海洋地震勘探直达波综合效应分析

第25卷　第1期海　洋　技　术Vol125,No11

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

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,摘　要:、地震记录系统和野外作业条件的影响。。通过对“电缆、震源的沉放深度”等野外,,缆源的调谐组合参数与地震系统。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

用,存在不同响应时间,其对应的几何长度用∆表示。

1　理论分析

111　滤波效应分析

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=

)2+o2-(d+d′

)2+

o2(

d-d′

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2　直达波与“鬼波”传播路径示意图(1)

图1　滤波效应示意图

图3　直达波与“鬼波”传播路径示意图(2)

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

(2003AA611020 01-1)

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

　25卷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　海　洋　技　术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第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=

22v

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:

A

22(1)

dr

′=A

dB

-Adr=

114　震源子波与鬼波合成

20lg

2-Adr=

1+ R0

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)e

-+∞

220lg- k f-k′=lg

220lg

2-1+ R0

222

drR

drR

j2Πft

)

(A(j(t)

ft

G(f)ej2Π=A)ΠftejΥ(t)=A(f)ej[2Πft+Υ(t)]

k020lg22-(6)

　　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;Υ(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(f)e

j2Πft

k f-k′

(6)振幅比的相对值A)=0后使MAX(Adr′

振幅的相对强弱关系用A表示,一般舍去常数项,然

而k020lgk020lgO为一常数

222

22≈则,A

drR

≈20lg

2- k f+k″

1+ R0

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

为待定常数。k″

由于R0为负值,故当cos(2Πf∃t)=-1时取得最大值。即

2Πf∃t

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)e

j[2Πft+Υ(t)]

=Π]

f=

drB

+A(f)R0e)

j[2Πf(t+∃t)t+Υ(t)]

2∃t

=

=A(f)e

j[2Πft+Υ(t)]

(1+R0e

j2Πf∃t

(3)

震源在频率f处的分量为S0:

j[2Πft+Υ(t)]

S0=A(f)e

2()2+o2-(d+d′)2+o2)(d-d′

2

2

时,A取得最大值;

则

)+o-)2+o2)(d-d′2((d+d′

式中:v为介质速度;k为衰减斜率。则存在如下关系:

(4)

A

drR

(3)信号比值A

j[2Πft+Υ(t)]

j2Πf∃t==1+A=ft+Υ(t)]

A(S0)A(f)ej[2Π

= k k″

R0e

j2Πf∃t

=1+R0[cos(2Πf∃t)+jsin(2Πf∃t)]

≈20lg k

(4)信号幅度比值Aa

Aa=

2- k f+

1+ R0

1+2R0cos(2Πf∃t)+R20

dB

表示成分贝形式并归一化处理后的比值为A

A

dB

)2+o2-2((d+d′

(7)系统滤波效应影响

(d-d′)2+o2)

(7)

=20lg20lg

max(Aa)

=

2

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

(5)

1+ R0

(5)衰减量的近似公式

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:

A

drR

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:

A

dr

≈20lg

=k020lg(D)+a(f)　其中a(f)=kf+k′

2

(d+d′)2+O+

2- k f+ k

1+ R0

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)

2

+

2

2

--(d-d′)2+O-

2

-

2

2

+

　第1期　　　　　　　　　　　　　伍忠良等:海洋地震勘探直达波综合效应分析　　　　　　　　　　　　　　　　图4　震源、地震接收道几何尺寸示意图

“直达波综合效应”图(计算机模拟)∃d=d1-d2=

)2+(d-d′

O-(+)+-2

--

比较图5与图6,第一陷波点与幅频特性基本一致,

200Hz以后的频率是非真实的震源激发频率,主要是因为MSX系统前放响应方式不同所致,证明了理论推算的正确

2∃t=

v

(8)

性。

212　OYODAS21系统所采集的直达波资料

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。

图7为OYODAS21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

25m,偏移距125m(O),采样率015ms,震源沉放深度2m,电缆沉放深度

3m,震源为211m×2m的160Cu1

in的

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,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 OMSX系统所采集的直达波资料

[3]

点震源系统(L=211m)。衰减常数K(经验值为-01115),对于OYODAS21系统∆取值为115625(∆=1 8道长,通过

实验资料获取)。

图5为I OMSX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1215m(G),

炮间距

25m,偏移距150m(O),震源沉放深度2m,电缆沉放深度3m,震源为2

11m×2m的160Cu1in的点震源系统(L=211m)。衰减常数K(经验值为-01115),对于MSX系统∆

图7　DAS21系统采集的“直达波综合效应”图

(Cgg软件分析)

取值为0(通过实验资料获取)。

图5　“直达波综合效应”图MSX系统采集的

(Cgg软件分析)

图8　DAS21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。

图6为计算机模拟的“直达波综合效应”图。

　25卷　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　海　洋　技　术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第理论推导的正确性,其结果对分析地震波和鬼波的综合效

3　结论

通过对直达波的计算机模拟和实际资料对比,证明了参考文献:

应具有指导意义。

[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,1

[2]　王维佳1海底多分量中的直达波、鬼波及水柱混响[J]1(1):1[3]　张光学,黄永样,陈邦彦主编1海域天然气水合物地震学],1[4]　张明,伍忠良1天然气水合物BSR[J](4):80-881

TheSynAnalysisoftheDirectArrivalinMarineSeismicSurvey

WUZhong-liang,ZENGXian2jun,LUJing2an(GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou,510760)

Abstract:Thehighresolutionmarineseismicsurveyisseriouslyaffectedbytheenergysource,receiversystem,thecombina2tionofstreamerandsources,therecordingsystemandthefieldconditions.Amongthemthesuitablecombinationofstreamer.Byreasonablecombinationtheoptiandsourcesisoneofthekeyfactorsmumsurveyresultcanbeobtained.Duetotheeffectofghostrefection,thepositionofstreamerandsourcesiscloselyrelatedtothereceiverfrequencyoftheseismicsystemsandputsgreateffectonthesurveydata.Fromthepointoffiltering,thepathandtravelingtimedifferencebetweendirectarrivalandghostreflectionandcomparisonofthefielddatawiththeoreticalresult,thepaperpresentsthesyntheticeffectofdirectarrivalandghostreflection.Itispresentedthatthefrequencynotchandspectrumforboththeoreticalandfielddataarethesame.

Keywords:Seismicsurvey;Directarrival;Ghostreflection(上接第110页)

BlankingOptimizingandErrorControlofDataProcessingfor

LoweredAcousticDopplerCurrentProfiler

XIONGXue2jun,HUXiao2min,YUFei,JIAOYu2tian(FirstInstituteofOceanography,SOA,Qingdao,266061)

Abstract:Forimprovingthetechnologyofmeasurementandthedatapost2processingofLoweredAcousticDopplerCurrentProfiler(LADCP),theblankinglengthisoptimizedandthedataqualityofthefirstbinisimprovedbasedonin2situexperi2.ThedifferentobservationerrorsduringdowncastingandupcastingofLADCPareanalyzed,respec2mentsanddataanalyses

tively,andfeededbacktothequalitycontrolofobservationanddataprocessing.Thenecessarycompositionsofamoreper2fectLADCPobservationsystemarealsosuggested.Basedonthecomparisonbetweenbottom2trackLADCPresultsandtheisochronousship2boardADCPresults,thecreditabilityofthemeasurementandthedataprocessingofLADCPisverified.Keywords:LADCP;blankinglength;measurementerror;LADCPmeasurementsystem