李培明 宋家文 柳興剛 馬 竹 馬淵明 王文闖

（①中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司，河北涿州072751；②東方地球物理公司物探技術(shù)研究中心，河北涿州072751；③東方地球物理公司采集技術(shù)研究中心，河北涿州072751）

0 引言

為了滿足高精度地震勘探的需求，陸上和海上高效地震數(shù)據(jù)采集新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，先后出現(xiàn)了交替掃描［1］、滑動(dòng)掃描［2］、同步激 發(fā)滑動(dòng) 掃描［3］、獨(dú)立同步激發(fā)［4-6］、超高效混疊采集［7］、動(dòng)態(tài)滑動(dòng)掃描［8］等高效采集技術(shù)，且采集效率不斷提高，并在中東和北非等地區(qū)獲得廣泛的推廣應(yīng)用。這些技術(shù)，尤其是高效混疊采集（high-productivity blending acquisition，HPBA）技術(shù)極大地提高了地震數(shù)據(jù)采集效率，縮短了勘探周期，降低了采集成本。但由于震源激發(fā)時(shí)間間隔較短，導(dǎo)致來(lái)自不同激發(fā)源產(chǎn)生的地震波發(fā)生混疊，嚴(yán)重影響原始地震數(shù)據(jù)信噪比及其成像質(zhì)量。因此，混疊采集數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)后期混疊分離處理，將不同激發(fā)源產(chǎn)生的混疊信號(hào)相互分離，形成無(wú)鄰炮干擾的炮檢道集，已成為高效混疊采集數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié)。

目前，混采數(shù)據(jù)分離方法，無(wú)論是基于去噪的方法，還是基于稀疏反演的方法，都是充分利用數(shù)據(jù)在某種域內(nèi)有效信號(hào)的連續(xù)性與混疊噪聲的隨機(jī)分布的特征。去噪類(lèi)分離方法［9-17］是利用鄰炮混疊干擾在共檢波點(diǎn)道集或共炮檢距道集等非共炮道集上的隨機(jī)特征壓制混疊噪聲，但當(dāng)?shù)卣饠?shù)據(jù)混疊度較高時(shí)，直接去噪法會(huì)損傷有效信號(hào)，信噪分離保真度較差?；谙∈璺囱蓊?lèi)分離方法［18-26］主要是利用信號(hào)在變換域中的稀疏性，在迭代過(guò)程中通過(guò)不斷收縮閾值，逐步提取有效信號(hào)，并消除由信號(hào)預(yù)測(cè)得到的混疊噪聲，改善信噪分離效果。由于有效信號(hào)的連續(xù)性與混疊噪聲的隨機(jī)性將直接影響數(shù)據(jù)分離的效果，為了確?；殳B采集數(shù)據(jù)得到高質(zhì)量的分離，同步激發(fā)震源的激發(fā)時(shí)間與空間分布的隨機(jī)性至關(guān)重要。

影響有效信號(hào)連續(xù)性、混疊噪聲隨機(jī)性的兩個(gè)最重要采集參數(shù)是最小同步激發(fā)船間距離和激發(fā)顫動(dòng)時(shí)間（dither time），但目前鮮見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)。Beasley［27］提出遠(yuǎn)距離同步激發(fā)高效混采技術(shù)以提高采集效率。Hampson等［28］通過(guò)設(shè)置隨機(jī)顫動(dòng)延遲時(shí)間提高激發(fā)時(shí)間的隨機(jī)性。王漢闖等［29］從理論上研究了基于稀疏性的地震數(shù)據(jù)高效采集方法，提出了規(guī)則多源隨機(jī)檢波點(diǎn)、隨機(jī)多源規(guī)則檢波點(diǎn)、隨機(jī)多源隨機(jī)檢波點(diǎn)等三種高效采集及相應(yīng)數(shù)據(jù)重建方案，但未研究具體如何設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)。同時(shí)，若通過(guò)野外采集試驗(yàn)確定采集參數(shù)，會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本的問(wèn)題，因此有必要探究室內(nèi)模擬混疊確定采集參數(shù)的方法。

本文提出一種基于實(shí)際/正演數(shù)據(jù)混采模擬與數(shù)據(jù)分離的高效混疊采集參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，針對(duì)各待選采集參數(shù)，利用無(wú)混疊實(shí)際/正演數(shù)據(jù)模擬野外混疊采集數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)分離后與未混疊數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，定性/定量評(píng)價(jià)、優(yōu)選混采參數(shù)，為野外混疊采集提供了一個(gè)切實(shí)可行的采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法成功應(yīng)用于阿聯(lián)酋ADNOC公司海上混疊采集項(xiàng)目中，取得了很好的應(yīng)用效果，證明了該方法的有效性與實(shí)用性。

1 技術(shù)路線

混疊采集數(shù)據(jù)需要通過(guò)混疊分離處理才能將不同激發(fā)源產(chǎn)生的混疊信號(hào)相互分開(kāi)，形成無(wú)鄰炮干擾的炮檢道集。而目前可使用的基于去噪和基于反演的兩類(lèi)混采數(shù)據(jù)分離方法，都是利用數(shù)據(jù)在某種域內(nèi)有效信號(hào)的連續(xù)性與混疊噪聲的隨機(jī)分布特征。因此，為了高質(zhì)量地分離混采數(shù)據(jù)，需要在實(shí)際施工參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能地確保同步激發(fā)震源的激發(fā)時(shí)間與空間分布的隨機(jī)性。

為了在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保后期數(shù)據(jù)分離的質(zhì)量，本文提出基于無(wú)混疊實(shí)際/正演數(shù)據(jù)模擬混采優(yōu)選采集參數(shù)的技術(shù)路線。該方法是利用已采集的無(wú)混疊數(shù)據(jù)或正演數(shù)據(jù)，根據(jù)幾套候選的混疊施工參數(shù)，模擬實(shí)際混疊采集數(shù)據(jù)；然后利用適當(dāng)?shù)幕殳B分離方法對(duì)模擬的混疊數(shù)據(jù)進(jìn)行分離；通過(guò)對(duì)比、分析分離結(jié)果以及與實(shí)際未混疊數(shù)據(jù)的殘差，優(yōu)選最佳混疊采集參數(shù)。其具體流程如圖1所示。

首先根據(jù)野外激發(fā)與接收裝備的配置劃分作業(yè)片區(qū)，并設(shè)計(jì)行進(jìn)軌跡，確保片區(qū)內(nèi)激發(fā)源滿足最小激發(fā)間距與空間分布隨機(jī)性要求；基于常規(guī)無(wú)混疊采集激發(fā)時(shí)間信息設(shè)定同步混疊激發(fā)時(shí)間，模擬野外采集的自然隨機(jī)性，同時(shí)可采用顫動(dòng)時(shí)間進(jìn)一步增強(qiáng)激發(fā)隨機(jī)性；根據(jù)模擬的激發(fā)時(shí)間對(duì)實(shí)際無(wú)混疊數(shù)據(jù)做混疊模擬；然后利用適用的混疊數(shù)據(jù)分離方法分離模擬混疊數(shù)據(jù)，并根據(jù)分離結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的差異，分析確定擬采用的最小同激發(fā)源/船間距、顫動(dòng)時(shí)間。

圖1 高效混采施工參數(shù)設(shè)計(jì)流程

2 混疊數(shù)據(jù)模擬與采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理公司2018年中標(biāo)的ADNOC海上項(xiàng)目是迄今全球最大三維地震采集項(xiàng)目，其作業(yè)區(qū)域大于30000km2。項(xiàng)目采用兩邊激發(fā)的平行觀測(cè)系統(tǒng)，采集炮道密度高達(dá)3000萬(wàn)道/km2，總激發(fā)炮數(shù)高達(dá)1億。如果采用傳統(tǒng)的單船單源/雙源激發(fā)、無(wú)混疊采集方式，一般日效為8000炮，需要3個(gè)地震隊(duì)10多年時(shí)間才能完成。而甲方希望在4.5年時(shí)間內(nèi)完成所有工作量，只有應(yīng)用同步激發(fā)和單船多源高效混疊采集模式，作業(yè)效率提高數(shù)倍才能實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。為了在提高采集效率的同時(shí)，確?；觳蓴?shù)據(jù)分離的質(zhì)量，在目標(biāo)區(qū)內(nèi)選取了一塊前期采集的OBC無(wú)混疊資料，利用前述高效混疊采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，對(duì)該項(xiàng)目的氣槍高效混疊激發(fā)采集參數(shù)進(jìn)行了詳盡分析、論證。

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與分析參數(shù)設(shè)計(jì)

為了使模擬分析參數(shù)更適用于擬進(jìn)行高效混采區(qū)塊，應(yīng)首選該工區(qū)前期采集數(shù)據(jù)，或選用勘探目標(biāo)和地表情況與其相近區(qū)域的無(wú)混疊數(shù)據(jù)，并收集實(shí)際激發(fā)時(shí)間等輔助數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)作業(yè)分區(qū)、航行軌跡、最小同步激發(fā)船間距離和顫動(dòng)時(shí)間等參數(shù)。

2.1.1 選取無(wú)混疊地震數(shù)據(jù)并收集相關(guān)信息

首先收集、選取與目標(biāo)區(qū)相近的無(wú)混疊地震數(shù)據(jù)及相應(yīng)的激發(fā)GPS時(shí)間等信息。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)采集所用觀測(cè)系統(tǒng)，在滿覆蓋區(qū)選取一段可供分析的接收線、所有相關(guān)炮點(diǎn)數(shù)據(jù)及相關(guān)信息。

由于該項(xiàng)目擬采用于基于反演的混疊數(shù)據(jù)分離方法，一般是在共檢波點(diǎn)道集上做混疊分離，因此根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)采集所用觀測(cè)系統(tǒng)，在滿覆蓋區(qū)選取一段可供分析的接收線及所有相關(guān)炮點(diǎn)。從圖2可知，本實(shí)例選取接收線號(hào)（RL）為6520、檢波點(diǎn)號(hào)（RP）為2450～3091范圍內(nèi)所有檢波點(diǎn)數(shù)據(jù)，與所選檢波點(diǎn)相關(guān)的炮點(diǎn)范圍達(dá)28km×12km，炮線號(hào)（SL）為2210～3300，炮點(diǎn)號(hào)（SP）為6280～6760。

圖2 選取接收線與炮線范圍示意圖

2.1.2 設(shè)計(jì)作業(yè)分區(qū)、航行軌跡、最小同步激發(fā)船間距離與顫動(dòng)時(shí)間

根據(jù)所選取炮點(diǎn)范圍與工區(qū)投入的激發(fā)裝備數(shù)量，并考慮雙源與單源船的作業(yè)效率，對(duì)模擬區(qū)域進(jìn)行作業(yè)分區(qū)。由于該項(xiàng)目擬采用兩艘雙源船和兩艘單源船施工，因此準(zhǔn)備分4個(gè)區(qū)塊進(jìn)行作業(yè)?？紤]雙源船可同時(shí)激發(fā)兩條炮線，而單源船只能逐次激發(fā)一條炮線，故雙源船施工效率比單源船高一倍，其作業(yè)面積也應(yīng)比后者大一倍。

根據(jù)探區(qū)情況、觀測(cè)系統(tǒng)、裝備投入與激發(fā)時(shí)間的隨機(jī)性、海洋環(huán)境等，設(shè)定了4種候選的同步激發(fā)船間距離：4、6、8、10km，5種候選的顫動(dòng)時(shí)間：0.2、0.3、0.4、0.5、0.6s。這兩種候選參數(shù)組合而形成20種施工方案，產(chǎn)生20套模擬GPS時(shí)間、模擬混疊數(shù)據(jù)，可供采集參數(shù)優(yōu)化分析。

2.2 野外特征保持的模擬激發(fā)GPS時(shí)間生成方法

激發(fā)時(shí)間的隨機(jī)性是影響混疊分離效果的重要因素。由于野外數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，受多種因素影響，激發(fā)時(shí)間間隔總體上較為隨機(jī)。如海上因激發(fā)船行進(jìn)速度受自然環(huán)境（潮流大小方位、風(fēng)力風(fēng)向、天氣、能見(jiàn)度、水深、航行障礙物等）、船本身（船動(dòng)力、船體大小、轉(zhuǎn)向精度、轉(zhuǎn)彎半徑、氣槍沉放深度、浮體偏移等）、設(shè)備精度（GPS、RGPS、電羅經(jīng)、姿態(tài)傳感器等所有與槍陣組合中心坐標(biāo)計(jì)算有關(guān)的設(shè)備誤差）、人為因素（水手的操作熟練度、操作習(xí)慣、特點(diǎn)等）及其他可能造成船速變化（船行進(jìn)軌跡、施工路線變化）等多種因素的影響，激發(fā)時(shí)間間隔會(huì)在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，就自然形成一種近似隨機(jī)分布。圖3是工區(qū)內(nèi)一艘雙源船和一艘單源船的激發(fā)時(shí)間間隔統(tǒng)計(jì)圖，可見(jiàn)單源船激發(fā)間隔約為12s，雙源船激發(fā)間隔約為6s，并存在隨機(jī)分布特征。

圖3 實(shí)際炮間時(shí)差直方圖

因此，充分地利用無(wú)混疊情況下實(shí)際激發(fā)的GPS時(shí)間，能模擬出更符合實(shí)際的混疊激發(fā)GPS時(shí)間。主要包括下述三個(gè)部分。

2.2.1 調(diào)整原始炮間時(shí)差

基于工區(qū)的原始導(dǎo)航數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場(chǎng)采集前后連續(xù)兩炮的實(shí)際激發(fā)GPS時(shí)間相減，得到整個(gè)模擬區(qū)域內(nèi)所有激發(fā)點(diǎn)間的原始炮間時(shí)差，并剔除異常炮間時(shí)差。

圖4 原始與調(diào)整后炮間時(shí)差對(duì)比

為了實(shí)現(xiàn)混疊，可根據(jù)擬用的激發(fā)時(shí)間間隔將原始炮間時(shí)差縮小一定的比例，使其小于無(wú)混疊記錄長(zhǎng)度。圖4是炮間時(shí)差對(duì)比圖。該項(xiàng)目無(wú)混疊采集時(shí)采用的激發(fā)時(shí)間間隔：?jiǎn)卧醇s12s，雙源約6s，記錄長(zhǎng)度為5s。為了使其發(fā)生混疊，將炮間時(shí)差縮小一倍，可見(jiàn)原始炮間時(shí)差（藍(lán)色點(diǎn)）在剔除異常炮間時(shí)差后主要分布在10～14s之間；而調(diào)整后的炮間時(shí)差（綠色點(diǎn)）主要分布在5～7s之間，且調(diào)整后的炮間時(shí)差能夠很好地保持原施工過(guò)程中存在的時(shí)間變化趨勢(shì)。

2.2.2 計(jì)算調(diào)頭時(shí)間

統(tǒng)計(jì)工區(qū)內(nèi)參與模擬的所有炮點(diǎn)的激發(fā)船調(diào)頭時(shí)間，并做相應(yīng)的壓縮，或根據(jù)需要做適當(dāng)調(diào)整。

2.2.3 生成模擬激發(fā)GPS時(shí)間

在各個(gè)作業(yè)片區(qū)內(nèi)，按照每艘船的航行軌跡，將炮間時(shí)差累加（在激發(fā)船調(diào)頭處，應(yīng)累加調(diào)頭時(shí)間），得到每個(gè)炮點(diǎn)的激發(fā)GPS時(shí)間。為了進(jìn)一步加大激發(fā)時(shí)間的隨機(jī)性，可將每一炮的激發(fā)時(shí)間再增加一個(gè)隨機(jī)時(shí)間擾動(dòng)，形成最終的模擬激發(fā)GPS時(shí)間。圖5為炮間時(shí)差＋顫動(dòng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)直方圖，增加顫動(dòng)時(shí)間明顯地改善激發(fā)時(shí)間分布的隨機(jī)性。且隨著顫動(dòng)時(shí)間的增大，炮間時(shí)差由集中到分散，趨于正態(tài)分布。

2.3 混疊數(shù)據(jù)模擬方法與分離效果

根據(jù)波動(dòng)理論可知，高效混疊采集的多源地震數(shù)據(jù)實(shí)際上是常規(guī)單源地震數(shù)據(jù)的線性疊加，其疊加算子就是多源的混合算子。因此，各個(gè)檢波點(diǎn)接收到的多震源混合記錄可表示為［19］

式中：d是混疊采集數(shù)據(jù)；m是無(wú)混疊數(shù)據(jù)；Г是混疊算子，記錄了震源的激發(fā)時(shí)間和位置信息。

針對(duì)具體的某個(gè)接收節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，將與該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所有炮的數(shù)據(jù)，按模擬的激發(fā)GPS時(shí)間進(jìn)行疊加，便可生成該接收節(jié)點(diǎn)的混疊數(shù)據(jù)；然后，利用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)模擬混疊數(shù)據(jù)進(jìn)行混疊分離，得到基于某一套采集參數(shù)模擬混疊數(shù)據(jù)的分離結(jié)果。由于混采數(shù)據(jù)分離方法將直接影響高效混疊采集數(shù)據(jù)分離的效果，為了客觀地分析優(yōu)選的施工參數(shù)，一般應(yīng)選用一種分離效果好且保真度高的混疊數(shù)據(jù)分離方法。本文選用基于稀疏反演的混疊分離方法。

圖5 炮間時(shí)差＋顫動(dòng)時(shí)間直方圖

圖6 共檢波點(diǎn)道集混疊模擬與分離結(jié)果對(duì)比

圖6展示了共檢波點(diǎn)道集混疊模擬與分離結(jié)果（其中船間同步激發(fā)距離為6km，顫動(dòng)時(shí)間為0.3s）?？梢钥闯鰣D6b混疊后的共檢波點(diǎn)道集比圖6a無(wú)混疊數(shù)據(jù)增加了很多來(lái)自于其他同步激發(fā)源的干擾，而且由于激發(fā)時(shí)間的隨機(jī)性，它們表現(xiàn)出典型的隨機(jī)噪聲特征。圖6c是混疊分離后的共檢波點(diǎn)道集，圖6d是無(wú)混疊與混疊分離道集之差，可通過(guò)對(duì)比分析此差異，評(píng)判不同采集參數(shù)的優(yōu)劣。

圖7是共炮點(diǎn)道集混疊模擬與分離結(jié)果對(duì)比（其船間同步激發(fā)距離和顫動(dòng)時(shí)間同圖6）。可見(jiàn)混疊后的共炮點(diǎn)道集（圖7b）比無(wú)混疊數(shù)據(jù)（圖7a）增加了一些相干同相軸，這些貌似有效信號(hào)的同相軸來(lái)自于其他同步激發(fā)源。圖7c是混疊分離后的共炮點(diǎn)道集，圖7d是無(wú)混疊與混疊分離道集之差，可以看出分離后炮集與真實(shí)的無(wú)混疊數(shù)據(jù)之間的殘差很小。

圖8、圖9分別為圖6、圖7對(duì)應(yīng)的無(wú)混疊與混疊分離后的共檢波點(diǎn)道集、共炮點(diǎn)道集頻譜對(duì)比，可見(jiàn)無(wú)論是檢波點(diǎn)道集，還是炮點(diǎn)道集的無(wú)混疊與混疊分離后的頻譜，兩者在3～110Hz頻段內(nèi)基本一致，僅在低于3Hz或大于110Hz的頻譜上出現(xiàn)微弱差異（小于－40dB），表明信號(hào)分離的保真度很高。

圖7 共炮點(diǎn)道集混疊模擬與分離結(jié)果對(duì)比

圖8 無(wú)混疊（紅）與混疊（藍(lán)）共檢波點(diǎn)道集分離后的頻譜對(duì)比

圖9 無(wú)混疊（紅）與混疊（藍(lán)）共炮點(diǎn)道集分離后的頻譜對(duì)比

2.4 采集參數(shù)優(yōu)化分析

影響混疊分離效果的主要施工參數(shù)有激發(fā)源數(shù)量、同步激發(fā)源間距及激發(fā)時(shí)間的隨機(jī)性等。為了保證分析工作的客觀性與科學(xué)性，須確保影響因素的唯一性，即分析某一參數(shù)影響時(shí)，先固定其他因素。根據(jù)此前預(yù)設(shè)的4種候選同步激發(fā)船間距離（4、6、8、10km）和5種顫動(dòng)時(shí)間（0.2、0.3、0.4、0.5、0.6s），從其組合的20種施工方案可得20套模擬混疊數(shù)據(jù)；通過(guò)分析評(píng)價(jià)這20套數(shù)據(jù)混疊分離后的效果，優(yōu)選出最佳同步激發(fā)間距和顫動(dòng)時(shí)間。

2.4.1 最小同步激發(fā)船間距離

激發(fā)源空間分布的隨機(jī)性是影響混疊分離效果的主要因素，理論上，只要保證各激發(fā)源空間分布的隨機(jī)性，對(duì)同步激發(fā)船間距應(yīng)無(wú)太多限制。但在海上多船采集時(shí)，常采用追逐放炮方式。由于前后兩個(gè)激發(fā)源間距變化不大，隨機(jī)性較差，因此需拉開(kāi)適當(dāng)間距，造成接收能量的差異，更有利于混疊數(shù)據(jù)的高保真分離。本節(jié)主要聚焦于優(yōu)化分析最小同步激發(fā)船間距離，以更好地滿足分離保真度要求。

在固定顫動(dòng)時(shí)間（如±0.3s）前提下，根據(jù)工區(qū)情況設(shè)計(jì)了擬用的4種同步激發(fā)船間距離（4、6、8、10km），得到4種激發(fā)GPS時(shí)間；據(jù)此GPS時(shí)間將實(shí)際無(wú)混疊數(shù)據(jù)做混疊模擬，得到4套混疊模擬數(shù)據(jù)；然后對(duì)混疊模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，并定性比較或定量分析分離數(shù)據(jù)的保真度，優(yōu)選該工區(qū)的最小同步激發(fā)船間距離。

定性分析道集、頻譜差異：比較不同同步激發(fā)船間距離對(duì)應(yīng)的分離后檢波點(diǎn)道集（圖6）、炮點(diǎn)道集（圖7）及其頻譜（圖8、圖9），與無(wú)混疊數(shù)據(jù)的一致性與差異大小，定性地優(yōu)選適于該區(qū)的最小同步激發(fā)船間距離。

定量分析殘差均方根振幅、頻譜差異：計(jì)算混疊炮分離后數(shù)據(jù)與無(wú)混疊數(shù)據(jù)的殘差均方根振幅，比較不同最小同步激發(fā)船間距離的無(wú)混疊數(shù)據(jù)的振幅與殘差均方根振幅比值的大小。該比值越大，說(shuō)明分離的保真度越高，則該參數(shù)就越好。圖10展示了4、6、8、10km等4種不同的最小同步激發(fā)船間距離時(shí)的比值，總體上分離的殘差逐漸變小，但可以看出這4種距離對(duì)應(yīng)的分離殘差相近，4km與10km時(shí)真值與殘差的比值僅相差0.7dB。綜合考慮施工效率，選取適用間距為6～8km。

圖10 分離效果隨同步激發(fā)船間距離的變化

同樣，可定量分析4種同步激發(fā)船間距離對(duì)應(yīng)的混疊分離后頻譜與無(wú)混疊數(shù)據(jù)頻譜的差異，優(yōu)選較佳的同步激發(fā)船間距離。最后，通過(guò)綜合分析不同同步激發(fā)距離的分離后炮檢點(diǎn)道集與頻譜的保真度、殘差均方根振幅的差異，確定最佳的最小同步激發(fā)船間距離。

2.4.2 顫動(dòng)時(shí)間

激發(fā)時(shí)間分布的隨機(jī)性是影響混疊分離效果的另一主要因素。在陸地野外地震采集過(guò)程中，由于受地表、車(chē)輛性能、駕駛員操作水平與習(xí)慣等多種因素的影響，激發(fā)隨機(jī)性很強(qiáng)。在海上由于激發(fā)船的行進(jìn)速度受自然環(huán)境、船本身、設(shè)備精度、人力等多種因素的影響，連續(xù)激發(fā)時(shí)間間隔總體上呈隨機(jī)分布，這種自然隨機(jī)性大多能滿足混疊分離的需要。但在海上混疊采集，尤其是使用單船多源情況下，因前后兩個(gè)激發(fā)點(diǎn)間距較短，若海況條件較好，采集過(guò)程中自然引起的顫動(dòng)不大，則造成單船雙源激發(fā)的相互干擾在共檢波點(diǎn)域中相干性較強(qiáng)，不利于后續(xù)混疊數(shù)據(jù)分離，因此，常采用在正常激發(fā)時(shí)間間隔上增加一個(gè)顫動(dòng)時(shí)間，這樣可以使激發(fā)時(shí)間更具隨機(jī)性。圖11為多源激發(fā)的共檢波點(diǎn)道集，紅圈中的干擾是雙源船中的另一個(gè)激發(fā)源形成的混疊噪聲，顫動(dòng)時(shí)間的大小直接影響噪聲的分布范圍，進(jìn)而影響混疊分離效果。

圖11 單船雙源混疊噪聲

按照最小同步激發(fā)船間距離的分析方法，首先固定最小同步激發(fā)船間距，根據(jù)探區(qū)自然擾動(dòng)、單船多源情況，設(shè)計(jì)擬采用的顫動(dòng)時(shí)間（0.2、0.3、0.4、0.5、0.6s）。因需要分析4種不同的同步激發(fā)船間距離，故得到20套不同混疊模擬數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這20套模擬混疊數(shù)據(jù)分離后炮檢道集和頻譜的保真度做定性定量分析，最終得到適用于該區(qū)的顫動(dòng)時(shí)間。

圖12為20種不同采集參數(shù)對(duì)應(yīng)的真值與殘差比（即保真度）隨激發(fā)顫動(dòng)時(shí)間的變化統(tǒng)計(jì)，可見(jiàn)最小同步激發(fā)船間距離大于4km時(shí)，其保真度隨顫動(dòng)時(shí)間增加逐漸變好，但最小同步激發(fā)船間距離在6～10km時(shí)，保真度隨顫動(dòng)時(shí)間的變化不大，說(shuō)明自然引起的激發(fā)時(shí)間擾動(dòng)的隨機(jī)性已很強(qiáng)，0.2～0.6s的顫動(dòng)時(shí)間都能保證混疊分離的保真度達(dá)到26.8dB以上，滿足了混疊數(shù)據(jù)分離的要求。

圖12 分離效果隨激發(fā)顫動(dòng)時(shí)間的變化統(tǒng)計(jì)

3 實(shí)際應(yīng)用效果

為了能在合同期內(nèi)保質(zhì)保量地完成迄今全球最大的一次性招標(biāo)ADNOC公司海上三維地震采集項(xiàng)目，必須在確保混疊數(shù)據(jù)分離質(zhì)量的前提提高野外數(shù)據(jù)采集效率。根據(jù)本文所提方法，充分利用該區(qū)前期已采集的OBC無(wú)混疊地震數(shù)據(jù)、激發(fā)時(shí)間間隔等信息，對(duì)該項(xiàng)目的混疊采集參數(shù)進(jìn)行了詳盡的分析論證。

根據(jù)項(xiàng)目擬采用的觀測(cè)系統(tǒng)、炮線長(zhǎng)度和激發(fā)船數(shù)量，預(yù)選了4種同步激發(fā)船間距離（4、6、8、10km）。為了增加激發(fā)時(shí)間的隨機(jī)性，尤其是單船雙源激發(fā)的隨機(jī)性，預(yù)設(shè)5種顫動(dòng)時(shí)間（0.2、0.3、0.4、0.5、0.6s）。通過(guò)對(duì)這兩類(lèi)參數(shù)組合的20套模擬混疊數(shù)據(jù)的分離結(jié)果與無(wú)混疊數(shù)據(jù)的定性/定量分析，最終優(yōu)選出采用4船6源、最小同步激發(fā)船間距6km、顫動(dòng)時(shí)間范圍0.3s的高效混疊激發(fā)施工方案，并得到了甲方的認(rèn)可。

該高效混疊激發(fā)方案極大地提升了作業(yè)效率，平均日效超過(guò)22000炮，最高日效近40000炮，大幅度縮短采集作業(yè)時(shí)間，并獲得了高質(zhì)量的地震采集數(shù)據(jù)與混疊分離結(jié)果。圖13為實(shí)際采集的共檢波點(diǎn)道集分離前、后結(jié)果，可見(jiàn)實(shí)際采集的原始共檢波點(diǎn)道集（圖13a）中存在很多隨機(jī)噪聲，這些都是同步激發(fā)源在該檢波點(diǎn)產(chǎn)生的干擾，尤其是5～7s間干擾異常嚴(yán)重，主要來(lái)自雙源船激發(fā)造成的干擾。但在進(jìn)行混疊數(shù)據(jù)分離后，較好地消除了其他激發(fā)船和本船的混疊激發(fā)產(chǎn)生的鄰炮干擾，得到了較干凈、保真的無(wú)混疊噪聲的共檢波點(diǎn)道集。圖14顯示了共炮點(diǎn)道集混疊分離前后的結(jié)果，可見(jiàn)分離前混疊炮集（圖14a）中存在較多緣自其他激發(fā)船和本船的混疊激發(fā)產(chǎn)生的相關(guān)噪聲，經(jīng)過(guò)混疊數(shù)據(jù)分離處理后，這些鄰炮混疊產(chǎn)生的相干噪聲得到了很好的壓制。圖15展示了混疊分離前、后的純波疊加剖面，其中圖15a上可見(jiàn)很強(qiáng)線性干擾噪聲，但在混疊分離后剖面（圖15b）中這些源自同步激發(fā)的混疊噪聲被很好地壓制。

圖13 共檢波點(diǎn)道集混疊分離前（a）、后（b）對(duì)比

圖14 共炮點(diǎn)道集混疊分離前（a）、后（b）對(duì)比

圖15 混疊分離前（a）、后（b）的疊加剖面對(duì)比

4 結(jié)論

高效混疊采集技術(shù)極大地提高了地震采集日效，但其同步激發(fā)源空間距離與激發(fā)時(shí)間間隔的隨機(jī)性直接影響混疊數(shù)據(jù)分離效果。本文提出的基于實(shí)際數(shù)據(jù)混采模擬與數(shù)據(jù)分離優(yōu)選理想的最小同時(shí)源間距、激發(fā)顫動(dòng)時(shí)間等采集參數(shù)的方法，巧妙地利用了實(shí)際常規(guī)采集數(shù)據(jù)的激發(fā)時(shí)間，設(shè)計(jì)混疊采集的模擬激發(fā)時(shí)間，模擬混疊數(shù)據(jù)；再分析評(píng)價(jià)混疊分離結(jié)果與真實(shí)無(wú)混疊數(shù)據(jù)的差異，優(yōu)化采集參數(shù)。實(shí)際數(shù)據(jù)模擬與分析證明了該方法的有效性與實(shí)用性，為優(yōu)選野外混疊采集參數(shù)提供了切實(shí)可行的方法。實(shí)際應(yīng)用表明：該高效混疊采集參數(shù)設(shè)計(jì)方法可在確保采集數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下優(yōu)選采集參數(shù)，大幅度提高采集效率。