北黃海海區(qū)淺地層剖面數(shù)據(jù)資料干擾分析及預處理.docx

1、ISSN1009-2722CN37-1475/P第27卷第1期Vol27No1海洋地質(zhì)前沿MarineGeologyFrontiers文章編號:1009-2722(2011)01-0027-06北黃海海區(qū)淺地層剖面數(shù)據(jù)資料干擾分析及預處理陳曉輝J,李日輝，張志菊氣李鐵剛（1中國科學院海洋研究所，中國科學院海洋地質(zhì)與環(huán)境柬點實驗室.青島266071；2青島海洋地質(zhì)研究所，片島266071；3中國科學院研究生院，北京100049）摘要：在前人工作的基礎(chǔ)上，對北黃海海區(qū)采集的淺地層割面資料中出現(xiàn)的多次波、鳴震等干擾因素進行了系統(tǒng)的分析，并對割面的反射品質(zhì)進行了評估，將全區(qū)分為北黃海中部較輕干擾區(qū).北

2、黃海南部較弱干擾區(qū)，北黃海北部較重干擾區(qū)及渤海海峽周邊較重干擾區(qū)。通過濾波處理，對割面中出現(xiàn)的多次波、鳴震等干擾因素進行了有效的壓制，消除了干擾波對原始資料的污染，為后續(xù)地質(zhì)分析與解釋工作提供了理想的基礎(chǔ)資料。關(guān)鍵詞：北黃海；淺地層剖面；干擾分析中圖分類號:P315.01文獻標識碼：A淺地層剖而測H是一種基于水聲學原理的連續(xù)走航式探測淺部地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的地球物理方法。其干擾因素的產(chǎn)生除了與淺剖系統(tǒng)的本身有宜接的關(guān)系外，測區(qū)的地震地質(zhì)條件及水深條件等也是影響淺地層剖面質(zhì)量的重要因素。前人對地震剖面干擾的處理研究主要集中在壓制多次波干擾方面，歸結(jié)起來主要有3類：一類是基于聲波波動方程的地震波傳播理

3、論.通過模擬波場運動預測出多次波的具體位置和能量.然后將其從原始信號中消除；另一類是分析波場外推預測多次波，從預測反褶積和拉東變換衰減不同類型多次波來達到壓制海上多次波的目的。這兩種方法在單道地震資料處理中取得了較好的效果。再一類是在多道地震勘探中.利用多次波和一次波在動校時差、周期性等性質(zhì)上的差異通過濾波將多次波與有效信號分離開來并收稿日期：2010-0802基金項目：國土資源部海洋區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項H（GZH200800501）作者簡介：陳曉棒（1981.卯.助理研究員，主妾從事海洋地質(zhì)調(diào)查研究匚作.E-mail：honK2il982切除多次波:以往的成果主要是針對單道、多道地震的資料處理，鮮

4、見對淺地層剖面數(shù)據(jù)資料干擾分析及處理的報道。本文借鑒了前人處理單道地震資料干擾的方法，對北黃海采集的淺地層剖面進行了反射品質(zhì)評估,對剖面上出現(xiàn)的多次波、側(cè)面波、鳴震等干擾波的聲學特征做了系統(tǒng)的分析，通過濾波處理提高數(shù)據(jù)的信噪比，消除了干擾波對原始資料的污染，為淺地層剖面資料的后續(xù)分析解譯工作提供了理想的基礎(chǔ)資料。1材料與方法青島海洋地質(zhì)研究所于2008年811月在北黃海進行了淺地層剖面測量:。此次測址使用英國AAE公司制造的SBP/AAE淺地層剖面系統(tǒng)，由震源（電火花）、水聽器、工作站3部分組成。采用的工作參數(shù)為：電火花激發(fā)能般為400500J，拖曳K度為30m,記錄鼠程為100ms,觸發(fā)間隔

5、為1000ms,濾波為5005000Hz,海上施工船速控制在5節(jié)以下。2問題分析由于北黃海海區(qū)特定的淺地層聲阻抗結(jié)構(gòu)和實測作業(yè)及記錄處理方法所限，研究所涉及到的北黃海聲學反射記錄中仍然含有多種干擾因素，在了解前人對聲學地層剖面干擾因素分析及壓制方法的基礎(chǔ)上,對北黃海采集的淺地層剖面資料進行了反射品質(zhì)評估，將全區(qū)分為4個擾區(qū)（圖l）e圖1北黃海淺地層割面聲學反射品質(zhì)評估分區(qū)Fig.1QualityoftheshallowprofilereflectionintheNorthYellowSea（1）渤海海峽周邊較重干擾區(qū)（I區(qū)）該區(qū)鳴震、全程多次波相互混合出現(xiàn).掩蓋了記錄上的大所有效聲學反射圖像，

6、導致面貌雜亂，結(jié)構(gòu)不清。（2）北黃海南部較弱干擾區(qū)（n區(qū)）該區(qū)水深多為5070m,多次波二次反射出現(xiàn)的位置接近剖面記錄的底部,大多數(shù)側(cè)線結(jié)構(gòu)較清楚.對解釋的影響小。（3）北黃海中部較輕干擾區(qū)（Ill區(qū)）該區(qū)多數(shù)測線的反射層次、結(jié)構(gòu)尚清楚，僅陰部區(qū)段的低頻鳴震、全程一次、層間多次等干擾波較嚴幣（4）北黃海北部較重干擾區(qū)（IV區(qū)）該區(qū)低頻鳴震全程多次波干擾較為嚴重，剖面能量弱，信噪比低，資料對比解釋難度較大。2. 1多次波干擾海上地震勘探的常見干擾波類型有多次反射波、反射一折射波、折射一反射波、繞射一反射波等其中多次波是在淺水區(qū)域?qū)Φ卣鹌拭嫫焚|(zhì)影響最為嚴重的干擾波。在淺地層剖面測中,當聲源波由海水

7、向海底及其以下地層傳播.先后形成了相應的“聲學回波，又傳回至海水之中，由于海平面與空氣、海水與海底分界面的波阻抗差明顯，聲學回波”到達這些界面時，又會發(fā)生向下傳播，并再度形成第2次的“聲學回波”返回海水。顯然.按此接收記錄的多次“聲學回波”不僅毫無利用價值.而II.在實際的聲學反射記錄中成為嚴垂的干擾因素。此類多次波在時間域中表現(xiàn)為水深的2倍或多倍走時（圖2、3）,在剖面中易于識別，在北黃海水深2040m的海域和近于水平海底的剖面上影響嚴重.在水深較深且目的層較淺時，不受多次波的影響。圖2北黃海北部二次反射干擾聲學反射圖像Fig.2Thesecond-reflectionsinthenorth

8、ofNorthYellowSeaonin圖3北黃海北部全層多次波聲學反射圖像Fig.3Themultiple-wavesinthenorthofNorthYellowSea當反射能量較強的“聲學回波”向上傳播至某些波阻抗差較大的地層界面時.既會“穿透上傳”，也會“反射下傳”，這種在多個反射界面向來回傳播的聲學叫波”稱之為層間多次波（圖4）,同樣是毫無利用價值、又不同程度影響聲學反射記錄的干擾波，此類多次波多見于北黃海海域水深2025m海底面之下。9707An圖4山東半島北部層間多次波聲學反射圖像Fig.4Theinterlayermultiple-wavesinthenorthofShando

9、ngPeninsula圖5北黃海南部低頻鳴震干擾聲學反射圖像Fig.5LowfrequencyreverberationinterferenceinthesouthofNorthYellowSea本文研究的淺地層剖面中多次波的干擾有些表現(xiàn)為與海底、海平面及地層內(nèi)部多種機理形成多次波的疊合.這種多次波很難從周期性上區(qū)分表現(xiàn)得更為夏雜，給地層的準確劃定及追蹤造成困難。2.2鳴震干擾由于海水表面與海底是兩個反射系數(shù)相差較大的反射界面，當海底比較平坦且反射系數(shù)比較穩(wěn)定時,進入水層內(nèi)的“聲學回波”不僅會產(chǎn)生多次反射.還會造成水層共振現(xiàn)象稱為鳴震。鳴震具有比較穩(wěn)定的的波形,特別是其延續(xù)時間長，會大量掩蓋有

10、效的反射波特征。研究認為.鳴膜的頻率決定于水層厚度和水中的波速,也與海底反射系數(shù)、記錄儀器特性、入射到水層中的聲波頻譜等因素有關(guān)，鳴震干擾有低頻（圖5）和高頻（圖6）2類。2.3其他局部性干擾作業(yè)船減速干擾、波涌干擾和側(cè)而波干擾等，不僅會影響區(qū)域?qū)Ρ茸粉?更會宜接影響特殊地質(zhì)體的聲學圖像識別。45_433一圖6渤海海峽高頻鳴或干擾聲學反射圖像Fig.6HighfrequencyreverberationinterferenceinBohaiStrail3淺地層剖面干擾波的壓制3. 1原始資料的頻率分析圖7北黃海淺地層剖面原始資料高頻段頻譜分析Fig.7Spectralanalysisforhi

11、ghfrequencycomponentsoforiginalshallowprofilefromNorthYellowSea通過處理系統(tǒng)對有效波進行頻譜分析.可以確定淺地層剖面數(shù)據(jù)資料的有效頻帶范圍。從頻譜分析結(jié)果看.有效波的高截頻在40005000Hz（圖7）,有效波的低截頻在150200Hz（圖8）。圖8北黃海淺地層剖面原始資料低頻段頻譜分析Fig.8SpectralanalysisforlowfrequencycomponentsoforiginalshallowprofilefromNorthYellowSea3.2頻率掃描處理波波姓理是改善資料品質(zhì)的有效方法之一，為了突出不同的聲學

12、反射單元的主要特征.根據(jù)上述的淺地層聲學波阻抗結(jié)構(gòu)和有效頻帶分析,對北黃海北部聲學反射品質(zhì)比較復雜淺地層剖面原始數(shù)據(jù)開展了濾波處理試毀.采用頻率掃描濾波的處理方式.得到了圖9所示的不同低截頻的高通泌波效果.綜合分析認為，有效波的低截頻率定為150Hz比較合理。3.3多次波的壓制a未經(jīng)淀波的原始制面，b低裁頗為100Hzic低裁糠為150圖9不同低截頻的高通海波效果圖Fig.9Theresultsfromhighpassingfilteringfordifferentlowcutfrequencies因受淺地層剖面測ht的野外采集方法的限制.目前對壓制海底多次波的處理方法仍在探索之中，本文針對北

13、黃海采集的淺地層剖面通過人工追蹤海底多次波.再使用多維濾波的方式壓制多次波。具體處理流程如圖10。圖12壓制多次波后的聲學反射圖像Fig.12Thereflectionprofileaftermultiple-waveattenuation圖10壓制多次波流程圖Fig.10Theflowchartshowingattenuationformultiplewaves借助于交互地震資料處理系統(tǒng)，可以人工拾取出海底多次波反射層位，再參照多次波反射層位.定義一個僅僅包含多次波的時窗.如圖11所示。圖中紅色虔線是交互拾取的多次波層位；兩條藍色線是定義用于壓制多次波的時由圖11北黃海北部淺地層剖面多次波層

14、位及壓制多次波時窗Fig.11Positionofmultiple-wavesandtimewindowformultiple-waveattenuationofshallowprofilefromthenorthofNorthYellowSea3.4鳴震的壓制3.4.1層間鳴震的壓制在時窗內(nèi)應用F-K濾波手段.利用多次波速（海水速度）或一個介于一次波和多次波之間的速度，對削面數(shù)據(jù)資料做動校正。由于動校速度的差異.在多次波得到校正或校正不足時.有效波則校正過抵.這樣在F-K域就可將一次和多次波分開.以此有效壓制多次波（圖12）。經(jīng)多次波壓制處理后.聲學反射圖像有所改善.明顯淡化了相應干擾深度范

15、闈的“反射假象”,凸顯了原已掩蓋或扭曲的實際聲學反射圖像，整體效果較好。圖14層間鳴震壓制時藺定義Fig.14Thetimewindowdefinedafterofsuppressinginterlayerreverberation本文涉及到的北黃海采集的淺地層剖面資料鳴震干擾多出現(xiàn)在聲學反射層之間（圖13）。海區(qū)地震勘探可在數(shù)字姓理中采用反濾波等技術(shù)有效克服鳴震干擾.相比而言，淺地層剖面數(shù)據(jù)資料還缺少相應的處理方法。本文采用的壓制鳴震干擾的主要處理方法是交互定義氏制時窗（圖14）.在時窗內(nèi)采用F-K濾波等芹段進行壓制,可以取得比較好的處理效果（圖15）.圖13層間鳴覆聲學反射圖像Fig.13

16、Thereflectionprofileofinterlayerreverberation圖15壓制鳴震后的聲學反射圖像Fig.15Thereflectionprofileaftersuppressingreverberation3.4.2高頻鳴震的壓制高頻鳴震通常為高頻鋸齒狀干擾波(圖16),主要采用濾波的方法加以濾除。通過頻譜分析,確定鋸齒波的頻率，之后采用陷波或窄帶通濾波處理方法.有效壓制F擾波的能量，達到壓制高頻鳴震干擾的目的(圖17)。圖16高頻鋸齒狀干擾波剖面Fig.16Theprofileofhighfrequencywithserratednoisewaves圖17壓制高頻鋸齒

17、狀干擾波后的剖面Eig.17Theprofileaftersuppressinghighfrequencyserratednoisewaves4結(jié)論與認識(1) 本文對北黃海取得的淺地層聲學剖面進行了系統(tǒng)的品質(zhì)分析，將全區(qū)分為北黃海中部較輕干擾區(qū)、北黃海南部較弱干擾區(qū)、北黃海北部較重干擾區(qū)及渤海海峽周邊較重干擾區(qū)。(2) 通過濾波處理試驗，采用頻率掃描濾波的方式，綜合分析不同低截頻的高通濾波效果，得出有效波的低截頻率為150Hz。(3) 針對淺地層聲學剖面中出現(xiàn)的多次波、鳴震等干擾，借鑒前人處理單道地宸干擾資料的成果.利用一次波與多次波存在動校時差、周期性等性質(zhì)方面的差異.通過FK濾波處理.使

18、有效信號更加突出.得到的剖面更加理想，為后續(xù)的地質(zhì)分析與解釋工作提供更理想的基礎(chǔ)資料。淺地層剖面數(shù)據(jù)資料f擾壓制是件復雜的工作，多次波的處理方法在單道、多道地震方面比較成熟，在淺地層剖面資料方面仍待探討。參考文獻：Cij趙鐵虎.張志南.許楓.淺水區(qū)淺地層剖面測量典型何財分析JJ.物探化探汁算技術(shù).2002.24(3):215-219.23牛濱華.沈操.黃新武.波動方程多次波壓制技術(shù)的進展J.地球物理學進展.2002,】7(3)：48O-485.3王建立,王r(理.張洪宙.等.海上多次波的聯(lián)合衰減法lj.地球物理學進展，2009.24(6，2070-2078.I金德剛.常旭.劉伊克.逆亍波域消除

19、多次波方法研究J.地球物理學報2008,51(1)：250-259.5 王維紅.崔寶文.劉洪.表面多次波熨獄的研究現(xiàn)狀與進展J.地球物理學2007.22(1)；156164.6 李景葉.陳小宏.芮振華.基于匹配濾波的多次波慶制方法研究D1地球物理學iit2007,22(.1),200-206.7 大迪，椅長春.數(shù)據(jù)驅(qū)動型多次波衰減方法的研究J地球物理學進展.2008,23(1):98103.8 黃新武.孫春巖.牛域華.等.基于數(shù)據(jù)致性預測與壓制自由表面多次波理論研究與預處理J.地球物理學報.2005.48(1):173-180.(下轉(zhuǎn)第37頁)THEDISCOVERYOFCALCAREOUSN

20、ANNOFOSSILSINMESOZOICMARINESTRAIAAlGYANGZE,SOUTHERNTIBETANDITSSIGNIFICANCEGAOUanfeng-2.SUNJuan口.WANXiaoqia/,WANGYu*2,ZUOWenzhe,?(1CollegeofResourcesandEnvironments.HebeiPolytechnicUniversityTangshan.063009,Chinai2KeyLaboratoryofBiogeologyandEnvironmentalGeology.Ministryofbxiucacion.ChinaUniversityof

21、(eociencesWuhan430074*China：3ChinaUniversityofGeosciences*Beijing)00083China)Abstract：l*hemarinestrataaroundtheJurassicCretaceousboundarycropoutwellinsouthernTibet.ThesamplescollectedfromtheJiabulaFormationintheJiabula-GokousectionofGyangzeareawereanalyzedbytheauthorsunderhigh-resolutionmicroscope.T

22、hecalcareouszonalnannofossilsofBcrriasian-ValanginianstagesofearlyCretaceouswerefoundforthefirsttimeinthesection.Someglobalorintercontinentalspecieswithregionalsignificanceforcorrelationwerealsodiscovered.Ingeneral,thenannofossilsdiscoveredhavethesamefeaturesoftheEarlyCretaceousassemblage.Thediscove

23、ryprovidesnewpaleontologicalevidencefordelineationoftheJurassicCretaceousboundaryinsouthern7ibet.Keywords：calcareousnannofossils；JurassicCretaceous；JabulaFormation；Gyangzearea；southernTibetCCCC-CCCCCGCCCCCCC-C-CCCtCCeCG-CCGC-CCCCC-GCCCCCCCCCGCCGC-C-tGCG-CC-CCCC-CCCCC(上接第32頁)INTERFERENCEANALYSISANDPREPROCESSINGOFTHESHALLOWPROFILINGDATAINTHENORTHYELLOWSEACHENXiaohui,?LIRihui2,ZHANGZhixun2,LITiegang1IInstituteof(keanology.ChineseAcad