1、海洋地質(zhì)前沿MarineGeologyFrontiers文章編號(hào)：1009-2722(2018)01-0065-06拖纜式淺地層剖面采集系統(tǒng)改進(jìn)方法鄭洪浩】，童思友，吳志強(qiáng)23,王杰】（1中國(guó)海洋大學(xué)海底科學(xué)探測(cè)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島266100；2存島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，青島266001；3中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所,青島266071）摘要：傳統(tǒng)拖纜式淺地層剖面地震資料采集系統(tǒng)中往往采用檢波點(diǎn)組合的方式進(jìn)行資料采集，當(dāng)海水深度較深時(shí)，可以忽略組內(nèi)距對(duì)地震資料的影響，當(dāng)海水深度較淺時(shí)，這種采集方式容易導(dǎo)致波形畸變和高頻信息丟失。利用多道地震

2、的思想，對(duì)傳統(tǒng)拖纜式淺地層剖面采集系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。新的淺地層剖面采集系統(tǒng)采用拖纜式施工、多道、無(wú)組合單點(diǎn)接收方式進(jìn)行采集，即可以獲得各檢波點(diǎn)采集到的敦?fù)?jù).同時(shí)改進(jìn)數(shù)據(jù)記錄的方式。新的采集系統(tǒng)中可以同時(shí)監(jiān)控原始單炮記錄、直接如加后單道記錄、時(shí)差校正后色加單道記錄、時(shí)差校正后地震剖面。關(guān)鍵詞：拖纜式淺地層剖面3多道采集；單點(diǎn)接收；數(shù)據(jù)監(jiān)控中圖分類(lèi)號(hào):P631.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ALX）I：10.16028/i.1009-2722.2018.01010淺地層剖面探測(cè)是一種基于水聲學(xué)原理的連續(xù)走航式探測(cè)水下淺部地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的地球物理方法。在采集過(guò)程中，由于是海上的工作環(huán)境，從而導(dǎo)致周?chē)h(huán)境干擾比較嚴(yán)重，比

3、如船干擾和涌浪干擾，由于在走航施工過(guò)程中船只的擺動(dòng)導(dǎo)致拖纜姿態(tài)的變化，也是影響淺地層剖面地震資料采集品質(zhì)的原因。同時(shí)淺地層剖面地震資料采集是自激自發(fā)的采集方式，震源激發(fā)能歧較強(qiáng)，震源激發(fā)主頻較高，所以采集到的地震資料分辨率較高。對(duì)于高分辨的地震資料，如何消除噪音的干擾是最關(guān)鍵的步驟笆。目前，在野外施工使用的淺地層剖面采集系統(tǒng)一般采用接收收福日期：2017-10-28基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（41230318）；國(guó)家科技重大專項(xiàng)“深層寬頻三維地震高精度采集處理技術(shù)”（2016ZX05027-002-005）作者簡(jiǎn)介：鄭洪浩（1991）.男，在讀碩士，主要從事地震資料采集與處理方而的研究

4、工作.E-mHilguc_zhh通訊作者：童思友（1969-）,男，博士，教授，主要從事海洋地球物理方法方面的研究工作.Email；tsy端檢波點(diǎn)組合的方式進(jìn)行的采集,組合方式一般有12道或24道線性組合。通過(guò)組合的方式利用有效波和干擾波在傳播方向的不同來(lái)壓制干擾波，主要是用于壓制面波之類(lèi)的低視速度的規(guī)則干擾和無(wú)規(guī)則的隨機(jī)干擾，可以有效消除淺地層剖面地震資料采集過(guò)程中的環(huán)境干擾。組合的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，但同樣的組合也存在它的缺點(diǎn)。對(duì)于平面波而言，組合后的信號(hào)頻率與組合前單個(gè)檢波器的信號(hào)頻率是一樣的，因此沒(méi)有頻率畸變，而實(shí)際地震波不是簡(jiǎn)諧波，而是包含許多頻率成分的脈沖波，由于有效波到達(dá)各檢波器的時(shí)間

5、存在時(shí)差，所以組合后的波形就會(huì)產(chǎn)生畸變。新的淺地層剖面采集系統(tǒng)采用拖纜式施工、多道、檢波點(diǎn)不組合的方式進(jìn)行采集，即可以獲得各檢波點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)5】，同時(shí)本系統(tǒng)也改進(jìn)了傳統(tǒng)拖纜式淺地層剖面采集資料監(jiān)控方式，相對(duì)于傳統(tǒng)淺地層剖面只能監(jiān)控連續(xù)多炮地震記錄的方式，本系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)控原始單炮記錄、直接疊加后單道記錄、時(shí)差校正后登加單道記錄、時(shí)差校正后地震剖面。其主要優(yōu)勢(shì)是可以有效的消除在海水深度較淺的環(huán)境下傳統(tǒng)拖纜式采集系統(tǒng)多檢波器直接組合導(dǎo)致的波形畸變和高頻信息丟失的問(wèn)題。1傳統(tǒng)淺地層剖面采集缺陷傳統(tǒng)淺地層剖面采集系統(tǒng)中采用檢波點(diǎn)端組合的方式進(jìn)行采集，我們獲得的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)組合后單道數(shù)據(jù)。下面通過(guò)組合的

6、基本原理來(lái)分析傳統(tǒng)淺地層剖面采集過(guò)程中采用線性組合的方式所存在的缺陷。設(shè)有個(gè)等靈敏度檢波器沿直線等距堂排列，設(shè)地震波為平面波，波前與地面所成角度為a,地震波速度為寸。將第1個(gè)檢波器接收到振動(dòng)的時(shí)間記為。，振動(dòng)函數(shù)為/(Q。如圖1所示，第2個(gè)檢波器接收到的哽孕比第1個(gè)檢波器接收到的振動(dòng)晚/,3=暨=也四。所以，第2vv個(gè)檢波器接收到的振動(dòng)是f(lf),第n個(gè)檢波器接收到的振動(dòng)為/。一31)3),即組合后的振動(dòng)記作F(t),并有：F(r)=/(/)-!-/'(£，)+/'(£2&)+/(£(一1)3)(1)對(duì)上式兩邊取傅里葉變換，將F(z)的傅

7、里葉變換記作Gg,可得：G(jco)=g(j3)+g(jw)e+g(ja>)廠2利以+.+甘(汕).廣31)(2)即：s,nFiG(，Q=g(，3)c-，-r如(3)sinTS：炮檢距/m；A：道間距/m；H：海水深度/m；道數(shù)：12圖1簡(jiǎn)單線性組合示意圖Fig.1Schematicdiagramofsimplelinearcombination從組合的原理可以確定，組合過(guò)程可以視為一個(gè)濾波過(guò)程。設(shè)：K(jco)=廠丹小(4)Sin函數(shù)K(沁)與信號(hào)的形狀無(wú)關(guān).與信號(hào)的到達(dá)時(shí)間無(wú)關(guān)，只與信號(hào)的頻率以及信號(hào)到達(dá)組合內(nèi)各檢波器的相對(duì)時(shí)差£有關(guān)。如圖1中所示，在野外進(jìn)行淺地層剖面地震

8、資料采集過(guò)程中，最小炮檢距為S,道間距為M.共有12道接收，海水深度和速度分別為H和”，波前面和海水面的夾角為a。根據(jù)蛆合基本原理可得也=白竺匹。當(dāng)只考慮海水深度HVM-I51x-1Wgeo100120!40l«o180200(A)震源在杲邊；(B)震源在中間圖2海水深度H對(duì)一次波到達(dá)時(shí)差的影響曲線Fig.2InfluencecurveofwaterdepthHonarrivaltimedifferenceofprimarywave對(duì)也的影響時(shí)，設(shè)最小炮檢距S為3m,道間距M為1m,海水速度為1500m/s,可以得到海水深度對(duì)一次波到達(dá)時(shí)差的影響曲線(圖2)。從圖2可以看出，無(wú)論震源

9、在單邊激發(fā)還是在中間激發(fā)，隨著海水深度的增加，一次波到達(dá)各道的時(shí)差越來(lái)越小，并逐漸趨于穩(wěn)定，即海水深度對(duì)一次波到達(dá)時(shí)差的影響越來(lái)越小。如圖2(A)中所示，當(dāng)海水深度為15m時(shí)，一次波到達(dá)時(shí)差為2ms,若直接疊加的話，必然出現(xiàn)一次波波形畸變現(xiàn)象，同時(shí)會(huì)對(duì)200Hz以上的頻率產(chǎn)生壓制現(xiàn)象，所以在海水較淺的環(huán)境中傳統(tǒng)拖纜式淺地層剖面采集系統(tǒng)對(duì)波形畸變和高頻信息壓制的影響越明顯。下面根據(jù)組合的方向一頻率特性公式（5）來(lái)考察一下組合后組內(nèi)距對(duì)波形畸變的影響程度。(5)固定組合數(shù)目，以尊為參量、以丁為橫坐標(biāo)變歐可以繪制組合頻率特性曲線，如圖3。圖3組合頻率特性曲線（據(jù)文獻(xiàn)口2）Fig.3Thecurveo

10、fcombinationfrequencycharacteristicfromreference】2）從組合頻率特性曲線（圖3）可見(jiàn)，當(dāng)&H0時(shí)，組合是有濾波作用的，總的來(lái)說(shuō)具有低通特性，隨著&增大，頻率特性曲線通放帶與壓制帶越明顯，并且通放帶變窄，表明組合具有頻率濾波作用，尤其對(duì)高頻成分有明顯的壓制作用，組合后波形產(chǎn)生畸變。而我們?cè)谶M(jìn)行淺地層剖面探測(cè)時(shí)換能器將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為不同頻率的聲波脈沖向海底發(fā)射，穿透深度通常為10200m,分辨率一般為320cm,在如此高要求的分辨率的情況下，地震資料中的高頻成分起到非常關(guān)鍵的作用，保證高頻成分的完整性是筆者在處理淺地層剖面資料至關(guān)重要

11、的環(huán)節(jié)目前淺地層剖面探測(cè)儀器通常采用檢波點(diǎn)組合的方式采集，由于各檢波器之間的距離尹0,所以會(huì)對(duì)采集的地震資料中的高頻成分產(chǎn)生一定的壓制作用，即是由于采集方式的不合理導(dǎo)致高頻信息的丟失2淺地層剖面采集系統(tǒng)改進(jìn)方法為了保證淺地層剖面地震資料中的高頻成分和消除蛆合后波形畸變的影響，本文利用多道地震資料采集的思想，設(shè)計(jì)新的淺地層剖面采集系統(tǒng),并通過(guò)正演模擬的方式撿證方法的效果。該采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括：導(dǎo)航定位系統(tǒng)、采集工作站、震源控制、震源、信號(hào)拖纜和12個(gè)單元組合水聽(tīng)器；主要功能包括：采集淺剖單炮數(shù)據(jù)、自動(dòng)根據(jù)獲取的導(dǎo)航信息及排列布放方式生成各道偏移距信息、自適應(yīng)完成時(shí)差校正并輸出單炮記錄、校正疊

12、加單道剖面和未校正的單道剖面。本文中新的淺地層剖面采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)12道檢波器接收地震資料，采用拖纜式施工、多道、檢波點(diǎn)不組合的方式進(jìn)行采集，既相較于傳統(tǒng)淺地層剖面采集方式，新的采集方式可以獲得采集系統(tǒng)中各道的地震資料眼“】。當(dāng)各道檢波器采集到實(shí)際地震資料進(jìn)入采集工作站后，本系統(tǒng)可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別的海水速度和預(yù)先設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算各道間的相對(duì)時(shí)差，并對(duì)各道間的時(shí)差進(jìn)行修正，從而獲得時(shí)差校正后的地震汜錄，同時(shí)達(dá)到消除傳統(tǒng)淺地層剖面采集方式中高頻成分丟失和波形畸變的問(wèn)題。具體步驟如下：（1）獲得各道檢波器采集到的單炮記錄；（2）采集系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)確定時(shí)窗范圍；（3）利用系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別海水速度并對(duì)單炮

13、記錄中的各道進(jìn)行初步時(shí)差校正；（4）系統(tǒng)根據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)和自動(dòng)識(shí)別海水速度計(jì)算出單炮記錄中的各道時(shí)差；（5）利用計(jì)算出的各道時(shí)差對(duì)原始單炮記錄上對(duì)各道記錄進(jìn)行自適應(yīng)時(shí)差校正；（6）將進(jìn)行過(guò)時(shí)間校正的各檢波道進(jìn)行疊加，獲得單道數(shù)據(jù)；（7）輸出單炮記錄和自適應(yīng)校正疊加后的單道記錄以及未做校正直接疊加的單道數(shù)據(jù)。在資料監(jiān)控環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)采用多資料監(jiān)控模式，即同時(shí)對(duì)原始單炮記錄、未校正疊加后單炮記錄、時(shí)差校正后疊加單道記錄、時(shí)差校正后連續(xù)多炮地震記錄進(jìn)行監(jiān)控。圖4和圖5分別為淺地層剖面采集系統(tǒng)改進(jìn)方法中的拖纜示意圖和采集系統(tǒng)監(jiān)控界面顯示示意圖。圖4淺地層剖面拖纜示意圖(據(jù)SIGI6.24.24.66型號(hào)

14、拖纜示意圖)Fig.ITowingtypeschematicdiagramoftowingtypesubbottomseismicprofile(accordingtolowingtypeofSKi16.24.2-1.66)連波多炮白造w咬正卷加希既始平炮frt息他亢記波Mifti顯示（即狙合內(nèi)各檢波器記泉牧據(jù)）導(dǎo)就坐標(biāo):測(cè)線弓：剖血顯小障始單炮記錄自舊應(yīng)佼11疊加后甲”記錄未假止咎加:Vi單j。記次迫間跑:狼小偏鋒距:海水速度:木洋：未收時(shí)茬校止fui曾加:的單ifl收?qǐng)?bào).號(hào)H話應(yīng)時(shí)差校正各ifi睿底后單諂敢報(bào)圖s采集系統(tǒng)監(jiān)控界面顯示示意圖Fig.5Monitoringinterfacedi

15、splaywithacquisitionsystem3正演模擬驗(yàn)算F面通過(guò)正演模擬的/j式驗(yàn)證本方法的實(shí)用效果。本文設(shè)計(jì)如圖6所示的70mX70m的理論模型，海水以卜設(shè)置.3個(gè)地層，地宸f波是主頻為600Hz的宙克子波.拖纜沉放深度為1m.海水深度為15m.最小偏移距為3m.道間距為1mo圖7所示為時(shí)差校正前后地震記錄.在未做時(shí)差校1E處理時(shí)可以看到宜達(dá)波和一次波的波形是傾斜的.說(shuō)明白達(dá)波和一次波到達(dá)各檢波器的時(shí)間存在-定的時(shí)差.在做過(guò)自適應(yīng)時(shí)是校正圖6正演模型Fig,6Forwardnuxlvl處理后的地震記錄中可以看到宜達(dá)波基本上被校平，并n-次波的波形也獲得了相應(yīng)改淬說(shuō)明在做過(guò)處理后地震

16、記錄中消除r由于道間距存在的原因?qū)е轮边_(dá)波和一次波到達(dá)各檢波器時(shí)間存在AftjE前500246810迫數(shù)4681012ifift圖7時(shí)差校正前后地震記錄rig.7Seismicrecordsbeforeandafterthetimedifferencecorrection誤差的情況o從圖（8）時(shí)差校正前后各道疊加后波形對(duì)比圖可以看到在經(jīng)過(guò)校正后的波形更加清晰.相對(duì)能站更強(qiáng).同時(shí)消除r波形畸變現(xiàn)象。對(duì)時(shí)差校正前后地震記錄進(jìn)行頻譜分析（圖9）可以看出，在經(jīng)過(guò)時(shí)差校IE后商頻成分得到提升,效果比較明顯A：哌始單道B：校正前校止&圖8時(shí)差校正前后各道4加后對(duì)比big.8Thecompariso

17、nofthestackedchannelsbeforeandaf»t,rthetimecliffcrt-ncrcorrection500100015002000頓率Hz5001000I5002000頻串Hz圖9時(shí)差校正前(A)和校正后(B)頻諳分析對(duì)比Fig.9(.'oniparisonofspedrumaiuilysisbefore(A)hii(1aftcr(Bitiniedifferrncecorrection4結(jié)論通過(guò)理論試算和模型正演分析可以得出.改進(jìn)后的拖纜式、多道方法的淺地層剖面采集系統(tǒng)可以使地震資料的高頻值息更豐富，波形更真實(shí)0新的淺地層剖面采集系統(tǒng)仰以在采集環(huán)

18、|V解決傳統(tǒng)淺地層剖面采集系統(tǒng)中由于紋合的原因?qū)е碌卣鹳Y料中高頻成分被壓制和波形畸變的問(wèn)題，并且本系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)原始單炮記錄、未校1E疊加后單炮id錄、時(shí)差校1E后在加單道記錄、時(shí)差校正后連續(xù)多炮地震云錄進(jìn)行監(jiān)控。致謝：感謝東方地球物理公司的（ieoEast系統(tǒng)對(duì)本論文研究的支持。參考文獻(xiàn)：1 李平.杜軍.淺地任削而探測(cè)嫁述J.海汴通報(bào).2011.30（3）:341350.2 再?gòu)?qiáng)強(qiáng).溫明明.大衡.等.海洋淺跑層制血灸料的數(shù)據(jù)處理萬(wàn)法：海洋地質(zhì)前沿.2013.29（11）:19-53,跚中輝.欒偶武.潘軍.等.海上淺地層剖面處理的關(guān)鍵去噪技術(shù)J.海洋地質(zhì)前沿.2016.32(9),64-70.

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