非零偏移距声地层剖面多次波的时距分析及压制示例.docx

1、第41卷增刊2011年3月中国海洋大学学报PERIODICALOFOCEANUNIVERSITYOFCHINA非零偏移距声地层剖面多次波的时距分析及压制示例收稿日期；2011-05-25,修订日期作者简介：王照伟(1984-),女.硕士生，E-tnaiI:通讯作*.E-mail:xtwang王鹏伽2.王修田1.漕(中国海洋大学1海洋地球科学学院,乙海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东育岛266ioo)摘要：签于对符合二维观洌的模型中非零偏移距全程多次波时距关系的理论分析可知：无论地下反射界面为水平的还是倾斜的，非零偏移距的全程次多次波的旅行时总是小于相应一次波旅行时的倍，但非零偏移距与零偏

2、移距全程多次波的时距差异.随偏移距的增大而增大.而随探测深度的增大而减小；基于该理论分析结论.对在零偏移距假设下计算的多次波旅行时先行调整.使其与非零偏移距的多次波旅行时相对应后再进行压制处理.可获得更高质量的声地层剖面关键词：非零偏移距声地层剖面；全程多次波；非零偏移距多次波时距特征中图法分类号：P631.4文献标志码：A文章编号：1672-5174(2011)05II-324-08声地层剖面测量，一般使用单道浅地层剖面仪F,是海洋浅地层地质地球物理调查的重要手段之一因具有分辨率高经济高效及操作简单等优点.近年来声地层剖面测量已被广泛应用于海洋科学研究国民经济建设国家领土安全及国家海洋权益等

3、各不方面国内外辜者对声地层剖面进行了大量的研究工作«,JonathanMBull»RoryQuinnJustinKDix对声波反射系数的计算进行了研究并将其应用于考古学研究中，吕国涛应用边缘检测与均滑处理对声地层剖面中分层不清晰的状况进行了改善.rHaynes.刘秀娟罗进华等用不同的滤波方法对声地层剖面中'的风浪变形涌浪效应进行了校正探索3】，刘金俊赵铁虎等对声地层剖面中地层厚度失真的问题进'行了分析SunilKAddya、IRStevenson.AGarcitrGarcia、潘国富、庄杰枣、季文雷等对声地层剖面中的信号识别、解释等进行了研究US5。然而.对

4、声地层剖面进行整体的系统性处理尚处于起步阶段.目前声地层剖面探测还缺少相应的后续数据处理配套技术.各专业厂家提供的声地层剖面处理软件.一般只能进行增益控制、频谱分析与带通滤波等简单处理因受野外施工条醇的限制及强波阻抗界面等因素的影响.声地层剖面中经常存在着大量多次反射波，其能量一般很强且分布广泛，往往会掩盖一次反射的有效信号.若不对其进行有效压制.极易导致错误的地质解释.而常规的后处理一般解决不了声地层剖面中存在的多次波问题目前.多次波压制方法主要基于多次波的周期性、其与一次波的视速度差异或波动理论基于多次波周期性的传统预测反褶积技术对周期性较好的短周期多次波可获得理想的多次波压制效果

5、4;.但声地层剖面采集频率很高.导致多次波相对周期较长.因而传统的预测反褶积难以得到好的压制效果：基于视速度差异的多次波压制方法多是在共中心点道集上进行处理1B23,只有多道记录能够体现出信号在横向上的相干程度或信号的视速度.而声地层剖面多为单道接收，因此.通常无法应用这类方法消除声地层剖面中的多次波：基于波动理论的多次波压制方法.尤其是SRME方法If,要求输入的为包含零偏移距道的多道记录.因此难以用于非零偏移距的单道声地层剖面的多次波压制显然.正是声地层剖面目前的单道采集方式及其高采集频率.导致了常规多次波压制方法的失效而若要进行声地层剖面多次波的压制处理.只能考虑在单道剖面上奏效的压制技

6、术如果声地层剖面可近似为一个自激自收的零偏移距剖面.则可直接根据mbp软件系统28提供的相关模块在声地层剖面上追踪识别出多次波.进而通过基于模型的变周期预测反褶积技术对其进行压制然而声地层剖面往往是一个具有一定偏移距的单道浅层剖面.此时即使水平界面的全程次多次波旅行时也不再等于其所对应的一次波旅行时的倍.因此不能简单地将其等同于一个零偏移距的地震剖面而直接对多次波进行压制处理本文对符合二维观测的非零偏移距全程多次波时距关系进行了系统的理论分析.总结出非零偏移距的声地层剖面与零偏移距剖面中多次波时距特征的不同点，得出了对声地层剖面多次波压制处理具有指导意义的结论.并给出了一种在非零偏移距的声地层

7、剖面中衰减多次波的思路和成功示例O声地层剖面中多次波的主要类型根据反射界面类型及传播路径.可将声地层剖面中的多次波分为海底全程多次波深部强反射界面的全程多次波及层间多次波3类.带其它类型的多次波可视为基于这3种类型的组合1.1海底的全程多次波因海面近于自由界面.而海底通常为较强的波阻抗界面，声波信号可在上述2个界面间发生多次反射.其所形成的多次波即为海底的全程多次波这种类型的多次波能量较强.且通常具有较为明显的周期性.如图所示A声膝冲接收位置Locationoftheacousticreceiver图海底的全程多次波示意图Fig.1TheloT）g-pathmultiplesoftheseaf

8、loor1.2深部强波阻抗界面的全程多次波从海底之下的某深部强波阻抗界面返回的一次波在海面上发生反射并向下传播.然后在同一界面反射并返回海面.如此往返多次形成的多次波即为该波阻抗界面的全程多次波（见图2）。由于至少在同一深部界面上发生了2次反射.因k其振幅的强弱主要取决于这个界面的反射系数海曲Seasurface海底Seafloor反射界而ReflectorV声豚冲发射位罟LocationoftheacousticsourceAJ*1昧淖接收位罟Locationoftheacousticreceiver图2深部强波阻抗界面的全程多次波示意图Eig.2Thelong-pathtnultiples

9、ofadeepreflectorwithsirongacousticimpedance1.3层间多次波在海底之下某深部地层中多次震荡形成的多次波称为层间多次波（见图3）。形成这种类型多次波的条件为该地层顶底界面均为强波阻抗界面海面Seasurface海底Seanow反射界面IRctlixiwI配射界面2Renector2V声冲发射位置LocationoftheacousticsourceA由咏冲接收位置Locationoftheacousticrecover图3层间多次波示意图Fig.3Theinterbednnihiplcs对于浅地层探测来说.由于海底通常为较强的波阻抗界面.而在海底与基岩之

10、间的地层多为松散”地层.因此一般情况下声地层剖面上的多次波以海底的全程多次波为主02声地层剖面中全程多次波的时距关系在单道声地层剖面探测中.一般总是将激发点与接收点置于同一个水平面上就激发点与接收点的相对位置而言.其可分为收发合置与收发分置2种野外信息采集方式在收发合置方式下激发点与接收点可视为处于同一位置.由此所采集的声地层剖面即为一个零偏移距剖面：在收发分置方式下激发点与接收点之间将存在着一定的偏移距.当偏移距很小或地层较深时可忽略掉偏移距的影响而仍可将所采集的声地层剖面近似为|个零偏移距剖面.但当偏移距较大或地层较浅时忽略掉偏移距的影响将会造成较大的误差.此时所采集的声地层剖面不能简单地

11、近似为|个零偏移距剖面.而是个具有一定偏移距的单道声地层剖面对于收发合置方式下符合二维观测的零偏移距声地层剖面而言.多次波与一次波的时距关系与地震勘探中自激自收时的结论一致.其主要内容可概括为：来自地下同一水平界面的全程次多次波的旅行时等于一次反射波旅行时的倍：来自地下倾角为°的同一倾斜界面的全程次多浪波的旅行时与一次反射波旅行时具有固定的比例关系（即鱼1地）其视倾ksin（9）角也与一次反射波的视倾角成固定比例关系（一般近似为倍）。收发分置是声地层剖面探测时常用的野外信息采集方式为叙述方便起见.将信号发射系统与信号接收系统的组合简称为收发排列.其代表了激发点与接收点（二者一般位于同

12、1个水平面上）的连线方向在实际的探测中收发分置方式一般又可分为.，种常用ia的模式：（1）激发与接收器分别位于测量船的两侧,即收发排列与测线方向垂直：（2）激发与接收器均沿船行方向前后布置即收发排列与测线方向一致以下Q将针对这2种观测模式.就符合二维观测的全程多次波时距关紊展开讨论2.1收发分置时水平界面全程多次波时距关系当地下界面为水平界面时.无论是收发排列与测线方向垂直（见图|）还是收发昴列与洌线方向一致（见图5）.-次波与全程多次波均在过收发排列的铅垂面上传播在图4（或图5）中,s与r分别代表收发排列所在的观测平面（为简单起见.设其为海水面）与地下反射界面.设两界面间的距离为/,（即反射

13、界面深度为/,）；o与S分别代表激发点与接收点.两者之间的偏移距M=d.而M为其中点位置图收发排列与测线垂直时的观测示意图(地下界面为水平界面)Fig.4Anobservationdiagramwhenthesourec-receiverlayoutisperpendiculartolhelineorientation(Thesub-interfaceishorizontal)测线方向LineOrientation图5收发排列与测线方向一致时的观测示意图（地下界面为水平界面）Fig.5Anobservationdiagramwhenthesourec-receiverlayoutisalong

14、thelineorientation（Thesub-interfaceishorizontal）设声波信号由O点出发.在界面r上的P点发生反射.然后传播至S点根据简单的几何关系.容易得到由条发点o出发至接收点s的一次波旅行商为4=号加+号）2（1）式中.%,表示观测界面以上介质的声速现考虑全程二次多次波的时距关系.其传播路径示意于图6.其中AJi为界面厂上的2个反射点.从激发点°出发的全程三次多次波经人、和0点反射后抵达接收点S。容易得出全程二次蓝次波的旅行时为M+申推广至全程次多次波.可得出全程次多次波的旅行时为夺龙+专（=2.3.4,.）图6全程二次多次波传播路径示意图Fig.6

15、Thepropagationpathofthe2"orderlong-pathmultiple为考察全程次多次波的旅行时与一次波旅行时之间的关系.设人与倍一次波旅行时，小的比值为人根据式（1）及/,则得/甲+（第2土=她一（”=2.3.4.）（4）由式（4）可知.因/>0,在N2时g恒小于§.则2n2必有义恒小于1.即此时界面的全程次多次波旅行时总小于其所对应一次波旅行时的倍.但对于给定的偏移距d和不变的反射界面深度人.全程次多次波的旅行时与一次反射波旅行时仍具有固定的比例关系现分析人随偏移距d与反射界面深度人的变化规律将式（4）进一步整理.可得(5)令(6)则式（5

16、）化为/4疽+妒分析式（7）可知.当龙-o时.a>1；而当4-oo时,上以值越大则人值越小；当为（0.+8）时.恒有人小于1.即，“总小于，心。由于T，进一步分析可知：菖反射界面深度力一定时卫值随偏移距"的增大而增大.而,1值则越来越小于1.表示与布的差异逐渐变大图7给出的全程2次多次场的人随4变化的曲线验证了这一结论6MU-二。ARHUAHEPd£JOWulf乌-elopM-2VE=节>£Q&=nEqsd&uo一。-2Cpcz0-Eocssw-0.51.01.52.02.5303.54.04.550佩移距与界而深度的比佰Fherati

17、oofoffsettodqHh/k图7全程2次多次波入随k变化的曲线（水平反射界面）Fig.7AvariationcurveofAwithkofthe2"orderlong-pathmultiple（horizontalreflector）当偏移距"一定时”值随反射界面深度力的增大而减小.而入值则越来越接近于1.L与，心的差异逐渐变小。图8给出了取v=i500m/s.偏移距d=20m时，“与W随界面深度力变化的示例.其中实线表示一次波或全程次多次波的旅行时随界面深度的变化关系.而虚线则为倍一次波旅行时随界面深度变化的曲线综上所述.当地下反射界面为水平界面时.对于具有一定偏移

18、距的单道声地层剖面.全程次多次波的旅行时与一次反射波旅行时仍具曷固定的比例关系.但总是小于相应一次波旅行时的倍：两者的差异随偏移距的增大而增大.但随反射界面深度的增大而减小2.9收发分置时倾斜界面全程多次波时距关系当地下界面为倾斜界面时.则对于符合二维观测的全程多次波来讲也可分为两种情况.即收发排列与测线及界面倾向均一致（见图9）.或收发排列与界面倾向一致但与测线方向垂直（见图l（）c此时对于同一偏移距的收发排列来讲.一次波与全程多次波也均在过收发排列的铅垂面上传播但对于前者.测线的不同位置将对应着不同的一次波或多次波旅行时：而对于后者.因为测线与地下构造的走向重合.所以唐点对应的一次波旅行时

19、或多次波旅行时均是不变的.这一般应是实际野外观测时尽量避免的情况下面仅以前者的激发点位于界面上倾方向（即图9所示）为例分析全程多次波的时距关系测线万向LineOnentaiion350010IS2025303540界向深ftDepths0000505Gs1122TAEMca-Q举图9收发排列与测线及界面倾向均一致时的观测示意图（地下界面为倾斜界面）Fig.9Anobservationdiagramwhenthesource-receiverlayoutisalongboththelineandthedipdirection（Thesulrinterfaceisadippingiulerface

20、）（实线表示一次波或全程”次多次波的旅行时随界面深度的变化关系，而虚皱则为倍一次波旅行时随界面深度变化的Thesolidlineisthetraveltimevariationoftheprimarywaveorthenthorderlongn>athmultiplewithdepth,andthedashedlinethevariationofntimesoftheprimarywavetraveltimewithdepth.）图8”与归随界面深度力变化示例Fig.8Thevariaiionoft&withinterfacedepth图0收发排列与界面倾向一致但与测线垂直时的观

21、测示意图（地下界面为倾斜界面）Fig.10Auobservationdiagramwhenthesource-receiverlayoutisalongthedipdirectionbinpcr|x?ndiculartothelineorientation（Thesulrintcrfaccisaclippinginterface）在图9中与,分别代表收发排列所在的观测平面（为简单起见.设其为海水面）和地下反射界面.设反射界面，.与水平面的夹角大小为8.0与S分别代表激发点与接收点.两者之间的偏移距os=d,激发点°至反射界面的法线深度为而叭显然.此时的多次波传播规律可以视为多道地震观

22、测时的一个特例.因此将多道地震中一次波和全程多次波时距曲线璀的偏移距均固定为j.即可得到具有一定偏移距的单道声地层剖面中一次波与全程次多次波的旅行时分别为11(o)vT*零+版等奇(=2,3.4.)(9)其中”表示观测界面,.以上介质的声速与多道地震倾斜界面时的情况类似.由于等效界面的倾角湖不能大于90(°).因而在具有一定偏移距的单道声地层削面中多次波的次数也不能是任意的类似于水平反射界面的情况.为考察全程次多次波的旅行时与一次波旅行时之间的关系.设与倍一次波旅行时，心的比值为人.并令则根据式(8)与(9)可得Lsin'(泌)|sin'(泌)Vsin%siMk-Yk

23、2nt1nx/444sin<?kk24.)(=2,3.(10)分析式(10)可知.的最大值为迎Wlvi；当虹*nsin()、'。时有人A迎缥：当A'，+oc时.有AJ-；当£6(0.+8).恒有AVI成立.即总有成立.亦即倾斜界面的全程次多次波旅行时总小于其所对应一次波旅行时的倍；对于给定的偏移距当沿界面上倾方向观测时.界面法线深度人将逐渐变小值逐渐增大.从而使得义值越来越小于应M业.表示由偏移距j造sin(0)成的差异性影响逐渐变大：反之.当沿界面下倾方向观测时.界面法线深度将逐渐变大.则对于给定的偏移距以4值逐渐变小.从而使得人值越来越趋向于血(仞表示由偏移

24、距"造成的差异性影响逐渐变sin(。)小图1以全程二次多次波为例给出了界面倾角为20；。)情况下久随龙变化的曲线显然.由于在倾斜界面情况下不同的观测点将具有不同的法线深度力.即使固定了偏移距也将对应不同的4值.从而使得义为一个处处变化的量由此可以推断.不同于零偏移距的情况在非零偏移距的声P§MrtMcflE-cda-sJOSOEMEqnopo-s卷=IuAe-id-Mss-scd.suo-J8JCpscJQ。二BJuqJLsmwM骸罢集Z坞mt赠务必地层剖面上.倾斜界面的全程多次波的旅行时与一次反射波旅行时不再具有固定的比例关系.因而其在时间域的视倾角也不再与一次反射波的视

25、倾角成固定比例关系O1.000.201°00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0侗移左'j界I印法找深度的比伯TheratioofofFsettonormaldepth-k图|全程二次多次波义随上变化的曲线(界面倾角。为20(°)Fig.11AvariationcurveofAwithkofthe2"orderlong-pathmultiple(Thedipofthereflectoris20()综合收发分置方式下符合二维观测的水平界面与倾斜界面两种情况的分析结果.可得出如下结论：当地下反射界面为

26、水平界面时.非零偏移距的全程次多次波的旅行时与一次反射波的旅行时仍具有固定的比例关系.但其总是小于相应一次波旅行时的倍；当地下反射界面为倾斜界面时.非零偏移距的全程次多次波的旅行时与一次反射波的旅行时不再具有固定的比例关系.因而其在时间域的视倾角也不再与一次反射波的视倾角成固定的比例关系：非零偏移距与零偏移距全程次多次波的时距差异:随偏移距的增大而增大但随探测深度的增大而减小.3多次波同相轴的追踪调整与压制效果由以上分析可知.如果按照常规的零偏移距模型追踪多次波同相轴.则理论追踪结果必然与非零偏移距剖面上的多次波同相轴存在差异.从而导致压制效果变差但同时也可看出.只有在偏移距较大的情况下.非零

27、偏移距与零偏移距的多次波才显示出较为明显的时距差异.且这种差异将随探测深度的增大而减小因此对于较小偏移距的声地层剖面.仍可先按零偏移距的假设根据MRP软件系统】2睨提供的基于模型的多次波追踪识别技术在声地层剖面上追踪识别出多次波同相轴的位置.再结合理论指导对计算的旅行时进行调整.使其与实际非零偏移距的多次波旅行时相对应.从而可直接应用软件系统中基于模型的变周期预测反褶积技术E进行声地层剖面多次波的压制处理现选用我国某海域的实际声地层剖面记录其野外观测时采用的偏移距约为6m.剖面的炮间距道间距约为2m.采样间隔为。.。52ms.记录长度为195my选取海水的速度为500m/s.通过时深转换将声地

28、层时间剖面转换到深度域然后拾取海底界面形成'相应的深度速度模型（图示从略）.由此可追踪出海底全程二次多次波的同相轴约在l20rns左右（见图49504975500()5025505050755100512551505175520()5225525052755300炮号ShotNo.图12压制多次波前的声地层剖面示例Eig.12Aacousticsulrboilomprofilebeforetnuhiplcattenuating49504975500()5025505050755100512551505175520()5225525052755300炮号ShotNo.图12压制多次波前的

29、声地层剖面示例Eig.12Aacousticsulrboilomprofilebeforetnuhiplcattenuating70.X0-90-多次波Multiple100120130140*J*"I607080W00IO2030_nnnnSul、>uNe酒律专撇KMt；aVJa%149504975500()50255()5050755100512551505175520()5225525052755300旭号ShotNo.图Z压制多次波后的声地层剖面示例Fig.13Aacousticsub-lx>ltotnprofileaflcrmuhipleattenuating1

30、2）经剖面分析可知.该多次波能量较强.其与一次波同相轴相切割.模糊了同时段的有效信号.干扰了有效构造的判读将理论追踪结果进行调整.使其与实际的多次波同相轴相一致再行压制.最后经偏移归位反褚积及能量均衡等处理后得到最终的成果剖面（见图13）。可见.在该剖面中多次波得到了明显压制.倾斜构造的有效波同相轴连续性变好.地质构造愈加明显.相应时段的信噪比大有提高5结论针对非零偏移距的声地层剖面通过符合二维观测的水平界面与倾斜界面两类模型进行详细的理论与实验分析.得出了具有指导意义的结论：(1) 当地下反射界面为水平界面时.非零偏移距的全程次多次波的旅行时与一次反射波的旅行时仍具有固定的比例关系.但其总是

31、小于相应一次波旅行时的倍.(2) 当地下反射界面为倾斜界面时.非零偏移距的全话多次波的旅行时与一次反射波的旅行时不再具有固定的比例关系，因而其在时间域的视倾角也不再与一次反射波的视倾角成固定的比例关系：(3) 非零偏移距与零偏移距全程多敲波的时距差异.随偏移距的增大而增大.但随探测深度的增大而减小以非零偏移距声地层剖面多次波时距关系分析结论为指导.可先按零偏移距的假设在声地层剖面上追踪识别出多次波同相轴的位置.再对计算的旅行时进行调整.使其与实际非零偏移距的多次波旅行时相对应后再进行多次波的压制处理，由此可获得更高质量的声地层剖面参考文献：I何振才，唐健高精度水上浅层地岌勘探方法应用研究：J.

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