sedisiv型短周期自浮式海底地震儀數(shù)據(jù)校正的方法

sedisiv型短周期自浮式海底地震儀數(shù)據(jù)校正的方法

0在海上合作及交流中的應(yīng)用海底地震儀（obs）是將探測器直接放置在海底地震觀測系統(tǒng)中的一種創(chuàng)造性地震觀測系統(tǒng)。它不僅可以觀察自然地震，還可以用來測量人工地震剖面。這是研究邊緣海洋和海洋地殼深部結(jié)構(gòu)的有效手段，也是當前海洋地球物理研究的重要工具之一。中國科學(xué)院曾通過國際及兩岸合作等方式開展過多次OBS人工剖面探測調(diào)查和研究工作1原始數(shù)據(jù)分析OBS人工地震剖面勘測的作業(yè)方式為:沿測線逐點投放OBS,在完成所有OBS投放后,調(diào)查船將掉頭按一定間距進行地震放炮作業(yè),之后再次掉頭并逐點回收OBS。整個測線的地震作業(yè)完成后,在硬盤或光盤中共存儲了3組數(shù)據(jù):(1)OBS的原始記錄,包括主體數(shù)據(jù)、設(shè)備運行記錄和簡要說明;(2)導(dǎo)航數(shù)據(jù),包括OBS的投放點、回收點、炮點的經(jīng)緯度和放炮時間文件;(3)其它數(shù)據(jù),包括甲板地震儀記錄、水深數(shù)據(jù)。在Linux系統(tǒng)下,對上述地震放炮作業(yè)所獲得的原始地震數(shù)據(jù)進行分析和處理,將其轉(zhuǎn)化為可供后續(xù)反演使用的SU地震軟件格式,并繪成可顯示的折合時間剖面圖。處理過程中,還要對各種可能的誤差因素進行分析,并采用相應(yīng)的方法對其進行校正。2數(shù)據(jù)校正2.1測線坐標數(shù)據(jù)的局部化一條剖面上某一個OBS記錄的開始和終止時間都是在船上設(shè)置的,通過估算整個剖面OBS投放完成后地震調(diào)查船掉頭放炮的時間,來設(shè)定開始工作時間,一般會給出一個較大的提前量(有足夠大的數(shù)據(jù)存儲空間);終止時間也是經(jīng)過事先估算并留有余地。一般來說,用放炮時間作為截取地震記錄的控制文件,每一炮對應(yīng)一道,形成共接收點道集。OBS記錄數(shù)據(jù)的兩端許多是無用的數(shù)據(jù),若船上記錄的放炮時間精確,除去兩端無用數(shù)據(jù),便可在分析和研究中直接使用OBS記錄數(shù)據(jù)。然而,地震調(diào)查船給出的往往是整秒級的放炮時間,且隨計算機的運行往往產(chǎn)生時鐘漂移誤差,為消除上述情況產(chǎn)生的誤差,本文調(diào)查時在甲板上專門放置了一臺陸地型便攜式地震儀(或者可備用OBS),并由GPS定時系統(tǒng)來記錄放炮時引起的甲板振動,其精度為毫秒級。放炮時間校正的具體方法是:(2)使用通用的SU地震軟件中的命令,自動拾取最大振幅的初至波,并進行顯示。用手工方法對自動拾取的結(jié)果進行修改,即可得到精確的相對放炮時間。(3)用相對放炮時間對地震調(diào)查船記錄的炮時文件進行校正,則精確的放炮時間為式中:t為精確放炮時間,ms;t(4)用校正過的放炮時間再次截取甲板地震儀的記錄,檢查最大振幅同相軸是否為一條水平線,若不是水平線,則需要對原始炮時文件和自動拾取相對炮時文件進行檢查,直至其為一條直線為止(圖1b)。測線坐標數(shù)據(jù)局部化處理的具體作法為:在二維平面內(nèi),首先以起始炮點為原點,計算出各炮點的相對坐標,然后用最小二乘法對所有炮點坐標進行線性擬合,選出最佳直線作為剖面的橫向坐標軸,最后將所有的炮點位置投影到該坐標軸上。經(jīng)過上述處理后的炮點位置,雖然仍存在左右擺動的現(xiàn)象,但其擺動的幅度已大為降低。本文對測線坐標數(shù)據(jù)進行局部化處理后,其偏移距離可從最初的15m降低到8m,同時消除了炮點位置整體趨勢性偏移的現(xiàn)象(圖2)。由于OBS在投放下沉或回收上浮過程中會受到水流等因素的影響,其確切的下沉或上浮坐標也只能是在所設(shè)計測線的附近,此時,對坐標數(shù)據(jù)局部化處理的方法是將OBS坐標直接投影到由炮點確定的剖面上,并計算其偏移距。海底面的起伏形態(tài)對反演具有重要影響,為此在作業(yè)時需用單道地震和水深儀實時進行海水深度測量,以直接得到炮點下方海水的深度。OBS的深度則是利用其兩側(cè)相鄰炮點下方海水的深度,用距離加權(quán)平均得到的。2.3時間和系統(tǒng)誤差校正OBS位置的平面坐標和深度是在打撈或投放OBS時確定的,雖然之前的處理過程中對其坐標數(shù)據(jù)進行了局部化處理,但仍然存在著一定的誤差,同時記錄器本身還存在著時鐘漂移的現(xiàn)象,為此有必要對這些誤差進行精細校正,以提高反演的精度。一般來說,記錄器的時間漂移是線性的,所以本文采用的時間校正方法是:首先從時鐘漂移文件中讀取起始時間、終止時間和漂移量,再計算出漂移隨時間的增量,最后利用經(jīng)校正的放炮時間控制文件,得到OBS每一炮點的時間漂移。同時,本文還編制了一個專用程序,利用局部化的坐標數(shù)據(jù)和OBS深度文件,計算出小偏移距附近的直達水波的理論走時曲線,并將其與經(jīng)過處理的SU格式的地震折合時間剖面曲線繪制在同一張圖上,直觀地對理論曲線與實測直達水波曲線之間的差異進行比較,并用試錯法對其進行校正,結(jié)果表明:時間漂移的校正量約為幾個到十幾個毫秒。上述過程中實際上已進行了兩種校正:一是已將漂移時間加到各道中;二是對深度誤差進行了校正。OBS位置的校正方法與時間的校正方法是相同的,在程序中也同樣用試錯法進行校正,結(jié)果表明:這種位置校正的量值在幾米到數(shù)百米之間。經(jīng)過上述程序的校正,小偏移距附近海底面和淺部沉積層的反射震相的形態(tài)得到了較好改善。圖3是2006年南海中、北部測線1中OBS2號臺站的小偏移距附近直達水波理論走時曲線與實測曲線的對比情況。從圖3中可以看出,時間漂移和深度校正可以很好地改進曲線的形態(tài),使之更具對稱性,同時還減小了走時誤差(圖3b),隨后進一步的位置校正可以減小走時誤差(圖3c)。3局部化校正技術(shù)利用15臺SEDISIV型短周期自浮式海底地震儀在南海中、北部地殼深部結(jié)構(gòu)調(diào)查中所獲得的資料,探討了海底地震儀數(shù)據(jù)校正的方法和校正后的效果,結(jié)果表明:使用該地震儀所獲得的原始資料在經(jīng)過放炮時間、炮點坐標數(shù)據(jù)局部化、海底地震儀位置誤差以及記錄時間漂移4方面的校正后,數(shù)據(jù)更趨合理,誤差水平顯著降低。(1)放炮時間的校正消除了時鐘漂移和時間延遲的誤差;(2)在對測線坐標數(shù)據(jù)的局部化處理時,首先應(yīng)建立所研究測線的局部水平坐標并作線性回歸,而后再結(jié)合測深數(shù)據(jù)得到OBS三維坐標文件,處理后的數(shù)據(jù)消除了炮點位置整體趨勢性偏移現(xiàn)象的影響;(3)應(yīng)用試錯法進行OBS位置誤差和記錄時間的精細校正時,實測數(shù)據(jù)所繪曲線的形態(tài)和位置都與理論曲線十分吻合,時間漂移的校正量值約為幾個到十幾個毫秒,位置校正的量值在幾米到數(shù)百米之間,校正后的數(shù)據(jù)誤差顯著降低。(1)用地震調(diào)查船記錄文件中含漂移的整秒級的放炮時間來截取便攜式地震儀的記錄。當放炮時間精確時,炮點相對于記錄點的空間位置是不變的,那么所截取的甲板振動記錄圖中的初至波的同相軸是一條水平線。當放炮時間存在時間漂移時,該同相軸將變成一條斜線,說明由于時鐘漂移,在截取各炮在甲板引起振動的相對時間記錄時,產(chǎn)生了一種線性誤差(圖1a)。2.2測線坐標數(shù)據(jù)的局部化在反