中从地震系统的滤波效应 直达波与鬼波传播路径及时间差 及野外资料的处理对比和理论计算 分析了直达波和鬼波的综合效应 结果表明理论与实际资料在陷波点及幅频 特性方面非常一致 研究结果在 海洋天然气水合物调查 项目中得到了应用 对缆源沉放深度的确定具有一定 的指导意义 关键词 地震勘探 直达波 鬼波 中图分类号 P315161 文献标识码 A 文章编号 100322029 2006 0120111204 1 理论分析 111 滤波效应分析 地震接收道和震源都具有一定几何尺寸 不同地震系 统对地震波的频率响应具有一定的差异 加上系统对地震 波的滤波作用的不同 因而使地震波在接收上存在时间差 上述效应称为滤波效应 地震波传播在 时空 转换上存在 一定的对应关系 1 因此 滤波效应产生的时间差在几何图 上表现为一定长度的 图1为滤波效应示意图 由于地震 波最初以 模拟信号 的方式被地震系统接收 在转换成 数值信号 之前 受到 传播路径衰减 前放方式 系统模数转换方式 等因素的影响 对地震波产生滤波效 应 使接收波形发生畸变 不同地震系统由于滤波效应的作 图1 滤波效应示意图 收稿日期 2005209228 基金 项 目 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 863 资 助 项 目 2003AA 611020 01 1 用 存在不同响应时间 其对应的几何长度用 表示 112 直达波与 鬼波 传播路径差 设震源和电缆沉放深度分别为d和d 偏移距为O 直 达波的传播路径分别为D1和D2 传播路径的时间差为 D 如图2 图3所示 根据几何关系 得出如下计算公式 D d d 2 o2 d d 2 o2 图2 直达波与 鬼波 传播路径示意图 1 图3 直达波与 鬼波 传播路径示意图 2 113 传播时间差 设震源子波在海水中的传播速度为v 直达波 海面虚 第25卷 第1期 2006年3月 海 洋 技 术 OCEAN TECHNOLOGY Vol125 No11 M arch 2006 反射传播路径的时间差为 t 当震源 电缆沉放深度不同 时 分两种情况进行分析 2 如图2 3所示 设震源沉放 深度为d 电缆沉放深度为d 无论d d 还是d d 最终 表达式均为 t d d 2 o2 d d 2 o2 v 1 114 震源子波与鬼波合成 设震源子波的持续时间为T 当 t T 震源子波 与 鬼波 产生合成效果 下面对其合成效果进行理论推导 1 地震子波通用表达式 g t G f ej2 f tdf 2 G f A f ej t G f ej2 f t A f ej2 f tej t A f ej 2 f t t 上面三个表达式的含义为 根据傅立叶 Fourier 变换 理论 任何一个非周期的脉冲振动g t 均可以用频率f的 函数表示 其中t表示时间 f表示频率 G f 称为频谱 一 般表示成复变函数的形式 其物理意义为 任何一个非周期 振动g t 是由无限多个不同频率 不同振幅的谐和振动G f ej2 f t之和构成 其中A f 表示每一个谐和振动分量的 振幅 称之为振幅谱 t 为每一个谐和振动分量的初始相 位 称之为相位谱 2 直达波与 鬼波 合成 设R0为反射界面 水面 的反射系数 S1 S2为沿路径 D1 D2传播的在频率f处的谐和振动分量 S为S1 S2振动 分量之和的合成效应 总效应为S 则存在如下关系 S S1 S2 A f ej 2 f t t A f R0ej 2 f t t t t A f ej 2 f t t 1 R0ej2 f t 3 震源在频率f处的分量为S0 S0 A f ej 2 f t t 3 信号比值A A A S A S0 A f ej 2 f t t 1 R0ej2 f t A f ej 2 f t t 1 R0ej2 f t 1 R0 cos 2 f t jsin 2 f t 4 4 信号幅度比值A a Aa 1 2R0cos 2 f t R 2 0 表示成分贝形式并归一化处理后的比值为AdB AdB 20lg Aa max Aa 20lg 1 2R0cos 2 f t R 2 0 1 R0 5 5 衰减量的近似公式 地震波在水中或其它介质中传播时 其幅值衰减以dB 表示 遵从下面规律 Adr k020lg D a f 其中a f kf k 则 Adr k020lg D kf k 式中 Adr表示地震波衰减幅度 D表示传播距离 a f 表示与频率成正比的衰减量 k为斜率 k 表示衰减方程的 截距 k0表示不同震源子波在不同的介质中传播的衰减常 数 将 t用偏移距O和缆 源沉放深度表示 设最终幅值比 为Adr 则存在如下关系 Adr AdB Adr 20lg 1 2R0cos 2 f t R 2 0 1 R0 Adr 20lg 1 2R0cos 2 f t R 2 0 1 R0 k020lg 2O D 2 k f k 20lg 1 2R0cos 2 f t R 2 0 1 R0 k020lg 2O d d 2 o2 d d 2 o2 2 k f k 6 6 振幅比的相对值AdrR 振幅的相对强弱关系用AdrR表示 一般舍去常数项 然 后使M A X Adr 0 而k020lg 2O d d 2 o2 d d 2 o2 2 k020lgO为一常数 则 AdrR 20lg 1 2R0cos 2 f t R 2 0 1 R0 k f k k 为待定常数 由于R0为负值 故当cos 2 f t 1时取得最大值 即2 f t f 1 2 t v 2 d d 2 o2 d d 2 o2 时 AdrB取得最大值 则 k k v 2 d d 2 o2 d d 2 o2 式中 v为介质速度 k为衰减斜率 则存在如下关系 AdrR 20lg 1 2R0cos 2 f t R 2 0 1 R0 k f k v 2 d d 2 o2 d d 2 o2 7 7 系统滤波效应影响 由于接收道和震源都具有一定几何尺寸 在系统的滤 波效应作用下 信号响应点 在几何图上表现为一定长度 的 计算时 应该综合考虑 如图4所示 又假设水面的反射系数为R0 最终结果可以用下式表 示 AdrR 20lg 1 2R0cos 2 f t R 2 0 1 R0 k f k v 2 d d 2 O G 2 L 2 2 d d 2 O G 2 L 2 2 211 海 洋 技 术 第25卷 图4 震源 地震接收道几何尺寸示意图 d d1 d2 d d 2 O G 2 L 2 2 d d 2 O G 2 L 2 2 t d v 8 式中 为一常数 该因素与具体地震系统有关 K是衰减 常数 与频率和系统响应有关 G为道长度 L为震源长度 2 直达波综合效应 的计算机模拟资料与 实际采集资料的对比 采用不同的地震系统在南海北部某海域进行天然气水 合物调查时 3 经过多次实验 并对实验结果分析对比 证 明了理论计算的正确性 4 直达波的分析可以提供三个因 素 道长G 震源尺寸L 响应点 这三个参数是分析 地震 波与鬼波的综合效应 的基本参量 211 I O M SX系统所采集的直达波资料 图5为I O M SX系统所采集资料的直达波综合效应 图 近道 采集参数为 192道 道间距1215 m G 炮间距 25 m 偏移距150m O 震源沉放深度2 m 电缆沉放深度 3 m 震源为211 m 2 m的160Cu1in的点震源系统 L 211m 衰减常数K 经验值为 01115 对于M SX系统 取值为 0 通过实验资料获取 图5 M SX系统采集的 直达波综合效应 图 Cgg软件分析 图6为计算机模拟的 直达波综合效应 图 图6 M SX系统 直达波综合效应 图 计算机模拟 比较图5与图6 第一陷波点与幅频特性基本一致 200 Hz以后的频率是非真实的震源激发频率 主要是因为 M SX系统前放响应方式不同所致 证明了理论推算的正确 性 212 OYO DA S21系统所采集的直达波资料 图7为OYO DA S21系统所采集资料的直达波综合效 应图 近道 采集参数为 96道 道间距1215m G 炮间距 25 m 偏移距125 m O 采样率015 m s 震源沉放深度2 m 电缆沉放深度3 m 震源为211 m 2 m的160Cu1in的 点震源系统 L 211 m 衰减常数K 经验值为 01115 对于OYO DA S21系统 取值为115625 1 8道长 通过 实验资料获取 图7 DA S21系统采集的 直达波综合效应 图 Cgg软件分析 图8 DA S21系统 直达波综合效应 图 计算机模拟 比较图7与图8 所有陷波点与幅频特性一致 与野外 实验资料吻合得很好 311 第1期 伍忠良等 海洋地震勘探直达波综合效应分析 3 结论 通过对直达波的计算机模拟和实际资料对比 证明了 理论推导的正确性 其结果对分析地震波和鬼波的综合效 应具有指导意义 参考文献 1 牛滨华 孙春岩 编著 1 半空间介质与地震波传播 M 1 北京 石油工业出版社 20021 2 王维佳 1 海底多分量中的直达波 鬼波及水柱混响 J 1 石油地球物理勘探 2002 36 1 72 771 3 张光学 黄永样 陈邦彦主编 1 海域天然气水合物地震学 M 1 北京 海洋出版社 20031 4 张明 伍忠良 1 天然气水合物BSR的识别与地震勘探频率 J 1 海洋学报 2004 26 4 80 881 The Synthetic A nalysis of the D irect A rrival in M arine Seism ic Survey WU Zhong liang ZEN G Xian2jun LU Jing2an Guangzhou M arine Geolog ical S urvey Guangzhou 510760 Abstract The high resolution marine seism ic survey is seriously affected by the energy source receiver system the combina2 tion of streamer and sources the recording system and the field conditions Among them the suitable combination of streamer and sources is one of the key factors By reasonable combination the opti mum survey result can be obtained Due to the effect of ghost refection the position of streamer and sources is closely related to the receiver frequency of the seism ic system s and puts great effect on the survey data From the point of filtering the path and traveling ti me difference between direct arrival and ghost reflection and comparison of the field data w ith theoretical result the paper presents the synthetic effect of direct arrival and ghost reflection It is presented that the frequency notch and spectrum for both theoretical and field data are the same Key words Seism ic survey D irect arrival Ghost reflection 上接第110页 Blanking Optim izing and Error Control of Data Processing for Low ered A coustic Doppler Current Profiler X I ON G Xue2jun HU Xiao2m in YU Fei J I AO Yu2tian F irst Institute of Oceanog raphy SOA Q ingdao 266061 Abstract For i mproving the technology of measurement and the data post2processing of Lowered A coustic Doppler Current Profiler LADCP the blanking length is opti m ized and the data q