广州海洋地质调查局 广东 广州 510760
摘要：通过对单道地震采集技术方法的研究和分析，并结合海上试验和应用效果，从环境背景、震源选择等方面对单道地震采集系统的方法进行改进和创新。通过研究原理和试验,总结出一套可行性较强的单道地震调查施工技术方法，提高单道地震剖面分辨率,获取更高精准度及信噪比资料。
关键词：高分辨率；单道地震；调查数据采集技术
高分辨率单道地震调查数据采集技术作为揭示海底表面以下浅层地质结构、潜在地质灾害以及活动断裂带特征的重要手段，对海洋地质调查发挥着重要的作用。海上操作过程中会受到各项主客观因素的干扰，获取的资料信噪比也较低，影响后处理及解释工作。目前对于海上单道地震资料处理技术的研究越来越多，例如波浪静矫正、气泡效益、次波压制等。文章通过对高分辨率单道地震调查数据采集技术方法的研究，提高单道地震剖面分辨率，以便获得较高信噪比的资料。
一、单道地震调查数据采集技术方法
单道地震采集主要依托于单道地震采集系统实现，采集系统由采集主机、接收电缆、震源和导航定位系统组成。震源主要有气枪和电火花两种形式。其中气枪震源由空压机、枪控单元、气枪等组成，电火花震源由电火花震源箱体、电火花释放单元组成；接收电缆主要是由单道48元（或24元、8元）的水听器组成的。通常情况下，采集系统应用的是一发一收模式，即1个激发震源配备1个接收水听器[1]。当探测地层较深时，激发间隔和记录量程一般是在1s以上，这就导致对地层的探测分辨率过低，地层水平分辨率一般处于5至6米。一发双收模式是指1个激发震源配备2组接收水听器，这样可以同时获取2道数字地震记录，实现提高地层浅层部分高分辨率和地层深层部分探测深度大的效果。双道接收单道地震布置图的具体布置如图1所示。除以上两种，还有双发三收的模式，即利用三组不同响应频率的电缆，分别接收两个激发震源的反射信号。利用高频电缆接收电火花震源的信号，利用低频电缆和中频电缆与GI震源构成一发双收的采集模式，这样能够缩小采集间隔，更好记录海底表层的高频反射信号，实现清晰反映地震剖面深层结构和构造形态的目的。通过分析可以看出双发三收模式也意在将低频电缆或中频电缆与震源形成一发双收模式，进而进行数据采集，从作业的操作适用性来说，还是一发双收的模式更适合单道地震调查数据的采集。
图1 双道接收单道地震布置图
二、单道地震数据采集控制过程分析
在进行野外地震采集过程中，涉及到的环节因素较多，包括震源、采集参数、电缆长度等多项选择内容。其次工区环境背景的影响也较大，在采集作业过程中，记录剖面应以穿透目的层、具有高分辨率为原则。
.在噪声干扰控制方面
单道地震调查不利影响主要是噪声过大，噪声影响分为有源噪声影响和环境噪声影响，有源噪声影响指在震源或次生震源形成时以发生的噪声作背景，包括多次波、气泡效应、直达波、绕射波等产生的噪声；环境噪声影响是指由于海洋内洋流涌浪、船动力噪音干扰、机械振动、随机噪声等引发的噪声[2]。在通常情况下，干扰噪声最小的位置在位于船尾左右舷的外侧，并要避开船尾处涡流区域；有双机动力的船避开动力一侧，与勘测的震源保持一定的距离。在勘探线路时匀速直线拖曳，减少电缆摆动、起伏造成的噪声影响。
.航速与分辨率之间的关系
在相同的触发间隔下，船速越快，炮距离间距越大，水平分辨率越低（如表1所示）。较快的船速会增加电缆拖曳时产生的噪声，船速为5.5Kn时产生的噪声要比船速为4Kn时产生的噪声大1γPa。4kn速度下，如使用的是气枪震源，空压机供足够压强的气大约需要5s，在控制废炮率的前提下，那么水平分辨率将会达到10m左右。
三、在震源选择控制上
单道地震震源主要有气枪和电火花两种形式，电火花震源具有激发频率高的特点，一般情况下激发的频率范围大约在300到5000Hz内。随着震源能量的增加，低频部分的能量也会随之增大，地层的可穿透深度也随之增加，可获取到较深地层的信息。气枪震源所激发的频率较低，如GI气枪，其激发的频率范围在40至300Hz，且不同容量的气枪震源所激发的子波频谱图是不相同的，气枪容量越大其产生的频谱图越光滑，图像的质量也就越好。
根据任务的要求可以选择适当的震源，当要求探查浅部100m内地层结构时，可以设置高分辨率的参数，即震源的发射频率应选择较高的设置，频带也应放宽。因此，电火花震源适合应用在高分辨浅部地层进行探测，气枪震源更适合应用探测深部地层深度大的目标。目前，气枪震源主要使用GI气枪压制气泡震荡，其激发产生的子波具有峰值和旁瓣，有利于高分辨率海上地震勘探的应用。
四、接收水听器的效果控制
单道水听器在应用过程中所需要的技术指标包括检波器的数量、检波器的间距、声压灵敏度以及接收有效宽带等指标。目前使用的消除噪声的方法是利用检波器的布局提高电缆的指向性，其方法原理是：在对不相干或对随机的噪声进行消除时，采用的是相互抵消的方法，噪声的轻度会快速减小至原来的1/N，其中N代表着检波器的个数，如果所有水听器接收的信号是相同的，那么其综合起来的数值即是单个水听器的N倍，同时也可以在一定程度上消除随即噪声和异相噪声[3]。另外，对于电缆水平拖曳产生的噪声，可以通过海底沉积物的反射将声波信号截断，这样就可以消除其它方向造成的噪声。
目前常用的单道水听器主要是24单元和48单元的，因为二者原理相同，接收的信号可以集成一道，最后进行统一的输出，但是由于水听器的所处位置不同、距离间隔也不同，这样信号之间就会产生时差，单元数也会发生变化。在这种情况下进行叠加，信号的质量和差别就会凸显出来，48单元的水听器叠加出的效果和频率会低于24单元的水听器。因此，24单元的水听器主要负责接收的是地层浅层部分的高频信号，对其实现高精度的探测，目前24单元的水听器也主要应用在地层浅层剖面测量分析中，其垂直方向的分辨率可达到0.2至0.5m；48单元的水听器主要应用在地层深层部分低频信号接收中，能够探测深部地层的信号；将两个水听器进行组合使用，能够同时获取地层浅层和深层部分的剖面分辨率[4]。但2道同频接收的技术指标有所不同，处理地理数据所需的参数也有所不同，但如果对2道地震处理的剖面分辨率进行对比分析，则可以看出24单元的水听器记录的地层信息更为丰富，由于受到二次反射的影响，深部地层的信息较为模糊。所以使用二者相结合的方式才能满足地层浅层部分和深层部分的需要。
五.结束语
综上所述，通过技术分析可以看出，该单道地震数据采集技术方法对分辨率和穿透深度的作用是非常明显的，可以通过其获取较高的信噪比资料。提高单道地震数据采集质量和施工效率应对数据采集的整体过程进行全面的控制，针对项目任务选择合适的震源，通过降低噪声、使用双道水听器接收等方式满足地层浅层和深层部分对于剖面高分辨率分析的需求。
参考文献
[1]李丽青,唐卫,陈泓君等.高分辨率单道地震剖面上定标号的计算方法[J].地球物理学进展,2012,27(5):1871-1880.
[2]邢磊.海洋小多道地震高精度探测关键技术研究[D].中国海洋大学,2012.
[3]刘伍.上海近岸海域高分辨率单道地震探测海浪干扰及其压制方法[J].上海国土资源,2015,24(4):93-98.
[4]万芃,温明明,吴衡等.高分辨率单道地震技术在深海探测中的应用研究[J].地质装备,2014,19(4):33-36,41.
论文作者:韦成府,牟泽霖,万芃
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/4
标签：震源论文; 噪声论文; 地层论文; 道地论文; 气枪论文; 剖面论文; 电缆论文; 《防护工程》2017年第23期论文;