南海北部中生界地震勘探震源概述

王聰，韋成龍

（廣州海洋地質調查局廣州 510760）

南海北部中生界地震勘探震源概述

王聰，韋成龍

（廣州海洋地質調查局廣州 510760）

在探討南海北部中生界地震地質條件基礎上，我們發現中生界調查的難點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有震源進行重新設計，增強其輸出能量，并加大其在低頻端的能量輸出。結合前期研究成果，總結分析歷年在南海北部海域采用的地震震源參數，對幾種震源類型進行低頻組合，設計出低頻震源組合兩套，并在野外進行試驗和采集，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

隨著調查設備和軟硬件技術的發展，近年來，在南海北部研究區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試驗工作。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，而采集參數試驗的目的在于通過優化參數組合，獲取更好的目的層信號反射，提高采集資料的品質。根據往年海上地震參數試驗對比及資料處理結果，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。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計方法

氣槍震源作為目前海洋地震勘探中應用最廣泛的震源，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。在設計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，節省大量的人力、物力和財力，實現氣槍陣列的調整、分析、最優化組合。

描述氣槍震源子波的主要參數有子波脈沖能量、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重點不同。對于淺層地震勘探，震源設計目標主要是如何拓寬頻帶和增強高頻信息。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生重要影響。氣槍的震源參數對震源子波的影響是共同作用的。通過大量的現場試驗，人們總結出很多氣槍工作參數與遠場子波品質參數的規律，對設計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產生的震源子波能量，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產生的子波脈沖寬度，它的倒數就是視頻率。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的關鍵因素，它直接影響了子波能量、初泡比和頻譜。當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。

氣槍震源設計是指通過設計計算，將各支氣槍或各組氣槍子陣結合在一起，以達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表征了震源性能的好壞。

要壓制氣槍激發產生的較強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現。GI槍能消除氣泡脈沖，但是由于GI槍中的I槍體內氣體對子波主脈沖振幅沒有貢獻，跟等量氣體容量常規氣槍相比，子波主脈沖振幅要低很多，導致子波能量低，很難勘探深部地層地質情況。而氣槍陣列激發產生的震源子波，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計是一個很重要課題。針對震源容量和震源深度兩個重要屬性來進行氣槍震源陣列設計。

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，因總的槍數不能無限多，當震源容量增加時，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。通過試驗對比可以得出期望頻帶對應的震源容量。研究區多年的勘探實踐及頻譜對比表明，中生界目標層位地震反射的優勢信號頻率在5 Hz～40 Hz之間，對應的震源容量在5000cu.in及以上比較有利。

1.2 震源深度

根據以往得知，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，但同時大大加強了低頻端的擴展頻率。加深震源沉放深度，對于改善研究區目標層信噪比，效果明顯。以目前震源的實際情況，震源深度可以達到10 m，對應的5 Hz～40 Hz的頻率得到加強。若進一步加深深度，則震源方向特性出現較大變化，同時陷波點頻率更低，對期望的信號能量有較大衰減，不利于目標層勘探。

2 研究成果

結合現有BOLT長壽氣槍震源系統，得出對研究區中生界勘探，在不同的區塊，適用不同的震源進行作業，達到提高資料品質的效果。

2.1 5080 cu.in標準震源

現有的5080cu.in標準震源的特性主要為：主頻范圍內的低、中、高頻能量較為平均，低頻端稍有抖動；根據方向特性隨深度變化分析，沉放深度不應超過10 m。該震源適用于地震地質條件較好的海區，如瓊東南盆地深水區、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，其輸出頻寬與標準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雜但中生界埋深淺的區域，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年設計和野外試驗使用了該6400cu.in震源，試驗表明，子波輸出峰峰值和低頻端的能量得到了加強。因總容量的增加，受空壓機輸出能力的限制，在實際作業時，放炮間隔為12 s左右，對應的放炮間隔距離為37.5 m。該震源適用于存在屏蔽層，或目標地層剝蝕、褶皺、埋藏較深區域，如東沙隆起區。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 結語

針對研究區中生界勘探層，對海上地震震源低頻組合進行研究，并總結歷年來在海上中深層地震調查中所采用的震源特性，設計了兩套地震震源：（1）5080cu.in立體震源，其適用于崎嶇海底及地震反射條件復雜，但中生界埋藏淺的區域，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。該震源適用于存在屏蔽層，或目標地層剝蝕、褶皺、埋藏較深區域，如東沙隆起區。中生界二維地震勘探的重點，應放在震源的優化設計與試驗上，重視低頻小組合、“立體”震源的應用，購置不同容積的氣槍，以滿足不同區域中生界調查的震源設計需求。

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2011-10-22

南海北部中生界地球物理勘探采集技術研究（2009GYXQ03-01-01）