鶯歌海盆地OBC多分量地震虛反射和鳴震壓制及其效果分析＊

鄭紅波 閻 貧 金 丹

（中國科學院邊緣海地質(zhì)重點實驗室與南海海洋研究所）

1 問題的提出

鶯歌海盆地泥底辟構(gòu)造發(fā)育，由于受深部熱流體和淺層氣的共同影響，在常規(guī)縱波地震剖面上出現(xiàn)泥底辟構(gòu)造引起的成像模糊帶，使地下真實地層形狀難以分辨，造成油氣勘探和評價困難［1-5］。然而，由于多分量地震記錄得到的橫波剖面能夠克服流體影響，可以使縱波剖面上的模糊帶在橫波剖面上獲得清晰成像，并獲得判斷地層物性的泊松比參數(shù)，因此在解決復雜地區(qū)的地震勘探問題時具有單一縱波地震勘探不可替代的作用和優(yōu)勢。

海底電纜（Ocean Bottom Cable，縮寫為 OBC）是一種新型的海上多分量地震勘探技術(shù)，也是一種混合海上和陸地地震數(shù)據(jù)采集作業(yè)系統(tǒng)［6-10］。由于海底電纜檢波器組采用3個相互垂直的質(zhì)點位移檢波器和1個壓敏檢波器，能得到2個水平分量X和Y、1個垂直分量Z和1個壓力分量P等4個分量的地震數(shù)據(jù)，因此不僅能記錄反射的地震縱波，也能記錄轉(zhuǎn)換橫波，通過對不同分量記錄的數(shù)據(jù)進行處理，可以得到不同波場的地震剖面。

為了進一步研究鶯歌海盆地的地質(zhì)構(gòu)造及含油氣特征，1998年中國海洋石油總公司在該地區(qū)進行了海底電纜（OBC）多分量數(shù)據(jù)采集實驗，得到了較高質(zhì)量的OBC地震數(shù)據(jù)，但海上地震勘探中常見的虛反射及鳴震干擾在該地區(qū)的OBC資料中也表現(xiàn)得比較明顯，大大影響了地震資料的信噪比和分辨率，因此壓制OBC數(shù)據(jù)中這2種干擾波的問題亟待解決。

2 壓制方法原理

2.1 虛反射壓制

虛反射的主要特點是其極性與一次反射的極性相反。此外，虛反射比一次反射要延遲一段時間，延遲時間τ值大小與激發(fā)深度、接收深度以及海水速度有關(guān)。一般情況下，τ值都比較小，因而造成虛反射迭加在一次反射的后面，增大了地震子波的延續(xù)時間，降低了記錄的分辨率。

傳統(tǒng)的海上地震采集的地震數(shù)據(jù)中只有壓力分量。目前國內(nèi)外普遍采用的消除傳統(tǒng)海上地震數(shù)據(jù)中虛反射的方法是在時間域及頻率域?qū)崿F(xiàn)［11］，主要有反褶積和F-K域濾波2種方法［12-13］，但是這2種方法都存在缺點。OBC資料中則包含了壓力分量P和速度分量Z，且這2個分量一次波的極性相同，因此只須在同一檢波點將壓力分量和速度分量組合起來就能將虛反射消除，具體作法是在一定時窗內(nèi)分別計算2道數(shù)據(jù)的平均振幅能量。設(shè)H（m）為壓力分量P的平均振幅能量，G（m）為速度分量Z的平均振幅能量，即

所取時窗內(nèi)的疊加系數(shù)c為壓力分量和速度分量在該時窗內(nèi)平均振幅的比值，所以用式（3）求得的比例系數(shù)再乘以速度分量就可以均衡速度分量與壓力分量二者振幅的差異，而疊加道即為均衡過的速度分量與壓力分量的相加，也即為消除虛反射后的新地震道，如下式所示：

根據(jù)公式編制了虛反射壓制疊加程序，并應用于鶯歌海盆地的OBC地震資料處理中。

2.2 鳴震壓制

地震波在海水表層與海底表層這2個強反射界面之間來回振蕩，形成了鳴震干擾。當海水深度較小時，鳴震周期較短，利用預測反褶積壓制鳴震就能達到較好的效果；而當海水深度較大時，鳴震周期較長，預測反褶積無法有效壓制海水鳴震。鶯歌海盆地OBC地震數(shù)據(jù)水深在100m左右，海水深度較大，須采用其他方法進行鳴震壓制。

當?shù)叵掠行Р▊髦梁５讜r，一部分反射回地下，另一部分經(jīng)海底透射至海水中，透射至海水中的上行波遇海面又反射回海底繼續(xù)傳播。設(shè)海底的反射系數(shù)為Kr，來自地下的地震有效反射為x（t），在海底以上的波場為透射波，透射系數(shù)T與海底反射系數(shù)Kr的關(guān)系［14］為

研究表明，根據(jù)海底有效波在壓力檢波器（水檢）和位移檢波器（陸檢）中不同的接收特征，可以得到水檢及陸檢接收到的振幅歸一化波場［15］，即

水檢歸一化波場為

陸檢歸一化波場為

在t=0處，每個響應因子的第一個脈沖為正并有單位振幅，這意味著反射波的壓力和質(zhì)點的運動速度是同相及恒等的，由水柱混響引起的剩余元素的幅度是海底反射系數(shù)Kr的函數(shù)，因此可以看做聲波是從上面照射到海水與海底分界面上的；而t=0以后的壓力分量與速度分量的極性相反，且二者幅度存在特定的比例關(guān)系［16］。根據(jù)此關(guān)系，將陸檢記錄乘以系數(shù)，然后再與水檢記錄進行混波疊加就可得到消除鳴震后的地震記錄，即雙檢記錄X（t）為

當壓力記錄x⌒（t）與質(zhì)點的垂直運動地震記錄x—（t）之間不存在相移和時差時，疊加系數(shù)成為一個標量值。實際雙檢波器在設(shè)計時對壓力和質(zhì)點垂直運動速度這2種數(shù)據(jù)間的相移與時差已給予充分考慮，因此得到準確的雙檢記錄關(guān)鍵在于求取海底反射系數(shù)。之前大部分求取反射系數(shù)的方法都比較繁瑣，計算量大且難以實現(xiàn)，尤其是在海底反射系數(shù)變化比較大時更難實現(xiàn)。因此，需要尋找一種快速有效的求取海底反射系數(shù)的方法。

設(shè)X（t）為有限時間長度的一級鳴震地震道記錄，rxx（）是X（t）的自相關(guān)函數(shù)，r1為海底反射系數(shù)，根據(jù)一級鳴震記錄的數(shù)學模型［17］，可得到海底反射系數(shù)公式［18］為

式（9）中：n為自相關(guān)算子的長度，τ為步長。在鶯歌海盆地OBC地震資料處理中，采用的算法是對每一道取不同的n、τ值循環(huán)計算，求得不同的反射系數(shù)值，再求其平均值即為該道最終的海底反射系數(shù)；然后根據(jù)式（8）編寫程序，將OBC數(shù)據(jù)中的壓力分量P與速度分量Z進行疊加，完成鳴震干擾的壓制。

3 壓制效果分析

鶯歌海盆地OBC數(shù)據(jù)測線經(jīng)過區(qū)域水深約100m，海底平坦。采集系統(tǒng)為Nessie 4COBC，電纜長3 000m且完全沉放海底，四分量檢波器接收；氣槍震源深度10m，記錄長度10s，采樣間隔2ms；道間距和炮點距均為25m，滾動放炮，最大偏移距7 000m，最小偏移距約10m［19］。由于震源距離海水面有一定深度且電纜沉放深度約100m，因此OBC資料中虛反射干擾、海底鳴震現(xiàn)象比較嚴重。

3.1 虛反射壓制效果

由于氣槍震源深度為10m，地震波在水中的傳播速度取1 500m／s，因此虛反射延遲時間為13ms，在地震剖面上不會單獨形成同相軸，它會和地震子波疊加在一起影響有效波的分辨率。圖1為鶯歌海盆地OBC資料某炮記錄中其中一道的壓力分量、速度分量和疊加分量放大波形，可以看出通過雙檢疊加消除了虛反射對有效波的影響，壓縮了子波的延續(xù)時間，增加了地震記錄的分辨率。

從單個地震道的頻譜上也可看出，雙檢疊加后消除了虛反射的陷頻影響，在低頻部分表現(xiàn)得尤為明顯，多個陷頻在雙檢疊加后消失，如圖2所示。圖3為該地區(qū)某測線虛反射壓制前后的疊加剖面局部放大對比圖，可以看出虛反射壓制后整個剖面的分辨率得到了提高。

圖1 鶯歌海盆地某炮記錄中壓力分量、速度分量與疊加道的單道對比記錄

3.2 鳴震壓制效果

3.2.1 海底反射系數(shù)計算

利用上文中求取海底反射系數(shù)的公式計算得到的鶯歌海盆地某測線海底反射系數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。當自相關(guān)步長取120～160之間，自相關(guān)步長為35時效果較好，求得的海底反射系數(shù)較穩(wěn)定，其平均值為0.38；當自相關(guān)步長增加時，參與自相關(guān)計算的數(shù)據(jù)范圍不再包括傳播路徑經(jīng)過海底的反射信息，因而求得的反射系數(shù)偏差較大。最終可以取較為穩(wěn)定的部分所計算得到的海底反射系數(shù)供下一步計算所用。

圖4 鶯歌海盆地某測線海底反射系數(shù)計算結(jié)果統(tǒng)計圖

3.2.2 鳴震壓制效果

利用上文求出的海底反射系數(shù)可以得到相應的疊加系數(shù)，進而利用疊加系數(shù)對壓力分量和質(zhì)點運動速度分量進行混波疊加即可得到雙檢疊加記錄。圖5為鶯歌海盆地某炮記錄雙檢疊加前后效果對比，可以看出雙檢疊加后的單炮記錄中鳴震干擾得到明顯壓制，使有效波得以更清晰的顯現(xiàn)。對比該地區(qū)某炮記錄雙檢疊加前后頻譜（圖6），也可以看出疊加后的記錄頻譜范圍得以拓寬，獲得了更多的高頻信息。

圖7為該地區(qū)某測線鳴震壓制前后疊加剖面局部放大對比圖，可以看出在經(jīng)過雙檢疊加后鳴震效應得到了部分壓制，剖面的分辨率也得到了提高。

圖8為該地區(qū)某測線壓制虛反射和鳴震干擾前后的疊加剖面局部放大對比圖，可以看出壓制這2種干擾后的剖面分辨率有所提高，使真實的地層反射波同相軸顯示更清晰。

圖7 鶯歌海盆地某測線鳴震壓制前后疊加剖面局部放大對比

圖8 鶯歌海盆地某測線虛反射和鳴震干擾壓制前后的疊加剖面局部放大對比

4 結(jié)束語

通過對鶯歌海盆地二維OBC地震資料的虛反射及鳴震壓制處理，發(fā)現(xiàn)多分量OBC地震數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的海上多道地震數(shù)據(jù)虛反射與鳴震壓制方法在原理上的不同。本文方法正是主要利用OBC資料中壓力分量與速度分量有效波極性相同、干擾波極性相反的特點，所以壓制效果比傳統(tǒng)方法要好，大大提高了有效反射波的分辨率，為該地區(qū)后續(xù)高精度偏移成像和解釋工作奠定了基礎(chǔ)。

［1］王振峰，裴健翔.鶯歌海盆地中深層黃流組高壓氣藏形成新模式——DF14井鉆獲強超壓優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)天然氣層的意義［J］.中國海上油氣，2011，23（4）：213-217.

［2］謝玉洪，范彩偉.鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組儲層成因新認識［J］.中國海上油氣，2010，22（6）：355-359.

［3］孟曉光.Sirius疊前深度偏移在鶯歌海盆地“泥拱模糊帶”處理中的應用［J］.中國海上油氣（地質(zhì)），1998，12（6）：54-59.

［4］陳寶書，李松康，張麗煥.地震資料疊前偏移處理技術(shù)應用［J］.中國海上油氣（地質(zhì)），2001，15（5）：62-65.

［5］駱宗強，葉康禮.鶯歌海盆地模糊帶地震資料的成像處理技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，1999，19（1）：64-66.

［6］王守君.海底電纜地震技術(shù)優(yōu)勢及在中國近海的應用效果［J］.中國海上油氣，2012，24（2）：9-12.

［7］莊祖垠，陳繼宗，王征，等.深水地震資料特性及相關(guān)處理技術(shù)探析［J］.中國海上油氣，2011，23（1）：26-31.

［8］溫書量，朱宏彰，沈麗麗.海上多分量地震資料靜校正［J］.中國海上油氣，2004，16（5）：16-19.

［9］傅旦丹，何漢漪，朱宏彰，等.海上多分量地震資料處理技術(shù)研究［J］.中國海上油氣（地質(zhì)），2003，17（4）：37-41.

［10］F J B.雙檢波器海底電纜技術(shù)［J］.劉玉班，譯.國外油氣勘探，1998，10（1）：68-75.

［11］陳金海，周國良，徐金祥.虛反射和海水鳴震干擾的消除［J］.海洋石油，2000（3）：34-42.

［12］寧日亮，張文坡，張淑梅.深海拖纜二維地震資料處理技術(shù)［J］.石油地球物理勘探，2006，41（5）：519-524.

［13］李仁甫，王婧韞，劉克文.伊犁盆地壓制地震多次波處理方法試驗［J］.石油物探，2002，41（1）：92-99.

［14］何樵登.地震勘探原理和方法［M］.北京：地質(zhì)出版社，1989：38.

［15］王振華，夏慶龍，田立新，等.消除海底電纜雙檢地震資料中的鳴震干擾［J］.石油地球物理勘探，2008，43（6）：626-635.

［16］BERRYHILL J R.Wave-equation datuming［J］.Geophysics，1979，44（8）：1329-1344.

［17］R W H，SATISH C，SINGH，et al.Receiver response from dualstreamer data and applications in deep reflection seismology［J］.Geophysics，1966，61（1）：232-243.

［18］許文源，徐伯勛，王懷恩，等.從鳴震記錄估計海底反射系數(shù)的一種新方法［J］.石油物探，1983，22（3）：89-99.

［19］何漢漪，朱宏彰，張樹林.海上多波地震在鶯歌海盆地的應用［J］.中國海上油氣（地質(zhì)），1999，13（5）：310-315.