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1、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,广东广州510760)摘要:海洋高分辨率地震调查主要受震源系统、接收系统、缆源的调谐组合技术、地震记录系统和野外作业条件的影响。缆源的调谐组合技术是整个方法研究最为关键的环节之一。通过对“电缆、震源的沉放深度”等野外参数的合理组合,达到最理想的勘探效果。受地震勘探中“鬼波效应”的影响,缆源的调谐组合参数与地震系统的接收频率直接相关,对地震调查资料影响很大。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
2、。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)01201112041理论分析111滤波效应分析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
3、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1滤波效应示意图收稿日期:2005209228基金 项 目:国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划(863)资 助 项 目(2003AA 611020?01-1)用,存在不同响应时间,其对应的几何长度用 表示。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=(d+d)2+o2-(d-d)2
4、+o2图2直达波与“鬼波”传播路径示意图(1)图3直达波与“鬼波”传播路径示意图(2)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、海面虚第25卷 第1期2006年3月 海洋技术OCEAN TECHNOLOGY Vol125,No11M arch,2006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23所示)。设震源沉放深度为d,电缆沉放深度为d。无论dd,还是dd,最终表达式均为:t=(d+d)2+o2-(d-d)2+o2v(1)114震源子波与鬼波合成设震源子波的持续时间为T,当 tT,“震源子波”与“鬼波”产生合成效果。下面对其合成效果进
5、行理论推导。(1)地震子波通用表达式g(t)=+-G(f)ej2f tdf(2)G(f)=A(f)ej(t)G(f)ej2f t=A(f)ej2f tej(t)=A(f)ej2f t+(t)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(f)ej2f t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;(t)为每一个谐和振动分量的初始相位,称之为相位谱。
6、(2)直达波与“鬼波”合成设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)ej2f t+(t)+A(f)R0ej2f(t+t)t+(t)=A(f)ej2f t+(t)(1+R0ej2ft)(3)震源在频率f处的分量为S0:S0=A(f)ej2f t+(t)(3)信号比值AA=A(S)A(S0)=A(f)ej2f t+(t)(1+R0ej2ft)A(f)ej2f t+(t)=1+R0ej2ft=1+R0cos(2ft)+jsin(2ft)(4)(4)信号幅度比
7、值A aAa=1+2R0cos(2ft)+R20表示成分贝形式并归一化处理后的比值为AdBAdB=20lgAamax(Aa)=20lg1+2R0cos(2ft)+R201+R0(5)(5)衰减量的近似公式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:Adr=k020lg(D)+a(f)其中a(f)=kf+k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)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
8、下关系:Adr=AdB-Adr=20lg1+2R0cos(2ft)+R201+R0-Adr=20lg1+2R0cos(2ft)+R201+R0-k020lg2O+D2-kf-k=20lg1+2R0cos(2ft)+R201+R0-k020lg2O+(d+d)2+o2)-(d-d)2+o2)2-kf-k(6)(6)振幅比的相对值AdrR振幅的相对强弱关系用AdrR表示,一般舍去常数项,然后使M A X(Adr)=0而k020lg2O+(d+d)2+o2)-(d-d)2+o2)2k020lgO为一常数则,AdrR20lg1+2R0cos(2ft)+R201+R0-kf+kk 为待定常数。由于R0为
9、负值,故当cos(2ft)=-1时取得最大值。即2ft=f=12t=v2(d+d)2+o2-(d-d)2+o2)时,AdrB取得最大值;则k=kv2(d+d)2+o2-(d-d)2+o2)式中:v为介质速度;k为衰减斜率。则存在如下关系:AdrR20lg1+2R0cos(2ft)+R201+R0-kf+kv2(d+d)2+o2-(d-d)2+o2)(7)(7)系统滤波效应影响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:AdrR20lg1+2R0cos
10、(2ft)+R201+R0-kf+kv2(d+d)2+O+G2+L2-2-(d-d)2+O-G2-L2+2211海洋技术第25卷图4震源、地震接收道几何尺寸示意图d=d1-d2=(d+d)2+O+G2+L2-2-(d-d)2+O-G2-L2+2t=dv(8)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。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3,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
11、三个参数是分析“地震波与鬼波的综合效应”的基本参量。211I?O M SX系统所采集的直达波资料图5为I?O M SX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1215 m(G),炮间距25 m,偏移距150m(O),震源沉放深度2 m,电缆沉放深度3 m,震源为211 m2 m的160Cu1in的点震源系统(L=211m)。衰减常数K(经验值为-01115),对于M SX系统 取值为0(通过实验资料获取)。图5M SX系统采集的“直达波综合效应”图(Cgg软件分析)图6为计算机模拟的“直达波综合效应”图。图6M SX系统“直达波综合效应”图(计算机模拟)比较图5与
12、图6,第一陷波点与幅频特性基本一致,200 Hz以后的频率是非真实的震源激发频率,主要是因为M SX系统前放响应方式不同所致,证明了理论推算的正确性。212OYO DA S21系统所采集的直达波资料图7为OYO DA S21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25 m,偏移距125 m(O),采样率015 m s,震源沉放深度2m,电缆沉放深度3 m,震源为211 m2 m的160Cu1in的点震源系统(L=211 m)。衰减常数K(经验值为-01115),对于OYO DA S21系统 取值为115625(=1?8道长,通过实验资料获取)
13、。图7DA S21系统采集的“直达波综合效应”图(Cgg软件分析)图8DA S21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。311第1期伍忠良等:海洋地震勘探直达波综合效应分析3结论通过对直达波的计算机模拟和实际资料对比,证明了理论推导的正确性,其结果对分析地震波和鬼波的综合效应具有指导意义。参考文献: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,200212王维佳 1 海底多分量中的直达波、鬼波及水柱混响J 1 石油地球物理勘探,2002,36(1):72-7713张光学,黄永样,陈邦彦主编 1
14、 海域天然气水合物地震学M 1 北京:海洋出版社,200314张明,伍忠良 1 天然气水合物BSR的识别与地震勘探频率J 1 海洋学报,2004,26(4):80-881The Synthetic A nalysis of the D irect A rrival in M arine Seism ic SurveyWU Zhong-liang,ZEN G Xian2jun,LU Jing2an(Guangzhou M arine Geolog ical S urvey,Guangzhou,510760)Abstract:The high resolution marine seism ic
15、survey is seriously affected by the energy source,receiver system,the combina2tion of streamer and sources,the recording system and the field conditions.Among them the suitable combination of streamerand sources is one of the key factors.By reasonable combination the opti mum survey result can be ob
16、tained.Due to the effectof ghost refection,the position of streamer and sources is closely related to the receiver frequency of the seism ic system s andputs great effect on the survey data.From the point of filtering,the path and traveling ti me difference between direct arrivaland ghost reflection
17、 and comparison of the field data w ith theoretical result,the paper presents the synthetic effect of directarrival and ghost reflection.It is presented that the frequency notch and spectrum for both theoretical and field data are thesame.Key words:Seism ic survey;D irect arrival;Ghost reflection(上接
18、第110页)Blanking Optim izing and Error Control of Data Processing forLow ered A coustic Doppler Current ProfilerX I ON G Xue2jun,HU Xiao2m in,YU Fei,J I AO Yu2tian(F irst Institute of Oceanog raphy,SOA,Q ingdao,266061)Abstract:For i mproving the technology of measurement and the data post2processing o
19、f Lowered A coustic Doppler CurrentProfiler(LADCP),the blanking length is opti m ized and the data quality of the first bin is i mproved based on in2situ experi2ments and data analyses.The different observation errors during down casting and up casting ofLADCP are analyzed,respec2tively,and feeded b
20、ack to the quality control of observation and data processing.The necessary compositions of a more per2fect LADCP observation system are also suggested.Based on the comparison between bottom2track LADCP results and theisochronous ship2board ADCP results,the creditability of the measurement and the data processing of LADCP is verified.Key words:LADCP;blanking length;measurement error;LADCP measurement system411海洋技术第25卷