海底地震仪重新定位:以东沙群岛海域为例

利用海底地震仪(OBS)进行探测时,一般采用自由下落的方式将OBS布设在海底。由于海流和海底地形的影响,OBS的位置一般都偏离设定的位置。OBS重新定位是OBS数据处理的基础,不正确的位置信息将导致错误的观测系统信息,从而影响后续的处理效果。直达水波包含了OBS的位置信息,一般利用直达水波的走时,采用最小二乘的方式来确定OBS的实际位置。炮点位置精度、放炮时间延迟、炮点分布方式、OBS时钟漂移、走时拾取误差以及海水速度变化等因素都会影响重新定位的精度。文章采用数值方式研究这些因素对重新定位精度的影响,并对东沙群岛海域实际的OBS站位进行精细重新定位。数值结果表明,直线排列的炮点不能很好地反演出OBS的位置,应该采用十字或者井字分布的炮点;在偏移距小于10km时,海水速度结构的精度对重新定位的影响可以忽略;对OBS重新定位影响最大的是由放炮时间延迟、时钟漂移以及走时误差共同构成的右端项误差,5ms的右端项误差可引起40m左右的偏差。实际数据重新定位的结果较好,符合数值研究的结果。     

基于波动方程的检波点二次定位

在进行浅海过渡带地震资料采集时,需要将电缆和检波器沉放到海底,由于洋流、潮汐等因素的影响会使检波点的实际位置与预设位置不同,从而严重影响了后续的地震资料处理工作,因此需要对检波点进行二次定位。在海底检波点二次定位中,炮点位置已知而检波点位置未知,需要从多个炮点位置正向外推波场,使波场逐步延拓到检波点,以此来获得检波点的位置。具体实现是在海底划分网格应用克希霍夫积分法外推渡场,获得网格点的能量值,能量最高的网格点便是检波点的位置。在划分网格时需要先粗分网格,求得网格点能量值,然后在能量高的网格点区域重新细分网格,通过细分网格点的能量值来确定出检波点位置。在检波点二次定位中利用的主要是直达波的波场信息,在预处理时,需要突出直达波压制干扰波。基于波动方程的检波点二次定位在模拟和实际地震资料处理中都得到了良好的效果,验证了这种方法的可行性。     

琼东南海域OBS纵波资料成像处理关键技术

OBS采集具有站点少、站点间距大,同时包含纵、横波信息的特点,因此,对OBS进行成像处理相对常规海洋地震资料处理而言具有更多的挑战。本文主要针对OBS纵波资料处理中几个关键处理技术:(1)利用直达波进行重定位处理获得准确的OBS位置,为OBS资料正确成像打下坚实基础;(2)利用水、陆检数据标定获得频率、振幅、相位一致的水检、陆检数据,并进行水、陆检合并处理;(3)通过波场分离有效地分离出上行波场和下行波场数据,利用具有更宽照明范围的OBS下行波场数据进行镜像偏移处理等。最终可获得海底及海底以下成像分辨率高、构造成像清晰、偏移归位准确的OBS纵波剖面数据。该成像数据频带宽,具有丰富的低、中、高频信息,能为后续的水合物无井岩性处理提供具有丰富频率信息的地震叠加资料。     

OBS记录的时间和定位误差校正

根据地震波传播的时距关系,利用海底地震仪子母钟对时记录、测深数据和近炮点数据,使用数据处理软件OBSTOOL,对南海北部采集的海底地震记录进行高精度时钟校正处理。通过反演确定放炮延迟和海底地震仪的漂移参数,为准确反演速度奠定了基础。分析结果显示,南海北部OBS数据放炮延迟为1.278s,最大时钟校正量为2.394 s,OBS偏离测线最大距离为652m,这些将会导致浅层正、反演结果不准确,影响BSR的正确识别。     

台湾海峡OBS地震记录中二次Ps震相的特征及应用

在海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)广角地震记录剖面上, 经常可以见到震相清晰且连续的多次波信号, 多次波和初至波是由相同的震源信号产生的, 也是地壳真实结构的反映。但是在通常的OBS数据处理过程中, 经常将多次波作为无效信号剔除掉, 对其属性及应用的研究比较少。文章通过对台湾海峡南部OBS探测测线HXN01数据的处理, 对多个台站记录到的二次震相进行了识别与拾取, 并以OBS0106台站为例, 对识别出的二次Ps震相进行了系统的研究分析, 发现二次Ps震相的波形特征和质点运动轨迹与初至震相相似, 但波形最大振幅值明显大于初至震相。通过Rayinvr射线追踪方法模拟, 确定了二次Ps震相的主要反射层, 并发现加入二次震相后, 台站下方浅部沉积层射线覆盖密度有显著提升, 射线覆盖的区域也明显增加, 为沉积层精细结构的反演提供了更为丰富的数据基础。另外, 对理论模型的地壳结构进行加入二次Ps震相前后的反演测试, 结果显示加入二次Ps震相数据后, 沉积层的界面深度误差得到明显的改善。     

海底地震仪在天然气水合物勘探中的应用综述

海底地震仪(OBS)直接布设在海底,在地球动力学研究、油气勘探以及地震学研究等众多领域中应用广泛。随着采集技术的提高,海底地震仪也越来越广泛地应用到水合物的勘探中。文中从OBS数据采集、数据处理以及速度反演三个方面对OBS在水合物勘探中的应用现状进行综述,重点在于综述目前的应用现状和OBS使用的难点。数据采集方面主要综述了在OBS水合物勘探中几种常见的观测系统;OBS数据处理方面主要综述OBS数据预处理和OBS数据镜像成像;OBS速度反演方面主要综述常用的反演方法及其优缺点;最后,在以下几个方面对OBS在水合物勘探中的应用进行了展望:(1)优化观测系统的设计;(2)发展更先进的波场分离算法;(3)基于全波形反演以及基于面波的速度反演。     

海底地震仪实测信号特性分析

置于海底数百米至数千米的海底地震仪(OBS)的实测信号相比陆地地震仪具有不同的特性;由于水的作用或记录信号源频率的不同,短周期OBS和宽频带OBS记录的信号又有明显的差异。文章对南海西南次海盆地震探测期间记录的人工气枪震源和天然地震实测信号进行了时频分析,结果如下。1)气枪作业后在海底激发两种噪声:一是水的波动不断叠加形成的长波,周期50s左右,以水平分量为主;二是高频噪声,主要是OBS底座细微晃动引起的。2)宽频OBS对于水下移动目标激发海底波动具有很好的探测能力,特别是水平分量可以获得大振幅且周期特征清晰的记录,并能够指示方向。3)宽频OBS能记录到清晰的天然地震信号,为研究调查区岩石圈结构增添了更多的信息,短周期OBS对远震直达P波有很好的记录。国产宽频I-4C型OBS碰巧记录了日本M9.0级大震。     

OBS纵波资料镜像叠前时间偏移处理

四分量海底地震仪(OBS)是一种新的接收仪器,其获得的地震数据信息量大,整体信噪比较高,频率成分丰富,具有较高的使用价值。OBS用于研究深部地壳结构已取得较好进展,但较少应用到油气勘探和盆地研究中。在南海西北部采用大容量气枪阵列(0.083m3)作为震源、利用OBS记录气枪震源的反射和折射信息,在油气勘探中是一种新的尝试。为正确使用OBS地震资料,必须采用不同于常规地震资料处理的方法,文中开拓性地使用了镜像叠前时间偏移处理方法。镜像叠前时间偏移处理方法是利用海面多次波进行成像的技术,包括OBS资料矢量保真处理、P分量(压力分量)和Z分量(垂直分量)的叠前处理和镜像叠前时间偏移处理等;其中矢量保真处理主要进行检波点位置二次重定位和检波点方向重定位及倾角校正,P、Z分量的叠前处理包括零相位化处理与地震道修改,P、Z矢量合并(P and Z summation)、剩余静校正、镜像叠加和多次波衰减等。采用镜像叠前时间偏移处理方法获得的剖面获得了较好的成像效果。     

基于预测反褶积的海底鸣震压制方法

多次波问题是海洋地震勘探中最突出的问题之一,多次波的存在影响地震成像的真实性和可靠性,干扰地震资料的解释.尤其在海底起伏不平时的鸣震干扰,至今还没有很有效的办法.研究提出的两步法预测反褶积压制海底鸣震方法,就是利用基于精细海底调查的结果获得预测步长或由直达波、折射波反演求取预测步长,在共炮点域和共检波点域分别应用预测反...     

精密枪控计时器设计及在海底数据采集中的应用

为了获得海底地震仪(ocean bottom seismograph,OBS)在海洋地球物理勘探中更真实准确的数据处理剖面,必须消除导航、定位时间、定位精度对OBS数据采集和处理的影响。通过分析时间定位精度对OBS数据处理的影响及计时误差来源,开发了精密枪控计时器以提高时间定位精度和消除常规计时误差,计时精度达到0.01ms,实现了高精度导航定位、炮点定位、时间定位和计时,保证OBS地震数据采集的准确性和精度。经稳定性测试,生产试验后的数据分析表明,该设备时间精确、定位性能完全满足OBS多分量地震勘探要求并可应用于其他需要高精度计时的海洋地球物理勘探领域。     

Precise Positioning of Ocean Bottom Seismometer by Using Acoustic Transponder and CTD

We have obtained precise estimates of the position of Ocean Bottom Seismometers (OBS) on the sea bottom. Such estimates are usually uncertain due to their free falling deployment. This uncertainty is small enough, or is correctable, with OBS spacing of more than 10 km usually employed in crustal studies. But, for example, if the spacing is only 200 m for OBS reflection studies, estimates of the position with an accuracy of the order of 10 m or more is required.The determination was carried out with the slant range data, ship position data and a 1D acoustic velocity structure calculated from Conductivity–Temperature–Depth (CTD) data, if they are available. The slant range data were obtained by an acoustic transponder system designed for the sinker releasing of the OBS or travel time data of direct water wave arrivals by airgun shooting. The ship position data was obtained by a single GPS or DGPS. The method of calculation was similar to those used for earthquake hypocenter determination.The results indicate that the accuracy of determined OBS positions is enough for present OBS experiments, which becomes order of 1 m by using the DGPS and of less than 10 m by using the single GPS, if we measure the distance from several positions at the sea surface by using a transponder system which is not designed for the precise ranging. The geometry of calling positions is most important to determine the OBS position, even if we use the data with larger error, such as the direct water wave arrival data. The 1D acoustic velocity structure should be required for the correct depth of the OBS. Although it is rare that we use a CTD, even an empirical velocity structure works well.     

基于OBS和MCS数据的水合物地层速度特征

天然气水合物是一种新型的清洁能源, 南海北部神狐海域的地质条件有利于水合物的形成和储藏。传统的多道地震(MCS)数据难以得到精确的速度信息, 并且只能从时间域上判断地质体纵向分布。海底地震仪(OBS)是一种常用的主动源地震仪器, 可以接收到更清晰的气枪信号。相比于MCS, OBS剖面上的折射震相可以揭示较深部的地层速度信息。文章结合MCS和OBS的优势, 识别水平叠加剖面上的反射层位, 并得到初始模型; 将OBS剖面和水平叠加剖面拼合, 从而判断OBS剖面上反射震相所对应层位; 拾取OBS台站上的反射和折射震相, 使用RayInvr软件正演模拟得到水合物存在区域的二维速度模型, 解决了MCS中较为困难的时深转换问题。最终模型显示了水合物、游离气区域的埋深、厚度和速度, 以及似海底反射(BSR)下方更深部界面的深度和速度特征。     

海洋走航式单边连续观测地震折射波Δt解释方法--1种新的浅层折射单支时距曲线解释方法

在浅层工程折射地震测量中 ,通常采用相遇观测系统采集数据和相应的解释方法进行解释 ;对于单边观测采集方法由于与其相应的解释方法较少而少被采用。本文提出 1种方法简单、精度可靠、可直接利用同一点相邻 2排列 2次观测的初至折射时间并适合于海洋走航式单边连续观测系统的折射初至资料解释方法。其精度基本与同观测段的采用相遇观测的差异时距方法解释的精度十分接近。该方法即适合于人工解释又适合于计算机自动解释。     

Combination of Least Square and Monte Carlo Methods for OBS Relocation in 3D Seismic Survey Near Bashi Channel

Abstract

The relocation of ocean bottom seismometers (OBSs) is a key step in analyzing the three-dimensional seismic tomographic structure of crust and mantle. In order to get the accurate location of OBSs on the seafloor, we analyze the travel times of direct water waves emitted by air-guns. The Monte Carlo and least square methods have been adopted to calculate the true OBS location. The secondary time correction is necessary if the arrivals of direct water waves show overall time drift during relocation which maybe originates from remnant of linear clock drift correction and average errors of travel time picking, mean water velocity assumption, and experiment geometry. We have improved the original OBS relocation procedure which we used previously for other experiments by deliberateness of a secondary time correction and automatically approaching the really mean water velocity. A series of synthetic tests are carried out firstly to document the feasibility of our procedure and then it is applied on a real experiment. In here, we relocate 28 OBSs in total were relocated in 3D seismic survey near Bashi Channel. Relocation results show that the drifting distances for the 28 OBSs range from 65 to 1136 m between the deployed and relocated locations deduced by relocation results. The Pearson correlation coefficient between OBS drifting direction and sea current direction is 0.79, indicating that the two sets of data are highly linearly related and further manifest the sea current as the most possible driving force for OBS drifting during landing on the seafloor but its detailed influence mechanism is unclear by now. This research is necessary and critical for velocity structure modeling, and the optimal relocation program provides valuable experiences for 3D seismic survey in other area.     

SEDIS IV型短周期自浮式海底地震仪数据校正方法

利用15台SEDISIV型短周期自浮式海底地震仪在南海中、北部地壳深部结构调查中所获得的资料,探讨了海底地震仪数据校正的方法和校正后的效果,结果表明:使用该地震仪所获得的原始资料经过放炮时间、炮点坐标数据局部化、海底地震仪位置误差以及记录时间漂移4方面的校正后,数据更趋合理,误差显著降低。放炮时间的校正消除了时钟漂移和时间延迟的误差;炮点坐标数据局部化处理消除了炮点位置整体趋势性偏移的现象;试错法进行位置误差和记录时间的精细校正时,时间漂移的校正量值约为几个到十几个毫秒,位置校正的量值仅在几米到数百米之间,实测数据所绘曲线的形态和位置都与理论曲线十分吻合,可见校正后误差显著降低。     

Multiple-source localization using GPS technology and receivedarrival time structure analysis in an air-deployed system

An efficient and robust method has been developed to locate multiple impulsive sources in an ocean environment. Global position system (GPS) receivers were installed on sonobuoys to obtain their locations within a few meters of accuracy. A sonobuoy field was deployed in a ring-type pattern. Charges were then set off at arbitrary locations within the ring, High-resolution plots were used to obtain direct path and/or first bottom bounce arrivals on each buoy. A model grid of arrival times was constructed, corresponding to the dimensions of the buoy field. A ray model previously developed here at the Applied Research Laboratories at the University of Texas at Austin (ARL:UT) was used to obtain model travel times. The minimum value of the least-square-type error between the real arrival times and the modeled travel times resulted in an unambiguous location of the source, within the limits of the grid spacing chosen. This value was calculated by picking one receiver as the reference and then summing the timing errors of the remaining receivers relative to the reference. Successive iterations with finer grid spacings result in source localization within the accuracy of the buoy locations. The localization routine was extended by allowing permutations of the pulse arrivals on each buoy to account for multiple sources closely separated in time and/or space. An automated correlation technique is presented as an alternative to the leading edge-detection method used here for obtaining relative arrival times. Two proof-of-concept experiments were performed and some results of data obtained at Lake Travis and the Gulf of Mexico are presented     

南海东部次海盆地震背景噪声分析

背景噪声的强弱是影响地震台站观测的一个重要因素。获取背景噪声的分布特征对评估海底地震仪记录数据质量及对数据的降噪处理均具有重要的指示意义。利用概率密度函数方法获取台站数据的功率谱密度的概率分布特征并与全球背景噪声高值模型和低值模型进行对比是研究台站周围环境背景噪声水平的有利手段。本研究基于南海大规模的被动源海底地震仪台阵长期观测实验的部分数据,利用概率密度函数方法研究了南海的背景噪声。首先,在全频段上对背景噪声进行了分析,并与其他台站做了对比,发现海洋的背景噪声在微震段和低频段大于高值模型且在全频带上远大于陆基台站的背景噪声,这表明海底地震仪数据质量并不高;其次,对观测过程中出现的地震事件以及其他典型信号的概率密度分布进行了归纳总结,发现远震事件、近震事件和数据丢失现象分别具有不同的优势频段和特征,这对后续滤波处理和质量检查具有重要指示意义;最后,研究了背景噪声的时间变化特征,发现台风是导致微震段时间变化的主要原因。     

Transport rate under irregular sheet flow conditions

This paper presents the results of experiments conducted on sand transport in sheet flow conditions under nonlinear asymmetric irregular oscillations with different frequency spectrums. Two methods are proposed for estimation of the transport rate. The first method which is based on a wave by wave analysis of the irregular velocity profile gives very accurate predictions. The second method, which uses a representative single wave, is less computing time consuming and still gives satisfactory results. The measured net transport rates do not show any dependence on the spectral shape.