翟繼鋒，韋成龍，曾憲軍

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州市 510760）

地震勘探資料采集的中心問題是如何增強(qiáng)有效波，壓制干擾波，提高資料分辨率及信噪比，獲取高質(zhì)量的地震記錄。觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)取決于地震勘探任務(wù)、工區(qū)地震地質(zhì)條件和勘探方法，總的原則是盡可能使記錄到的地下界面得到連續(xù)追蹤、避免發(fā)生有效波彼此干涉、野外施工簡單等。海上二維地震勘探，在野外施工中主要使用縱測線觀測系統(tǒng)，即激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)布置在同一條測線上，該系統(tǒng)能得到測線正下方界面的反射信息，所獲得的資料易于解釋，野外施工方案簡單直觀，在實(shí)際工作中被廣泛應(yīng)用。對于縱測線觀測系統(tǒng)來說，涉及選擇的參數(shù)主要有最大炮檢距、最小炮檢距、炮間距、道間距、檢波器組合參數(shù)、覆蓋次數(shù)、震源能量、震源電纜組合沉放深度、采樣率、低截濾波10 個，以下分別進(jìn)行討論。

1 二維拖纜地震參數(shù)

1.1 最大炮檢距

最大炮檢距為炮點(diǎn)中心到最遠(yuǎn)一道中心的距離，圖1 中用X1 表示，設(shè)計(jì)時要以下幾個因素作為依據(jù)：

（1）時距曲線，力求其近似為雙曲線。比較合適的炮檢距，可以使正常時差足夠大，足以區(qū)分一次反射波、多次波以及其他相干噪音；比較大的炮檢距，就會使遠(yuǎn)道的時距曲線近似為高次曲線，從而使記錄得到的同相軸不滿足雙曲線的假設(shè)。水平層狀介質(zhì)的地震地質(zhì)模型地震反射波的時距曲線為：

如果在炮點(diǎn)的附近接收地震波，就可以把水平層狀介質(zhì)的波速簡化為均方根速度，則反射波的時距曲線方程可簡化為：

由這兩個方程可知，當(dāng)最大炮檢距的取值為勘探目標(biāo)深度的0.7~1.0 倍時，反射波的時距曲線近似為雙曲線。

（2）速度分析，力求能獲得較高的精度。在水平層狀介質(zhì)中，一般認(rèn)為射線速度是一種準(zhǔn)確的速度，它隨著炮檢距的增大而增大，當(dāng)炮檢距一定時，射線速度等于均方根速度，即此時的均方根速度可以認(rèn)為是準(zhǔn)確的，此時的炮檢距就是所要選用的最大炮檢距。由射線速度公式和炮檢距公式，可算出最大炮檢距約為勘探目標(biāo)的埋深：

圖1 二維拖纜觀測系統(tǒng)示意圖

（3）動校正拉伸畸變，力求使其小。動校正拉伸的程度，隨反射界面深度和炮檢距之比的減小而增大，即炮檢距小，拉伸程度就小，炮檢距大，拉伸程度就大。

百分比動校正拉伸量＝（動校正量/雙程反射時間）×100%

（4）反射系數(shù)，力求其變化盡可能小。反射系數(shù)隨著炮檢距的變化而變化，如果炮檢距在小于某個數(shù)值時，反射系數(shù)幾乎不隨炮檢距變化，則炮檢距應(yīng)當(dāng)選取這個數(shù)值。反射系數(shù)可以通過佐普里茲方程來求取，約等于勘探目標(biāo)的埋深。

（5）高頻衰減，力求遠(yuǎn)道的高頻衰減盡可能小。地震波的吸收和衰減隨著傳播距離的增大而增大，從而使高頻信息能量變?nèi)?，降低分辨率?/p>

由以上幾點(diǎn)可知，合適的最大炮檢距應(yīng)選取勘探目標(biāo)深度的0.7~1.0 倍。最大炮檢距過大，會使遠(yuǎn)道的反射時距曲線近似為高次曲線，不符合地震勘探中把時距曲線視為雙曲線的假設(shè)，同時遠(yuǎn)道的反射系數(shù)有較大變化，在資料處理時的動校正拉伸較嚴(yán)重，遠(yuǎn)道地震信號中的高頻信息衰減較厲害。而最大炮檢距偏小，則整個排列偏短，不利于接收中深層的地震反射信息，由此造成時距曲線太短，反映不出雙曲線的形態(tài)，得不到準(zhǔn)確速度，而在資料處理疊加的過程中，最關(guān)鍵的是速度參數(shù)。因此在選擇最大炮檢距時，重點(diǎn)應(yīng)考慮目標(biāo)層的速度分析精度。

1.2 最小炮檢距

最小炮檢距是炮點(diǎn)的中心到電纜第一道（近道）的中心的距離，圖1 中用X2 表示，應(yīng)該小于最淺目標(biāo)層的深度。最小炮檢距大一些，確實(shí)可以有效地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的部分噪音信號干擾，但卻會損失有用的淺層有效信號。

最小炮檢距的選取應(yīng)從以下幾方面考慮：

（1）考慮炮檢距與疊加特性的關(guān)系，選擇較小的最小炮檢距，通放帶會寬一些。

（2）根據(jù)作業(yè)船噪音情況及地震地質(zhì)條件，選擇能夠較好地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的部分噪音信號干擾的最小炮檢距。較大的偏移距有利于避開面波、船噪音等干擾。

（3）為滿足大炮檢距的初至折射靜校正或?qū)游龀上穹囱蒽o校正處理的需要，宜采用較小的最小炮檢距。

（4）為提高分辨率，宜采用較小的最小炮檢距。

隨著偏移道數(shù)的增加，迭加特性曲線通放帶寬度變窄，壓制帶范圍向左移，同時壓制范圍內(nèi)，特性曲線的三次極大值幅度變小。說明偏移道數(shù)的增加能更好壓制與反射波速度相近的多次波，即可以提高分辨率。但是，偏移道數(shù)增大，導(dǎo)致壓制帶寬度變窄，特性曲線二次極大值的幅度增大。因而，與反射波速度相差較大的多次反射波，就有可能進(jìn)入二次極值帶，得不到好的壓制效果，所以不能認(rèn)為偏移道數(shù)越大越好。

從施工結(jié)果看，250 m 的最小炮檢距可以有效地避免震源和作業(yè)船產(chǎn)生的噪音信號干擾，但在水深較淺區(qū)域，如小于100 m 時，最小炮檢距過大就會損失有用的淺層有效信號，而且會使海底難以追蹤。因?yàn)檫@時直達(dá)波和海底一次反射波幾乎同時到達(dá)，給去除直達(dá)波、追蹤海底造成困難，在以往的地震資料中也出現(xiàn)過海底辨認(rèn)不準(zhǔn)確的情況。這主要和水深太淺，最小炮檢距偏大有關(guān)。野外作業(yè)中對最小炮檢距應(yīng)做試驗(yàn)，綜合考慮準(zhǔn)確追蹤海底和減小近道噪音，通過現(xiàn)場處理結(jié)果，確定出一個合適的最小炮檢距。

1.3 炮間距

因炮點(diǎn)移動的道數(shù)與覆蓋次數(shù)成反比關(guān)系，在排列長度及道間距一定時，炮點(diǎn)移動的距離越短，覆蓋次數(shù)越高?？s短炮點(diǎn)移動的距離，增加覆蓋次數(shù)，以提高對多次波的壓制效果，增強(qiáng)有效反射波的能量，提高資料信噪比。

1.4 道間距

道間距是指相鄰2 個接收點(diǎn)之間的距離，圖1 中表示為X4。道間距的選擇，應(yīng)保證道與道之間的反射波都能對比。反射波到達(dá)相鄰兩個接收點(diǎn)的時差Δt，應(yīng)滿足下列關(guān)系：Δt≤T*/2，式中，T*為反射波的視周期。因反射波的視速度V*是道間距Δx 和時間差Δt 之比值，即：V*=。則，為了能夠同時并且可靠地追蹤來自深層和淺層的反射波，道間距的最大適合值Δx 應(yīng)當(dāng)以淺層反射波的視波長λ*來計(jì)算。

道間距的大小會直接影響地震資料的解釋工作，影響橫向分辨率：道間距偏大，將導(dǎo)致同一層的有效波追蹤和辨認(rèn)的可靠性受到影響，會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的空間假頻，而且是道間距越大，低頻響應(yīng)也越嚴(yán)重；道間距偏小，將會使野外數(shù)據(jù)量、工作量及成本大大增加。選取道間距應(yīng)當(dāng)以在地震記錄上能夠可靠辨認(rèn)同一有效波的相同相位為準(zhǔn)則，這主要取決于：相鄰的道記錄形態(tài)的重復(fù)性；地震有效波、干擾波和隨機(jī)振動背景的振動關(guān)系；地震波到達(dá)相鄰道所用時的時差；地震波的視周期以及橫向分辨率等。

通過對常規(guī)地震資料的頻譜、速度分析可知，有效反射波視頻率主要分布范圍（以最大幅值下降6 dB 計(jì)算）約為6～60 Hz；淺層層速度值約為1 800～2 400 m/s，道間距1 800 /（2×60）約為15 m，表明采用12.5 m 道間距可以滿足采集精度要求。

目前各地震調(diào)查船多使用24 位地震采集記錄系統(tǒng)，電纜的道間距均為12.5 m。從地震資料采集結(jié)果看，使用12.5 m 的道間距能夠在地震記錄上清晰地辨認(rèn)出同一有效波的相同相位。

1.5 檢波器組合參數(shù)

檢波器的排列組合要兼顧壓制干擾波和突出有效波這兩方面，利用干擾波的視速度、主周期、道間時差、隨機(jī)干擾的半徑以及有幾組干擾波，出現(xiàn)的地段，強(qiáng)度的變化特點(diǎn)與激發(fā)條件的關(guān)系等資料，設(shè)計(jì)出合理的排列組合參數(shù)。檢波器組合參數(shù)的因素包括：組內(nèi)距、組合基距、組合內(nèi)的檢波器個數(shù)以及組合的形式等。視速度和炮檢距為反比關(guān)系，即組合內(nèi)的各檢波器的時差隨著炮檢距的增大而增大。一般認(rèn)為排列中最近道處的視速度最大，最遠(yuǎn)道處的視速度最小，因此組合中首尾檢波器點(diǎn)的時差最大，其低頻響應(yīng)更加嚴(yán)重，組合排列越長，基距越大，這種現(xiàn)象就越明顯。在中深層地震勘探中，利用檢波器組合法提高信噪比的同時，要避免低頻響應(yīng)。

常規(guī)地震勘探采用的24 位電纜，一般采用12 個或者16 個檢波器線性組合作為一道。由于MEMS 新技術(shù)的應(yīng)用，使得檢波器在線性度、靈敏度非常高，分辨力、遲滯、重復(fù)性、漂移、穩(wěn)定性等性能得到了極大提高。

1.6 覆蓋次數(shù)

覆蓋次數(shù)即地層界面某一點(diǎn)的追蹤次數(shù)，n=S·N/2·r，其中S 代表一個系數(shù)，一般取1；N 代表記錄道數(shù)；r 代表炮點(diǎn)移動的道數(shù)。若增加覆蓋次數(shù)，迭加特性曲線通放帶的寬度和壓制帶的左邊界都不會有多大變化。說明增加覆蓋次數(shù)，既不會改善因?yàn)閯有Ｕ俣炔粶?zhǔn)確而引起反射波迭加特性變壞的情況，也不會提高壓制與反射波速度相近的多次波的能力。但若增加覆蓋次數(shù)，則壓制帶的寬度將會加大，壓制帶范圍內(nèi)的三次極大值將會變小。疊加次數(shù)也即覆蓋次數(shù)，越大則壓制帶平均值越小，壓制效果就越好，所以增大覆蓋次數(shù)對于提高信噪比是有利的。就是說，覆蓋次數(shù)的增加，既有利于對多次波的壓制，也有利于對與反射波速度相差較大的多次波的壓制。總而言之，增大覆蓋次數(shù)，可以提高壓制的效果，提高信噪比，覆蓋次數(shù)越大，信噪比的改善程度就越大。假設(shè)疊加后的信噪比為1，則各目標(biāo)層所需要的覆蓋次數(shù)可由下式計(jì)算：

選取較大的覆蓋次數(shù)，能夠充分壓制高頻環(huán)境下的干擾噪音，增大目標(biāo)層的有效反射能量，就能提高資料的信噪比，確保目標(biāo)層的成像效果。因此，采集中都需選取較大的覆蓋次數(shù)。

1.7 震源能量

在相同條件下，震源能量越強(qiáng)，得到的信號其信噪比也相應(yīng)提高。但大震源大能量作業(yè)，在接收到更強(qiáng)的有效反射信號的同時，也會接收到更大的多次波等干擾信號，因而資料的信噪比不一定會提高。中深層地震勘探所關(guān)心的是信噪比，而不僅僅是反射信號的強(qiáng)弱。

通過對地震地質(zhì)模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬來測算最佳的震源能量，再經(jīng)過野外震源試驗(yàn)來對比驗(yàn)證，確定合適的震源能量，是目前常規(guī)二維地震震源能量較好的確定手段。

1.8 震源電纜組合沉放深度

在海洋地震勘探作業(yè)中，我們使用電纜中排列組合的水聽器記錄壓力P，若電纜沉放深度記作Z，且地震反射信號中的某一諧波波長為λ，其入射角為θ，則其簡要關(guān)系式為：

對海洋地震氣槍震源來說，激發(fā)后所產(chǎn)生的地震波信號，以及由海面反射回來的地震波信號一起向地下傳播。由于氣槍震源的沉放深度相對于水深和地層厚度而言比較小，可以看做是疊加在一起的兩個信號向地下傳播。而這兩個信號的疊加效果是受氣槍震源沉放深度控制的，和地震電纜的情況相同，疊加信號的振幅大小變化也是受氣槍震源沉放深度控制。

理論上的分析結(jié)果是：震源與電纜沉放的深度相同，并且深度值為按上式算出的使得壓力P取最大值的Z 的值，其中的λ 可以認(rèn)為是對應(yīng)于目標(biāo)層的主頻波長。

實(shí)際上震源、電纜組合的沉放深度，震源激發(fā)信號在海水、地層中傳播時的擴(kuò)散、衰減，各界面的反射、折射和散射，海水、地層吸收所產(chǎn)生的各種組合濾波效應(yīng)，再加上各種各樣的噪音干擾，使得電纜中水聽器接收到的信號已經(jīng)發(fā)生了變化，電纜接收到的信號波形態(tài)與頻譜早已不同于原震源波形態(tài)與頻譜。

以理論值為依據(jù)，通過計(jì)算機(jī)模擬以及在工區(qū)中做震源、電纜組合沉放深度試驗(yàn)，可以找到一個最佳的震源、電纜組合沉放深度。

1.9 采樣率

合適的采樣間隔Δt，可避免間隔過大使離散信號失真及譜畸變出現(xiàn)假頻現(xiàn)象的缺點(diǎn)，又可避免采樣過密使處理工作量加大的缺點(diǎn)。根據(jù)采樣定理：

Δt 為采樣間隔，fmax為要保護(hù)的目的層的最高頻率。一個信號周期中至少需要3 個樣點(diǎn)（也就是需要兩個采樣間隔（2Δt））的最小量來定義一個周期的信號。

大部分海區(qū)地震調(diào)查資料顯示，有效反射波頻率分布范圍（以最大幅值下降6 dB 計(jì)算）約為6～60 Hz。計(jì)算結(jié)果表明選用2 ms 采樣可滿足采集精度的要求。對于海洋高分辨率地震調(diào)查，由于目標(biāo)體尺度較小，要求有更好的分辨力，一般采樣率為1 ms；在小范圍的高精度淺層地震調(diào)查，采樣率要求能夠達(dá)到0.5 ms。

1.10 低截濾波

常規(guī)地震勘探中，對低截濾波的確定都傾向于低截頻率盡可能地低一些，盡可能多地保留原始采集信號。在海上地震勘探中，涌浪等會產(chǎn)生幾到十幾Hz 的噪音，羅盤水鳥等拖纜懸掛裝置掛上異物會在附近道產(chǎn)生有規(guī)律的抖動等，低頻干擾影響到資料信噪比。當(dāng)?shù)皖l干擾偏大時，在處理時濾波雖然可以將之除掉，但低頻有效信號也同時損失，因此在干擾比較大的情況下，降低低截濾波的門檻值是沒有益處的。利用現(xiàn)場處理的噪音分析，可以獲得低頻干擾的頻率范圍和幅值大小。良好的海況一般采用的低截濾波值為3 Hz。當(dāng)然，震源、電纜深度都加深后，涌浪等環(huán)境噪音大大降低，可以不加低截濾波。

2 結(jié) 論

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