南海北部中生界地震勘探震源概述

王聰，韋成龍

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局廣州 510760）

南海北部中生界地震勘探震源概述

王聰，韋成龍

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局廣州 510760）

在探討南海北部中生界地震地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)中生界調(diào)查的難點(diǎn)在于中深層反射波比較微弱，而解決此問題的一個重要方法就是對現(xiàn)有震源進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，增強(qiáng)其輸出能量，并加大其在低頻端的能量輸出。結(jié)合前期研究成果，總結(jié)分析歷年在南海北部海域采用的地震震源參數(shù)，對幾種震源類型進(jìn)行低頻組合，設(shè)計(jì)出低頻震源組合兩套，并在野外進(jìn)行試驗(yàn)和采集，以獲得南海北部中生界地震勘探的有效突破。

中生界；地震勘探；氣槍陣列；低頻震源

隨著調(diào)查設(shè)備和軟硬件技術(shù)的發(fā)展，近年來，在南海北部研究區(qū)開展了大量的長排列大容量震源二維地震采集及采集參數(shù)試驗(yàn)工作。二維地震采集的目的在于獲取中深目的層較高信噪比的信號反射，而采集參數(shù)試驗(yàn)的目的在于通過優(yōu)化參數(shù)組合，獲取更好的目的層信號反射，提高采集資料的品質(zhì)。根據(jù)往年海上地震參數(shù)試驗(yàn)對比及資料處理結(jié)果，南海北部中生界地震勘探，在5 s以上反射時間，信號集中在5 Hz～40 Hz的頻率范圍內(nèi)。因此，較大的震源容量和沉放深度，更有利于接收中生界反射的較微弱的低頻信號。

1 氣槍震源性能評價與設(shè)計(jì)方法

氣槍震源作為目前海洋地震勘探中應(yīng)用最廣泛的震源，不但能解決淺部地震采集難題，而且是探測深部地球物理的最有效手段。在設(shè)計(jì)滿足地震勘探要求的氣槍陣列震源過程中，用氣槍震源子波模擬簡便有效，節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力，實(shí)現(xiàn)氣槍陣列的調(diào)整、分析、最優(yōu)化組合。

描述氣槍震源子波的主要參數(shù)有子波脈沖能量、氣泡周期、初泡比、頻譜及震源能量方向性。針對海上不同的地震勘探目的，提高氣槍震源性能的側(cè)重點(diǎn)不同。對于淺層地震勘探，震源設(shè)計(jì)目標(biāo)主要是如何拓寬頻帶和增強(qiáng)高頻信息。對于中生界的深層地震勘探，主要要求震源具有低頻成分信號和足夠能量。

氣槍震源參數(shù)包括工作壓力、氣槍容量、震源沉放深度等，海面虛反射與電纜沉放深度也會對氣槍震源子波產(chǎn)生重要影響。氣槍的震源參數(shù)對震源子波的影響是共同作用的。通過大量的現(xiàn)場試驗(yàn)，人們總結(jié)出很多氣槍工作參數(shù)與遠(yuǎn)場子波品質(zhì)參數(shù)的規(guī)律，對設(shè)計(jì)高性能氣槍震源具有重要意義。

氣槍容量的大小既會影響氣槍激發(fā)產(chǎn)生的震源子波能量，又會影響子波的氣泡周期和視頻率。震源子波的視周期是指氣槍激發(fā)產(chǎn)生的子波脈沖寬度，它的倒數(shù)就是視頻率。在一定深度條件下，氣槍容量和震源子波視頻率有關(guān)系，氣槍容量越大，視頻率越低。

氣槍沉放深度的變化，是影響震源子波品質(zhì)的關(guān)鍵因素，它直接影響了子波能量、初泡比和頻譜。當(dāng)氣槍沉放深度較淺時，外界靜水壓力就較小，槍中的高壓氣體快速釋放，氣泡振蕩受到海面影響，造成部分能量損失，使震源子波振幅變小，脈沖寬度變窄，子波初泡比增大，提高了子波的頻率，頻帶變寬，頻譜中的高頻效果變好。隨著沉放深度增加，能量消耗減小，子波振幅能量增加，子波初泡比減小，子波視頻率向低頻方向移動。由于氣槍震源沉放深度決定了震源虛反射的旅行時間，從而造成不同的陷波作用。

氣槍震源設(shè)計(jì)是指通過設(shè)計(jì)計(jì)算，將各支氣槍或各組氣槍子陣結(jié)合在一起，以達(dá)到提高震源子波主脈沖振幅、壓制氣泡脈沖和提高初泡比的目的。氣槍陣列的子波參數(shù)表征了震源性能的好壞。

要壓制氣槍激發(fā)產(chǎn)生的較強(qiáng)多次氣泡脈沖震源子波，可以用GI槍和氣槍陣列兩種途徑來實(shí)現(xiàn)。GI槍能消除氣泡脈沖，但是由于GI槍中的I槍體內(nèi)氣體對子波主脈沖振幅沒有貢獻(xiàn)，跟等量氣體容量常規(guī)氣槍相比，子波主脈沖振幅要低很多，導(dǎo)致子波能量低，很難勘探深部地層地質(zhì)情況。而氣槍陣列激發(fā)產(chǎn)生的震源子波，既能有效壓制子波氣泡脈沖，又能使子波主脈沖振幅能量大幅度提高，因此氣槍震源陣列設(shè)計(jì)是一個很重要課題。針對震源容量和震源深度兩個重要屬性來進(jìn)行氣槍震源陣列設(shè)計(jì)。

1.1 震源容量

震源容量越大，主頻越往低頻方向移動。目前采用多個單氣槍、相干氣槍組成槍陣時，因總的槍數(shù)不能無限多，當(dāng)震源容量增加時，勢必會加入較大容量的氣槍，因此整個震源的子波頻譜會向低頻方向移動。通過試驗(yàn)對比可以得出期望頻帶對應(yīng)的震源容量。研究區(qū)多年的勘探實(shí)踐及頻譜對比表明，中生界目標(biāo)層位地震反射的優(yōu)勢信號頻率在5 Hz～40 Hz之間，對應(yīng)的震源容量在5000cu.in及以上比較有利。

1.2 震源深度

根據(jù)以往得知，震源深度對子波頻譜寬度的影響最大，震源沉放深度為10 m時的主頻寬度相比7 m深度減少了大約10 Hz，但同時大大加強(qiáng)了低頻端的擴(kuò)展頻率。加深震源沉放深度，對于改善研究區(qū)目標(biāo)層信噪比，效果明顯。以目前震源的實(shí)際情況，震源深度可以達(dá)到10 m，對應(yīng)的5 Hz～40 Hz的頻率得到加強(qiáng)。若進(jìn)一步加深深度，則震源方向特性出現(xiàn)較大變化，同時陷波點(diǎn)頻率更低，對期望的信號能量有較大衰減，不利于目標(biāo)層勘探。

2 研究成果

結(jié)合現(xiàn)有BOLT長壽氣槍震源系統(tǒng)，得出對研究區(qū)中生界勘探，在不同的區(qū)塊，適用不同的震源進(jìn)行作業(yè)，達(dá)到提高資料品質(zhì)的效果。

2.1 5080 cu.in標(biāo)準(zhǔn)震源

現(xiàn)有的5080cu.in標(biāo)準(zhǔn)震源的特性主要為：主頻范圍內(nèi)的低、中、高頻能量較為平均，低頻端稍有抖動；根據(jù)方向特性隨深度變化分析，沉放深度不應(yīng)超過10 m。該震源適用于地震地質(zhì)條件較好的海區(qū)，如瓊東南盆地深水區(qū)、白云凹陷等。

2.2 5080 cu.in“立體”震源

該5080cu.in立體震源，在等效深度時，其輸出頻寬與標(biāo)準(zhǔn)5080cu.in大抵相同，峰值主頻能量有所降低，能量向低頻、高頻端移動，低頻端更加光滑。適用于崎嶇海底及地震反射條件復(fù)雜但中生界埋深淺的區(qū)域，如潮汕凹陷等。圖1為BOLT5080立方英寸立體震源特性圖。

2.3 6400 cu.in震源

圖15080 cu.in立體氣槍震源特性圖

2010年設(shè)計(jì)和野外試驗(yàn)使用了該6400cu.in震源，試驗(yàn)表明，子波輸出峰峰值和低頻端的能量得到了加強(qiáng)。因總?cè)萘康脑黾?，受空壓機(jī)輸出能力的限制，在實(shí)際作業(yè)時，放炮間隔為12 s左右，對應(yīng)的放炮間隔距離為37.5 m。該震源適用于存在屏蔽層，或目標(biāo)地層剝蝕、褶皺、埋藏較深區(qū)域，如東沙隆起區(qū)。圖2為BOLT6400立方英寸震源特性圖。

圖26400 cu.in氣槍震源特性圖

3 結(jié)語

針對研究區(qū)中生界勘探層，對海上地震震源低頻組合進(jìn)行研究，并總結(jié)歷年來在海上中深層地震調(diào)查中所采用的震源特性，設(shè)計(jì)了兩套地震震源：（1）5080cu.in立體震源，其適用于崎嶇海底及地震反射條件復(fù)雜，但中生界埋藏淺的區(qū)域，如潮汕凹陷等。（2）6400cu.in震源，子波輸出峰峰值和低頻端的能量得到了加強(qiáng)。該震源適用于存在屏蔽層，或目標(biāo)地層剝蝕、褶皺、埋藏較深區(qū)域，如東沙隆起區(qū)。中生界二維地震勘探的重點(diǎn)，應(yīng)放在震源的優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)上，重視低頻小組合、“立體”震源的應(yīng)用，購置不同容積的氣槍，以滿足不同區(qū)域中生界調(diào)查的震源設(shè)計(jì)需求。

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2011-10-22

南海北部中生界地球物理勘探采集技術(shù)研究（2009GYXQ03-01-01）