基于StarFix XP高程数据的潮汐校正在海洋地震资料中的应用

马德志, 麻志国, 石孟常, 李慧龙, 赵 亮

(中海油田服务股份有限公司 物探事业部，天津 300451)

0 引言

海上地震资料的采集时刻受潮汐作用的影响，但在以往的地震资料处理中，经常忽略潮汐作用的影响，这样就假定地震采集资料的零时刻对应大地水准面。地震勘探船所拖带的震源陈放深度和电缆陈放深度，都是相对于作业时的瞬时海平面，但实际由于潮汐的存在，地震船和所拖带设备相对于大地水准面来说会有一定的起伏，与我们所假定的大地水准面有一定的偏差[1]。如果不做潮汐校正处理，所假定的地震资料零时刻面其实是一个绝对高程在变化的海平面，就相当于将潮汐的影响人为的加入了地震资料，这在地震资料的精细处理中，会造成比较大的误差，当潮汐值较大时甚至后严重影响成像效果，为了降低潮汐作用的影响，海上地震资料潮汐值的获得与潮汐校正处理就至关重要。

1 潮汐校正必要性

海上地震采集时，潮汐的影响每时每刻都存在，为了提高作业效果并减少潮汐的影响，有经验的导航人员在作业时会尽量做好潮汐预测与匹配，尽量减少相邻测线之间的潮汐差，潮汐无时无刻不在，不仅横向上相邻测线间向会潮汐差，同一条施工测线不同位置也会有潮汐差，在采集作业时横向上的潮汐差可以尽量避免，但是对纵向上潮汐差却无能为力。主测线和联络测线方向上的潮汐差值，会造成地震资料同相轴的错位，会对地震资料的成像效果造成不良影响[2]。

由于海上拖缆地震勘探施工的特殊性，一般按两个方向进行采集，从而分块作业，为匹配羽角，同一块内相邻同方向作业测线的潮水一般相差不大，但块与块交接处的潮水一般相差较大，使得潮汐作用更为明显。

图1为野外某工区分块施工作业面元图，可见为分块作业。相同分块内测线方向一致，羽角匹配较好，一般潮汐差不大。图2 为本工区潮汐的三维显示图(潮汐值为地震作业的船位和时间)。由图2可见，不同分块及施工分块交界处采集作业间隔时间长、潮水匹配差，一般会有比较大的潮汐差；同一条采集测线一般历时几个小时以上，潮汐的变化也可以在同一条测线上清晰的反应出来，但是一般潮汐差变化较为平缓，影响相对较小。

图1 南海某三维工区分块施工导航面元图Fig.1 Navigation binning map of a 3D survey in South China sea

图2 工区潮汐值三维显示Fig.2 3D tide value display

本区块联络测线方向最大潮差为3 m左右，双程旅时为3 m*2/(1.5 m/ms)≈4 ms。对于2D资料或者深海资料，4 ms影响可能较小，对于高分辨浅层3D或者4D开发地震，若不进行潮汐校正处理，浅层较大大偏移距处经过动校正的放大，因潮汐作用造成的同相轴错位可能会放大到8 ms以上，对同相叠加造成较大影响，使得地震反射能量也得不到最大程度的聚焦，对其地震剖面的质量造成不利影响。

海上潮汐作用受海水深度及海底构造走势的不同，各个海域影响不一，从实际作业经验及各潮汐台站历年潮汐数据可知，潮汐造成的海面波动一般为两三米左右，但有些海域可能达到近十米。当工区受潮汐的影响较大时，潮差较大，可能会在联络测线方向造成假的“垂直断层”，使得地震资料在叠加时能量不能得到最大的聚焦，其叠后数据的直观表现就是分辨率降低。而反映地下同一界面的反射波并不是标准双曲线，进行动校正时会带来一定的噪音，从而造成信噪比降低[3]。潮汐影响是海上地震资料中存在“采集脚印”的重要原因之一，进行潮汐校正处理是高精度地震资料处理的技术要求。

2 潮汐校正现状调查

准确的潮汐数据对于海洋地震资料潮汐校正至关重要，在以前老资料处理中，曾经通过水深数据获取潮汐值，也曾经利用水文站历史潮汐数据获取预测的潮汐值，在一定时期，都取得了一定的效果，但是也有其弊端。

2.1 利用水深数据进行潮汐校正

对于年代久远的老资料，由于技术原因，大都没有对应的高程数据，但每个地震炮一般都记录了测深仪的海底水深数据。测深仪一般安装在作业船底部，它会随着潮汐变化而上下起伏，记录的水深数据中实际也包含了潮汐的变化量。在海底较为平坦或者变化平缓的区域潮汐的变化就被记录在了水深数据中，通过大半径的平滑滤波求取平均海平面，与水深数据的差即可认为是潮汐变化量[4]。但当海底崎岖时，潮汐变化量相对海底本身的深度误差值较小，无法提取，这种方法获得的潮汐值精度较小，误差较大。

2.2 利用水文站历史潮汐数据进行潮汐校正

由于潮汐有较为固定的规律，根据各水文站长年的观测数据，我们可以预测某海域某一时间的大致潮汐值，然后应用于地震资料进行潮汐校正处理[5]。从水文站潮汐表中获得的潮汐数据,较测深仪推算出的潮汐数据有了一定的质量提升，但是由于限潮汐站点个数有限，采集的历史经验数据有限，所以其估算的预测潮汐数据精度也相对较低[6-7]，只能对海洋地震资料进行一个大致的潮汐校正，仍然存在一定程度的误差，与实际潮汐值的精确匹配很难实现。

3 潮汐数据获取

3.1 利用Starfix XP高程数据获得潮汐数据

随着全球定位技术精度的提高，海上地震采集基本上采用差分全球定位系统[8](DGPS)进行导航定位，DGPS受其原理及环境的限制，一般其水平定位精度可达3 m左右，高程定位精度略低，只有10 m左右，而潮汐数据对于精度的要求起码是分米级，常规DGPS测量不满足潮汐值的精度要求。StarFix XP定位系统的新一代的卫星差分GPS，它利用卫星获得差分数据，通过全球参考台网络不断跟踪所有GPS卫星轨道，获得高精度差分信息，突破了差分台的距离限制，真正做到了全球化高精度定位。理论及测试结果表明，该系统的水平定位精度可达10 cm，高程定位精度可达15 cm，能够满足潮汐值测量的精度要求[9]。

StarFix XP测量的高程值H是以参考椭球面为基准面的大地高程，需要将其转换为以大地水准面为基准面的海拔高程，记为Hg，这个高程转换其实就是求取考椭球面与大地水准面差距，即高程异常Δh。有多种方法可以求取高程异常，一般通过等值线图法或高程拟合法进行求取。利用同作业海区相邻的公共点上的大地高程和海拔高程，计算出各公共点的高程异常Δh，若有多个这样的公共点，就可利用多项式拟合法求出相邻任意点的高程异常Δh。由于高程异常Δh在一定地域范围内变化不大，在一个地震采集工区，可采用一个固定高程异常Δh进行校正。进而得出地震船各炮点GPS天线点的海拔高程Hg=H-Δh；用GPS天线海拔高程Hg减去GPS天线相对于海面的高度Ht(Ht为GPS天线到海平面的高度差，与地震船的吃水深度有关，需要每天测量一次),即可获得地震采集各炮点的潮汐值h。

利用StarFix XP获得的潮汐数据具有实时实地高精度的特点：

1)实时。潮汐值的获取与地震资料采集同时进行，时间上可以做到勘探过程不中断，数据可以做到与地震记录一一对应，容易实现潮汐校正。

2)实地。获取潮汐值的位置与地震采集同步进行，地理位置上高度重合，通过预报潮汐的方式很难做到这一点。

3)高精度。通过卫星差分，高程精度可达15 cm，可以满足潮汐数据的要求。

3.2 潮汐校正模块开发

1)在模块编辑阶段，将导航定位提供的潮汐时间及潮汐数据读入二维数组。

2)读入定义的道头和水速及潮汐数据采样间隔。

3)读取地震道时间道头(YEAR,JULDAY,HOUR,MINUTE)。

4)将时间一致的潮汐值和校正时间赋给自定义的地震道道头。

5)用静校正方法通过自定义道头进行潮汐校正。

3.3 潮汐校正处理模块应用效果

使用潮汐校正处理模块Tide对南海某工区的地震资料进行了潮汐校正处理，进行潮汐校正后，从联络测线叠加剖面和三维数据体时间切片上看，地震资料经过潮汐校正后改善明显，主要表现在：

1)叠加时能量得到了更好地聚焦，同相轴的连续性更好，进而改善了成像效果。

2)从联络测线叠加剖面上看(图3)，在施工原因导致的潮汐不匹配，潮差较大的部位，经过潮汐校正后，消除了由于潮汐导致的同相轴错动。

图3 潮汐校正前后联络测线叠加剖面对比Fig.3 Comparison of crossline stack sections before and after tidal correction(a)潮汐校正处理前的叠加剖面;(b)潮汐校正处理后的叠加剖面

3)应用于数据体后，从时间切片上进行检查。从图4中可以看出，从原始切片可以清楚地看到潮汐影响的条带状振幅和相位异常，经过潮汐数据校正处理后，很好地衰减了潮汐的影响，时间切片看上去更加连续，减轻了“采集脚印”[10-11]的影响。

图4 潮汐校正处理前后时间切片对比Fig.4 Comparison of time slices before and after tidal correction(a)潮汐校正处理前的时间切片;(b)潮汐校正处理后的时间切片

4 结论

现有的卫星差分GPS技术已日趋成熟，10 cm水平定位精度和15 cm高程定位精度，完全可以满足海上地震资料潮汐校正处理的需要。利用基于StarFix XP潮汐数据，可以很好地进行海上地震资料的潮汐校正，可以满足海洋地震资料潮汐校正的处理需要。经过该潮汐校正处理后，在一定程度上提高了地震资料的分辨率，叠加剖面上同相轴的连续性得到了一定的改善，减轻了“采集脚印”对地震资料成像的影响，提高了成像效果。