南海北部中生界地震勘探震源概述

王聪，韦成龙

（广州海洋地质调查局广州 510760）

南海北部中生界地震勘探震源概述

王聪，韦成龙

（广州海洋地质调查局广州 510760）

在探讨南海北部中生界地震地质条件基础上，我们发现中生界调查的难点在于中深层反射波比较微弱，而解决此问题的一个重要方法就是对现有震源进行重新设计，增强其输出能量，并加大其在低频端的能量输出。结合前期研究成果，总结分析历年在南海北部海域采用的地震震源参数，对几种震源类型进行低频组合，设计出低频震源组合两套，并在野外进行试验和采集，以获得南海北部中生界地震勘探的有效突破。

中生界；地震勘探；气枪阵列；低频震源

随着调查设备和软硬件技术的发展，近年来，在南海北部研究区开展了大量的长排列大容量震源二维地震采集及采集参数试验工作。二维地震采集的目的在于获取中深目的层较高信噪比的信号反射，而采集参数试验的目的在于通过优化参数组合，获取更好的目的层信号反射，提高采集资料的品质。根据往年海上地震参数试验对比及资料处理结果，南海北部中生界地震勘探，在5 s以上反射时间，信号集中在5 Hz～40 Hz的频率范围内。因此，较大的震源容量和沉放深度，更有利于接收中生界反射的较微弱的低频信号。

1 气枪震源性能评价与设计方法

气枪震源作为目前海洋地震勘探中应用最广泛的震源，不但能解决浅部地震采集难题，而且是探测深部地球物理的最有效手段。在设计满足地震勘探要求的气枪阵列震源过程中，用气枪震源子波模拟简便有效，节省大量的人力、物力和财力，实现气枪阵列的调整、分析、最优化组合。

描述气枪震源子波的主要参数有子波脉冲能量、气泡周期、初泡比、频谱及震源能量方向性。针对海上不同的地震勘探目的，提高气枪震源性能的侧重点不同。对于浅层地震勘探，震源设计目标主要是如何拓宽频带和增强高频信息。对于中生界的深层地震勘探，主要要求震源具有低频成分信号和足够能量。

气枪震源参数包括工作压力、气枪容量、震源沉放深度等，海面虚反射与电缆沉放深度也会对气枪震源子波产生重要影响。气枪的震源参数对震源子波的影响是共同作用的。通过大量的现场试验，人们总结出很多气枪工作参数与远场子波品质参数的规律，对设计高性能气枪震源具有重要意义。

气枪容量的大小既会影响气枪激发产生的震源子波能量，又会影响子波的气泡周期和视频率。震源子波的视周期是指气枪激发产生的子波脉冲宽度，它的倒数就是视频率。在一定深度条件下，气枪容量和震源子波视频率有关系，气枪容量越大，视频率越低。

气枪沉放深度的变化，是影响震源子波品质的关键因素，它直接影响了子波能量、初泡比和频谱。当气枪沉放深度较浅时，外界静水压力就较小，枪中的高压气体快速释放，气泡振荡受到海面影响，造成部分能量损失，使震源子波振幅变小，脉冲宽度变窄，子波初泡比增大，提高了子波的频率，频带变宽，频谱中的高频效果变好。随着沉放深度增加，能量消耗减小，子波振幅能量增加，子波初泡比减小，子波视频率向低频方向移动。由于气枪震源沉放深度决定了震源虚反射的旅行时间，从而造成不同的陷波作用。

气枪震源设计是指通过设计计算，将各支气枪或各组气枪子阵结合在一起，以达到提高震源子波主脉冲振幅、压制气泡脉冲和提高初泡比的目的。气枪阵列的子波参数表征了震源性能的好坏。

要压制气枪激发产生的较强多次气泡脉冲震源子波，可以用GI枪和气枪阵列两种途径来实现。GI枪能消除气泡脉冲，但是由于GI枪中的I枪体内气体对子波主脉冲振幅没有贡献，跟等量气体容量常规气枪相比，子波主脉冲振幅要低很多，导致子波能量低，很难勘探深部地层地质情况。而气枪阵列激发产生的震源子波，既能有效压制子波气泡脉冲，又能使子波主脉冲振幅能量大幅度提高，因此气枪震源阵列设计是一个很重要课题。针对震源容量和震源深度两个重要属性来进行气枪震源阵列设计。

1.1 震源容量

震源容量越大，主频越往低频方向移动。目前采用多个单气枪、相干气枪组成枪阵时，因总的枪数不能无限多，当震源容量增加时，势必会加入较大容量的气枪，因此整个震源的子波频谱会向低频方向移动。通过试验对比可以得出期望频带对应的震源容量。研究区多年的勘探实践及频谱对比表明，中生界目标层位地震反射的优势信号频率在5 Hz～40 Hz之间，对应的震源容量在5000cu.in及以上比较有利。

1.2 震源深度

根据以往得知，震源深度对子波频谱宽度的影响最大，震源沉放深度为10 m时的主频宽度相比7 m深度减少了大约10 Hz，但同时大大加强了低频端的扩展频率。加深震源沉放深度，对于改善研究区目标层信噪比，效果明显。以目前震源的实际情况，震源深度可以达到10 m，对应的5 Hz～40 Hz的频率得到加强。若进一步加深深度，则震源方向特性出现较大变化，同时陷波点频率更低，对期望的信号能量有较大衰减，不利于目标层勘探。

2 研究成果

结合现有BOLT长寿气枪震源系统，得出对研究区中生界勘探，在不同的区块，适用不同的震源进行作业，达到提高资料品质的效果。

2.1 5080 cu.in标准震源

现有的5080cu.in标准震源的特性主要为：主频范围内的低、中、高频能量较为平均，低频端稍有抖动；根据方向特性随深度变化分析，沉放深度不应超过10 m。该震源适用于地震地质条件较好的海区，如琼东南盆地深水区、白云凹陷等。

2.2 5080 cu.in“立体”震源

该5080cu.in立体震源，在等效深度时，其输出频宽与标准5080cu.in大抵相同，峰值主频能量有所降低，能量向低频、高频端移动，低频端更加光滑。适用于崎岖海底及地震反射条件复杂但中生界埋深浅的区域，如潮汕凹陷等。图1为BOLT5080立方英寸立体震源特性图。

2.3 6400 cu.in震源

图15080 cu.in立体气枪震源特性图

2010年设计和野外试验使用了该6400cu.in震源，试验表明，子波输出峰峰值和低频端的能量得到了加强。因总容量的增加，受空压机输出能力的限制，在实际作业时，放炮间隔为12 s左右，对应的放炮间隔距离为37.5 m。该震源适用于存在屏蔽层，或目标地层剥蚀、褶皱、埋藏较深区域，如东沙隆起区。图2为BOLT6400立方英寸震源特性图。

图26400 cu.in气枪震源特性图

3 结语

针对研究区中生界勘探层，对海上地震震源低频组合进行研究，并总结历年来在海上中深层地震调查中所采用的震源特性，设计了两套地震震源：（1）5080cu.in立体震源，其适用于崎岖海底及地震反射条件复杂，但中生界埋藏浅的区域，如潮汕凹陷等。（2）6400cu.in震源，子波输出峰峰值和低频端的能量得到了加强。该震源适用于存在屏蔽层，或目标地层剥蚀、褶皱、埋藏较深区域，如东沙隆起区。中生界二维地震勘探的重点，应放在震源的优化设计与试验上，重视低频小组合、“立体”震源的应用，购置不同容积的气枪，以满足不同区域中生界调查的震源设计需求。

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2011-10-22

南海北部中生界地球物理勘探采集技术研究（2009GYXQ03-01-01）