24道高分辨多道地震系統(tǒng)的配置與探測(cè)效果分析

張志強(qiáng)，湯民強(qiáng)，周普志，賀惠忠

（1.國(guó)家海洋局南海分局，廣東 廣州510300；2.中國(guó)科學(xué)院廣州地化所，廣東 廣州510640；3.中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南海海洋研究所，廣東 廣州510301）

24道高分辨多道地震系統(tǒng)的配置與探測(cè)效果分析

張志強(qiáng)1,2,3，湯民強(qiáng)1，周普志1，賀惠忠1

（1.國(guó)家海洋局南海分局，廣東 廣州510300；2.中國(guó)科學(xué)院廣州地化所，廣東 廣州510640；3.中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南海海洋研究所，廣東 廣州510301）

為滿足國(guó)家908專項(xiàng)DW10區(qū)塊的調(diào)查要求，在北部灣海域進(jìn)行了24道高分辨多道地震探測(cè)，此多道地震系統(tǒng)主要由電火花震源、道間距為6.25 m的24道電纜以及采集主機(jī)組成，通過(guò)系統(tǒng)的合理配置以及在野外作業(yè)過(guò)程中合理設(shè)計(jì)采集參數(shù)，獲得了高分辨的地震數(shù)據(jù)，最大穿透深度可達(dá)1 000 m以上，分辨率可達(dá)3.5 m，實(shí)踐證明，此次使用的24道多道地震系統(tǒng)的探測(cè)是一種適用于淺部地層高分辨探測(cè)的調(diào)查技術(shù)手段。

多道地震；高分辨；主頻；淺部地層

在海洋地球物理調(diào)查中，二維地震勘探方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海底地層探測(cè)，其中包括了多道地震探測(cè)和單道地震探測(cè)，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。常規(guī)的多道地震系統(tǒng)具有排列較長(zhǎng)、道間距大、震源能量大、震源激發(fā)頻率低的特點(diǎn)，雖然地層穿透大并可以獲得比單道地震更為豐富的地層反射地震數(shù)據(jù)[1]，但分辨率較低；單道地震系統(tǒng)具有震源能量低、震源激發(fā)頻率高的特點(diǎn)，故地層穿透小但分辨率較高。由此來(lái)看，多道地震多應(yīng)用于石油地質(zhì)勘察[2]，以獲取深部地層的信息，而單道地震則多應(yīng)用于淺部地質(zhì)勘察，而對(duì)于海底面以下1 000 m深度以淺的地層結(jié)構(gòu)以及其中的地質(zhì)現(xiàn)象卻往往無(wú)法識(shí)別[3]。

隨著海洋地質(zhì)勘探的不斷發(fā)展，對(duì)于查清淺部地層、新構(gòu)造及環(huán)境地質(zhì)提出了更高的要求，高分辨率地震勘探則是其有效的解決途徑。在國(guó)家908專項(xiàng)DW10區(qū)塊北部灣海域的地震調(diào)查中，要求使用單道地震系統(tǒng)，并要求地層穿透深度大于500 m，分辨率優(yōu)于15 m，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，一般的單道地震系統(tǒng)難以達(dá)到500 m的穿透深度，故我們放棄了單道地震系統(tǒng)而使用了24道高分辨多道地震系統(tǒng)，使用普通漁船進(jìn)行作業(yè)，獲得了穿透較深、分辨率較高的地層剖面，滿足了項(xiàng)目較高的要求，并在高分辨多道地震技術(shù)的應(yīng)用上總結(jié)了一定經(jīng)驗(yàn)。

1 高分辨多道地震系統(tǒng)的配置

高分辨率的地震資料往往具有主頻較高、頻帶較寬的特征，要獲得高分辨的地震資料，首先要合理地設(shè)計(jì)和配置多道地震系統(tǒng)。

1.1 震源

在地震作業(yè)中，一般采用氣槍、電火花作為震源。氣槍震源是20世紀(jì)60年代發(fā)明的[4]，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，逐步成為一種重要的人工震源[5]，主要應(yīng)用于石油勘探領(lǐng)域，其激發(fā)能量較大，激發(fā)頻率較低；電火花震源激發(fā)能量相對(duì)較小，激發(fā)頻率較高?？紤]到作業(yè)區(qū)位于北部灣海域，最大水深在100 m以內(nèi)，且要求探測(cè)深度淺，分辨率要求高，故選擇使用電火花震源。本次項(xiàng)目中使用的電火花震源為法國(guó)SIG5000電火花，最大能量為5 000 J。

1.2 多道電纜

信號(hào)接收纜是地震數(shù)據(jù)采集的重要組成部分，其性能好壞直接影響到數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，要獲得高分辨率的資料，電纜的道數(shù)、道間距、水聽器等均需要達(dá)到一定的性能指標(biāo)。由于電火花震源頻率較高，其高頻成分衰減較快，電纜的道間距必須較短才能提高空間采樣率[6]。本次項(xiàng)目考慮到綜合調(diào)查區(qū)域?qū)嶋H的海洋環(huán)境狀況、使用震源等因素，選擇使用了24道多道數(shù)字電纜，長(zhǎng)度為150 m，6.25 m較小的道間距，每道水聽器為8個(gè)，水聽器的靈敏度達(dá)到了-194 dB。

1.3 記錄系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集使用的是德國(guó)海德地震采集接收系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大采樣率可達(dá)2 000 Hz，最小采樣間隔可達(dá)0.5 ms，導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)由Hypack軟件提供，采集數(shù)據(jù)文件為標(biāo)準(zhǔn)的segy格式文件，在作業(yè)時(shí)，由Hypack軟件提供電火花的激發(fā)信號(hào)。

1.4 作業(yè)船只

常規(guī)的多道地震作業(yè)一般均使用較大的作業(yè)船只進(jìn)行海上作業(yè)，此次作業(yè)我們使用的是普通漁船，船艙經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改裝作為數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)室，電火花系統(tǒng)的電源由220 V的船電供給，多道地震纜絞車放置于船后甲板，這樣的設(shè)計(jì)和布局節(jié)約了大量租用更大船只的費(fèi)用，非常經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

2 數(shù)據(jù)的采集

將多道地震系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行連接（見圖1），并在作業(yè)區(qū)進(jìn)行各種參數(shù)的測(cè)試，選擇適合于作業(yè)海區(qū)的最佳參數(shù)。經(jīng)過(guò)充分測(cè)試，最終選擇的各參數(shù)如下：炮間距12.5 m，每炮移動(dòng)兩個(gè)道間距，覆蓋次數(shù)為6次，見圖2；最小偏移距為55 m；震源工作能量為4 000 J；采樣間隔0.5 ms。

圖1 多道地震系統(tǒng)連接示意圖

圖2 數(shù)據(jù)采集方式示意圖

3 探測(cè)效果分析

3.1 原始單炮數(shù)據(jù)效果分析

從圖3中可以看出，對(duì)于未經(jīng)任何處理的原始單炮，在700 ms的位置上仍然有較為清晰的反射，且資料的能量較強(qiáng)；從頻譜分析來(lái)看，所采集資料的主頻較高，在100 Hz以上，頻帶較寬，為0～1 000 Hz；在0～900 Hz頻段內(nèi)的振幅值都比較強(qiáng)。

圖3 原始單炮和頻譜分析圖

3.2 數(shù)據(jù)處理效果分析

將原始的單炮數(shù)據(jù)以測(cè)線為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)合并（僅合并在測(cè)線上的數(shù)據(jù)），并記錄好其中的缺炮情況；將合并好的數(shù)據(jù)加載至工作站，通過(guò)預(yù)處理、預(yù)測(cè)反摺積、精細(xì)速度分析、動(dòng)校正疊加、時(shí)變帶通濾波、隨機(jī)噪音衰減、振幅增益控制等處理，最終得到地層剖面數(shù)據(jù)（見圖4）。

圖4 地層剖面圖

從剖面圖上可以看出，整體剖面各地層間反射分明，反映在地震上是波組特征明顯，各波組強(qiáng)弱清楚、淺中深能量較均衡，頻率變化合理，剖面中同相軸光滑，連續(xù)性好，地層接觸關(guān)系清楚，淺、中、深層都保持了好的信噪比。

從地層的穿透深度來(lái)看，使用此套多道地震系統(tǒng)最大可達(dá)到超過(guò)1 000 m的地層穿透深度；從分辨率來(lái)看，資料的主頻能達(dá)到150 Hz，帶寬較寬，保證了較高的分辨率，理論上能識(shí)別3.5 m厚度的地層。

4 結(jié)論

在此次項(xiàng)目中應(yīng)用24道高分辨多道地震系統(tǒng)進(jìn)行地層探測(cè)，獲得了超過(guò)500 m的地層穿透深度以及較高的地層分辨率。

實(shí)踐證明，頻率較高的電火花震源配合多道地震纜可獲得高分辨的地震數(shù)據(jù)，而在其后的資料處理中，通過(guò)多道地震數(shù)據(jù)的疊加、壓制噪音等工作，可提高地層的識(shí)別深度，二者的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)高分辨淺部地層的探測(cè)要求，可為海洋淺層環(huán)境地質(zhì)的調(diào)查、海洋工程的建設(shè)提供技術(shù)支撐，同時(shí)也是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的地質(zhì)調(diào)查手段。

[1]李鵬,劉伊克，常旭，等.多地波問(wèn)題的研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2006,21（3）：888-897.

[2]孫傳友.多道地震儀的發(fā)展及其限制因素[J].石油物探,1992,32(2):106-113.

[3]楊文達(dá),劉望.海洋高分辨率地震技術(shù)在淺部地質(zhì)勘探中的運(yùn)用[J].海洋石油，2007,27(2):18-25.

[4]羅桂純，等.氣槍震源激發(fā)模式及應(yīng)用[J].中國(guó)地震,2007，23（3）：225-232.

[5]周寶華,劉威北.氣槍震源的發(fā)展與使用分析（上）[J].物探裝備,1998，8(1):1-6.

[6]趙慶獻(xiàn)，羅文造，李龍振.對(duì)海上高分辨率二維地震作業(yè)的認(rèn)識(shí)[J].海洋技術(shù)，2002，21（1）：37—41.

Configuration and Application Analysis of 24 Channels High-Resolution Seismic System

ZHANG Zhi-qiang1,2.3,TANG min-qiang1,ZHOU Pu-zhi1,HE Hui-zhong1
（1.South China Sea Branch of State Oceanic Administration,Guangzhou Guangdong 510300,China;2.Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou Guangdong 510640,China;3.CAS Key Laboratory of Marginal Sea Geology,South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou Guangdong 510301,China）

High resolution seismic surveying was carried out in the Beibuwan Gulf area by 24 channel seismic system which consists of sparker source,6.25 m group intervals digital streamer and recorder system.By configuring the system reasonably as well as setting collection parameters reasonably in the process of field surveying,high-resolution seismic data with more than 1 000 m penetration of strata and 3.5 m resolution is acquired.The results show that 24 channel high-resolution seismic system may be an effective method for high-resolution exploration of the shallow strata.

multichannel seismic;high resolution;basic frequency;shallow strata

P716+.83

A

1003-2029（2011）02-0107-03

2010-08-10

國(guó)家海洋局“908”專項(xiàng)資助項(xiàng)目（908-01-DW10）

張志強(qiáng)（1979-），男，四川自貢人，工程師，博士，主要從事海洋新構(gòu)造地質(zhì)研究。E-mail:zhangzhiqiang7@163.com