定位數據的地震勘探論文范文

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1異常值剔除

1．1數值中值法對N（N＞1）個連續的觀測值樣本進行排序取中間值。若樣本數量為奇數，中間值為第（N＋1）／2個值；若樣本數量為偶數，中間值為第N／2個值與第（N＋1）／2個值的平均值。對比樣本中每個觀測值與中間值，如果大于設定的閾值，則該觀測值被視為異常值予以剔除。數值中值法的優點是中值不受異常值影響，能合理地反映樣本數據的范圍，適用于檢測變化幅度相對穩定的觀測值，如在海況良好的情況下存在少量跳變的羅盤值、羅盤鳥深度、水深值、尾標角度和距離等［4］。

1．2梯度中值法對N（N＞2）個連續的觀測值樣本中相鄰兩炮時間間隔和數值為要素組成的梯度進行排序后取中間值。樣本中每個梯度值絕對值與中間值進行對比，如果某觀測值與其前一個及后一個觀測值組成的梯度均大于設定的閾值，則該觀測值被視為異常值予以剔除。梯度中值法適用于變化比較頻繁的觀測值。在海況不佳的情況下，該方法可應用于GPS、羅盤鳥羅盤、測深儀、尾標角度和距離等［4］。

1．3梯度法塊處理在N（N＞3）個連續觀測值中存在多個連續異常值的情況稱為異常數據塊。對相鄰兩炮觀測值n1和n2計算梯度，如果大于閾值，則計算n1和n2以后觀測值的梯度。如果n1和nm梯度在閾值內，以nm為起點繼續計算直至遍歷所有觀測值。反方向再重復上述過程。若正反方向均符合塊異常條件，則予以剔除［4］。據筆者多次后處理觀察發現，GPS、測深儀、尾標角度和距離觀測值均出現過數據塊異常的情況，后處理人員應該先了解原始數據特點再選擇處理方法。

2低通維納濾波

假設x（t）為信號的真值，n（t）表示噪聲，t表示時間，實際觀測到的信號是X（t）＝x（t）＋n（t）。利用維納濾波器從實測信號X（t）中盡可能濾掉噪聲n（t），即根據X（t）求出x（t）的最優估值＾x（t），＾x（t）是在均方誤差的數學期望E［x（t）－＾x（t）］取極小意義下的一種估值。低通維納濾波用于去除信號中存在的高頻噪聲，保留低頻信息。當測船沿著測線作業時，各觀測值會在理論值一定范圍內動態變化，可將其整體變化狀態看作一個隨機的低頻信號，其受到海風、洋流以及船動態影響導致的瞬時變化可看作高頻噪聲。截斷頻率的選擇依據海況、設備特點和狀態而定。正常情況下羅經和測深數值不進行濾波處理。圖2為含有異常值和高頻噪音的水鳥羅盤值（RAW）。圖3為剔除異常值再進行濾波后的結果（PRO－CESSED），處理后的羅盤值與其前后2個羅盤值以及相應炮號范圍（橫坐標）的電纜羽角趨勢接近，達到了優化的目的。

3內插與外延

對連續觀測值中間缺失的數據以一定算法進行插值稱為內插，連續觀測值兩端缺失數據的插值方法稱為外延。可用的方法包括線性插值法和多項式插值法。對于插值量較小的地方，例如剔除異常值后的數據空白，使用線性插值不失為最簡單有效的方法。使用多項式插值時，為了良好地反映地形趨勢，構成多項式的數據需選自缺失數據兩端，而且數量均不少于缺失數量的一半。多項式次數不宜大于4次，因為次數越高，多項式越容易變形。如果綜合導航系統具有記錄測線開始前和測線結束后所有觀測值的功能，相應數據將作為外延插值基礎數據使用。對于羅盤鳥數據，插值參數無須設置過大，質量太差的應該全部舍棄，Sprint（導航定位后處理系統）將采用樣條曲線方法依據相鄰的羅盤鳥數值對其進行重構；尾標定位角度變化率較為穩定，尾標定位距離變化范圍小，兩者的插值范圍可適當放大；測深儀受海況、地形等外部條件影響，數據容易失真甚至丟失，插值結果往往不能反映真實地形，筆者建議從地震資料中提取放炮和接收時間，由時間差和幾何關系推算的共反射點深度來進行替代。

4賦權

處理P2／94原始文件需要對每條完整測線的每個觀測值設置前置方差。前置方差值是對觀測值精度和置信度的估計，其平方的倒數作為觀測值權重參與平差解算。權重的取舍直接影響平差的精度，筆者總結了3種方差選擇依據以供參考。①儀器檢校誤差，檢校工作分為自檢和送專業機構年度檢測；②相關研究結果；③設備標稱精度。在實際作業過程中，同種設備由于受個體性能、外部環境等因素影響，不同個體數據質量不盡相同，應根據噪音或跳變情況調整其方差值，比如靠近震源的羅盤鳥受震動影響大，最后一個羅盤鳥受水流沖擊大，它們的權值就應比其它羅盤鳥權值低；因為數據質量太差而被舍棄，后經樣條方法重構的羅盤鳥，權值也需要降低。需要注意的是，尾標角度方差σTB與纜長L、尾標距離方差σTR密切相關，推算公式如下。

5網絡平差和纜形計算

通過網絡平差可以得到傳感器、關鍵參考點、共反射點的坐標；通過纜形公式可以計算出每個接收道的坐標。這些坐標信息連同時間信息、深度信息共同構成了導航定位數據，保存在輸出的P1／90文件中。單纜二維作業的定位網絡模型通常包括DGPS、羅經、電纜首末道相對船參考點理論位置、尾標定位距離與方位。以每一炮經過優化和賦權的原始觀測值作為初值，運用最小二乘原理計算測船、震源、電纜首尾接收道、尾標等參考點平差改正值。如果改正值大于預設的閾值，把改正后的初值再次計算改正值，這樣反復迭代直到改正值小于閾值，才認為平差計算完全收斂。纜形計算的目的是推算接收道位置。每個羅盤鳥提供的羅盤值與其在電纜上的位置共同構成纜形計算的原始數據。以電纜首道參考點、電纜末道中心、尾標的網絡平差值作為固定值，根據電纜受海水拉力后實際長度和羅盤角度從兩端向中間推算羅盤鳥位置。Sprint系統提供了2種纜形構造方法：（1）圓弧法在相鄰2個羅盤鳥之間，以兩羅盤角度為切角構造圓弧，每段圓弧的變動不影響其他圓弧形狀，比較適用于受不規則洋流影響的電纜形狀計算；（2）多項式法以羅盤鳥位置為已知點構造多項式，多項式次數不能大于一半羅盤數量。大多數情況下，多項式法是圓弧法的檢核手段。圖4為連續多炮電纜排列形態的組合。圖4a由綜合導航系統自生成，由于主DGPS系統出現短暫故障導致的整體錯位尚未得到糾正；圓圈處為尾標定位數據出現跳變，致使電纜長度計算錯誤。采用工作狀態正常的副DGPS系統數據，再去除尾標定位跳變數據，重新平差的結果如圖4b所示，可見經過處理后的電纜長度合理，形狀銜接正確。

6總結

后處理是建立在可靠的原始數據基礎上的數據優化手段。有效獨立的觀測值數量越多，冗余度越大，平差網絡就越穩固。例如，配備至少3套不同的DGPS定位系統，如果有一套出錯或失效，綜合導航系統可以自動識別并停止使用；震源定位系統和電纜定位系統比依賴羅經、羅盤鳥提供方位，使用固定偏移距推算結果更精確；如果想得到精度更高的接收道位置，還可以在電纜上添加聲學測距裝置［9］。后處理人員的處理經驗和分析判斷也是影響處理結果的重要因素。異常值剔除算法運行前后均需處理人員的預判和檢查，避免誤刪數據。在權重配賦方面，動態觀測值的權使用固定值并不恰當，如何設計動態賦值算法并使用在后處理中，是一個值得探討的問題。重點關注網絡平差報告中殘差、單位方差、誤差橢圓等指標，如果指標值不正常，須找到相應炮號的各觀測值數據尋找問題，重新處理和平差，如此反復進行直至指標正常，一條測線的后處理工作才得以完成。

作者：朱振華宋來勇單位：廣州海洋地質調查局