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海洋地震资料处理技术应用研究 戴晓云( 地球探测与信息技术) 指导教师：张军华教授 摘要 在油气勘探领域，地震数据处理是其中重要的环节，白2 0 0 3 年 以来，以s r m e ( s u r f a c e r e l a t e dm u l t i p l ee 1 i m i n a t i o n ) 为代表的 多次波压制技术从理论变为现实，并成功应用，不仅从根本上提高 了资料的品质，更成了助推海洋地震勘探的一支强劲动力。近年来 随着国际业务的不断扩展，在实际工作中有了更多的机会去接触和 处理海洋数据资料。在工作过程中，如何整合多种处理软件原有的 技术流程，同时应用并掌握当今最新的处理技术，成为新的挑战和 现实需求问题。 2 0 0 4 - 2 0 0 5 年，在中东、东南亚和墨西哥湾地区获得了浅、中、 深三种地域的海上地震数据，本文以此为基础研究了海洋数据处理 技术。相对于陆上地震数据处理技术而言，海上地震数据处理技术 与其有共性的一面，也有个性的一面。它们都遵循经典的地震运动 学和动力学规律，例如噪音衰减、静校正、速度分析、成像等方面 都有相同之处。但由于海上地震数据地表条件特殊，激发、接收方 式不同，形成了海上地震数据处理的个性。归纳起来主要有以下几 个方面：导航资料处理、子波、鸣震及多次波压制、长排列资料的 速度分析、拖缆漂移产生羽角等问题。 论文研究中主要针对海洋资料处理的个性，重点分析研究了导 航资料处理、初至波二次定位、子波处理、多次波压制以及三维资 料的网格调整等问题，应用并实践于海上数据处理。通过系统的实 践和应用，总结并提出在实际生产中比较有效的解决问题的思路， 在实际的二维和三维海上资料处理中取得了较好的应用效果。 关键词；拖缆初至波子波反褶积多次波w e m r s r m e r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no f m a r i n es e i s m i cd a t a p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y d a lx i a n - y a n ( o e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n g & i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) s e i s m i cd a t ap r o c e s s i n gi st h ei m p o r t a n ts t e pi nt h eo i l & g a s e x p l o r a t i o n s i n c e2 0 0 3t h ed e - m u l t i p l et e c h n i q u es r m e ( s u r f a c e - r e l a t e d m u l t i p l ee l i m i n a t i o n ) h a sa d v a n c ：e df t o mt h c o r y t op i _ a c t i c e , a n db e e n a p p l i e ds u c c e s s f u l l y t i l i st e c h n i q u en o to n l yi m p r o v e st h ed a t aq u a l i t y b a s i c a l l y , b u ta l s ob e c o m e sas t r o n gp o w e rt op r o m o t et h em a r i n es e i s m i c e x p l o r a t i o n w i t i lt h ec o n t i n u i n ge x t e n d i n go fi n t e r n a t i o n a lb u s i n e s s w e h a v em o r eo p p o r t u n i t i e st oc o n t a c ta n dp r o c e s st h em a r i n es e i s m i cd a t a f o rm a r i n ed a t ap r o c e s s i n g ，h o wt oi n t e g r a t et h et e c h n i c a ls e q u e n c eo f d i f f e r e n tp r o c e s s i n gs o f t w a r ea n dm a s t e rt h en e w e s tp r o c e s s i n gt e c h n i q u e s b e c o m eac h a l l e n g et ou sa n dd e m a n d i n gm o r ee f f e c t f r o mt h ey e a ro f2 0 0 4a n d2 0 0 5 ，w er e c e i v e dt h es h a l l o w , m i d d l ea n d d e 印w a t e rs e i s m i cd a t af r o mm i d d l e - e a s t , s o u t h - e a s ta s i aa n dm e x i c o g l l l fa r e ar e s p e c t i v e l ya n du s e dt h e s ed a t aa st e s td a t af o rm a r i n ed a t a p r o c e s s i n gt e c h n i q u e sr e s e a r c h t h et e c h n i q u e so f m a r i n ed a t ap r o c e s s i n g h a v et h es i m i l a r i t ya n dd i f f e r e n c ea sc o m p a r e dt ot h el a n dd a t ap r o c e s s i n g a st h es i m i l a r i t y , t h e ya l lf o l l o wt h es e i s m i ck i n e m a t i c sa n dd y n a m i c s p r i n c i p l e ，t h u st h en o i s ea t t e n u a t i o n ，s t a t i c s ，v e l o c i t ya n a l y s i sa n di m a g i n g p r o c e s s i n ga r e s a m ei nc e r t a i nw a y f o rt h ed i f f e r e n c e ，t h es u r f a c e c o n d i t i o n , s o u r c ea n dr e c e i v e ro fn l a r i n ed a t aa l es p e c i a l ，w h i c hc r e a t e s t h ei n d i v i d u a l i t yo fm a r i n ed a t ap r o c e s s i n g a ss u m m a r i z e ，f o l l o w i n ga r e s o m es p e c i a li s s u e sf o rm a r i n ed a t ap r o c e s s i n g ：n a v i g a t i o nd a t ap r o c e s s i n g , w a v e l e tp r o c e s s i n g ，d e - r e v e r b e r a t i o na n dd e - m u l t i p l e ，v e l o c i t ya n a l y s i so f l o n go f f s e t , f e a t h e r i n gd u et oc a b l es h i f t i n ga n ds oo b m a i n l ya i m i n ga tt h ei n d i v i d u a l i t yo fm a r i n ed a t ap r o c e s s i n g ，w e f o e u s e x lo nn a v i g a t i o nd a t ap r o c e s s i n g ，s e c o n d a r yl o c a t i o nb yf i r s tb r e a k , w a v e l e tp r o c e s s i n g ，d e - m u l t i p l ea n d 鲥da d j u s t m e n to f3 dd a t a , a n d a p p l i e dt h e s et e c h n i q u e si nm a r i n ed a t ap r o c e s s i n g t h r o u g hs y s t e m i c p r a c t i c ea n da p p l i c a t i o n , w es u m m e du pa n db r o u g h tf o r w a r de f f e c t i v e m e t h o dt or e s o l v ep r o b l e m sa n da c q u i r e db e t t e rr e s u l t si na c t u n l2 d 3 d m ed a t ap r o c e s s i n g k e y w o r d s ：c a b l et e l e v i s i o n ，f i r s tb r e a k ，w a v e l e td e c o n v o l u t i o n ，m u l t i p l e ， w r e m r ，s r m e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 签名： 砂年，月工孑日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： p r 多年i t 月矿日一 沙咕年1 2 月2 日一 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 第l 章前言 陆上石油资源勘探饱和度的提高，难度的加大，使得众多国际大 型石油公司将陆上石油资源的目标区域投向了浩瀚的海洋。9 0 年代以 来，作为油气勘探的新领域，海洋油气勘探尤其是深水油气勘探取得 了重大进展，寻找新型大油气田的成功率明显上升。 据有关资料记载：与深水相关的油气勘探开发每年以近3 0 的速 度上升，而且深水区域更有潜力获得大的发现，未来总储量的4 4 来 自深水区，足以说明海洋勘探的潜力巨大。 目前，我国的地震勘探工作量在陆地勘探上与世界各大油公司相 比，采集、处理、解释、非地震的合同占了全球很大的份额。但是， 相比之下在海上勘探的合同额占全球比例很小。 我国的海上地震数据处理经过了多年的发展，有了一定的基础并 取得了一定的进展。但是，随着国际市场的不断开拓，用户对我们的 要求越来越多样化，所面对的资料情况又具有多样性，在有些方面， 我们的服务还不能满足油公司的需求，与西方、c g g 、p g s 和v e r i t a s 这些老牌海洋勘探技术服务公司比，在海上处理技术和理念方面还有 较大差距。 本文的研究，立足于分析目前多套处理软件系统( g r i s y s 、 g b s y s 、p r o m a x 、f o c u s 、o m e g a 等软件) 在海洋资料处理方 面的优势，研究海上数据处理的配套系列技术，在海上地震数据处理 方面能够建立一套有效的方法，以提高处理的质量和效率。 如果海上地震数据按地域上分，可以分为深海地震数据和浅海地 震数据；如果按接收系统分，可以分为拖缆接收和海底电缆接收；如 果按拖缆数量上分，可以分为单缆接收和多缆接收。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第1 章前言 海上地震数据的单缆接收主要是针对二维地震采集的。由于受到 海风和潮汐的影响，采集船和拖缆很难按照设计的直线航迹运行，此 时数据采集工作者们就要想方设法采取措施尽量避免拖缆具有较大的 羽角，使羽角浮动在允许的范围之内。如果采用单缆采集三维数据， 那么就要求拖缆具有一定的羽角达到三维横向覆盖的目的。目前海上 勘探的能力已经大大增强，多缆采集已经很普遍( 图1 1 所示) ，利用 单缆采集的三维数据将越来越少。 图1 1 海上地震数据的多枪多缆采集 相对于陆上地震数据处理技术而言，海上地震数据处理技术与其 有共性的面，也有个性的一面。论起共性。它们都遵循经典的地震 运动学和动力学规律。例如噪音衰减技术的应用、速度分析、静校正、 成像方面都有相同的一面。由于海上地震数据其地表条件特殊、激发、 接收方式特别等特点，具有独特的处理方式，形成了海上地震数据处 理的个性。 论文通过对导航资料处理、初至波二次定位、子波反褶积、多次 波压制、网格调整等几个方面的技术研究，在实际数据应用的基础上， 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第1 章前言 建立了在生产实践中可行的海上地震数据处理技术方法，以提高地震 数据处理效率与质量。论文还通过多系统整合优化处理方法研究，扬 长避短，开发各系统的优势模块，为海上地震数据处理提供更多的方 法手段。 论文依托一个伊朗o m a ns e a 的二维地震数据和一个墨西哥湾e m c 三维区块的地震数据开展研究工作。 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章海洋地震数据特征 第2 章海洋地震数据特征 2 1 二维海上地震数据特征 海上地震勘探一般采用气枪震源，二维测线采集采用单枪、单缆 激发方式。图2 1 1 展示了国外某工区的二维测线位置图。 图2 1 1o m a ns e a 海上地震数据测线位置图 首先，通过该区的几个典型单炮记录从一个侧面来认识一下海上 资料的特征。图2 1 2 展示了该工区两个位于不同海水深度的单炮记 录，左边的炮记录位于浅水区，右边的炮记录位于深水区( 近道海底 反射在5 0 0 毫秒左右，水深约3 7 0 米) 。 从图2 1 2 可以看出，资料的反射信息比较丰富，从单炮记录上 可以比较清楚的识别地下界面的双曲线反射。虽然地震数据信噪比较 高，但是海底多次波、层间多次波以及鸣震也很发育。可以看出，多 次波和反射波交织在一起。 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章海洋地震数据特征 图2 1 2 单炮记录( 左：海水较浅，右：海水稍深) 再来看一张该区另外一种类型的单炮记录( 图2 1 3 ) ，图2 1 3 左边的单炮也是来自于浅海，右边的数据来自于深海。右边炮记录所 处位置的海底与图2 1 2 的深海记录相比，水深较深，约在1 3 0 0 米左 右，因此，在记录的近道，反射时间1 8 0 0 毫秒左右，我们可以较清楚 的看到海底反射。但是，相对图2 1 2 的记录而言，此两炮记录的信 噪比相对较低，干扰波严重，环境干扰和侧面干扰都较为突出。处于 深水位置的单炮记录，则多次波更为发育，同时反射波双曲线的极小 点不位于炮点的正下方，说明地下构造复杂。 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章海洋地震数据特征 图2 i 4 频率扫描( 左：全频显示，中：o 一明z 。右：0 一阴z ) 图2 i 5 频率扫描( 左：o - l o h z ，中：o - - 1 2 h z ，右：o - - 1 4 h z ) 图2 1 6 - 2 1 9 显示的是该炮记录一个倍频程频宽范围的带通滤 波频率扫描记录。从图上可以看出，o m s ns e a 海洋地震数据有效反射 信号的优势频段应该在l o - - 4 0 h z ，在这个频带内地下个反射层的的反 射信号比较齐全，信号能量较强。速度分析主要应该集中在这个优势 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章海洋地震数据特征 频带来展开。当然，多次波的优势频带也在这个范围之内，想靠频率 差异来压制多次波是非常困难的。 图2 1 6 频率扫描( 左：1 0 2 0 h z ，中：1 5 3 0 h z ，右：2 0 - - 4 0 f i z ) 图2 1 7 频率扫描( 左：2 5 5 0 h z ，中：3 0 - 6 0 h z ，右：3 5 - - 7 0 h z ) 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章海洋地震数据特征 图2 1 8 频率扫描( 左：4 0 - 8 0 h z 。中：4 5 - - 9 0 h z ，右：5 0 一l o o h z ) 从图2 1 7 和图2 1 8 可以看出，随着低截频的提高，有效信号 能量变得越来越弱i 高频噪音显得较为突出。当低截频达到7 0 h z 以上 时，有效信号更加微弱( 见图2 1 9 所示) 。 图2 1 9 频率扫描( 左：6 0 1 2 0 h z ，中：7 0 - - 1 4 0 1 t z ，右：8 0 - - 1 6 0 h z ) 9 中国石油丈学( 华东) 硕士论文第2 章簿洋地震数据特征 2 2 三维海上地震数据特征 下面我们通过分析位于墨西哥湾的一个三维勘探区块( e m c ) 的 资料情况来认识海上三维资料的特点。 e m c 三维区块的海底深度较大，一般水深在2 0 4 2 - 2 3 3 6 米左右， 在地震记录的3 秒左右能够见到非常清楚的海底反射信息。野外采集 采用气枪震源，观测系统采用6 揽2 炮。图2 2 1 是该区域的两个炮 点的观测系统图，从图上可以看到受海流的影响接收排列不像陆地勘 探那样平直。如果将一束线所有炮点和接收点绘制在一起( 图2 2 2 ) ， 则会发现炮点轨迹也不是直线。 图2 2 1 炮点与拖缆形状图( 局部6 缆2 炮) 将图2 2 2 的局部放大，会迸一步发现，接收点密密麻麻，这是 由于海流的作用使得飘浮在海水中的电缆不断移动，因此，每一炮的 每一个接收点的位置都不会完全相同，这一点与陆上勘探有较大差异。 1 0 l|；|=一 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章海洋地震数据特征 图2 2 2 一束线的炮点与拖缆形状图( 6 缆2 炮) 图中粉红色线条表示炮点位置，其余线条表示接收点 位置，由浅到深的颜色表示海底深度的浅深变化 图2 2 3 炮点与拖缆形状图( 局部放大) 图中红色三角表示炮点位置，其余线条表示接收点位置 再来看一下海上三维资料的覆盖次数分布图，从图2 2 4 上可以 看到，海上三维的覆盖次数也不像陆地三维那样分布均匀。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章海洋地震数据特征 图2 2 4 覆盖次数分布图 下面来分析一下该区三维资料的原始单炮特征。图2 2 5 展示了 该区一个炮记录的6 个不同的拖缆接收排列资料。 2 2 5e 眦区块的单炮记录显示 从记录上首先可以看到能量较弱的初至反射，在反射时间接近3 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章海洋地震数据特征 秒处可以见到能量较强的海底反射，然后在3 6 秒的时间段内可以比 较清楚的识别出地层的反射信息，在接近6 秒处再次见到海底反射： 同时，在炮记录上还可以看到一些线性干扰和次生干扰源产生的一些 非线性规则干扰。深海资料大多具有较高的信噪比，基本不存在静校 正问题；对资料品质影响较大，在资料处理中又难以消除的干扰，主 要是能量较强的海底多次反射和层间多次波反射。 同样，通过频率扫描和频谱分析可以迸一步认识该区资料的频率 特征。 首先，通过原始炮 记录的振幅谱图2 2 6 整体上认识资料的频 带范围；从振幅谱上分 析，反射信号频带范围 在8 - 9 0 h z ，主频约 4 5 h z 。 钾鼬( 毗b 锄岫删 黛婀 f 岬q 图2 2 6 脚c 区块的单炮记录振幅谱； 然后，通过一个排列的频率扫描，进一步认识有效信号在各个频 段的能量分布。图2 2 7 为低通频率扫描记录，图2 2 8 是扫描宽度 为一个倍频程的带通扫描记录。从低通频率扫描记录上可以看到，该 区资料在8 h z 、1 0 h z 以下均能见到较强的有效反射，说明该区资料具 有丰富的低频有效反射信息。从带通扫描记录上看，1 0 2 0 h z 的频段 内有效反射能量较强，但从3 0 6 0 h z 开始，高频噪声能量逐渐变强，一 在4 0 8 0 h z 的频段内已经很难通过肉眼识别出有效反射信息。 通过频率扫描，我们对原始资料的认识是：在3 0 i - - i z 以下的低频 端，有效信号能量占优势；而在4 0 h z 以上的高频端，高频噪声能量 占优势。 】3 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章海洋地震数据特征 2 2 7e m c 区块的单炮记录的低通频率扫描 2 。2 。7 删c 区块的单炮记录的带通频率扫描 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第2 章海洋地震数据特征 通过对海洋资料特征的认识，我们可以看到，海洋资料的处理与 陆上资料处理大多数处理方法相同，如预处理、静校正、反褶积、速 度分析、叠加及偏移成像等；对比陆上和海上地震资料处理的行业标 准，我们也可以看到，行业标准中关于这两种资料的处理要求也基本 相同。海上资料处理与陆上资料处理的不同主要有以下几个方面：( 1 ) 海上资料的低降速带横向比较稳定，因此，静校正问题不严重，因此， 静校正方面的处理相对简单，但也不能忽略了剩余静校正的工作，因 为海底还是存在一定的非均质性；( 2 ) 海上资料海水及海底产生的鸣 震、多次反射严重，影响一次反射的成像，压制鸣震和多次反射干扰 是海上资料处理的重点，也是难点；( 3 ) 海水的浪涌使得拖揽发生漂 移，海上三维勘探的面元覆盖次数变得不均匀，因此，面元均化处理 也是海上资料处理的重要内容；( 4 ) 对于海上资料，还需要进行导航 资料处理；对于海底电缆( o b c ) 资料，还需要进行初至波二次定位。 下面几个章节，将针对海上资料处理与陆上资料处理的几个不同点的 处理方法进行重点讨论。 1 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章导航数据处理方法 第3 章导航数据处理方法 随着海洋地震勘探以及g p s 定位技术的高速发展，传统的海上定 位方式以及传统的导航数据处理技术将逐渐成为历史。目前，导航处 理方法已经从室内转到了勘探船上。当处理人员拿到原始的导航数据 时，已经形成了每个炮点、检波点x y 坐标的u k o o a 或p 1 9 0 格式的文 本数据，处理人员只需将导航数据和地震数据合并即可。 但是，对于处理人员来讲，传统的海洋导航数据处理也是海洋资 料处理环节不可缺少的一部分。 3 1 船体、电缆定位方法 海洋二维地震数据采集与室内资料的处理，一般都有两种假设条 件”；( 1 ) 野外施工船沿设计测线呈直线行驶，( 2 ) 整个接收缆线也 里直线与设计测线重合行驶，如图3 1 1 所示。 图3 1 1 海洋二维勘探理想船迹和电缆形态 但在实际施工中，由于船和电缆不断受到海风、海流以及海浪的 影响，施工船的航迹和电缆的形状都是弯曲的，而且电缆本身还存在 着一定的“羽角”，羽角就是整个电缆的基本方向与施工测线方向构成 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章导航数据处理方法 的夹角“，如图3 1 2 所示。 图3 1 2 实际海洋二维勘探船迹和电缆形态 由于野外施工中存在的这种羽角，所以就使测线的共中心点 ( c m p ) 横向发散，其发散的程度随航迹的弯曲或电缆羽角的增大而增 大。海洋二维在施工时，通过一定的手段可降低这种发散现象和程度， 并在一定的条件下，对发散问题忽略不计。在海洋三维勘探( 尤其是 单枪单缆) 中，要利用羽角的作用来产生横向多次覆盖“1 ，按潮汐划 分成片，以便于每片内测线羽角一致，提高覆盖效率。而海洋三维施 工与二维相比，其测网密度大，产生的c m p 线距小，故要求三维施工 时炮点、检波点定位更准确，随之其定位和处理技术也相应变的更复 杂。 当然，目前的海洋三维地震勘探多采用多缆接收，采集效率更高， 覆盖次数更加均匀，为室内的海上地震数据处理奠定了良好的基础。 传统常用的海上定位可以分为双曲线定位法和双圆定位法两种。 双曲线定位法：双曲线定位系统，由一个主台和二个以上的副台 1 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章导航数据处理方法 组成，用户测量主、副台信号到达接收点的时差( 或相位差) 就可以 获得一条通过用户当前 | 生鲁 位置的双曲线，此双曲线 k 一鸯 的焦点便是被测主、副台 o j 台 所在点乜3 。两条这样的双 曲线的交点就确定了用 户所在的位置( 图3 1 3 所示) 。 譬，j 量 图3 i 3 双曲线定位法几何原理 双圆定位法：测点位置，可以由已知两定点为圆心、以两定点 至测点的距离为半径的两( 距离) 圆的交会确定，这是圆定位的基本 概念”。 圆定位法是通过测距实现的，两套收、发设备架设在地面位置 已知的点上，另一套带 有距离测量的收、发设 备则装置在测量船上， 称为机动台( 或简称船 台) 。 作业开始，船台向 岸台定时地发射询问信号，图3 i 4 双圆定位法几何原理 岸台接收到询问信号后立即发射应答信号。因此，电波往返的传播时 1 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章导航数据处理方法 间为船台到岸台距离的函数。距离测量设备检测电波往返的时间就能 获得瞬时的船台至岸台的距离值，经外围设计记录与处理就可以求船 台的瞬时位置坐标嘲( 参见图3 1 4 ) 。 例如图3 1 5 所 l m r m 日 示，某工区共用四个岸 台，它们分别为1 号、 2 号、3 号、4 号，所谓 岸台是指设在海岸附 近的陆地上，某个已知 精确位置的导航台站。图3 1 ，5 四个岸台与勘探区的相对位置 传统的野外导航多采用a r g o 定位系统，记录到原始导航带上的船 坐标位置( n e ) 是导航天线的位置。 地震数据处理需要x 、y 坐标，当拿到具有x 、y 坐标的文本文 件时，处理人员必须明白，我们使用的x 、y 坐标如何来的? 因为大地 坐标是以经纬度为基础的。那么，让我们首先回顾一下椭球体和投影 方式的概念。 3 2 参考椭球体与投影方式 3 2 1 参考椭球体 在实际工作中，对于地面上任何一物理点位置，既可以用大地 坐标系的经纬度( i _ a t ，l o n ) 表示，还可以用平面直角坐标系进行描 1 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章导航数据处理方法 述乜1 。为此，建立一个参考椭球体，以便将大地坐标系数据转换成平 面直角坐标系数据。所谓参考椭球体，即与地球大地水准面形态最为 接近，且又能用简单数学模型进行描述的假想光滑椭球体。之所以称 为参考椭球体，因为在理论上存在一个形状、体积与地球体符合最好 的总地球椭球体”。 地球表面的高山、平原、海洋与河谷等使地表的高低起伏很不 规则，人们首先假定整个地球由 平静的海洋面一一即大地水准 面所包围，但该水准面受地表及 地下物质分布不均的影响，它们 的表面仍有起伏如图3 2 1 所 示。图3 2 1 地表与大地水准面的关系 然后，人们再用一个近似 于大地水准面的规则的以短轴 为旋转的旋转椭球体代替实际 的地球体，而形成了一个参考椭 球体，如图3 2 2 所示。 p 厂1瞬 、 o 汐。l 图3 2 2 参考椭球体 然而，多年来人们通过不同的计算方法描述出多种椭球体的形 状( 见下表1 ) 。在中国应用的参考椭球体为“克拉索夫斯基一一1 9 3 8 ” 确定的参考椭球体，其长半轴a 为6 3 7 8 2 4 5 米，扁a 率为1 ：2 9 8 3 啪 2 0 中周石油大学( 华东) 硕士论文第3 章导航数据处理方法 椭球体形状基本参数表表1 椭球体名称提出年代长半径 扁率o l 埃佛莱斯特 1 8 3 06 3 7 7 2 6 7i ：3 0 0 8 0 0 克拉克 1 8 8 06 3 7 8 2 4 9 1 ：2 9 3 ，5 0 0 海福特 1 9 1 06 3 7 8 3 8 8 i ：2 9 7 0 0 0 克拉索夫斯基 1 9 3 86 3 7 8 2 4 5i ：2 9 8 3 0 0 1 9 6 7 年大地坐标系 1 9 6 76 3 7 8 1 6 0 i ：2 9 8 2 5 0 s - 7 21 9 7 26 3 7 8 1 3 6i ：2 9 8 2 6 0 施密特 1 9 7 46 3 7 8 1 3 01 ：2 9 8 2 5 0 游存义 1 9 7 86 3 7 8 1 4 3i ：2 9 8 2 5 5 1 9 8 3 年大地坐标系 1 9 8 36 3 7 8 1 3 61 ：2 9 8 2 5 7 3 2 2 投影方式 在资料处理过程中，采用的是平面坐标系，因此需要将椭球体表 面上各点的大地坐标投影到平面坐标系上，根据不同的需要形成了多 种地图投影方式，如菜姆特的圆锥正切投影，高斯投影和通用横墨长 托投影( 简称u t m ) 等，西方以及海洋资料大都采用u t m 投影方式， 中国大陆大都采用高斯投影方式。 地球表面是一个不可展的曲面，将球面上的图形展到平面上必将 产生变形，变形虽不可避免，但是可以掌握和控制，为了限制投影变 形，高斯投影采用了经差6 0 和3 0 的分带投影。我国采用的是将中央子 午线左右各r 或1 5 0 划分为一带，称为鼍6 。带”或“3 。带”，各带将有 自己的坐标轴和原点，自o o 子午线起每经差6 0 自西向东分带，依此编 2 l 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章导航数据处理方法 号为1 ，2 ，3 ，设带号为n 。 则：酽带的带号可以写为：n = i o ( l o o + 3 ) 其中k 为中央子午线的经度。 图3 2 3 高斯投影及坐标示意图 如图3 2 3 所示，设一横椭圆柱与地球椭球面上某一投影带的中 央子午线相切，椭圆柱轴通过地球椭球中心。将经纬线透视投影到椭 圆柱面上，然后沿其母线切开，展成平面，即可得到平面上的经纬线 网。为了简化，只绘出投影带的界子午线、中央子午线及赤道的投影。 投影后的中央经线和赤道互相正交，且为投影带的对称轴，中央经线 投影后保持长度不变。 高斯平面直角坐标系规定：每一投影带投影后的中央子午线即为 该平面直角坐标的纵坐标轴( x 轴) ，投影后的赤道即为横坐标轴( y 轴) ，其交点为坐标原点。但是，为了避免横坐标值出现负值，统一规 定把x 轴定在中央经线的西( 即西移) 5 0 0 公里。即原点坐标为( o k m ， 5 0 0 k m ) 。可想而知，每个投影带都有一个彼此相同的高斯平面直角坐 标系。为了区别点的坐标所属投影带，规定在横坐标y 值前冠以投影 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第3 章导航数据处理方法 带的带号。纵坐标x 值，无论在那一带都是由赤道起算的自然值。 u t m 投影一一通用横墨长托投影，与高斯投影均为横圆柱投影。 但是，在高斯投影中规定中央经线上长度比为i ：1 ，而在u t m 投影中， 则为i ：0 9 9 9 6 ，即高斯投影为横切圆柱投影，而u t m 投影则为横割圆 柱投影。 从坐标值上看： x = x 赫0 9 9 9 6 y m = y 赫 u t m 投影是从西经1 8 0 。至西经1 7 4 。为第1 带，由此每隔经差6 0 向 东直到东经1 7 4 。至东经1 8 0 。为第6 0 带。 设1 3 为带号，九。为中央经线经度，本投影中，带号与中央经线的 经度关系式为： n = ( o + 1 8 3 。) 6 式中 。，东经取正号，西经取负号。 其坐标规定与高斯投影一致。值得一提的是，) ( 1 坐标值的计算在 南北半球有所区别( 本文都以北半球为例) 。 3 3 导航数据的处理 海洋导航数据处理是通过对原始导航数据的计算加工，首先获得 准确的船点位置坐标( n e ) ，然后经电缆定位运算，获得诸如炮点、 检波点及其共中心点的坐标等参数。海洋导航数据处理一般分为两个 2 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章导航数据处理方法 阶段：1 ) 船点坐标的定位计算；2 ) 电缆的定位运算。a r g o 导航定位 系统记录船点位置数据，大部分是可靠的，但往往有一部分数据存在 问题。为能确定错误所在，可分批分组绘航迹图，逐条测线进行检查， 对个别位置异常数据r l 进行编辑、修改。例如一一 i 图3 3 1 所示，经检查i i 发现该测线1 5 8 - 1 5 9 炮i i 放炮时间仅隔1 0 秒，。“1 l 但两炮间距离为9 7 米，j 这在实际工作中是不可 能的，所以我们首先将 坏炮删除，再进行内插 或外推，然后再重新计 算船点位置 r a t i o _ r m s r a t i ot o l r时，拾取值被拒绝。 其中 r a t i o ( i ，j 。m ) = s r d d _ m o d s r d d _ c a l c ( 4 2 ) s r d d _ m o d = 兰觥e 巩旷耳( f ，力r 一 ( 4 3 ) s r d dcalc=(xd(i,m)-xs(j)2+(yd(i,m)-ys(j)2 ( 4 4 ) 耳( f ，力为第j 炮的第i 个检波点的拾取时间；v e l i 为海水速度。 b e t a k 为线性或高阶的衰减系数；k 为衰减系数中的项数；x a ( i ，所) 为 第m 次迭代的检波点位置；船( ，) 为对于检波点i 的第j 炮的位置： y d ( i ，埘) 为第m 次迭代的新检波点位置；y s ( j ) 为对于检波点i 的第j 炮的位置。 r a r 1 0r m s = n ( i ) = 第i 个检波点的炮数 r a t l 0 - t o l r - 公差参数 3 l ( 4 - 5 ) 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第4 章初至波二次定位技术 上面描述的是一种用比率的算法剔除拾取异常值的方法；另外， 还可以通过差值的计算方法剔除拾取异常值。 ( 2 ) 差值算法 根据定义的炮点到检波点距离与计算的炮点到检波点的距离之 差，判别是否剔出拾取值。 d i f f ( i ，j ，m ) d i f f _ r m s d i f ft o l r 其中d i f f ( i ，j ，m ) = s r d d m o d s r d d _ c a l c ) 的绝对值。 d i f fr m s =( 4 - 6 ) d i f f j o l r = 公差 以上公式各参数意义与比例算法相同。同样，我们还可根据资料 的实际情况，建立其他的判别准则。 图4 2 2 展示了二次定位前后的检波点位置，圆点为炮点位置， 深色m 为一次导航检波点位置，浅色m 为二次定位后的检波点实际坐 标。从图中可以看出，通过二次定位，对一次导航检波点位置的偏离 进行了校正。 图4 2 2 二次定位前后的检波点位置 3 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章子波处理技术研究 第5 章子波处理技术研究 为了去掉仪器响应及虚反射、气泡等海水层对地震子波的影响， 需要野外记录的远场子波或以其它方式求得的子波，求出一个反因子， 应用到地震记录道上。对于提供远场子波的资料，可以用远场子波直 接求取反因子；对于未提供远场子波的资料，研究从地震数据中提取 子波，然后再求取反因子的处理技术，以适应海洋地震数据处理的需 要。 5 1 应用远场子波提取反子波 远场子波一般通过在海上进行数据采集的采集船得到，它能够真 实的描述气枪激发的响应，应用它主要是去掉仪器响应及虚反射、气 泡等海水层对地震子波的影响，是一种理想状态下的子波处理方法”。 图5 1 1 是采集船直接提供的远场子波，应用这个远场子波可以求得 一个反滤波因子( 图5 1 2 所示) 图5 1 1 采集船提供的远场子波 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章子波处理技术研究 lil蔓 图5 1 2 反滤波因子 将这个反滤波因子应用到原始地震数据上达到消除仪器响应及虚 反射、气泡等海水层对地震子波的影响。 图5 1 3 展示了海水较浅部位的原始单炮记录应用反滤波因子的 效果。从对比数据来看，应用反滤波因子后的记录显得更干净，目的 层反射突出，虚反射以及气泡的影响得到了较好压制。 图5 1 3 反滤波因子应用前( 左) 后( 右) 的单炮记录 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章子波处理技术研究 图5 1 4 则展示了海水较深的一组单炮记录应用反滤波因子的效 果对比。在这里我们可以看出应用反滤波因子后的单炮记录其波组特 征较好、反射层次比较鲜明。 图5 1 4 反滤波因子应用前( 左) 后( 右) 的单炮记录 图5 1 5 反滤波因子应用前( 左) 后( 右) 的叠加剖面 3 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章子波处理技术研究 图5 1 5 是反滤波因子应用前后的叠加剖面对比。应用反滤波因 子处理后的叠加剖面反射界面波组特征更加清楚。从以上的处理我们 可以看出，对于海上资料，远场子波反褶积处理是需要的。 5 2 利用地震记录估算子波 上一节通过对原始单炮记录和叠加剖面的分析，我们已经认识到 远场子波反滤波因子在消除仪器响应及压制虚反射、气泡等海水层对 地震子波的影响方面的作用。但是，并不是所有的海洋资料都记录了 远场子波，我们所见到的大部分海洋资料特别是浅海数据( 获得远场 子波较困难) 都没有记录远场子波，对于这部分资料我们需要从原始 记录中提取子波，通过反滤波来压制虚反射、气泡等海水层的影响似1 。 这种从原始地震数据中提取子波并来压制虚反射、气泡等海水层 的影响的方法是在每一输入道集( 如炮集或共检波点集等) 上用各道 的功率谱或对数功率谱的统计平均值估算出一个反褶积因子，然后将 此因子应用到该道集中的每一道。在进行因子设计时可以对输出的期 望子波振幅谱进行修正，相位谱进行假设，而且是用多道统计谱进行 因子设计，因此该方法可称为多道统计子波反褶积( d e s i g n a t r u e d e c o n v o l u t i o n ) 。方法由谱估计、谱叠加( 统计平均) 、因子设计和因 子应用四个部分组成，下面主要对谱估算及因子设计两大部分的基本 原理进行介绍。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章子波处理技术研究 5 2 1 谱估计 在一个给定时窗内计算地震数据的功率谱( 或将其取对数成为对 数功率谱) 。有两种谱估计方法，一种是用地震数据的自相关函数来估 算功率谱，称为间接谱分析法；另一种是直接用地震数据来估算功率 谱，称为直接谱分析法。 设x ( n ) 为地震数据( 时间序列) ，p ，( f ) 为输入道集中某一道的 功率谱。 a 、间接法谱估算公式如下： p a f ) = 气哪e x p ( - j 2 刀e n t ) “( 5 一1 ) 其中： ，( 所) 2 专荟五，五一， 称为x ( n ) 的偏自相关函数，注意比较x ( n ) 的自相关公式 b 、直接法谱估算公式如下： w 砌 丽1 。邑ml 酬形珈丁) 1 2 ) ( 5 - 2 ) & ，) = 五，五。， 估算出功率谱p i ( f ) ( 或者取其对数成为对数功率谱p ( d = l g p i ( f ) ) 后，输出备用。 3 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章子波处理技术研究 5 2 2 因子设计 求出某个道集的平均功率谱后，设计该道集的反褶积因子。因子 设计公式如下： 睨= 瓦a o t , , 孓e x 而p ( i p 丽o t o ) ) ( 5 3 ) 其中： = 2 7 c f l o p ( o ) 为设计出的反褶积因子 a 咖) 为期望输出子波的振幅谱 p 咖) 为期望输出子波的相位谱 氏咖) 为谱叠加后求出的平均振幅谱( 加过白噪的) 啦) 是从经重采样，且修整过的平均振幅谱中计算得来的最小相 位谱。 对于每个道集( 如炮集或检波点集等) ，求出反褶积因子后，将其 应用于整个道集中的每一道。注意该反褶积因子是用各道的某个时窗 内的平均功率谱求得的，但在应用时，却应用到每一道的整道。 应用此方法进行子波估算对输入数据有以下两点要求：( 1 ) 子波 估算的时窗要避开初至，并且要尽量选在信噪比高的区域；( 2 ) 原始 地震数据不要加任何信号处理。 图5 2 1 是从地震数据中估算的子波，从形状上看，它是小相位 的。在此基础上求取反滤波因子应用于地震数据。图5 2 2 图5 2 4 展 中国石油大学( 华东) 硕士论文第5 章子波处理技术研究 示了应用该反滤波因子前后的对比剖面，并与应用远场子波反滤波因 子后的剖面进行对比。 l 盐 ”一o 弋ri 图5 2 i 从地震数据中估算的子波 图5 2 2 应用多道统计子波反褶积前的叠加剖面 图5 ，2 3 应用多道统计子波反褶积后的叠加剖面 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章子波处理技术研究 图5 2 4 应用实际远场子波反褶积后的叠加剖面 通过对原始记录的远场子波和地震记录估算子波反褶积的应用效 果分析可见： ( 1 ) 野外提