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。     

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。     

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。     

声波二次定位技术在KD-1高精度地震采集中的应用

滩浅海KD-1地区位于黄河入海口以北浅海水域及滩涂两栖地带,由于复杂的地表条件和表层结构条件,使得以往浅层资料分辨率较差、信噪比低、连续性较差,深层资料能量弱、信噪比低、干扰背景较大,小构造、小断层及潜山内幕不清晰。为了满足滩浅海高精度油气资源勘探的需要,在野外资料采集过程中,将检波器沉放到海底。因为随着海水深度和潮流的变化,使得海底检波点位置在水下发生偏移,故在放炮前需要对海底检波点位置进行声波二次定位,测得海底检波点在海底的实际坐标位置。通过对该区高精度地震勘探中声波二次定位资料的实际应用,取得了显著的应用效果。     

深水环境下OBS的二次定位技术

在海洋环境下,OBS（海底地震仪）投放后,由于潮汐、涌浪以及海流等因素的影响而漂移,OBS资料处理的首要任务就是进行OBS的二次定位。深水环境下一般使用直达波二次定位技术,直达波定位的传统方法是采用网格节点法计算直达波线性动校正,计算工作量非常大。列举了OBS落点漂移的多种情形,模拟了不同情况下直达波的线性动校正曲线,分析了影响线性动校正曲线变化的各个因素,建立了判断落点方向的标准,提出了十字交叉法反演OBS落点位置,对实测资料进行落点位置反演,获得了准确的定位结果。此方法明显减少了计算工作量,可以快速获得准确的OBS落点位置。     

台湾海峡西南部的海陆联合深地震探测资料特点与处理对策

为调查长乐—南澳断裂带和滨海断裂带的展布、形态和深部构造背景,福建省地震局使用大容量气枪震源和海底地震仪将深地震探测拓展到台湾海峡西南部,配合陆上的水库气枪震源、吨级爆破点和流动地震仪实现了海陆双向激发接收。文章详细介绍了2013—2015年间在台湾海峡西南部采集的6条二维广角地震剖面的观测系统、采集参数和数据预处理方法。对资料的整理分析表明:震源激发参数和仪器接收点位选择合理,大部分共接收点道集记录能清晰地识别出Pg、Pm P、Pn、Sg、Sm S等震相;通过气枪固定点多次激发进行叠加的方法,获得了信噪比相当于吨级爆破的共炮点道集记录。陆上台站数据品质较佳,而海底地震仪数据信噪比较低,可能是由于海底吸收衰减较为严重。数据处理中针对台湾海峡西南部沉积层速度较低且基底面起伏剧烈的问题,将共接收点域拾取的走时分选到炮域,避免了表层改正残差造成深部构造假象的问题。     

南海北部陆缘OBS2018-H2测线地壳结构初步结果

南海北部陆缘洋陆转换带实施的OBS2018-H2测线的地壳速度结构, 将为探讨南海张裂-破裂机制提供重要证据。文章介绍了OBS2018-H2测线前期数据处理流程, 包括多道反射地震数据处理、海底地震仪OBS (Ocean Bottom Seismometer)数据格式转换、炮点和OBS位置校正, 以及OBS震相的初步识别, 并对地壳结构进行了初步分析。结果表明: 炮点和OBS位置校正效果良好; 多道反射地震数据为建立初始速度模型提供了良好约束; OBS综合地震剖面识别了多组清晰的P波震相, 包括Pw、Pg、PmP和Pn震相。根据测线西侧OBS36、OBS37两台站的震相分布特征初步估算台站下方地壳厚度约为6~7km, 与根据多道地震剖面LW3的双程走时估算的厚度6~9km大致相符。     

台湾海峡西南部的海陆联合深地震探测资料特点与处理对策*

为调查长乐—南澳断裂带和滨海断裂带的展布、形态和深部构造背景, 福建省地震局使用大容量气枪震源和海底地震仪将深地震探测拓展到台湾海峡西南部, 配合陆上的水库气枪震源、吨级爆破点和流动地震仪实现了海陆双向激发接收。文章详细介绍了2013—2015年间在台湾海峡西南部采集的6条二维广角地震剖面的观测系统、采集参数和数据预处理方法。对资料的整理分析表明: 震源激发参数和仪器接收点位选择合理, 大部分共接收点道集记录能清晰地识别出Pg、PmP、Pn、Sg、SmS等震相; 通过气枪固定点多次激发进行叠加的方法, 获得了信噪比相当于吨级爆破的共炮点道集记录。陆上台站数据品质较佳, 而海底地震仪数据信噪比较低, 可能是由于海底吸收衰减较为严重。数据处理中针对台湾海峡西南部沉积层速度较低且基底面起伏剧烈的问题, 将共接收点域拾取的走时分选到炮域, 避免了表层改正残差造成深部构造假象的问题。     

Kirchhoff波场延拓在OBC记录海水层基准面校正中的应用

莺歌海盆地是南海西北部一个重要的含气盆地,大量含气带导致了常规地震资料中出现纵波地震反射模糊带,海底电缆(OBC)探测被作为揭示该区含气带特征的新方法。OBC探测能够提供更多的信息,然而由于它具有不同于海面拖缆观测方式:它的炮点和检波点不在一个基准面上,地震波沿不对称路径传播,不能直接采用常规地震数据处理方法处理,为此需要进行基准面校正将炮点和检波点校正到同一基准面上。常用的基准面校正方法包括静校正、Kirchhoff波场延拓法等,文章采用Kirchhoff波场延拓法对莺歌海盆地的OBC资料做基准面校正,并与静校正方法对比,结果表明,静校正方法对浅层速度分析造成的误差较大,超过10%;Kirchhoff波场延拓则保持了正确速度,并得到了目标基准面的正确波场。     

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。     

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.     

国产OBS的时间矫正方法——以2019年台湾海峡地壳结构海陆探测实验为例

时间服务系统对利用走时层析成像方法进行地下介质速度结构反演至关重要。海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)工作期间由于没有GPS时间接入, 其时间误差(包括守时误差和授时误差)主要来源于内部石英晶振的准确程度, 受到外部环境变化以及开关机等因素影响。长期实践发现, 部分国产OBS在记录气枪信号以及天然地震信号时存在较大的时间偏差。本文对2019年福建及台湾海峡地壳结构海陆探测实验所获得的53台次国产OBS记录进行了时间服务系统矫正。其中, 针对OBS授时误差, 利用出海前不中断采集的一致性试验和运输船运输过程中产生的晃动互相关进行时间矫正; 针对守时误差, 采用计算实际采样频率与理论采样频率偏差进行矫正; 通过对比矫正前后OBS记录到的天然地震信号, 进行秒级别的检测。结果表明, 经过以上步骤矫正的OBS数据, 其时间记录的准确性得到了显著提高, 从而降低了震相识别、走时拾取的时间误差, 为标准化国产OBS数据采集作业流程提供了重要参考。     

海洋短排列多道反射地震数据观测系统重定义与沉放深度校正

短排列多道反射地震接收缆较短,无水鸟、磁罗经、尾标等定位定深设备,给常规数据处理带来诸如观测系统定义等棘手问题;另外,无定深设备会造成接收缆不同接收段的沉放深度不同,破坏反射数据理论双曲线时距曲线关系。针对短排列多道反射地震数据,本文充分利用现场导航数据,计算实际激发点轨迹,再通过反距离比线性插值算法计算检波点的轨迹坐标,获得整个排列的实际观测系统参数。对因沉放深度不一致造成的扭曲时距曲线反射波,文中利用理论双曲线先计算共中心点道集的理论反射波位置,再推算排列中各接收道不同沉放深度处的静校正量,通过静校正拟合运算,消除接收排列非一致深度引起的反射波同相轴扭曲现象。将上述处理方法应用于南极海域短排列多道反射地震数据,最终获得了高分辨率叠加剖面,为后续地质解释提供了保障。     

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。     

A case study: travel time inversion for P-wave velocity using OBS data of South China Sea

It is very important for converting the seismic data from the time domain to the depth domain. Here we discuss the approaches of inverse modeling of travel times for determination of the P-wave velocity (Vp). The migration section of the single channel seismic data is used to define the model horizons and help to control their geometry. Wide angle hydrophone data of OBS are used to determine P-wave travel times. The picked travel times from various shots are inverted for P-wave interval velocities using RayInvr, which calculated theoretical travel times via ray tracing. Damped least squares optimization is performed to fine tune the fits between observed and calculated travel times. In the end, the Vp curve is achieved and the results are compared with that derived from the conventional hyperbolic curve velocity analysis method, the shape of the two curves are similar, and the velocity increases in the layer where gas hydrates are present.     

New pop-up type Ocean Bottom Seismometer

We designed a new pop-up type Ocean Bottom Seismometer (OBS) in order to study micro-earthquakes in off-shore areas. With a 57 cm O.D. sphere of high tension aluminium alloy, the OBS system, including one vertical and one horizontal geophone, can safely operate on ocean floors of up to 6000 m depth for seismic observations. The amplified seismic data and the time code are directly recorded on the four-channel cassette deck for periods of up to one month. The frequency response curve throughout the recording and play-back system is flat for the range, 1–15 Hz (–3 dB). The anchor release and the geophone clamp are operated by an acoustic command signal.So far, we have deployed our OBS's 42 times in the ocean. All of the OBS's deployed have been recovered safely. Seismic data has provided seismological evidence for a number of processes associated with tectonism along subduction zones and spreading ridges (e.g., Eguchi et al., 1986).     

Seismic phases from the Moho and its implication on the ultraslow spreading ridge

The Moho interface provides critical evidence for crustal thickness and the mode of oceanic crust accretion. The seismic Moho interface has not been identified yet at the magma-rich segments （46°-52°E） of the ultra- slow spreading Southwestern Indian Ridge （SWIR）. This paper firstly deduces the characteristics and do- mains of seismic phases based on a theoretical oceanic crust model. Then, topographic correction is carried out for the OBS record sections along Profile Y3Y4 using the latest OBS data acquired from the detailed 3D seismic survey at the SWIR in 2010. Seismic phases are identified and analyzed, especially for the reflected and refracted seismic phases from the Moho. A 2D crustal model is finally established using the ray tracing and travel-time simulation method. The presence of reflected seismic phases at Segment 28 shows that the crustal rocks have been separated from the mantle by cooling and the Moho interface has already formed at zero age. The 2D seismic velocity structure across the axis of Segment 28 indicates that detachment faults play a key role during the processes of asymmetric oceanic crust accretion.     

High resolution velocity analysis of ocean bottom seismometer data by theτ-p method

A method of high resolution seismic velocity analysis for ocean bottom seismometer (OBS) records is applied to the study of the shallow oceanic crust, especially sedimentary and basement layers. This method is based on the direct-p mapping and the-sum inversion. We use data obtained from a 1989 airgun-OBS experiment in the northern Yamato Basin, Japan Sea and derive P- and S-wave velocity functions that can be compared with the seismic reflection profiles. Using split-spread profile records, we obtain interface dips and true interval velocities from the OBS data. These results show good agreement with the reflection profile records, the acoustic velocities of core samples, and sonic log profiles. We also present a method for estimating errors in the derived velocity functions by calculating covariance of the derived layers' thicknesses. The estimated depth errors are about 150 m at shallow depths, which is close to the seismic wavelength used. The high resolution of this method relies on accurate determination of shot positions by GPS, spatially dense seismic observations, and the use of unsaturated reflected waves arriving after the direct water wave that are observed on low-gain component records.