海上地震資料處理中的潮汐靜校正處理研究及應用

楊 薇，朱江梅，2，張興巖，黃莉娜，

(1.中海油能源發展鉆采工程研究院 地球物理研究所，湛江 524057； 2.成都理工大學，成都 610059)

0 引言

海洋地震資料受采集環境的影響，拖纜采集的數據在靜校正上主要受潮汐的影響,對地震數據的影響主要表現在垂直采集方向不同潮高時采集的測線間存在錯動,造成不同相疊加,降低了分辨率，影響了連續性和成像效果[1](圖1)。

圖1 潮汐影響在聯絡測線的表現Fig．1 Tidal impact on crossline

目前潮汐校正主要采用按潮汐表來計算校正量的方法[2]，但這種方法有一定的缺陷：①潮汐表一般為預測的潮汐變化規律,與實際的潮汐變化有一定的時差,并隨著日期的變更而變化；②在同一時間，同一海域的不同工區由于受海岸、海底地形、水深以及風等非人為因素的影響，潮漲潮落的時間和幅度都會有差別。因而即使使用觀測站實際觀測的潮汐值(一般很難得到),也會與所施工工區的潮汐變化存在差異[3-4]。

隨著全球定位系統(GPS)精度的提高，高程測量的精度逐漸可以滿足地震數據處理的要求。Henry等人[5-6]提出了利用差分 GPS 數據進行潮汐校正，差分 GPS 測得的高程誤差控制在幾十厘米的范圍；劉錚等人[7-8]提出的SkyFix XP 定位系統,利用新一代厘米級 DGPS 技術，能夠高精度的實時測量高程值，且獲得高程值的位置與地震采集時的炮點位置相同,這種技術是目前我國海洋地震采集中廣泛采用的測量高程的定位系統，高程誤差控制在 10cm 以下，這一精度完全可以滿足潮汐靜校正的要求。作者討論了應用 SkyFix XP 定位系統測量的高程數據進行潮汐校正技術,分析了該技術的實現過程及原理依據。

1 原理

潮汐校正需要計算出地震波來回通過基準海平面與放炮時海平面之間的薄層水體所經歷的時間，這個時間稱為校正時差。把校正時差加到地震道采樣時間上，就實現了把勘探區域的全部地震數據都校置在同一觀察平面，即基準海面上。

綜上所述，計算校正時差原應該用基準海面的高程減去放炮海面的高程，再把所得的高程差的兩倍除以地震波在水中的傳播速度，但是導航數據文件沒有提供基準海面高程和放炮海面高程，它提供的是衛星導航數據接收儀的基準高程和放炮高程。假設基準高程相對于基準海平面，放炮高程相對于放炮海平面，衛星接收儀基準高程與放炮高程之差等于基準海面高程與放炮海面高度之差。因而在實際計算中，用衛星接收儀的高程差代替海平面的高程差計算公式為：

T=2(A-B)/V

其中T是校正時差(ms)；A是衛星接收儀基準高程(m)；B是衛星接收儀放炮高程(m)；V是地震波在水中的傳播速度(m/ms)。

圖2 原始高程圖Fig．2 Original elevation map

2 數據編輯平滑

由于衛星接收儀內外各種隨機因素的影響，放炮高程數據存在野值，而且數據大小頻繁密集交替變化。在數據曲線形態上，野值有的表現為高聳的尖峰和急墜的深谷，有的表現為陡立的高臺和突陷的深坑。數據頻密的大小交替表現為鋸齒狀的曲線形態(圖2)，要想獲得良好的校正效果，必須去除野值和平滑數據。

2.1 去除野值

去除野值是通過數據編輯來實現。野值有兩種：①過度偏離基準高程；②相對于鄰近數據的變化幅度遠遠大于總體數據的平均變化幅度。對于第一類數據用鄰近的正常數據取代之，對于第二類數據是把其變化幅度減小至平均幅度。過度偏離的界定是偏離超過 5 m，過度變化的界定是大于平均幅度的兩倍。

2.2 平滑數據

經過編輯去除野值后的數據還需要做數據平滑，以消除數據的頻密鋸齒狀起伏，平滑后的數據才符合潮汐平緩漲落的規律。多項式擬合是平滑數據的良好方法，多項式階數越高，擬合平滑效果越好。對于放炮高程數據，實驗表明，6 階是一個平滑效果很好、計算量又不太大的階數。

設一條測線有幾個高程數據(h1,h2,…,hn)，對應炮號(s1,s2,…,sn)。多項式擬合函數為

為了使Q達到最小，根據求極值原理，分別計算Q對應的a0、a1、…、a6偏導數，并令其等于零。把所得的方程組加以整理，得到一個如下矩陣形式的方程組。

求解這個方程組，就可得到待定系數(a0，a1, …，a6)及平滑系數。

從單條航海線平滑前、后的高程值對比(圖3)和整個三維區平滑前、后的高程值對比(圖4)，可以看到，在平滑后，隨著炮號的改變高程值的變化變得平滑，這樣在進行潮汐靜校正時可以避免校正值出現跳點、校正后出現新的假的垂直錯動，以影響資料成像質量。求出平滑后的高程，與基準海平面相減，即可求出潮汐靜校正量，進行潮汐靜校正處理。

圖3 單條航海線高程數據平滑前后對比Fig．3 The comparison of signal line height data before and after smooth

圖4 整個三維區高程數據平滑前后對比Fig．4 The comparison of 3D area height data before and after smooth(a)平滑前；(b)平滑后

3 潮汐靜校正應用實例

南海L工區為大面積三維工區，水深變化較大，在 200 m～1 200 m 之間，海底地崎嶇，采集時間超過一個月，采集到的高程值存在野值，跳點較多。在本工區進行潮汐進校正時，首先應用全區高程值計算得到基準海平面，然后應用本文討論的高程值平滑處理得到平滑后的高程，再與基準海平面相減，得到潮汐校正量，最后對數據進行潮汐靜校正。

采集環境變化產生的垂直斷層現象(圖1)通過潮汐靜校正被消除(圖5)，從潮汐靜校正前后的時間切片對比(圖6)可以看出，潮汐靜校正后，由于潮汐引起的采集腳印得到有效地壓制，地層成像得到明顯改善，消除了對構造解釋的不確定性，潮汐靜校正后的成像更有利于構造圈閉刻畫。

圖5 潮汐靜校正后聯絡測線Fig．5 The crossline after tidal correction

圖6 潮汐靜校正前后時間切片對比Fig．6 Time slice comparison between before and after tidal correction(a)潮汐靜校正前時間切片; (b)潮汐靜校正后時間切片

4 結論

在地震資料處理中，潮汐作用直接影響成像的質量，導致錯誤的層位解釋及儲層預測，因此潮汐靜校正在處理中是十分必要的。本文討論的對實時測量的高程進行處理及利用處理后的高程值進行潮汐靜校正，不但可以有效地消除潮汐的影響，還能夠消除部分采集過程中實時的洋流及大風浪的影響，相比利用潮汐表進行潮汐校正更具有針對性和可靠性，有利于構造成像，解釋及儲層預測等后續工作。

參考文獻：

[1] 謝玉洪，陳志宏，朱江梅,等.海上地震數據處理中采集腳印分析與衰減處理[J].天然氣工業，2010，30(9)：29-31.

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[3] 董世泰，劉雯林，樂金.壓制三維地震數據采集腳印的方法研究[J].石油地球物理勘探，2007,40(1)：7-10.

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[8] 陳華，王征，張亞斌. 海上地震資料潮汐校正技術的分析及應用[J].石油天然氣學報，2011，33(1)：90-94.