浅水域单道水上地震一致性处理方法研究

□姜文龙 □胡伟华 □裴少英（黄河勘测规划设计有限公司工程物探研究院）

浅水域单道水上地震一致性处理方法研究

□姜文龙 □胡伟华 □裴少英（黄河勘测规划设计有限公司工程物探研究院）

以水库和河道为主的浅水域水上地震勘探，其目的不在于单纯地寻找地下地质构造，还可利用水上地震中的振幅信息对地下泥沙特征等进行分析。这种情况下，传统的水上地震处理方法不保真的缺点凸显。针对浅水域地震的特性，对于振幅保真相关的一致性处理进行研究，通过水上直达波对地震数据的一致性进行补偿可有效地保持反射地震数据的一致性。

振幅补偿；振幅属性；一致性处理；泥沙分布

0 前言

水库和河道等泥沙的淤积对水库和河道的安全等有着重要的影响，探测水底泥沙的分布对于合理制定泥沙治理策略十分重要。利用地球物理手段探测水底泥沙情况也成为研究的热点。宋海斌等运用水上地震手段等对物理海洋学特征进行研究表明，地震可用于变化更加细微的介质，如海水温度等的解释。相对于海水温度的变化等，泥沙的变化特征则更为明显，因此引入水上地震数据对水下泥沙沉积情况进行描述具有一定的可行性。

水库和河道常规水上地震勘探的目的是为了对水底的地质构造或覆盖层厚度进行探测，但这也局限了地震勘探的用途，这种以构造特征为目的的勘探对地震数据各道之间的振幅相对变化不做要求。因此一些对振幅特征有破坏且能提高分辨率的处理手段，如AGC（自动增益补偿）等方法被广泛应用于数据处理之中。这类处理手段在破坏振幅的同时，也将噪音补偿进来。

在水库和含泥沙较多的河道中，水上地震勘探目的更希望通过地震数据来提取水底泥沙的分布特征，如泥沙的分布范围、不同粒径泥沙的识别等等。由于水下不同泥沙速度和密度不同，所以波阻抗也不相同，在存在不同波阻抗的情况下，则会产生不同的反射界面，反射系数与速度密度之间的关系可以用公式（1）进行表示：

式中:ρ1、υ1表示上层介质的密度和速度，ρ2、υ2表示下层介质的密度和速度，ρ和υ的乘积表示地层的波阻抗，r表示该界面的反射系数。由于上下层介质速度、密度的差异也不相同，所以反射系数r也不相同。由地震波传播理论，单道地震数据的一维正演模型可表示为公式（2）所示：

式中：d表示观测的地震记录，r表示反射系数，w表示震源激发的子波。综合公式（1）和公式（2）所示，在震源子波相同的情况下，不同粒径的泥沙也决定了反射地震波的振幅大小。因此在数据处理中如何使相对振幅信息得到保持十分重要，运用地震数据进行泥沙研究的首要环节就是地震数据的一致性处理，即保真处理。

1 一致性处理方法研究

地震中常见的一致性问题大都是由于激发能量的不一致、检波器所在不同地表的不一致性所导致的。在常规地震数据中的一致性处理方法多基于多道地震数据来处理的。这类方法多是基于模型炮或VSP测井等信息来对地震数据中丧失的频带和能量进行补偿。这类方法考虑的是通过保持AVO（振幅随偏移距的变化）振幅特征达到数据的一致性处理需求。

在浅水域地震勘探中，常见的观测系统如图1所示：

图1 浅水域地震观测系统示意图

浅水域水上地震勘探为了达到快速探测的目的，常运用单道水听器进行接收，因此常用的多道地震数据处理手段并不适用。相对于常规地震勘探，水上勘探中检波器的一致性通常较好，主要面临的一致性问题即电火花激发能量的不一致。

通过图1所示的观测系统，电火花与水听器的距离理论上是保持不变的。通常在相同水域，水的波速和吸收衰减特性是相同的。理论上，在电火花激发能量均一，即一致性好的情况下，水听器所接收到的直达纵波能量应该相同。因此，浅水域单道地震数据一致性处理的关键就是研究通过水的直达波能量的一致性。文章应用常规地震中常见的属性技术提取直达波的能量信息，公式（3）所示为均方根振幅属性。在直达波能量等相同的情况下，各道的均方根属性应该相同。

式中：N表示计算均方根属性中所取的样点总数，a表示各样点对应的振幅值的大小，RMS表示均方根振幅属性。

如震源的激发能量不一致，则直达波的振幅属性表现也不一致。如果将这种直达波的不一致性补偿回去，使得直达波的振幅能量达到一致，则地震数据的一致性将得到保持。

2 实际资料应用结果

通过上述讨论，文章将该理论应用于实际电火花资料处理。图2所示为运用Geo-Source200FW在某大型水库中采集的地震数据。数据纵向采样间隔为ms，纵向采样时间为0.1ms。测线采样间隔为2m，测线长度为1800m。

图2 水上电火花接收原始数据图

图3 直达波属性曲线图

图3所示为水听器接收的直达波的属性曲线。通过曲线可以发现，震源的激发能量存在不一致性，尤其在600～800m区间激发能量很弱。将图3所示的不一致性补偿给图2所示的原始数据，提取补偿后的振幅属性曲线对比如图4所示。

对比图 4（a）和（b）在原始数据中，图（a）中 200～800m之间反射能量较弱，对比砂砾石等反射能量较强沉积地层，该区域主要表现为松散的泥沙沉积特征。对比图3，600～800m处直达波振幅属性较弱，即600～800m处电火花激发的能量很弱，因此未经一致性处理直接对其物性进行解释存在不合理情况。经过一致性处理后，图4（b）中该能量分布于200～400m之间，表现为较松散的泥沙沉积，400～600m之间振幅值表现为相对的高值且较稳定，解释为较稳定的沉积，600～800m区间经补偿后其沉积特征不同于400～600m区间，推测表现为含泥沙较薄的砂砾石层段。对比实际地质情况，一致性补偿后的解释结果与实际地质情况相符。

图4 原始数据属性曲线（a）和一致性处理后的数据属性曲线（b）对比图

3 结语

运用地震数据来区分泥沙特征等是一个新的研究领域，该手段对地震数据的保真度要求极高，如何提高原始地震数据的保真特征对运用地震信号研究泥沙至关重要。运用直达波能量一致性的选择对地震数据进行一致性处理，可消除水上地震最常见的震源不一致问题，很大程度上降低解释中的错解。后续研究将基于更多的地震属性对一致性处理方法进行对比。

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