基于潮位预测的潮汐校正技术的应用

基于潮位预测的潮汐校正技术的应用
庄祖垠;姜华;易淑昌;范宝仓
【摘要】潮汐现象是海上地震勘探中影响地震资料成像精度的重要因素,获取准确的潮位数据是实现精确的潮汐校正处理的关键.目前应用的潮汐校正技术有很多种,但大都存在一定的缺陷,或精度不够,或数值跳变大,不稳定,在实际应用过程中发现较多问题.本文通过利用历年来实测的基本验潮站资料、临时验潮站资料和潮汐调和常数,编制潮位预测软件,获得较高精度的预测潮位数据并将其应用于地震资料处理中的静校正模块,实现了地震资料的潮汐校正.算例结果表明该方法能够准确地预测渤海、南海任意地点、任意时间的潮位数据,将预测潮位数据应用于地震勘探数据的潮汐校正处理,能够取得良好的校正效果.
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2013(010)003
【总页数】5页(P286-290)
【关键词】成像精度;潮汐预测;静校正
【作者】庄祖垠;姜华;易淑昌;范宝仓
【作者单位】中海油油田服务股份有限公司物探事业部,天津塘沽300451;中海油油田服务股份有限公司物探事业部,天津塘沽300451;中海油油田服务股份有限公司物探事业部,天津塘沽300451;中海油油田服务股份有限公司物探事业部,天津塘沽300451
【正文语种】中文
【中图分类】P631
1 引言
海洋三维地震资料处理的第一步是关于水的静校正问题［1］。

以往海上地震资料的处理是假定地震采集在大地水准面上进行的，但是实际作业中，潮汐现象使得海上地震采集在一个瞬时相对变化的海平面上进行，所以电缆及震源的沉放深度并不是相对于大地水准面，而是相对于“瞬时”海平面的［2］。

潮汐现象引起海面起伏较大，并随时间的变化而变化，从而引起地震记录相对基准面产生时差，这表现在二维相交测线或三维crossline方向能够清楚地看到时移现象。

潮汐现象引起的“瞬时”海平面起伏问题必然对地震资料的成像精度产生不良影响，因此必须对海上地震资料进行潮汐静校正。

目前潮汐校正主要采用潮汐表来计算校正量的方法，虽然应用较为广泛，但该方法存在一定缺陷，误差较大。

随着全球定位系统（GPS）精度的提高，高程测量的精度逐渐可以满足地震数据处理的要求。

在国外，Henry （2004）等人提出了利用差分GPS数据进行潮汐校正，差分GPS测得的高程误
差控制在几十厘米的范围之内［3］。

在国内，陈华［4］等人讨论应用GPS高程数据进行潮汐校正的基础上，提出了应用水深数据进行潮汐校正的方法，论证了该校正方法的可靠性和有效性。

以上几种方法大都精度不够，或数值跳变大，不稳定，在实际应用过程中发现较多问题。

本文在前人的基础上，利用历年来实测的基本验潮站资料、临时验潮站资料和潮汐调和常数，编制潮位预测软件，获得较高精度的预测潮位数据，并将其应用于地震资料的静校正处理中，实现了地震资料的潮汐校正。

算例结果表明该方法能够准确预测潮位数据，使得潮汐校正处理取得了良好效果。

2 近海潮位数据调查
大区域的三维地震资料采集通常会持续相当长的时间，初次采集时间和其后补采的
时间可能会相差半年以上。

在这期间，由于潮汐的影响，会产生潮汐静校正问题。

本文根据潮汐表和相关潮位预测软件，调查了渤海和南海两个海域具有代表性的几个位置的潮汐值，统计出不同时间的潮位范围。

表1是调查得出的渤海和南海几个具有代表性的位置的最大和最小潮位及潮差数据。

从表1中可以看出，在所列的几个点上，渤海的潮差最大可以达到3.00m，静校正量达到4.0ms。

在南海，潮差最大可以达到3.51m，静校正量达到4.7ms。

这样的静校正量足以在地震数据叠加处理中产生相当大的误差［5］，需要进行潮汐校正。

3 常用的潮汐校正方法
3.1 利用验潮站实测的潮汐资料
传统的潮汐校正方法是采用验潮站实测的潮汐资料来计算校正量［6］。

该方法存在一定的缺陷，因为验潮站通常都设在海岸附近，距离地震采集工区较远，而且测量的潮汐值的时间间隔较大，这样的潮汐资料应用于地震资料的静校正，误差也较大。

另外，即使在同一时间，同一海域的不同工区，由于受海岸、海底地形，水深以及风等自然条件的影响，涨潮落潮的时间和幅度都会有差别，使用观测站实际观测的潮汐值（一般很难得到），也会与施工工区的潮汐变化存在误差［4］。

3.2 利用实测的水深资料
由于技术和经济的原因，一些以前采集的资料没有高程数据，但每炮都记录了水深数据。

测深仪一般安装在作业船底部，它会随着潮汐变化而上下起伏。

由于潮差改正量很难确定，因此测深仪工作时一般不输入潮差改正参数，那么记录的水深数据中实际也包含了潮汐的变化量。

利用水深数据来提取潮汐校正值需要分以下三种情况来考虑：
1）假设海底为水平界面，那么实测水深的变化量就是潮汐变化量（其中也包含涌浪引起的变化）。

表1 渤海南海2010～2011年潮位数据Table 1 The tide data of Bohai Sea
and South China Sea in 2010and 2011位置名称经度纬度时间／年份最大潮位／cm 最小潮位／cm 潮位差／m 静校正量／120°0′ 38°0′ 2010 63 －81 1.44 1.9渤海渤中120°0′ 38°0′ 2011 87 －80 1.67 2.2渤海辽东湾121°0′ 40°0′ 2010 160 －140 3.00 4.0渤海辽东湾121°0′ 40°0′ 2011 150 －110 2.60 3.5南海北部湾107°0′ 20°0′ 2010 190 －161 3.51 4.7南海北部湾107°0′ 20°0′ 2011 172 －152 3.24 4.3南海珠江口114°0′ 22°0′ 2010 127 －114 2.41 3.2南海珠江口ms渤海渤中114°0′ 22°0′ 2011 118 －120 2.38 3.2
2）当海底地形变化比较平缓时，在crossline方向上测量水深的突变就应该是由潮汐引起的，继而可以有如下理解：水深曲面上的高频成分显示了潮汐的变化。

3）当海底地形变化比较剧烈时，水深曲面没有明显的变化规律，这时很难辨别出哪些变化是由潮汐引起的。

由以上分析可见，前两种情况利用水深数据提取潮汐校正量是可能的。

为了提取水深曲面上的高频成分，考虑采用低频平滑滤波的方法：首先对水深曲面在inline 方向适当平滑，去除测量中存在的少量野值，得到曲面C1，然后在此数据基础上选取较大的平滑半径，沿crossline方向进行较重的平滑，以消除曲面上的高频成分（潮汐变化）影响，得到曲面C2，再将两次平滑的数据体相减，则得到潮汐变化量S＝C1－C2。

但是，这种方法由于受海底起伏变化的影响以及水深采集数据精度的影响，效果不是很好［4］。

3.3 利用SkyFix XP高程数据
通过SkyFix XP定位系统采集潮汐值与地震资料采集都以单炮为单元，同时进行记录，是一一对应的，容易实现潮汐校正，而且获得潮汐值的位置与地震采集各炮位置相同。

在室内处理中，对SkyFix XP定位系统记录的高程数据，进行异常值编辑，并对其进行平滑滤波，然后采用等值线图法或高程拟合法［7］将大地高程转换为海拔高程，计算出地震采集过程中的实时潮汐值。

利用SkyFix XP高程数
据进行潮汐校正，消除各种偶然误差带来的高程跳变的影响［8］。

3.4 基于潮位预测的潮汐校正
利用已有的国家沿海长期验潮站（控制站）和油田开发过程中取得的短期潮位观测资料推算渤海、南海传统的潮位，开发潮位预测软件，实时预测渤海、南海任意工区的潮位数据，利用预测的潮位数据进行潮汐校正，消除潮汐变化对地震资料处理的影响。

以上4种潮汐校正方法中，前两种存在的问题较多，精度低，较少使用。

利用地
震船实测的DGPS数据进行潮汐校正方法受到GPS测量精度和测量环境的影响，潮位数值的精度不够，而且数据跳变较大，不稳定，在实际应用的过程中发现较多的问题。

而基于潮位预测的潮汐校正方法是较新的方法，预测的潮位数据精度较高，是海上潮汐校正的优势技术。

4 潮位预测软件编制及精度验证
4.1 潮位预测软件编制
1）资料收集。

收集大量的、历年来实测的基本验潮站资料、临时验潮站资料和潮汐调和常数。

2）资料处理和分析。

对所有收集到的实测资料进行质量控制，修正或删除不可靠的数据。

3）确定潮汐调和常数。

根据二维潮汐数值模式，将实测调和常数同化进数值模式中，得到网格点处主要分潮的调和常数，再根据实测资料调整数值计算结果。

4）天文潮位推算。

根据所选资料，通过内插法获得调和常数的差比关系，计算出各网格点上的分潮的调和常数，使用这些调和常数计算预报点的天文潮位。

5）确定基准面。

选用的基准面包括当地平均海平面、理论最低潮面和1985国家
高程基准。

6）确定余水位。

使用控制站观测资料推算网格点上的余水位，用控制站的余水位
采用距离加权平均的方法计算。

7）根据以上研究成果编制界面灵活实用的渤海、南海潮位预测软件。

4.2 潮位预测精度验证
采用实测资料，对渤海和南海潮位推算精度进行验证。

其中渤海共使用99137个实测数据进行了验证，不使用控制站实测潮位资料进行潮位推算的均方根误差为16.8cm，误差小于等于10cm和20cm的百分比分别为48.86%和78.55%；使用控制站实测潮位资料进行潮位推算的均方根误差为9.5cm，误差小于等于10cm 和20cm的百分比分别为78.38%和95.10%。

南海共使用172954个实测数据进行了验证，不使用控制站实测潮位资料进行潮位推算的均方根误差为12.9cm，误差小于等于10cm和20cm的百分比分别为60.42%和88.49%；使用控制站实测潮位资料进行潮位推算的均方根误差为8.9cm，误差小于等于10cm和20cm的百分比分别为80.06%和96.41%。

北部湾共使用34445个实测数据进行了验证，不使用控制站实测潮位资料进行潮位推算的均方根误差为13.7cm，误差小于等于10cm和20cm的百分比分别为57.26%和86.75%；使用控制站实测潮位资料进行潮位推算的均方根误差为7.7cm，误差小于等于1 0cm和2 0cm的百分比分别为
86.38%和98.92%。

图1 渤海某工区的潮位推算值Fig.1 The tide calculated value from the prediction software of one survey of Bohai Sea
图2 渤海某工区应用潮汐校正前后的共偏移距剖面Fig.2 The common offset section without tide correction（a）and with tide correction（b）
图3 渤海某工区应用潮汐校正前后的共偏移距剖面Fig.3 The common offset section without tide correction（a）and with tide correction（b）
5 潮汐校正处理
三维地震资料采集通常会持续相当长的时间，初次采集时间和其后补采的时间可能会相差半年以上。

在这期间，由于季节更替和洋流的影响［9，10］，潮位具有很大不确定性，从而产生静校问题。

渤海某工区地震资料采集于2008年5月至2009年1月。

通过选择该工区所在当地的平均海平面、潮位推算时间间隔、推算点的经纬度、潮位推算的起始时间，利用潮位预测软件推算出该工区的潮位数据，图1是该点潮位预测的结果显示，从图上可以看到，潮差值最大达3.5m。

基于推算出的潮位数据，对工区的地震资料处理进行潮汐校正，图2和图3分别是渤海某工区应用潮位预测潮汐校正技术前后的联络测线方向的单次剖面。

从剖面上可以看到，因潮汐变化引起的同相轴错动现象得到了很好的校正，校正后的剖面上，同相轴更加光滑连续，突然的错动现象得到一定程度的消除。

潮汐校正效果非常明显。

6 结语
1）潮汐现象在海上地震采集项目中对地震资料的质量影响非常大，在地震数据处理中需要进行潮汐改正。

2）传统的潮汐校正技术存在精度低、数值跳变大及数据不稳定等问题，需要新的技术来实现高精度的潮汐校正处理。

3）渤海、南海潮位预测软件是在收集、采用大量的基本验潮站资料、临时验潮站资料和潮汐调和常数基础上，基于天文潮汐规律编制的，经过对30多万实测潮汐数据的验证，预测精度达到分米级，比常规的DGPS潮高数据的精度高。

4）基于潮位预测的潮汐校正技术在渤海等地区的地震资料处理中得到应用，算例结果表明该方法能够很好地实现潮汐校正，对提高海上地震勘探资料成像精度有一定的实际应用意义。

参考文献：
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