海洋地震采集足迹成因分析及衰减方法*

王 征 金翔龙 方念乔 张金淼 徐 强 陈文贵

(1. 中国地质大学 北京 100083； 2. 中海油田服务股份有限公司 天津 300459； 3. 国家海洋局海底科学重点实验室 浙江杭州 310012；4. 国家海洋局第二海洋研究所 浙江杭州 310012； 5. 中海油研究总院 北京 100028)

海洋地震采集足迹成因分析及衰减方法*

王 征1，2金翔龙1，3，4方念乔1张金淼5徐 强2陈文贵2

(1. 中国地质大学 北京 100083； 2. 中海油田服务股份有限公司 天津 300459； 3. 国家海洋局海底科学重点实验室 浙江杭州 310012；4. 国家海洋局第二海洋研究所 浙江杭州 310012； 5. 中海油研究总院 北京 100028)

受采集设备性能非一致性和采集环境变化的影响，海洋地震勘探资料中会留下采集足迹，从而对地震资料成像精度和地质解释结论造成不利影响，进而影响岩石物理分析、油气藏落实和井位选择等。分析了产生采集足迹的几种主要因素及其影响程度，提出了针对潮汐影响、设备及环境影响、水速影响及观测系统影响所造成的采集足迹的衰减方法。实际资料处理结果表明，本文提出的几种方法的组合应用能有效衰减海洋地震勘探中的采集足迹，提高地震资料的成像精度。

海洋地震；采集足迹；影响因素；衰减方法

随着高精度地震勘探技术的发展[1-4]和面向开发的地震勘探需求的不断增长，采集足迹对地震资料成像的影响问题越来越突出，它会引起振幅变化异常、同相轴错断、断层变形等现象。有时会严重影响断层划分、岩性分析以及低幅度构造判断，进而影响岩石物理分析、油气藏落实、井位选择等。因此，探讨海洋地震采集足迹的成因和衰减方法具有重要的现实意义。

在一个工区施工中，采集环境变化、设备自身响应、观测系统和地质因素等差异会导致不同时间采集的地震采集资料的差异，一般会以采集足迹的形式表现出来。本文首先对拖缆和海底电缆(OBC)采集足迹的成因进行了分析，探讨了不同因素对地震资料成像和解释的影响程度，进而综合生产实践应用给出了针对目前已知成因的采集足迹的衰减方法，并从减少采集足迹影响的角度给出了一些建议。

1 采集足迹成因及影响分析

1.1 采集足迹成因

采集足迹的成因非常复杂，已知的影响因素主要可分为环境因素和设备因素两类。设备因素影响相对简单。其中，激发端主要包含不同炮点(线)间激发能量、子波等变化和空气枪沉放深度的变化等；接收端主要包括不同检波点(线)间检波器灵敏度的不同以及由于接收缆受力不同引起的检波器噪音感应变化和电缆沉放深度的变化等。图1为4条拖缆检波器的灵敏度对比，可见相近排列距离的检波器灵敏度最大差异达5 dB左右。环境因素较为复杂，包含了潮汐、采集方向、风浪变化、海水温度和海水含盐度[5-6]、环境噪音、定位系统误差、观测系统影响、采集参数变化等。图2为海底电缆双缆接收12炮线的束线观测系统偏移成像剖面，可见观测系统影响的类似垂直断层假象严重影响浅层资料品质。另外，由于岩石物理性质的复杂性和观测系统的局限性，炮检互换也会形成差异(即不同采集方向会造成采集足迹)；不同方位采集的地震资料由于方位各向异性的存在，也会表现为类似足迹的影响。

图1 4条拖缆检波器灵敏度差异Fig .1 Difference of receivers sensitivity of four towropes

图2 接收线间距较宽时束线采集观测系统的足迹影响Fig .2 Acquisition footprint impact of swath geometry with wider receiving line spacing

1.2 采集足迹影响分析

各种影响因素在地震资料上留下的“足迹”不同，有些会造成非地质因素影响的振幅变化，有些会造成相位的漂移，有些会造成时差错动。

1) 潮汐的影响。潮汐的影响在海洋地震采集中是非常强烈的，以渤海为例，潮差可达5 m左右，也就是说潮汐可产生约4 ms的时差，造成相邻测线间同相轴产生错动，形成垂直状的假“断层”。

2) 设备及环境的影响。采集过程中受内外界因素影响引起的地震记录能量变化和噪音水平的变化也是不容忽略的，如果不进行相应的处理，不仅会留下严重的足迹，而且直接影响到保幅处理的效果。图3显示了连续采集的资料受采集因素变化影响而造成剖面上箭头所指两侧能量的跳变。

3) 水速的影响。随着季节的变化，海水温度、含盐度等变化引起声波在水中传播速度的变化也是非常可观的，渤海某工区采集过程中的实际测量结果显示，在电缆沉放深度处声波对海水速度夏天为1 580 m/s，冬天为1 430 m/s，相差150 m/s。近年来,有一些大面积三维工区需要跨年度施工，且由于渔业干扰严重，施工次序无法完全按计划进行，相邻测线间采集时间间隔长的情况时有发生。以水深30 m、最小偏移距200 m的采集条件为例，按上述测得的声波对水速度变化值计算(最大相差150 m/s)，其引起的近道时差最大达到14 ms，这对处理的影响是非常严重的。

图3 采集因素变化影响造成噪音水平不同Fig .3 Noise energy changing affected by acquisition factors

4) 观测系统的影响。无论是拖缆还是OBC采集，观测系统本身都会在地震数据中留下明显的烙印，而且炮线间距或缆间距过大时足迹会更加明显。图4显示的是双线12炮束线采集，600 m接收线距时，采集足迹表现为明显的束状条带形能量不均分布，剖面中接收线附近地震道由于近偏移距丰富而表现为能量较强，2条接收线中间部位由于近偏移距道少而表现为能量较弱。

图4 双缆束线采集接收线距过大时产生的条带状采集足迹Fig .4 A ribbon footprint of dual cables swath geometry with the wider receiving line spacing

2 采集足迹衰减方法

采集足迹对地震资料成像的影响是非常严重的，尤其是中浅层。近年来各地球物理处理软件开发公司针对削弱采集足迹影响开发了一些方法，如三维F-K滤波、均方根噪音最小化足迹衰减等[7-10]，将采集足迹作为一种噪音在叠前或叠后处理中加以衰减，一般用在处理流程的中后期，注重批量处理，多为“表面修复”。有学者从采集足迹的成因入手，研究了由水速和采集观测系统引起的采集足迹衰减方法，采用静校正等方法对采集足迹进行衰减，取得了较好效果[11]。本文针对采集足迹成因多样性的特点，按照造成采集足迹的几种主要因素分类，探讨相应的衰减处理方法。

2.1 潮汐的影响

我国近海地震勘探中潮汐变化带来的时差是比较明显的，能达到2～4 ms。由于潮汐的影响是随时间轴规律变化，因此可在工区内安放验潮仪或通过高精度差分GPS高程测量等方式获得实时潮汐变化，进而按采集时间序列对震源和检波点应用潮汐静校正[12]。但是，不建议按潮汐表进行静校正，这是因为实际的潮汐变化与潮汐表会存在时差，而且受短期偶然性的气候变化影响，这一时差也不恒定，潮汐幅度和高低潮时间在实际测量中也都会发生改变。

在工区海底地形较为平缓时(我国近海浅水探区基本上满足这一假设条件)，采用施工中获得的海底测深数据(地震采集施工中都要求实时采集海水深度数据)，通过单条施工测线在主测线方向轻微平滑消除测量高频噪音和波浪影响，再通过在联络测线方向大半径平滑过滤掉潮汐的影响，得到反映海底地形的三维曲面数据体，2次平滑结果相减即可获得每条施工测线的潮汐校正值[13]。该方法可操作性强，生产中应用效果较好。如图5所示，经过潮汐校正后，时间切片上由于不同航次不同潮汐状态采集造成的条带状足迹得到了明显衰减。

2.2 设备及环境的影响

设备及环境影响会引起不同地震道间、炮间、接收缆间、采集航次间、束线间振幅的非地质因素变化。受此影响，尽管没有时差，也会产生明显的采集足迹，有时偏移以后会更加明显。对于噪音水平不一致情况，应先进行针对性去噪，然后再进行振幅校正补偿处理。通过道间、炮间、炮(检波)线间地震资料均方根振幅比较，求取振幅校正因子并应用于地震道，可得到局部能量校正的输出结果。如图6所示，由于每段接收电缆的灵敏度不同，采集单炮中存在振幅差异(图6a)，经过均方根振幅校正处理可以获得较好的能量补偿(图6b)，再通过地表一致性振幅校正处理可以整体解决采集造成的振幅差异。

图5 利用水深数据平滑进行潮汐校正前后叠加数据时间切片对比Fig .5 Time slices comparison of stack volume before and after tidal correction by appling the water depth data smoothing

图6 地震道间振幅校正前后炮集对比Fig .6 Shot gathers comparsion before and after amplitude correction between the seismic traces

2.3 水速的影响

采集过程中由于各种原因引起的声波对海水的传播速度变化都会累计在地震资料中，造成相邻(或重叠在一起)的测线间存在速度差异，无法用同一水速进行动校正，这时可以通过冷水校正的方法进行解决[14],即用一个空间常量的参考水速代替每条测线实际测得的水速。水速替换的具体步骤为：首先用测得的实际水速做动校正;然后用实际水速和参考水速分别求取零偏移距处的水底双程旅行时，用两者的时差对动校正道集进行静校正；最后用参考速度进行反动校正。图7展示了水速校正前后的叠加剖面，校正前海底附近同相轴参差不齐且造成了错断现象，校正后这种现象得到了明显改善。

图7 声速(海水中)校正前后叠加剖面对比Fig .7 Stack sections comparsion before and after sound velocity (in sea water) correction

2.4 观测系统的影响

观测系统造成的采集足迹主要是由于空间采样的密度不足和采集资料空间分布不均匀引起的。通过五维高精度插值处理[15]和面元内地震道规则化、中心化[16]，插值补齐所欠缺的地震道，去掉某些偏移距组中的冗余道，在需要时进行空间插值、数据加密，能够较好地削弱观测系统造成的采集足迹，尤其是对海底电缆采集的资料效果明显。

3 应用效果

工区A为海底电缆单边接收的束线形式施工，缆间距为600 m，两缆间布置12条炮线，虽然覆盖次数相同，但两缆中间部分的面元中缺少近道数据，二次处理中通过高精度的插值和面元中心化处理，很好地削弱了条带状的采集足迹影响，再现了真实的断裂系统特征(图8)。

图8 观测系统引起的采集足迹衰减前后时间切片对比(工区A)Fig .8 Time slices comparsion before and after the attenuation of acquisition footprint caused by geometry(work area A)

工区B为常规拖缆采集，施工历时近2年，经历了不同季节，受到了严重的渔业干扰，局部区域测线施工次序冬夏重叠，高潮低潮重叠，因而采集足迹影响比较严重，在未经校正的处理结果上形成了垂直“断层”。经过潮汐校正、水速校正及高精度面元中心化插值等处理后，与原先的处理成像结果对比，采集足迹得到很好的衰减，“垂直断层”假象得到了消除，分辨率也得到了改善(图9)。

图9 潮汐、水速等差异引起的采集足迹衰减前后 地震成像对比(工区B)Fig .9 Seismic image comparsion before and after the attenuation of acquisition footprint caused by the discrepancy of tidal and sound velocity(work area B)

4 结论与建议

分析了海洋地震采集足迹形成的主要因素，并针对4种主要成因提出了对应的衰减方法。对实际数据的综合应用表明，本文提出的潮汐校正、能量变化校正、水速校正、高精度插值等处理技术，可以有效衰减采集足迹，从而保证地震数据成像的正确性。

但到目前为止，采集足迹仍然是一个不能完全从处理上消除的现象。因此，应从采集入手，尽量保证工区内数据采集在空间上均匀和在时间上连续，这是降低采集足迹影响最直接的方法。建议采集观测系统设计要尽量做到空间采样均匀，偏移距分布均匀，相邻束线间施工时间间隔不要太长，且同一时间段内尽量连片施工。

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(编辑：冯 娜)

Cause analysis and attenuation of the marine seismic acquisition footprint

WANG Zheng1，2JIN Xianglong1,3,4FANG Nianqiao1ZHANG Jinmiao5XU Qiang2CHEN Wengui2

(1.ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 2.COSL,Tianjin300459,China; 3.KeyLaboratoryofSubmarineGeosciences,SOA,Hangzhou,Zhejiang310012,China; 4.SecondInstituteofOceanography,SOA,Hangzhou,Zhejiang310012,China; 5.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

The acquisition footprint in marine seismic data due to the inconsistency of equipment and acquisition environment variation adversely affects the seismic image and geology interpretation, and then affects the rock physical analysis, reservoir prediction and well position selection. In this paper, the main contributing factors of the footprint and their influences on imaging are analyzed, and the attenuation methods are discussed according to the genetic classification of footprints, such as tidal impact, equipment, sea water velocity variation and observation system. Actual data processing results show that the combined application of the methods can effectively attenuate the acquisition footprint of marine seismic exploration and improve the seismic data imaging precision.

marine seismic; acquisition footprint; influence factor; attenuation method

王征，男，高级工程师，现为中国地质大学(北京)海洋科学专业在读博士研究生，主要从事地球物理方法研究。地址：天津市滨海新区塘沽海洋高新区海川路1581号(邮编：300459)。E-mail：decon163@163.com。

1673-1506(2017)03-0025-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.03.004

P631.4

A

2016-11-10 改回日期：2017-01-13

*“十三五”国家科技重大专项“中国近海中深层地震勘探关键技术(编号：2016ZX05024-001)”部分研究成果。

王征,金翔龙,方念乔，等.海洋地震采集足迹成因分析及衰减方法[J].中国海上油气，2017,29(3)：25-30.

WANG Zheng,JIN Xianglong,FANG Nianqiao,et al.Cause analysis and attenuation of the marine seismic acquisition footprint[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(3):25-30.