检波点水深误差对OBC双检资料合并处理的影响与对策

龚旭东,周 滨,高梦晗,王志亮,张建峰

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津300452;2.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300452;3.中海油田服务股份有限公司物探事业部,天津300451)

海底电缆(OBC)地震勘探采集施工是将电缆铺设到海底,震源船按设计测线放炮[1]。检波点水深通常是通过前期的水深测量得到的,实际工作中无法得到震源船放炮时检波点的实时水深。由于潮汐、海况等因素的影响,检波点前期测量水深和放炮时检波点实时水深之间存在差异(即本文讨论的检波点水深误差),这就导致地震记录中的检波点鬼波周期和利用检波点水深测量数据计算得到的检波点鬼波周期存在误差。

随着OBC作业方式的推广,OBC双检资料处理技术也得到了快速的发展[2-10]。其中,Soubaras(1996)[5]提出的OBC交叉鬼波化双检资料合并处理技术在渤海海域多个浅水OBC区块双检资料处理中取得了较好的效果,但在一些区块的局部存在双检资料合并效果差的现象。具体表现为鬼波压制效果弱,频谱陷波特征仍很明显；双检资料和水检资料特征几乎一样；等等。通过大量的实际试验分析,发现检波点水深误差是造成双检资料合并处理效果差的重要因素之一。

为此,我们从双检资料合并处理的基本原理入手,重点分析检波点水深误差影响双检资料合并效果的原因及其影响程度,并结合野外采集和室内处理,提出了消除检波点水深误差的针对性技术措施。

1 交叉鬼波化双检资料合并技术原理

交叉鬼波化双检资料合并技术原理认为水检资料和陆检资料的差别主要包括仪器响应、检波器耦合情况和鬼波。该技术的主要目的是获得一个刻度因子,使得陆检资料和水检资料的仪器响应和耦合情况相同。为实现该目的,利用交叉鬼波化方法,将水检资料与陆检检波点鬼波褶积,陆检资料与水检检波点鬼波褶积,从而消除了水、陆检资料间检波点鬼波成分的差异；然后,以陆检资料与水检检波点鬼波褶积结果(XG)为输入,水检资料与陆检检波点鬼波褶积结果(XH)为期望输出,通过维纳滤波的方法求得刻度因子(CAL),并应用于叠前数据。图1给出了交叉鬼波化维纳滤波法计算刻度因子的流程框图。

图1 交叉鬼波化维纳滤波法计算刻度因子的流程

当利用刻度因子实现陆检资料与水检资料间的匹配时,可通过计算刻度后陆检资料与水检检波点鬼波褶积结果和水检资料与陆检检波点鬼波褶积结果的互相关,获得一个相关系数。通过相关系数可以判断陆检资料匹配质量的好坏,当陆检资料匹配质量好时,可以获得高质量的双检资料合并效果。在实际资料处理中,相关系数数值的大小具有特殊含义:0表示陆检资料匹配质量最差；1.0表示陆检资料匹配质量最优；大于0.5时,陆检匹配才有意义,双检资料合并才有效果；小于0.5时,双检合并结果的特征与水检资料相似。

在利用交叉鬼波化技术进行双检资料合并处理时,为计算准确的水、陆检检波点鬼波响应,必须知道放炮时检波点的实时水深,其精度对双检资料合并效果起决定性作用。

2 检波点水深误差对双检合并效果的影响分析

2.1 理论数据分析

为了分析检波点水深误差对双检资料合并处理效果的影响程度,在不考虑仪器响应和耦合因素差异的前提下,利用理论子波分别模拟检波点水深正确和错误时双检资料合并处理的过程和结果(图2)。

图3是上述理论模拟数据的频谱分析对比结果,包括水检子波(图2a)、陆检子波(图2b)、检波点水深正确时双检资料合并结果(图2o)和检波点水深错误时双检资料合并结果(图2p)的频谱曲线。

当检波点水深正确时(即产生水、陆检子波检波点鬼波的水深与处理中计算水、陆检检波点鬼波响应的水深同为18m),交叉鬼波化后的水检(图2e)和陆检资料(图2f)波形完全相同,计算得到的匹配因子为一个尖脉冲(图2k),双检资料合并结果中检波点鬼波得到了很好的压制(图2o),消除了资料频谱中的陷波现象(图3中的绿色曲线)。

当检波点水深错误时(即产生水、陆检子波检波点鬼波的水深为18m,而处理中计算水、陆检检波点鬼波响应的水深为10m),从图2p和图3中的蓝色曲线可以看到,双检资料合并处理并不能压制检波点鬼波,资料频谱中的陷波现象几乎没有改善。

表1为水、陆检子波中产生检波点鬼波对应的检波点实际水深为18m时,在双检资料合并过程中,利用不同水深的检波点鬼波响应计算得到的相关系数。从表1中可以看到,对于理论数据,随着检波点水深误差的增大,用来表征双检资料合并效果的相关系数随之减小,双检合并效果变差。所以,检波点水深误差的大小对双检资料的合并效果有着直接的影响。

图2 理论子波模拟的双检资料合并处理过程和结果a 理论子波在检波点水深为18m时的水检子波; b 理论子波在检波点水深为18m时的陆检子波; c 理论子波在检波点水深为18m时的水检检波点鬼波响应; d 理论子波在检波点水深为18m时的陆检检波点鬼波响应; e 图2a与图2d的褶积结果; f 图2b与图2c的褶积结果; g 检波点水深为10m时的水检检波点鬼波响应; h 检波点水深为10m时的陆检检波点鬼波响应; i 图2a与图2h的褶积结果; j 图2b与图2g的褶积结果; k 图2f向图2e匹配的刻度因子; l 图2j向图2i匹配的刻度因子; m 图2b与图2k褶积的结果; n 图2b与图2l 褶积的结果; o 图2a与图2m求和的结果; p 图2a与图2n求和的结果

图3 理论数据频谱分析对比

检波点鬼波响应计算水深/m产生检波点鬼波的实际水深/m误差/m相关系数1118-70.2721618-20.3411718-10.698181801.000191810.666201820.298251870.251

2.2 实际资料分析

BZ区块是渤海海域一块典型的OBC采集区块,该区块水深变化为8～21m。图4给出了该区块实际OBC资料的检波点相关水深及对应相关系数；图5给出了实际资料的频谱分析对比。在双检资料合并处理的测试阶段,由于没有意识到检波点水深对合并效果的影响,采用平均水深15m进行双检合并测试,求得的相关系数大部分在0.6以下(图4中的红色曲线),双检合并效果差,双检资料合并成果的频谱陷波仍很明显(图5中绿色曲线)。在后续的测试中,利用前期实测的检波点水深进行双检资料合并试验,求得的相关系数质量得到很大提高(图4中的蓝色曲线),双检资料合并效果也得到了明显改善(图5中蓝色曲线)。

同时,从图4b中我们也发现了另外一种现象,即在图4b中的红框区域利用平均水深比利用实测检波点水深计算得到的相关系数质量高。这表明该区域前期实测的检波点水深与放炮时检波点实时水深存在误差,平均水深更接近放炮时检波点的实时水深,进一步消除检波点水深误差可以提高双检资料合并效果。

图4 BZ区块实际OBC资料检波点相关水深(a)及对应相关系数(b)

图5 BZ区块实际OBC资料频谱分析对比

3 消除检波点水深误差的对策

由于OBC地震采集方式的特殊性,检波点前期测量水深和采集实时水深之间必然存在误差[11-14]。为此,可通过水深扫描方法和实时潮汐检波点水深修正方法最大限度地消除检波点水深误差,提高双检资料合并质量。

3.1 水深扫描方法

交叉鬼波化双检资料合并技术以求得的相关系数作为判断双检合并效果的重要标准。因此,双检合并处理时在实测检波点水深上、下一定的范围内,利用不同的水深进行相关系数求取,当相关系数最大时用到的水深可以看作是放炮时检波点的实时水深,从而利用该水深进行刻度因子的求取。图6到图8为BZ区块一条OBC测线资料的双检合并实际处理效果。从图6和图7可以看到,利用以相关系数最大为准则的水深扫描法获得的相关系数普遍在0.9左右；由图8可见，双检资料频谱陷波得到了有效消除。

图6 BZ区块一条OBC测线资料的实测水深(黑色曲线)与计算水深(绿色曲线)

图7 BZ区块一条OBC测线资料的实测水深与计算水深对应的相关系数

图8 BZ区块一条OBC测线资料的实测水深与计算水深对应双检合并资料频谱

但上述水深扫描方法仍存在局限性。由于相关系数的求取过程包括检波点水深和刻度因子两个未知量,存在求得的刻度因子并非最优的可能性。同时,该方法对水检和陆检资料品质要求较高,当资料信噪比低或存在坏道等情况时,计算出的检波点水深仍有可能存在误差,图6中绿色曲线上的异常值就是坏道引起的。

3.2 实时潮汐检波点水深修正法

前期测量检波点水深与放炮时检波点实时水深的差异是由于潮汐、海况等因素引起的,因此,我们可以通过现场实时测量这些变化量来最大程度地消除这些误差。

3.2.1 基准面选择

在OBC资料采集施工范围附近选择某点做为参考点,如果能够测量该点某一时刻的高程值,以高程0值作为基准面；如果不能测量该点的高程值,则以该参考点一段时间内连续测量水深值的平均值作为基准面。对于渤海海域来说,由于其潮汐为半日潮,因此,连续测量时间不能小于12h。

3.2.2 变化量求取

在前期水深测量和OBC采集生产时,通过船载测深仪连续测量参考点的水深值,得到该点相对于基准面的水深变化。由于一定海域内的潮汐、海况等因素的变化可近似认为相同,该变化量可以看作一定海域内所有检波点水深的实时变化量。

3.2.3 检波点水深修正

利用获得的不同时刻检波点水深变化量,将检波点前期测量水深校正到基准面,获得检波点的基准水深,然后用放炮时检波点的水深变化量修正检波点基准水深,从而得到放炮时检波点的实时水深。

该方法可以最大限度地消除检波点水深误差,获得最优刻度因子,但目前还缺乏实际数据支持,其效果有待进一步验证。

4 结束语

通过OBC双检资料合并原理介绍及理论数据分析和实际资料论证,认识到在利用交叉鬼波化双检资料合并技术进行双检资料合并处理时,检波点水深误差对合并效果有直接的影响。以相关系数最大为准则的水深扫描技术和简单可行的实时潮汐检波点水深修正技术可消除检波点水深误差,为优质高效地进行OBC双检资料合并处理提供了技术保障；研究提出的消除检波点水深误差的对策思路可望为OBC双检资料采集与处理工作提供经验借鉴。

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