地球物理学报  2011, Vol. 54 Issue (4): 1061-1070   PDF    
基于南黄海海相油气勘探的地震采集技术研究
吴志强1,2, 吴时国3, 童思友4, 刘怀山4, 张一波4     
1. 国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室,青岛 266071;
2. 国土资源部青岛海洋地质研究所,青岛 266071;
3. 中国科学院海洋研究所,青岛 266071;
4. 中国海洋大学,青岛 266036
摘要: 南黄海盆地中部隆起区前第三系油气储层主要为中-古生代海相碳酸盐岩地层,厚度大、分布广,具有良好的油气前景.由于厚度小于1000 m的新近系低速地层直接覆盖在高速碳酸盐岩地层之上,对地震波的向下传播起到了强烈的屏蔽作用,使之深部目的层地震资料品质差,影响了油气勘探的进程.根据区域地质、地球物理特征,进行了基于AVO(Amplitude Versus Offset,振幅随偏移距变化)与地震波吸收衰减的地震反射振幅理论模拟分析,获得了主要反射界面的地震反射振幅与偏移距关系.在对不同气枪、电缆沉放组合的震源子波特征模拟分析的基础上,重点选取波形好、穿透能力强的气枪、电缆沉放组合系列,通过试验选择了适宜的采集参数进行地震资料采集,获得了有效深部弱反射地震信号.
关键词: 南黄海      海相油气      地震采集技术      理论模拟      弱反射地震信号     
A study on seismic acquisition basic on marine carbonate hydrocarbon exploration in the southern Yellow Sea
WU Zhi-Qiang1,2, WU Shi-Guo3, TONG Si-You4, LIU Huai-Shan4, ZHANG Yi-Bo4     
1. Marine Petroleum Resource & Environment Geology, Ministry of Land and Resources, Qingdao 266071, China;
2. Qingdao Institute of Marine Geology, Ministry of Land and Resources, Qingdao 266071, China;
3. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;
4. 4. Ocean University of China, Qingdao 266036, China
Abstract: Pre-Tertiary reservoir in the central rise of the Southern Yellow Sea Basin (SYSB) consists of mainly Paleozoic and Mesozoic marine carbonates. It is of huge thickness, wide distribution and good hydrocarbon potential. Neogene low velocity strata with thickness less than 1000 m cover on the high velocity Pre-Tertiary carbonate and induce strong shielding effects on seismic wave propagation, and produce poor quality of seismic data. Therefore, this hampers the progress of hydrocarbon exploration. Based on regional geology and geophysical field in the southern Yellow Sea, theoretical modeling of seismic reflection amplitude with AVO and absorption attenuation was conducted, and the relationship of seismic amplitude and migration distance was gained. On the analysis of wavelet modeling for different airgun and cable sink depth, we chose the gun and stream array with fined waveform and strong penetration. A series of seismic acquisition parameters in the seismic experiment have been gained in order to get the signature of deep reflection.
Key words: Southern Yellow Sea      Marine carbonate hydrocarbon      Seismic acquisition      Theoretical modeling      Signature of deep refection     
1 引言

南黄海盆地由勿南沙隆起、南部坳陷、中部隆起、北部坳陷和苏鲁-千里岩隆起等五个主要构造单元组成[1](图 1).区域研究对比和钻探结果表明,勿南沙隆起和中部隆起赋存厚度500-1000 m 的新近系和第四系及厚度数千米的中-古生界海相碳酸盐岩和海陆过渡相碎屑岩及含煤碎屑岩地层[2-4].

图 1 南黄海盆地构造区划略图(据王谦身和安玉林[1]) Fig. 1 Structural division of the southern Yellow Sea basin (after Wang and An[1])

南黄海前第三系是扬子地块背景上形成的多旋回的残留盆地(凹陷)群,经历了中-古生界(T-∈)海相克拉通盆地形成阶段;印支期中朝-扬子地块拼接碰撞的海相残留盆地形成阶段;燕山期以裂陷和走滑-拉分为主的残留盆地再次形成和改造阶段;最终由喜山期定型为多期和多种类型叠加的残留盆地群.历经多期构造变动,形成了前中生代海相克拉通盆地和中、新生代裂陷及走滑-拉分盆地等不同类型叠合的残留盆地群[2].四十多年的油气勘探证实,隆起区前第三系的海相碳酸盐岩具有良好的油气前景,是重要的勘探领域[2-6].

南黄海地震勘探已有40年历史,前期的地震勘探目的层为新生代地层(古近系),其采集、处理的参数和流程均围绕这一目标进行的.以短排列、小容量气枪阵的采集参数进行资料采集,勘探深度有限.得到的地震剖面多次波和随机噪声干扰严重、信噪比低,只能反映新生代、中生代地层特征,其下的碳酸盐岩地层地震反射品质差、难以准确识别和解释,导致对地层的分布、厚度、构造等认识不清,影响了对该领域的研究和评价.

随着勘探进程与认识的深入,油气地质调查目标由浅部的新生代地层转入中-深部前新生代碳酸盐岩为主的海相地层.为了得到中-深部的前新生代地层反射,从20世纪90年代开始,在地震采集中采用了长排列电缆(4000m 以上)、容量大气枪阵震源(总容量475L 以上),同时应用先进的处理技术,提高了深部弱反射信号能量和信噪比,改善了前第三系反射层的成像质量,揭示了南黄海北部盆地存在古、中、新生代地层,中部隆起区和勿南沙隆起区有厚度较大的古生界迹象.

虽然进行了大量地震勘探工作,但目前的地震勘探方法仍不能满足以前第三系海相地层为目标的油气勘探的需要,成为制约着南黄海前第三系油气勘探进程的瓶颈.总结南黄海前第三系地震资料采集的主要问题是:

(1) 在隆起区,低速的新生代碎屑岩地层直接覆盖在高速的碳酸盐岩地层之上,形成一个强反射界面,对地震波向下传播具有强烈的屏蔽作用,是造成前新生代地层地震反射能量弱、信噪比低的主要原因.而中-古生代海相碳酸盐岩地层厚度大,最厚可达6000-10000 m, 地层间速度、密度变化小,致使界面的波阻抗差异小、地震有效反射能量弱.因此,如何提高激发地震波的穿透能力,得到深部地层的弱地震反射信号是地震采集工作的重点之一.

(2) 受深层地震地质条件和地震波球面扩散及大地滤波吸收衰减作用等方面的影响,深层介质中传播的地震波的能量衰减严重;同时埋深的增大也使上覆反射界面数量随之增多,因此透射到深层的下行波能量亦越来越弱,造成野外原始资料深层有效反射波的能量弱、干扰强、信噪比低[5].如何得到深部弱反射有效信号是采集和处理的另一工作重点.

本文针对隆起区前第三系海相地震资料采集中存在的问题,以理论模拟分析与海上试验相结合的研究方法,在地震反射特征理论模拟分析的基础上,研究了气枪、电缆沉放组合的震源子波特征与获取有效反射信号的关系,探讨了地震采集技术方法.通过震源子波特征理论模拟技术分析,确定了子波波形特征好、穿透能力强的气枪阵、电缆沉放深度组合系列.在此基础上进行海上采集参数试验,以验证子波模拟的正确性,得到有效的地震采集参数.

在研究过程中,针对深层、弱反射地震信号的地震采集参数设计,以岩石物性特征为基础,综合岩石各向异性、地震波传播过程中的吸收衰减特征等因素,开展了地震反射波振幅与偏移距关系的理论模拟,为分析影响地震振幅强度的主要因素及偏移距选择提供了依据;采用Ziolkowskis(1990)方程[7-9],进行气枪、电缆沉放组合条件下震源子波特征参数模拟,重点分析震源子波特征参数与穿透力的关系并进行了海上试验.通过上述研究,在以往没有得到深部有效反射的中部隆起区,获得了深度达6000-8000m 的前第三系有效地震反射,对南黄海前第三系海相油气资源调查起到了推进作用.

2 岩石地球物理特征

根据测井资料,区域新生代地层速度为1800-4500m/s(随深度增加而增加),中生代碎屑岩地层速度一般为3500-5000m/s.

南部坳陷和勿南沙隆起区已有6口井钻遇了三叠系、二叠系和石炭系灰岩;地层埋藏的深度为1400-3500m.据VSP(VerticalSeismicProfile, 垂直地震剖面)测井和声波测井计算,灰岩速度为5600-6300m/s左右,由于地层岩相的变化,其速度在横向和纵向上是有变化的.

苏北盆地与南黄海盆地处于同一大地构造单元[10],具有相同的地质构造特征和地层属性.陈沪生等[11]在综合分析了苏北盆地的地球物理资料后认为,下扬子地区地层按波速差异由新至老可划为7个速度层.综合上述认识和南黄海的测井及地震资料,总结南黄海盆地存在11个速度层.

第1 速度层,为新生界陆相碎屑岩,速度为1700-2940m/s;密度(2.04-2.30g/cm3)、磁性、电阻率较低,基本上属于“四低"类型.

第2速度层,为中生界陆相碎屑岩夹火山岩系,速度为3640-5400m/s, 其中上侏罗统火山岩系速度变化范围为3800-4330 m/s;密度中等(2.49-2.52g/cm3)、低夹中强磁性、中夹中低电阻率,为“四中"类型.

第3速度层,由三叠系下统青龙组灰岩组成,速度为4800-6950m/s, 密度高(2.61-2.70g/cm3)、无磁性或弱磁性、高电阻率,为“三高一低"类型.

第4速度层,由二叠系龙潭组和大隆组碎屑岩夹煤层组成,速度为2500-4550m/s;密度低(2.43-2.47g/cm3)、无磁性或弱磁性、高电阻率,为“三低一高"类型.

第5速度层,由二叠系下统至石炭系下统黄龙组的碳酸盐岩组成,速度为6200 m/s左右,密度高(2.68-2.70g/cm3)、无磁性或弱磁性、高电阻率,为“三高一低"类型.

第6速度层,由石炭系底部至奥陶系上统组成,岩性以海相砂页岩、砂岩为主,以低速度(3500-4500m/s)、低密度(2.41-2.55g/cm3)为主,低磁性、中低电阻率,为“三低一中"类型.

第7速度层,由奥陶系上统至上震旦系组成,岩性为海相灰岩、白云岩、硅质岩,速度为5800-6900m/s;密度较高(2.61-2.76g/cm3)、低磁性、高电阻率,为“三高一低"类型.

第8速度层,由上震旦系陡山沱组至下元古界组成,为一套酸性绿片岩相-角闪岩相浅变质岩系,速度为5700-6000m/s.

第9速度层,由上太古界组成,为一套中-酸性角闪岩相、麻粒岩相深成变质岩系,层速度为6300m/s.

第10速度层,即壳内低速高导层,层速度相对第9速度层低,为5900-6000m/s.

第11速度层,上部为一套中-基性麻粒岩相变质岩系和橄榄岩化层,下部为一套以二辉橄榄岩为主夹部分榴辉岩(莫霍面至岩石圈底界),层速度为8000-8200m/s.

区域地质对比研究认为,南黄海隆起区具有较完整的加里东期、海西期和印支期海相层序.下古生界(震旦-志留系)在区内广泛分布,其中震旦-奥陶系分布厚度相对稳定,厚度在1900-3500 m 左右.志留-石炭系受后期构造运动强烈改造,厚度变化大,一般在1500-6000m 左右.三叠系青龙组和二叠系大隆组及龙潭组在勿南沙隆起上分布较广,在中部隆起上分布非常局限.总结南黄海隆起区地层地球物理特征与地震波组对应关系如表 1.

表 1 南黄海隆起区综合地质地球物理特征与地震波组对比表 Table 1 The correlation of geophysical characteristics and characteristics of seismic wave groups

另外,隆起区的新生界(E)和中生界(K-J)陆相地层分布非常局限,在勿南沙隆起的大部分区域是上第三系地层直接覆盖在三叠系灰岩地层上;在中部隆起上上第三系地层直接覆盖在二叠系(或石炭系)碳酸盐岩之上,形成区域性不整合面.该界面是强反射界面,反射系数可以达到0.3-0.5,对地震波的向下传播起到了强烈的屏蔽作用,是影响海相地层反射品质的主要因素.

3 地震反射特征分析

由于隆起区地层组合的差异,造成地震反射特征的不同.因此,必须依据具体情况进行分析,才能在地震资料的采集和处理中,设计正确的技术流程和参数.

地震波在传播过程中,在每个物性界面都产生反射与透射作用,即一部分能量被反射上去,另外一部分能量继续向下传播;同时它还受到了地层的吸收衰减及球面扩散的影响.海上地震资料采集得到的地震数据,代表着不同入射角的地震反射信号,在地质构造复杂的条件下,必须考虑地层各向异性对反射振幅的影响.

考虑到实际接收的地震数据是不同入射角度射线的反射能量,地震反射特征分析以研究射线的能量为主.同时,考虑地震波传播过程中的介质吸收及球面扩散影响,按公式

(1)

式中:A0 为初始振幅;R为地震波传播距离,1/R为球面波振幅衰减;α 为某一地层中的吸收系数;r为地震在某一地层中的传播距离.

一般有$\frac{1}{Q} = \frac{{\alpha \lambda }}{\pi }$,故$\alpha = \frac{\pi }{{Q\lambda }}$,λ 为地震波长.按李庆忠[12]经验公式Q=14V2.2p ,这里波长λ 为地震主波长(主频fm 的倒数),即$\lambda = \frac{{{V_p}}}{{{f_m}}}$.根据Vp 可推知Q值.

由以上公式计算了隆起区各主要反射层的地震反射振幅随偏移距的变化规律(图 2),计算中的地层横波速度根据李庆忠[13]总结的东部地区速度规律换算而得.对于前新生界各主要反射层,由于考虑了地震波在传播过程中的球面扩散效应和吸收衰减作用的影响,反射振幅随偏移距的增加变化较小(石炭系灰岩底界反射振幅除外).当入射角超过临界角之后,并没有出现单纯用Zoeppritz方程计算的地震反射振幅大幅度上升,主要原因是地震波在传播过程中的球面扩散效应和吸收衰减作用及地震波上传经过多个物性界面的透射损失部分抵消了振幅上升的幅度.

图 2 中部隆起主要地层反射振幅随偏移距变化关系 Fig. 2 Relation of main seismic refection amplitude vsmigration distance in the central rise

通过计算发现,影响地震波反射振幅强度的因素主要有:反射界面上下的物性差异、上覆反射界面的反射强度和沉积层的埋藏深度.在中部隆起大部分区域,T2 界面是新近系低速、低密度碎屑岩与高速、高密度碳酸盐岩的强反射界面,对地震波下传起到了强烈的屏蔽作用,使到达下部地层的地震波能量较小.按透射能量定量计算方法[14],当下界面与上界面速度比达到2.5 时,穿透界面向下传播的地震能量不及激发能量的10%,界面的物性差异越大,下传的能量越小(图 3).

图 3 透射能量与下上界面速度比的关系 Fig. 3 Relation of transmission potential vsratio of down and up interface velocity

另外,由于高速和低速层的交互出现,对地震波的向上传播也起到了屏蔽作用,当偏移距较大时,地震波的入射角已超过了地震反射的临界角,在海平面上难以接收到高速层之下的低速层反射,出现反射盲区.发生反射盲区现象的偏移距大小与上覆地层的厚度、高速层与低速层速度差异有关,当上覆地层的厚度较大时,发生反射盲区现象的偏移距大,一般情况下,当偏移距达到上覆地层厚度的1.8-2倍时,容易出现反射盲区现象.

高速层与低速层速度差异越大,高速层底界的反射能量越强,这就是石炭系底界面强反射能量的原因.但该界面对来自于其下反射界面的地震波起到了屏蔽作用,物性差异越大,临界角越小,出现反射盲区现象的偏移距就越小,屏蔽作用越大,这就是到达海平面的石炭系之下各反射界面的反射波出现反射盲区的原因.

同时,从式(1)中可以看出,低频地震波在地层传播过程中,能量的吸收衰减幅度比高频地震波小得多.考虑到南黄海前第三系地层埋藏深、层间反射系数小,为得到深部有效地震反射,在地震资料采集中,应使用低频能量强的气枪震源.

因此,对于前第三系各主要地层,反射振幅随偏移距的增加呈缓慢下降趋势,上覆反射界面数量及沉积层的埋藏深度对反射振幅的影响较大.虽然在中部隆起存在强反射界面,对地震波下传起到了强烈的屏蔽作用,但由于上覆地层相对较少,前第三系地层埋藏比坳陷区浅,地震波的传播路径短,因此下古生界主要地层反射能量相对较高,得到前第三系反射的可能性较大.

在隆起区,高速的石炭纪碳酸盐岩地层覆盖在低速的泥盆纪-志留纪碎屑岩地层之上,泥盆纪之下各主要界面的反射波向上传播时,不但受到高速地层的屏蔽作用,还受到由低速地层向高速地层传播临界角的限制,当地震波的向上入射角已超过了临界角,地震波难以向上传播,最后在大偏移距接收点出现反射盲区.因此,在地震资料采集时,最大偏移距应小于出现反射盲区的偏移距.

4 多道地震资料采集

地震资料的采集是地震勘探的基础,只有采集到高质量的原始地震资料,才能为后期的处理工作和成果解释打下坚实的基础.地震资料采集质量的优劣与采集参数的合理配置有着密切的关系,目前南黄海前第三系油气处于勘探前期阶段,设计采集参数的最大追求就是千方百计地提高深部目标层的信噪比和反射能量,不刻意追求分辨率.因此在采集中应就气枪震源容量、震源和电缆沉放深度、排列长度等因素综合考虑,特别是震源子波的主频不要太高,因为低频信号的穿透能力要比高频信号强得多.

南黄海勘探目标层埋藏深、层间反射能量弱且存在高速层(强反射屏蔽层)对地震波向下传播起到了强烈的屏蔽作用,应采用穿透能力较强的大容量气枪震源.但是,在资料采集参数中不能过分强调提高气枪震源容量,因为震源容量增加了,深部弱反射信号能量得到了提高的同时,各种干扰波的能量提高得更快.很可能出现有效信号能量提高了一倍,干扰波(多次波、折射波、直达波等)有可能提高了二倍以上,处理中更难以有效消除,因此必须在得到弱反射信号能量和信噪比之间寻求一个平衡点.

研究表明[15],当气枪阵的沉放深度等于或略大于枪阵的最大气泡半径时,其激发震源子波能量最高,在地震资料的采集中采用了总容量为481.78L的组合气枪阵震源,算得该枪阵的最佳沉放深度为8m.

在枪阵沉放深度一定的情况下,电缆沉放深度的变化是影响震源子波特征的主要因素.图 4 为不同电缆沉放深度组合的震源子波频谱图,从中可以看出,在气枪沉放深度8 m 的情况下,电缆沉放深度越大,低频端能量越强,但频带越窄并且陷波点越低.根据勘探目标对震源子波具有较强的穿透能力和较大的勘探深度的要求,应采用低频能量高的震源子波.气枪8m、电缆12 m 组合,低频能量高,有效频带宽度符合勘探目标的要求,且陷波作用低,是理想的勘探组合;气枪8m、电缆14m 组合,低频能量最高,缺点是有效频带宽度窄,陷波点频率低,对有效波影响大,可能影响后续的岩性处理精度,但它更能满足深层勘探的要求;气枪8 m、电缆10 m 组合,有效频带宽度大,陷波点频率高,缺点低频能量相对较低,不能完全满足深层勘探的要求.

图 4 气枪阵震源子波频谱测试图 Fig. 4 Frequency spectrum of airgun array source wavelet

考虑到处理中提高中深层反射振幅能量、压制规则和随机干扰及提高速度分析精度的需要,采集的原始地震数据必须满足长排列长度和高覆盖次数的要求.这是因为:

(1) 深部反射波的成像质量的好坏与速度分析的精度密切相关,而速度分析的精度又与排列长度密切相关,排列长度长,速度分析的精度高,若保证较高的速度分析精度,排列长度一般应为勘探目的层的深度.

(2) 由于直达波、浅层折射波等规则干扰波与有效波的速度差异,当排列长度较大时,在地震原始记录上,这些干扰波与有效波得到了有效区分,因此大排列长度有利于避开直达波、浅层折射波等规则干扰,为在处理中识别和消除它们提供了有利条件.

(3) 南黄海层间多次波发育且与有效波混杂在一起,在中、小偏移距地震数据道上很难有效区分和识别,这也是该区域的地震资料中多次波难以完全消除的主要原因.在大偏移距范围的地震道上,由于多次波的速度低于有效波的速度,经动校正处理后,相邻道的多次波未被完全拉平而存在时差,偏移距越大,时差越大,越有利于识别和消除多次波.

(4) 深层弱反射信号的有效成像和信噪比提高的有效途径之一是提高地震记录的覆盖次数.高叠加次数在提高深层地震反射能量的同时提高了记录的信噪比[6].在海上地震资料采集中,受电缆的限制,地震道间距难以改变,同时受空压机供气和航速的限制,炮间距缩小的空间有限,提高覆盖次数只有增加排列长度.

深部弱反射信号目的层的资料采集,对影响地震资料信噪比的各种因素要给予高度重视.李庆忠[16]经过大量研究认为:当原始资料信噪比为1时,有效信号与噪声势均力敌,经处理后能得到良好的剖面反射特征;当原始信噪比等于2/3时,在记录上隐约可见与噪声混杂在一起的有效反射波,经正确和有针对性处理后,能得到可供解释追踪的剖面反射波组,目前深层野外采集工作要保证达到这一最低标准;如果原始信噪比小于1/2,在应用大量的去噪处理的技术后,资料的信噪比得到了提高,但假的同相轴同时也产生了,这样会对解释工作产生误导,这是不可取的.因此,必须严格海上地震资料采集质量,努力降低接收环境噪声背景,在海况好、风浪小和人为干扰少的环境下进行地震资料的采集,可以保证资料有较高的原始信噪比.因为深层的反射信号能量本来就很弱,如果再有较强的噪声干扰,就难以进行准确有效的叠加速度分析.如果叠加速度精度差、道集内的有效波无法校平拉直,即使再高的叠加次数,也无法提高深层弱信号的能量和信噪比、实现反射波的有效成像.

根据以上原则,结合图 2所示的反射盲区与偏移距关系,确定在采集中采用6000m 排列长度;考虑到高覆盖次数可以提高地震资料的信噪比,兼顾采集施工成本,采用37.5m 炮距、80次覆盖进行施工.为了验证理论模拟震源子波的适用性,在中部隆起上选择了重力相对低异常及磁力低异常且变化小的区域设计了实验段,进行了气枪沉放8m 条件下,电缆沉放深度分别为10m、12m、14m 的采集试验.

中部隆起(又为崂山隆起[17])地层属性与分布是地质学家关注的焦点,前期的区域性地震调查测线,发现了双程反射时间在0.5-1.0s处存在强反射界面T2,盆地内地震波组对比及坳陷内钻井标定为新近系底界面,但T2 以下主要为空白反射地震相,无层状反射特征,因而前人对该区地层发育与分布的推测众说纷纭[17],影响了对该区油气前景的评价.

2005年开始,按上述研究制定的方案,对中部隆起的海相地层地震勘探采集参数进行了海上试验,并对试验数据进行了对比分析,分析了勘探目标层反射波的频率和振幅特征、环境噪声强度等因素(表 2).随着电缆沉放深度的增加,目的层反射波归一化均方根振幅增加,但电缆沉放深度12m 与14m差异不大;目的层反射波主频、低截止频率都向低频端转移,表明低频能量的增加,改善了深部反射信号的品质.

表 2 试验资料品质对比表 Table 2 The quality of test data

对采集参数试验得到的地震原始数据,在常规处理的基础上,以统一的处理流程和参数,进行了针对性地噪声消除、精细速度分析、层间多次波压制、DMO(Dip Moveout)叠加、偏移成像等处理工作,最后对处理得到的剖面成果进行了对比分析,以验证采集参数理论模拟分析的可靠性,并为正式的资料采集参数设计提供依据.

图 5-图 7为同一东西向试验段在气枪阵沉放深度8m 条件下,电缆沉放深度分别为10m、12m、14m 的试验测线处理成果图,由于试验段存在低幅度构造和断层,而非水平地层,为避免采集方向的变化影响数据品质,试验中采用相同的施工方向采集数据.从图中可以看出,在试验段的大部分区段,三种沉放深度组合均能得到深部的反射.但在测线的西端,由于靠近断层附近,构造较为复杂,电缆沉放深度的变化,对深部的成像质量影响较大(图中圆圈所圈范围),电缆沉放深度12 m、14 m 的成像品质明显高于10m 沉放深度成像品质.

图 5 气枪8m、电缆10m 采集试验剖面成果图 Fig. 5 The test protile for the parameter of guns 8 m, stream 10 m
图 6 气枪8 m、电缆12 m米集试验剖面成果图 Fig. 6 The test profile for the parameter of guns 8 m, stream 12 m
图 7 气枪8m、电缆14 m采集试验剖面成果图 Fig. 7 The test profile for the parameter of guns 8 m, stream 14 m

由此可见,海上试验验证了理论模拟的结论,根据上述理论模拟与海上试验成果对比分析,在其他震源阵组成及沉放深度确定的条件下,采用电缆沉放12 m 或14 m 可以获得良好品质的深部地震数据.但中部隆起中-古生代海相油气调查部分区域水深在18-20m, 考虑施工安全,确定采用12m 的沉放深度进行多道地震资料采集.

按确定的采集参数,在南黄海中部隆起上进行了二维多道地震资料采集试验,经过对采集的原始地震数据精细处理后,在以前没有得到深部有效反射记录的中部隆起上获得了古生代海相碳酸盐岩地层的有效反射,取得良好的地质效果[17],有力地推进了南黄海中-古生代海相油气调查研究的进程.

5 结论

采用Zoeppritz方程计算单界面的AVO 特征,没有考虑多界面的叠合影响及地震波传播过程中的能量扩散和吸收衰减作用,与实际情况差异较大.综合Zoeppritz方程、Snell定律和地震波在传播过程中的能量扩散及吸收衰减规律,分析计算了中部隆起主要反射层的振幅随偏移距变化规律.计算得出的结果更符合中部隆起的地震反射波实际特征.

反射界面上下的物性差异、上覆反射界面的反射强度和沉积层的埋藏深度是影响地震反射振幅能量的主要因素.在中部隆起绝大部分区域,T2 界面是上第三系低速、低密度碎屑岩与高速、高密度碳酸盐岩的强反射界面,对地震波下传起到了强烈的屏蔽作用,使到达下部地层的地震波能量较小,一般只有震源子波能量的10% 以下,界面的物性差异越大,下传的能量越小.

由于高速和低速层的交互出现,对地震波的向上传播也起到了屏蔽作用,当偏移距较大时,地震波的入射角已超过了地震反射的临界角,在海平面上难以接收到高速层之下的低速层反射,出现反射盲区.发生反射盲区现象的偏移距大小与上覆地层的厚度、高速层与低速层速度差异有关,当上覆地层的厚度较大时,发生反射盲区现象的偏移距大,一般情况下,当偏移距达到上覆地层厚度的1.8-2 倍时,容易出现反射盲区现象.

高速层与下伏低速层的速度差异越大,高速层底界的反射能量越强,同时该界面也对来自于其下反射界面的地震波起到了屏蔽作用;界面上下的物性差异越大,临界角就越小,出现反射盲区现象的偏移距就越小,屏蔽作用就越大.

在进行地震资料采集时,要根据南黄海的地震地质条件和地层地球物理特征,以得到能量强、信噪比高的深部弱反射地震信号为目标,尤其在前期的勘探中,设计采集参数的最大追求就是千方百计地提高深部目的层的信噪比和反射能量,不要刻意追求分辨率.采用长排列、大覆盖次数、大容量气枪震源和较大的气枪、电缆沉放深度.排列长度应不低于勘探目标层的深度,即不低于6000 m, 覆盖次数应在80次以上.施工应选择海况较好、干扰较少的时间段进行,以保证深层弱反射信号的信噪比.

致谢

感谢广州海洋地质调查局姚伯初教授级高级工程师,中国石化勘探开发研究院张抗、王庭斌教授级高级工程师、中国海洋石油总公司龚再升、王国纯教授级高级工程师、青岛海洋地质研究所戴春山、郭振轩研究员对本项工作的指导与帮助.感谢中石化第一海洋地质调查大队完成了海上试验工作.

参考文献
[1] 王谦身, 安玉林. 南黄海西部及邻域重力场与深部构造. 科学通报 , 1999, 44(22): 2448–2453. Wang Q S, An Y L. Gravity field and deep structure in the western part of South Yellow Sea and adjacent area. Chinese Science Bulletin (in Chinese) , 1999, 44(22): 2448-2453.
[2] 王连进, 叶加仁, 吴冲龙. 南黄海盆地前第三系油气地质特征. 天然气工业 , 2005, 25(7): 1–3. Wang L J, Ye J R, Wu C L. Petroleum geological characteristics of Pre-Tertiary in South Yellow Sea basin. Natural Gas Industry (in Chinese) , 2005, 25(7): 1-3.
[3] 戴春山, 李刚, 蔡峰, 等. 黄海海域前第三系及油气勘探方向. 中国海上油气(地质) , 2003, 17(4): 225–231. Dai C S, Li G, Cai F, et al. The Pre-Tertiary and its hydrocarbon exploration targets in Yellow Sea. China Offshore Oil and Gas (Geology) (in Chinese) , 2003, 17(4): 225-231.
[4] 蔡乾忠. 中国海域及邻区主要含油气盆地与成藏地质条件. 海洋地质及第四纪地质 , 1998, 18(4): 1–10. Cai Q Z. Primary hydrocarbon-bearing basins and the pool-forming conditions in China and adjacent regions. Marine Geology & Quaternary Geology (in Chinese) , 1998, 18(4): 1-10.
[5] 吴志强. 黄海地层岩石地球物理特征及其对地震勘探技术的挑战. 中国海上油气(地质) , 2003, 17(6): 407–411. Wu Z Q. Petrophysical properties of Yellow Sea sediments and their challenges to seismic survey. China Offshore Oil and Gas (Geology) (in Chinese) , 2003, 17(6): 407-411.
[6] 戴明刚. 黄海地质与地球物理特征研究进展. 地球物理学进展 , 2003, 18(4): 583–591. Dai M G. Research progress in geology and geophysics characters of the Yellow Sea. Progress in Geophysics (in Chinese) , 2003, 18(4): 583-591.
[7] Ziolkowski A. Measurement of air-gun bubble oscillations. Geophysics , 1998, 63(6): 2009-2024. DOI:10.1190/1.1444494
[8] 罗桂纯, 王宝善, 葛洪魁, 等. 气枪震源在地球深部结构探测中的应用研究进展. 地球物理学进展 , 2006, 21(2): 400–407. Luo G C, Wang B S, Ge H K, et al. Progress in earth's deep structures exploration by air gun source. Progress in Geophysics (in Chinese) , 2006, 21(2): 400-407.
[9] 赵明辉, 丘学林, 夏少红, 等. 大容量气枪震源及其波形特征. 地球物理学报 , 2008, 51(2): 558–565. Zhao M H, Qiu X L, Xia S H, et al. Large volume air gun sources and its seismic waveform characters. Chinese J. Geophys. (in Chinese) , 2008, 51(2): 558-565.
[10] 许忠淮, 吴少武. 南黄海和东海地区现代构造应力场特征的研究. 地球物理学报 , 1997, 40(6): 773–781. Xu Z H, Wu S W. A study on present-day tectonic stress in the Southern Yellow Sea and East China Sea region. Chinese J. Geophys. (Acta Geophysica Sinica) (in Chinese) , 1997, 40(6): 773-781.
[11] 陈沪生, 张永鸿, 徐师文, 等. 下扬子及邻区岩石圈结构构造特征与油气资源评价. 北京: 地质出版社, 1999 . Chen H S, Zhang Y H, Xu S W, et al. The Lithospheric Textural and Structural Features as well as Oil and Gas Evaluation in the Lower Yangtze Area and Its Adjacent Region, China (in Chinese). Beijing: Geological Publishing House, 1999 .
[12] 李庆忠. 走向精确地震勘探的道路. 北京: 石油工业出版社, 1993 . Li Q Z. The Way to Obtain a Better Resolution in Seismic Prospecting (in Chinese). Beijing: Petroleum Industry Press, 1993 .
[13] 李庆忠. 岩石的纵、横波速度规律. 石油地球物理勘探 , 1992, 27(1): 1–12. Li Q Z. Velocity regularities of P and S-waves in formations. Oil Geophysical Prospecting (in Chinese) , 1992, 27(1): 1-12.
[14] 王建花, 李庆忠, 邱睿. 浅层强反射界面的能量屏蔽作用. 石油地球物理勘探 , 2003, 38(6): 589–596. Wang J H, Li Q Z, Qiu R. Energy shielding action of shallow strong reflection. Oil Geophysical Prospecting (in Chinese) , 2003, 38(6): 589-596.
[15] 何汉漪. 海上高分辨率地震勘探技术及其应用. 北京: 地质出版社, 2004 . He H Y. High Resolution Marine Seismic Survey Techniques and Its Application (in Chinese). Beijing: Geological Publishing House, 2004 .
[16] 李庆忠. 关于低信噪比地震资料的基本概念和质量改进方向. 石油地球物理勘探 , 1986, 21(4): 343–364. Li Q Z. The concept of low S/N seismic data and the measures for improving the data quality. Oil Geophysical Prospecting (in Chinese) , 1986, 21(4): 343-364.
[17] 张海啓, 陈建文, 李刚, 等. 地震调查在南黄海崂山隆起的发现及其地质意义. 海洋地质与第四纪地质 , 2009, 29(3): 107–113. Zhang H Q, Chen J W, Li G, et al. Discovery from seismic survey in Laoshan uplift of the South Yellow Sea and the significance. Marine Geology and Quaternary Geology (in Chinese) , 2009, 29(3): 107-113.