淺水域檢波點自動重定位技術(shù)研究

1檢波器二次定位技術(shù)在平水地震資料采集過程中，源和檢測器通常通過差分全球定位系統(tǒng)（dgs）定位，但由于水流等因素的影響，源位置發(fā)生了位移。國內(nèi)地震勘探檢波器二次定位技術(shù)研究起步較晚,大致在20世紀90年代中后期開始應(yīng)用研究本文基于前人研究成果,針對目前二次定位面臨的高精度和實時性需求,重新審視現(xiàn)有二次定位方法和技術(shù),結(jié)合新型定位震源硬件的研制2初至波檢測點的3d空間位置為傳統(tǒng)的檢波點重定位方法是“圓—圓定位”2.1底平面或震源平面建立如圖所示的炮點檢點位置關(guān)系圖圖中上部為水域平面(或震源平面),下部為水底平面;R為水底檢波點位置(x,y,z),R′為R在水域表面上的垂直投影,S是水表面上某個炮點i的空間位置(x2.1.1基于直接波的初至反演假設(shè)在檢波點處水的聲波速度為v,檢波點R接收到炮點S的直達波時間為t式中:(x因存在觀測誤差和計算誤差,且f2.1.2滑動波的幾何關(guān)系上述幾何關(guān)系是建立在初至為直達波的基礎(chǔ)上。當炮檢距增大時,初至并不是直達波,而是沿水底傳播的滑行波,因此其幾何關(guān)系將發(fā)生變化。對于圖1中炮點S而言,其聲波射線路徑為從S出發(fā),經(jīng)B傳播到R,SB與SA的夾角為α,則α為臨界角。假設(shè)聲波在水中R附近的速度為v再設(shè)顯然,這個求解過程非常復雜。但通過該式可同時反演出檢波點的坐標(x,y)、水深z和聲波在水中R附近的速度v2.2折射波初至定位求解在淺水域,特別是在黃河入?？谔幍牟澈车貐^(qū),海底是沖積形成,通常地勢較平坦。該類地區(qū)單炮地震記錄表明,相當多地震道的初至波是直達波,且直達波與折射波分離清晰;在共檢波點道集上,此現(xiàn)象更加明顯,因此可利用直達初至關(guān)系式(2)求解。但有些地區(qū)折射波發(fā)育與直達初至波不同,對折射初至而言,在上述公式推導過程中隱含了水底面是水平面的近似條件。若水底不水平,則式(5)的理論值不為0,仍用該式求解誤差會增大。另外,實際施工過程中震源并不正好在水面上,而是具有一定的沉放深度,該沉放深度會影響初至時間,由此引起的時間差也須進行校正?，F(xiàn)有文獻多采用二維思想,即不考慮水深z。從圖1容易看出,在z=0時,式(1)變?yōu)?x-x正如文獻式(2)和式(5)均與初至時間有關(guān),因此初至時間拾取方法的選擇至關(guān)重要,既要考慮滿足精度要求,又必須做到操作過程中的實時性。3自動重定位算法的流程和關(guān)鍵技術(shù)3.1炮點與檢波點位置的對應(yīng)關(guān)系圖3為檢波點重定位反演的大致流程。其中的SPS數(shù)據(jù)是一項行業(yè)標準文件,可反映炮點與檢波點的位置關(guān)系。流程中的循環(huán)模塊是指對要求的所有檢波點進行循環(huán)迭代,每個循環(huán)是一個檢波點位置反演的過程,且每個檢波點有各自對應(yīng)的有效炮點和該區(qū)域的局部速度,該速度可能與整個工區(qū)速度有所差異。質(zhì)量分析的方法較多3.2基于比法的初至波轉(zhuǎn)換淺水域地震數(shù)據(jù)采集時檢波器處于相對“安靜”的環(huán)境,背景干擾小,信噪比較高,初至起跳也很干脆、清晰單道地震記錄在初至信號到達前后其能量會發(fā)生較大變化,這是傳統(tǒng)能量比法的基礎(chǔ)設(shè)t為時間序列,A(t)為地震信號,T其中F式(6)是傳統(tǒng)的能量比方法與傳統(tǒng)的能量比方法相比,該式更能表征能量拐點處的變化;而在非拐點處則不敏感。因此,該算法更易于檢測初至位置,尤其對于“多初至”現(xiàn)象,拾取效果有較大改善。圖4是利用以上算法對勝利油田KD1地區(qū)淺海地震數(shù)據(jù)所做的初至拾取。由于檢波點位置發(fā)生偏移,初至時間起伏較大,但利用式(6)所拾取的初至位置非常精確。為了更精確地確定初至的起跳位置,并識別直達波與折射波交界處的初至,還需進一步完善算法精度控制方法3.3單次放炮和有效放炮的選擇3.3.1地震道的選取通常小炮檢距初至波僅是通過淺水傳播的直達波,而大炮檢距初至波則是通過水底介質(zhì)傳播的折射波。在某些水域,折射波較發(fā)育,直達波拾取困難,此時宜采用折射初至進行檢波點重定位。對于直達波初至拾取而言,地震道的選取要綜合考慮近炮點感應(yīng)影響、初至能量和淺層折射影響等問題。由于近道干擾的存在,會造成初至時間較大的偏差,因此一般不用直達波進行定位計算。關(guān)聯(lián)炮點是為求解某檢波點的空間位置而使用的采樣炮,一般不包含近檢波點的炮,也不包含遠炮,而只是采用一個圓環(huán)內(nèi)的炮點。在圖1中,把以R為圓錐頂、水深為高、仰角β所形成的圓錐體內(nèi)的炮點視為近炮點,而將以仰角α所形成的圓錐外的點視為遠炮點,則在這兩個圓錐底所形成的圓環(huán)內(nèi)的炮點定義為關(guān)聯(lián)炮點。在渤海灣黃河入?？跍\海區(qū)地震數(shù)據(jù)初至拾取的應(yīng)用經(jīng)驗表明,宜選擇炮檢距大于150m、小于800m的兩個圓環(huán)內(nèi)的炮作為關(guān)聯(lián)炮。3.3.2清除異質(zhì)炮點實際應(yīng)用中對應(yīng)每個檢波點有很多關(guān)聯(lián)炮點,但由于測量或施工等多種原因造成某些炮點記錄出現(xiàn)較大偏差,這些炮點會影響反演精度,因此需剔除這類奇異炮點。將剔除了奇異炮點的關(guān)聯(lián)炮稱為有效炮。在計算檢波點位置時,只采用有效炮。3.3.3有效炮點的均位處理檢波點反演計算是一個迭代求解過程,其結(jié)果依賴于炮點位置的分布。圖5中P點為檢波點位置每條直線反映與的有效炮點的矢量分布可見其左圖檢波點P的有效炮點分布比較均衡,而右圖檢波點P所對應(yīng)的有效炮點則較集中于右側(cè),其計算結(jié)果的精度比左圖差,因此需在空間上做均衡處理。均衡處理的主要思路是對有效炮點進行適當處理,利用統(tǒng)計方法提高檢波點位置計算精度。檢波點所對應(yīng)的有效炮點的分布范圍是一個圓環(huán),為避免因圓環(huán)內(nèi)炮點分布不均勻引起的誤差,將圓4等分,若炮點在各等份的矢量分布接近于零,就可直接利用最小二乘法進行計算;若某區(qū)域內(nèi)的炮點過少(或過多),則需對該區(qū)域內(nèi)的炮點做加權(quán)處理,平衡方位的影響,使解穩(wěn)定。權(quán)重的大小與該等份區(qū)域內(nèi)炮點個數(shù)占圓環(huán)半徑內(nèi)炮點總數(shù)的比例以及炮點與檢波點之間的距離等有關(guān)。3.4水中聲波速度的求取利用迭代方式通過式(2)和式(5)可反演整個工區(qū)速度場,但算法中并不考慮空間分段計算的功能,因此水中聲波速度反演并無意義。實際上,淺水域中炮檢距在800m范圍內(nèi)聲波速度變化不明顯?？刹捎媒y(tǒng)計方式得到當前檢波點位置附近水中聲波速度。具體做法是:以炮檢距偏離值為縱軸,初至時間為橫軸,繪制各炮點的初至時間,該采樣時間一般呈線性分布;利用最小二乘法擬合出的該直線斜率即為水中聲波速度(圖6)。4分離器定位軟件根據(jù)上述方法和設(shè)計流程,并研究了其中主要環(huán)節(jié)的精度監(jiān)控技術(shù),編寫了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的勝利淺水域檢波器重定位軟件RePosV1.0。圖7是將該軟件應(yīng)用于勝利油田KD1地區(qū)淺海地震數(shù)據(jù)進行檢波點重定位的效果圖。其上圖是重定位前剖面,由于檢波器位置漂移,造成疊加剖面同相軸不連續(xù);下圖為重定位后剖面,可見其地震反射同相軸連續(xù)性增強,易于識別和追蹤,剖面信噪比和分辨率得到明顯提高,資料品質(zhì)有較大改觀。5檢波點重定位技術(shù)淺水域地震數(shù)據(jù)的信噪比通常較高,可為檢波點自動重定位提供較好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在此條件下研制的自動初至拾取方法及定位反演算法,能夠在確保