24道高分辨多道地震系統的配置與探測效果分析

張志強，湯民強，周普志，賀惠忠

（1.國家海洋局南海分局，廣東 廣州510300；2.中國科學院廣州地化所，廣東 廣州510640；3.中國科學院邊緣海地質重點實驗室，南海海洋研究所，廣東 廣州510301）

24道高分辨多道地震系統的配置與探測效果分析

張志強1,2,3，湯民強1，周普志1，賀惠忠1

（1.國家海洋局南海分局，廣東 廣州510300；2.中國科學院廣州地化所，廣東 廣州510640；3.中國科學院邊緣海地質重點實驗室，南海海洋研究所，廣東 廣州510301）

為滿足國家908專項DW10區塊的調查要求，在北部灣海域進行了24道高分辨多道地震探測，此多道地震系統主要由電火花震源、道間距為6.25 m的24道電纜以及采集主機組成，通過系統的合理配置以及在野外作業過程中合理設計采集參數，獲得了高分辨的地震數據，最大穿透深度可達1 000 m以上，分辨率可達3.5 m，實踐證明，此次使用的24道多道地震系統的探測是一種適用于淺部地層高分辨探測的調查技術手段。

多道地震；高分辨；主頻；淺部地層

在海洋地球物理調查中，二維地震勘探方法已經廣泛應用于海底地層探測，其中包括了多道地震探測和單道地震探測，但兩者各有優缺點。常規的多道地震系統具有排列較長、道間距大、震源能量大、震源激發頻率低的特點，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據[1]，但分辨率較低；單道地震系統具有震源能量低、震源激發頻率高的特點，故地層穿透小但分辨率較高。由此來看，多道地震多應用于石油地質勘察[2]，以獲取深部地層的信息，而單道地震則多應用于淺部地質勘察，而對于海底面以下1 000 m深度以淺的地層結構以及其中的地質現象卻往往無法識別[3]。

隨著海洋地質勘探的不斷發展，對于查清淺部地層、新構造及環境地質提出了更高的要求，高分辨率地震勘探則是其有效的解決途徑。在國家908專項DW10區塊北部灣海域的地震調查中，要求使用單道地震系統，并要求地層穿透深度大于500 m，分辨率優于15 m，經過對比分析，一般的單道地震系統難以達到500 m的穿透深度，故我們放棄了單道地震系統而使用了24道高分辨多道地震系統，使用普通漁船進行作業，獲得了穿透較深、分辨率較高的地層剖面，滿足了項目較高的要求，并在高分辨多道地震技術的應用上總結了一定經驗。

1 高分辨多道地震系統的配置

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，首先要合理地設計和配置多道地震系統。

1.1 震源

在地震作業中，一般采用氣槍、電火花作為震源。氣槍震源是20世紀60年代發明的[4]，經過近半個世紀的發展，逐步成為一種重要的人工震源[5]，主要應用于石油勘探領域，其激發能量較大，激發頻率較低；電火花震源激發能量相對較小，激發頻率較高。考慮到作業區位于北部灣海域，最大水深在100 m以內，且要求探測深度淺，分辨率要求高，故選擇使用電火花震源。本次項目中使用的電火花震源為法國SIG5000電火花，最大能量為5 000 J。

1.2 多道電纜

信號接收纜是地震數據采集的重要組成部分，其性能好壞直接影響到數據采集質量，要獲得高分辨率的資料，電纜的道數、道間距、水聽器等均需要達到一定的性能指標。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]。本次項目考慮到綜合調查區域實際的海洋環境狀況、使用震源等因素，選擇使用了24道多道數字電纜，長度為150 m，6.25 m較小的道間距，每道水聽器為8個，水聽器的靈敏度達到了-194 dB。

1.3 記錄系統

數據采集使用的是德國海德地震采集接收系統，該系統最大采樣率可達2 000 Hz，最小采樣間隔可達0.5 ms，導航定位數據由Hypack軟件提供，采集數據文件為標準的segy格式文件，在作業時，由Hypack軟件提供電火花的激發信號。

1.4 作業船只

常規的多道地震作業一般均使用較大的作業船只進行海上作業，此次作業我們使用的是普通漁船，船艙經過簡單改裝作為數據采集實驗室，電火花系統的電源由220 V的船電供給，多道地震纜絞車放置于船后甲板，這樣的設計和布局節約了大量租用更大船只的費用，非常經濟實惠。

2 數據的采集

將多道地震系統的各個部分進行連接（見圖1），并在作業區進行各種參數的測試，選擇適合于作業海區的最佳參數。經過充分測試，最終選擇的各參數如下：炮間距12.5 m，每炮移動兩個道間距，覆蓋次數為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 多道地震系統連接示意圖

圖2 數據采集方式示意圖

3 探測效果分析

3.1 原始單炮數據效果分析

從圖3中可以看出，對于未經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；從頻譜分析來看，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頻段內的振幅值都比較強。

圖3 原始單炮和頻譜分析圖

3.2 數據處理效果分析

將原始的單炮數據以測線為單位進行數據合并（僅合并在測線上的數據），并記錄好其中的缺炮情況；將合并好的數據加載至工作站，通過預處理、預測反摺積、精細速度分析、動校正疊加、時變帶通濾波、隨機噪音衰減、振幅增益控制等處理，最終得到地層剖面數據（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，連續性好，地層接觸關系清楚，淺、中、深層都保持了好的信噪比。

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

4 結論

在此次項目中應用24道高分辨多道地震系統進行地層探測，獲得了超過500 m的地層穿透深度以及較高的地層分辨率。

實踐證明，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據，而在其后的資料處理中，通過多道地震數據的疊加、壓制噪音等工作，可提高地層的識別深度，二者的結合可以實現高分辨淺部地層的探測要求，可為海洋淺層環境地質的調查、海洋工程的建設提供技術支撐，同時也是一種經濟實用的地質調查手段。

[1]李鵬,劉伊克，常旭，等.多地波問題的研究進展[J].地球物理學進展,2006,21（3）：888-897.

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

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

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

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

[6]趙慶獻，羅文造，李龍振.對海上高分辨率二維地震作業的認識[J].海洋技術，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

國家海洋局“908”專項資助項目（908-01-DW10）

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