sedisiv型短周期自浮式海底地震仪数据校正的方法

sedisiv型短周期自浮式海底地震仪数据校正的方法

0在海上合作及交流中的应用海底地震仪（obs）是将探测器直接放置在海底地震观测系统中的一种创造性地震观测系统。它不仅可以观察自然地震，还可以用来测量人工地震剖面。这是研究边缘海洋和海洋地壳深部结构的有效手段，也是当前海洋地球物理研究的重要工具之一。中国科学院曾通过国际及两岸合作等方式开展过多次OBS人工剖面探测调查和研究工作1原始数据分析OBS人工地震剖面勘测的作业方式为:沿测线逐点投放OBS,在完成所有OBS投放后,调查船将掉头按一定间距进行地震放炮作业,之后再次掉头并逐点回收OBS。整个测线的地震作业完成后,在硬盘或光盘中共存储了3组数据:(1)OBS的原始记录,包括主体数据、设备运行记录和简要说明;(2)导航数据,包括OBS的投放点、回收点、炮点的经纬度和放炮时间文件;(3)其它数据,包括甲板地震仪记录、水深数据。在Linux系统下,对上述地震放炮作业所获得的原始地震数据进行分析和处理,将其转化为可供后续反演使用的SU地震软件格式,并绘成可显示的折合时间剖面图。处理过程中,还要对各种可能的误差因素进行分析,并采用相应的方法对其进行校正。2数据校正2.1测线坐标数据的局部化一条剖面上某一个OBS记录的开始和终止时间都是在船上设置的,通过估算整个剖面OBS投放完成后地震调查船掉头放炮的时间,来设定开始工作时间,一般会给出一个较大的提前量(有足够大的数据存储空间);终止时间也是经过事先估算并留有余地。一般来说,用放炮时间作为截取地震记录的控制文件,每一炮对应一道,形成共接收点道集。OBS记录数据的两端许多是无用的数据,若船上记录的放炮时间精确,除去两端无用数据,便可在分析和研究中直接使用OBS记录数据。然而,地震调查船给出的往往是整秒级的放炮时间,且随计算机的运行往往产生时钟漂移误差,为消除上述情况产生的误差,本文调查时在甲板上专门放置了一台陆地型便携式地震仪(或者可备用OBS),并由GPS定时系统来记录放炮时引起的甲板振动,其精度为毫秒级。放炮时间校正的具体方法是:(2)使用通用的SU地震软件中的命令,自动拾取最大振幅的初至波,并进行显示。用手工方法对自动拾取的结果进行修改,即可得到精确的相对放炮时间。(3)用相对放炮时间对地震调查船记录的炮时文件进行校正,则精确的放炮时间为式中:t为精确放炮时间,ms;t(4)用校正过的放炮时间再次截取甲板地震仪的记录,检查最大振幅同相轴是否为一条水平线,若不是水平线,则需要对原始炮时文件和自动拾取相对炮时文件进行检查,直至其为一条直线为止(图1b)。测线坐标数据局部化处理的具体作法为:在二维平面内,首先以起始炮点为原点,计算出各炮点的相对坐标,然后用最小二乘法对所有炮点坐标进行线性拟合,选出最佳直线作为剖面的横向坐标轴,最后将所有的炮点位置投影到该坐标轴上。经过上述处理后的炮点位置,虽然仍存在左右摆动的现象,但其摆动的幅度已大为降低。本文对测线坐标数据进行局部化处理后,其偏移距离可从最初的15m降低到8m,同时消除了炮点位置整体趋势性偏移的现象(图2)。由于OBS在投放下沉或回收上浮过程中会受到水流等因素的影响,其确切的下沉或上浮坐标也只能是在所设计测线的附近,此时,对坐标数据局部化处理的方法是将OBS坐标直接投影到由炮点确定的剖面上,并计算其偏移距。海底面的起伏形态对反演具有重要影响,为此在作业时需用单道地震和水深仪实时进行海水深度测量,以直接得到炮点下方海水的深度。OBS的深度则是利用其两侧相邻炮点下方海水的深度,用距离加权平均得到的。2.3时间和系统误差校正OBS位置的平面坐标和深度是在打捞或投放OBS时确定的,虽然之前的处理过程中对其坐标数据进行了局部化处理,但仍然存在着一定的误差,同时记录器本身还存在着时钟漂移的现象,为此有必要对这些误差进行精细校正,以提高反演的精度。一般来说,记录器的时间漂移是线性的,所以本文采用的时间校正方法是:首先从时钟漂移文件中读取起始时间、终止时间和漂移量,再计算出漂移随时间的增量,最后利用经校正的放炮时间控制文件,得到OBS每一炮点的时间漂移。同时,本文还编制了一个专用程序,利用局部化的坐标数据和OBS深度文件,计算出小偏移距附近的直达水波的理论走时曲线,并将其与经过处理的SU格式的地震折合时间剖面曲线绘制在同一张图上,直观地对理论曲线与实测直达水波曲线之间的差异进行比较,并用试错法对其进行校正,结果表明:时间漂移的校正量约为几个到十几个毫秒。上述过程中实际上已进行了两种校正:一是已将漂移时间加到各道中;二是对深度误差进行了校正。OBS位置的校正方法与时间的校正方法是相同的,在程序中也同样用试错法进行校正,结果表明:这种位置校正的量值在几米到数百米之间。经过上述程序的校正,小偏移距附近海底面和浅部沉积层的反射震相的形态得到了较好改善。图3是2006年南海中、北部测线1中OBS2号台站的小偏移距附近直达水波理论走时曲线与实测曲线的对比情况。从图3中可以看出,时间漂移和深度校正可以很好地改进曲线的形态,使之更具对称性,同时还减小了走时误差(图3b),随后进一步的位置校正可以减小走时误差(图3c)。3局部化校正技术利用15台SEDISIV型短周期自浮式海底地震仪在南海中、北部地壳深部结构调查中所获得的资料,探讨了海底地震仪数据校正的方法和校正后的效果,结果表明:使用该地震仪所获得的原始资料在经过放炮时间、炮点坐标数据局部化、海底地震仪位置误差以及记录时间漂移4方面的校正后,数据更趋合理,误差水平显著降低。(1)放炮时间的校正消除了时钟漂移和时间延迟的误差;(2)在对测线坐标数据的局部化处理时,首先应建立所研究测线的局部水平坐标并作线性回归,而后再结合测深数据得到OBS三维坐标文件,处理后的数据消除了炮点位置整体趋势性偏移现象的影响;(3)应用试错法进行OBS位置误差和记录时间的精细校正时,实测数据所绘曲线的形态和位置都与理论曲线十分吻合,时间漂移的校正量值约为几个到十几个毫秒,位置校正的量值在几米到数百米之间,校正后的数据误差显著降低。(1)用地震调查船记录文件中含漂移的整秒级的放炮时间来截取便携式地震仪的记录。当放炮时间精确时,炮点相对于记录点的空间位置是不变的,那么所截取的甲板振动记录图中的初至波的同相轴是一条水平线。当放炮时间存在时间漂移时,该同相轴将变成一条斜线,说明由于时钟漂移,在截取各炮在甲板引起振动的相对时间记录时,产生了一种线性误差(图1a)。2.2测线坐标数据的局部化在反