海洋地震采集足跡成因分析及衰減方法*

王 征 金翔龍 方念喬 張金淼 徐 強 陳文貴

(1. 中國地質大學 北京 100083； 2. 中海油田服務股份有限公司 天津 300459； 3. 國家海洋局海底科學重點實驗室 浙江杭州 310012；4. 國家海洋局第二海洋研究所 浙江杭州 310012； 5. 中海油研究總院 北京 100028)

海洋地震采集足跡成因分析及衰減方法*

王 征1，2金翔龍1，3，4方念喬1張金淼5徐 強2陳文貴2

(1. 中國地質大學 北京 100083； 2. 中海油田服務股份有限公司 天津 300459； 3. 國家海洋局海底科學重點實驗室 浙江杭州 310012；4. 國家海洋局第二海洋研究所 浙江杭州 310012； 5. 中海油研究總院 北京 100028)

受采集設備性能非一致性和采集環境變化的影響，海洋地震勘探資料中會留下采集足跡，從而對地震資料成像精度和地質解釋結論造成不利影響，進而影響巖石物理分析、油氣藏落實和井位選擇等。分析了產生采集足跡的幾種主要因素及其影響程度，提出了針對潮汐影響、設備及環境影響、水速影響及觀測系統影響所造成的采集足跡的衰減方法。實際資料處理結果表明，本文提出的幾種方法的組合應用能有效衰減海洋地震勘探中的采集足跡，提高地震資料的成像精度。

海洋地震；采集足跡；影響因素；衰減方法

隨著高精度地震勘探技術的發展[1-4]和面向開發的地震勘探需求的不斷增長，采集足跡對地震資料成像的影響問題越來越突出，它會引起振幅變化異常、同相軸錯斷、斷層變形等現象。有時會嚴重影響斷層劃分、巖性分析以及低幅度構造判斷，進而影響巖石物理分析、油氣藏落實、井位選擇等。因此，探討海洋地震采集足跡的成因和衰減方法具有重要的現實意義。

在一個工區施工中，采集環境變化、設備自身響應、觀測系統和地質因素等差異會導致不同時間采集的地震采集資料的差異，一般會以采集足跡的形式表現出來。本文首先對拖纜和海底電纜(OBC)采集足跡的成因進行了分析，探討了不同因素對地震資料成像和解釋的影響程度，進而綜合生產實踐應用給出了針對目前已知成因的采集足跡的衰減方法，并從減少采集足跡影響的角度給出了一些建議。

1 采集足跡成因及影響分析

1.1 采集足跡成因

采集足跡的成因非常復雜，已知的影響因素主要可分為環境因素和設備因素兩類。設備因素影響相對簡單。其中，激發端主要包含不同炮點(線)間激發能量、子波等變化和空氣槍沉放深度的變化等；接收端主要包括不同檢波點(線)間檢波器靈敏度的不同以及由于接收纜受力不同引起的檢波器噪音感應變化和電纜沉放深度的變化等。圖1為4條拖纜檢波器的靈敏度對比，可見相近排列距離的檢波器靈敏度最大差異達5 dB左右。環境因素較為復雜，包含了潮汐、采集方向、風浪變化、海水溫度和海水含鹽度[5-6]、環境噪音、定位系統誤差、觀測系統影響、采集參數變化等。圖2為海底電纜雙纜接收12炮線的束線觀測系統偏移成像剖面，可見觀測系統影響的類似垂直斷層假象嚴重影響淺層資料品質。另外，由于巖石物理性質的復雜性和觀測系統的局限性，炮檢互換也會形成差異(即不同采集方向會造成采集足跡)；不同方位采集的地震資料由于方位各向異性的存在，也會表現為類似足跡的影響。

圖1 4條拖纜檢波器靈敏度差異Fig .1 Difference of receivers sensitivity of four towropes

圖2 接收線間距較寬時束線采集觀測系統的足跡影響Fig .2 Acquisition footprint impact of swath geometry with wider receiving line spacing

1.2 采集足跡影響分析

各種影響因素在地震資料上留下的“足跡”不同，有些會造成非地質因素影響的振幅變化，有些會造成相位的漂移，有些會造成時差錯動。

1) 潮汐的影響。潮汐的影響在海洋地震采集中是非常強烈的，以渤海為例，潮差可達5 m左右，也就是說潮汐可產生約4 ms的時差，造成相鄰測線間同相軸產生錯動，形成垂直狀的假“斷層”。

2) 設備及環境的影響。采集過程中受內外界因素影響引起的地震記錄能量變化和噪音水平的變化也是不容忽略的，如果不進行相應的處理，不僅會留下嚴重的足跡，而且直接影響到保幅處理的效果。圖3顯示了連續采集的資料受采集因素變化影響而造成剖面上箭頭所指兩側能量的跳變。

3) 水速的影響。隨著季節的變化，海水溫度、含鹽度等變化引起聲波在水中傳播速度的變化也是非常可觀的，渤海某工區采集過程中的實際測量結果顯示，在電纜沉放深度處聲波對海水速度夏天為1 580 m/s，冬天為1 430 m/s，相差150 m/s。近年來,有一些大面積三維工區需要跨年度施工，且由于漁業干擾嚴重，施工次序無法完全按計劃進行，相鄰測線間采集時間間隔長的情況時有發生。以水深30 m、最小偏移距200 m的采集條件為例，按上述測得的聲波對水速度變化值計算(最大相差150 m/s)，其引起的近道時差最大達到14 ms，這對處理的影響是非常嚴重的。

圖3 采集因素變化影響造成噪音水平不同Fig .3 Noise energy changing affected by acquisition factors

4) 觀測系統的影響。無論是拖纜還是OBC采集，觀測系統本身都會在地震數據中留下明顯的烙印，而且炮線間距或纜間距過大時足跡會更加明顯。圖4顯示的是雙線12炮束線采集，600 m接收線距時，采集足跡表現為明顯的束狀條帶形能量不均分布，剖面中接收線附近地震道由于近偏移距豐富而表現為能量較強，2條接收線中間部位由于近偏移距道少而表現為能量較弱。

圖4 雙纜束線采集接收線距過大時產生的條帶狀采集足跡Fig .4 A ribbon footprint of dual cables swath geometry with the wider receiving line spacing

2 采集足跡衰減方法

采集足跡對地震資料成像的影響是非常嚴重的，尤其是中淺層。近年來各地球物理處理軟件開發公司針對削弱采集足跡影響開發了一些方法，如三維F-K濾波、均方根噪音最小化足跡衰減等[7-10]，將采集足跡作為一種噪音在疊前或疊后處理中加以衰減，一般用在處理流程的中后期，注重批量處理，多為“表面修復”。有學者從采集足跡的成因入手，研究了由水速和采集觀測系統引起的采集足跡衰減方法，采用靜校正等方法對采集足跡進行衰減，取得了較好效果[11]。本文針對采集足跡成因多樣性的特點，按照造成采集足跡的幾種主要因素分類，探討相應的衰減處理方法。

2.1 潮汐的影響

我國近海地震勘探中潮汐變化帶來的時差是比較明顯的，能達到2～4 ms。由于潮汐的影響是隨時間軸規律變化，因此可在工區內安放驗潮儀或通過高精度差分GPS高程測量等方式獲得實時潮汐變化，進而按采集時間序列對震源和檢波點應用潮汐靜校正[12]。但是，不建議按潮汐表進行靜校正，這是因為實際的潮汐變化與潮汐表會存在時差，而且受短期偶然性的氣候變化影響，這一時差也不恒定，潮汐幅度和高低潮時間在實際測量中也都會發生改變。

在工區海底地形較為平緩時(我國近海淺水探區基本上滿足這一假設條件)，采用施工中獲得的海底測深數據(地震采集施工中都要求實時采集海水深度數據)，通過單條施工測線在主測線方向輕微平滑消除測量高頻噪音和波浪影響，再通過在聯絡測線方向大半徑平滑過濾掉潮汐的影響，得到反映海底地形的三維曲面數據體，2次平滑結果相減即可獲得每條施工測線的潮汐校正值[13]。該方法可操作性強，生產中應用效果較好。如圖5所示，經過潮汐校正后，時間切片上由于不同航次不同潮汐狀態采集造成的條帶狀足跡得到了明顯衰減。

2.2 設備及環境的影響

設備及環境影響會引起不同地震道間、炮間、接收纜間、采集航次間、束線間振幅的非地質因素變化。受此影響，盡管沒有時差，也會產生明顯的采集足跡，有時偏移以后會更加明顯。對于噪音水平不一致情況，應先進行針對性去噪，然后再進行振幅校正補償處理。通過道間、炮間、炮(檢波)線間地震資料均方根振幅比較，求取振幅校正因子并應用于地震道，可得到局部能量校正的輸出結果。如圖6所示，由于每段接收電纜的靈敏度不同，采集單炮中存在振幅差異(圖6a)，經過均方根振幅校正處理可以獲得較好的能量補償(圖6b)，再通過地表一致性振幅校正處理可以整體解決采集造成的振幅差異。

圖5 利用水深數據平滑進行潮汐校正前后疊加數據時間切片對比Fig .5 Time slices comparison of stack volume before and after tidal correction by appling the water depth data smoothing

圖6 地震道間振幅校正前后炮集對比Fig .6 Shot gathers comparsion before and after amplitude correction between the seismic traces

2.3 水速的影響

采集過程中由于各種原因引起的聲波對海水的傳播速度變化都會累計在地震資料中，造成相鄰(或重疊在一起)的測線間存在速度差異，無法用同一水速進行動校正，這時可以通過冷水校正的方法進行解決[14],即用一個空間常量的參考水速代替每條測線實際測得的水速。水速替換的具體步驟為：首先用測得的實際水速做動校正;然后用實際水速和參考水速分別求取零偏移距處的水底雙程旅行時，用兩者的時差對動校正道集進行靜校正；最后用參考速度進行反動校正。圖7展示了水速校正前后的疊加剖面，校正前海底附近同相軸參差不齊且造成了錯斷現象，校正后這種現象得到了明顯改善。

圖7 聲速(海水中)校正前后疊加剖面對比Fig .7 Stack sections comparsion before and after sound velocity (in sea water) correction

2.4 觀測系統的影響

觀測系統造成的采集足跡主要是由于空間采樣的密度不足和采集資料空間分布不均勻引起的。通過五維高精度插值處理[15]和面元內地震道規則化、中心化[16]，插值補齊所欠缺的地震道，去掉某些偏移距組中的冗余道，在需要時進行空間插值、數據加密，能夠較好地削弱觀測系統造成的采集足跡，尤其是對海底電纜采集的資料效果明顯。

3 應用效果

工區A為海底電纜單邊接收的束線形式施工，纜間距為600 m，兩纜間布置12條炮線，雖然覆蓋次數相同，但兩纜中間部分的面元中缺少近道數據，二次處理中通過高精度的插值和面元中心化處理，很好地削弱了條帶狀的采集足跡影響，再現了真實的斷裂系統特征(圖8)。

圖8 觀測系統引起的采集足跡衰減前后時間切片對比(工區A)Fig .8 Time slices comparsion before and after the attenuation of acquisition footprint caused by geometry(work area A)

工區B為常規拖纜采集，施工歷時近2年，經歷了不同季節，受到了嚴重的漁業干擾，局部區域測線施工次序冬夏重疊，高潮低潮重疊，因而采集足跡影響比較嚴重，在未經校正的處理結果上形成了垂直“斷層”。經過潮汐校正、水速校正及高精度面元中心化插值等處理后，與原先的處理成像結果對比，采集足跡得到很好的衰減，“垂直斷層”假象得到了消除，分辨率也得到了改善(圖9)。

圖9 潮汐、水速等差異引起的采集足跡衰減前后 地震成像對比(工區B)Fig .9 Seismic image comparsion before and after the attenuation of acquisition footprint caused by the discrepancy of tidal and sound velocity(work area B)

4 結論與建議

分析了海洋地震采集足跡形成的主要因素，并針對4種主要成因提出了對應的衰減方法。對實際數據的綜合應用表明，本文提出的潮汐校正、能量變化校正、水速校正、高精度插值等處理技術，可以有效衰減采集足跡，從而保證地震數據成像的正確性。

但到目前為止，采集足跡仍然是一個不能完全從處理上消除的現象。因此，應從采集入手，盡量保證工區內數據采集在空間上均勻和在時間上連續，這是降低采集足跡影響最直接的方法。建議采集觀測系統設計要盡量做到空間采樣均勻，偏移距分布均勻，相鄰束線間施工時間間隔不要太長，且同一時間段內盡量連片施工。

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(編輯：馮 娜)

Cause analysis and attenuation of the marine seismic acquisition footprint

WANG Zheng1，2JIN Xianglong1,3,4FANG Nianqiao1ZHANG Jinmiao5XU Qiang2CHEN Wengui2

(1.ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 2.COSL,Tianjin300459,China; 3.KeyLaboratoryofSubmarineGeosciences,SOA,Hangzhou,Zhejiang310012,China; 4.SecondInstituteofOceanography,SOA,Hangzhou,Zhejiang310012,China; 5.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

The acquisition footprint in marine seismic data due to the inconsistency of equipment and acquisition environment variation adversely affects the seismic image and geology interpretation, and then affects the rock physical analysis, reservoir prediction and well position selection. In this paper, the main contributing factors of the footprint and their influences on imaging are analyzed, and the attenuation methods are discussed according to the genetic classification of footprints, such as tidal impact, equipment, sea water velocity variation and observation system. Actual data processing results show that the combined application of the methods can effectively attenuate the acquisition footprint of marine seismic exploration and improve the seismic data imaging precision.

marine seismic; acquisition footprint; influence factor; attenuation method

王征，男，高級工程師，現為中國地質大學(北京)海洋科學專業在讀博士研究生，主要從事地球物理方法研究。地址：天津市濱海新區塘沽海洋高新區海川路1581號(郵編：300459)。E-mail：decon163@163.com。

1673-1506(2017)03-0025-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.03.004

P631.4

A

2016-11-10 改回日期：2017-01-13

*“十三五”國家科技重大專項“中國近海中深層地震勘探關鍵技術(編號：2016ZX05024-001)”部分研究成果。

王征,金翔龍,方念喬，等.海洋地震采集足跡成因分析及衰減方法[J].中國海上油氣，2017,29(3)：25-30.

WANG Zheng,JIN Xianglong,FANG Nianqiao,et al.Cause analysis and attenuation of the marine seismic acquisition footprint[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(3):25-30.