地球物理学报  2014, Vol. 57 Issue (7): 2223-2234   PDF    
南海北部新生界地层的远偏移距折射波速度特征
陈江欣1,2, 张宝金3, 宋海斌1    
1. 中国科学院油气资源研究重点实验室, 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 国土资源部海底矿产资源重点实验室, 广州海洋地质调查局, 广州 510760
摘要:南海北部为张裂大陆边缘,在新生代时期经历了复杂的地质演化,具有良好油气勘探前景.本文首次利用南海北部某区域长排列地震数据的远偏移距折射波速度计算方法获得南海北部地层层速度,并进行了分析,此外,还提出了非初至折射波的概念.本方法在共偏移距剖面上识别、拾取折射波层位,得到折射波走时的横向连续变化数据,利用不同共偏移距同一折射波层位的到达时差计算该折射层位的速度结构.该方法在南海北部陆坡某区域地震资料的应用,揭示了新生界地层层速度的整体结构,反映了新生代不同时代地层的速度变化特征,为进一步利用折射层速度资料探讨南海新生代地质演化提供了新的视角.研究表明,与常规初至折射波法相比,远偏移距折射波能够提供更多的地质信息;该方法的初步应用能够对远偏移距折射波的研究提供进一步的视角.
关键词折射     非初至折射     广角反射     层速度     南海    
Far offset refractive velocity properties of the Cenozoic strata in the northern South China Sea
CHEN Jiang-Xin1,2, ZHANG Bao-Jin3, SONG Hai-Bin1    
1. Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Beijing 100029, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Ministry of Land and Resources, Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510760, China
Abstract: The northern South China Sea is a rifted continental margin. It has experienced complicated geological evolution and has been proved to have the prospect of oil and natural gas. In this paper, the velocity structures of strata in the northern South China Sea are obtained and analyzed by the velocity structure calculation of far offset refractive wave method using the long cable multi-channel seismic data collected in a northern region of South China Sea and in addition, the conception of non first-arrival refractive wave is proposed. In this method, refractive horizons are recognized; travel times of the same horizon in different common offset sections and different horizons in the same common offset section are collected. The velocity structure of the same horizon is calculated by the difference of travel-time in different common offset sections. The application of this method in a northern region of South China Sea reveals the whole velocity structure and the velocity change prosperities of the Cenozoic strata of different ages. The application provides a fresh sight using far offset refractive velocity structure to study the Cenozoic geological evolution of South China Sea. The results show that far offset refractive wave method supplies more geological information compared with the conventional first-arrival refractive wave method; the preliminary application provides a new insight for the research of far offset refractive wave method.
Key words: Refraction     Non first-arrival refractive wave     Wide angle Reflection     Interval velocity     South China Sea     Far offset refraction    

1 引言

折射波勘探是最早应用于地球物理勘探的方法.尤其在浅层工程勘探领域,折射波方法一直是较为成熟与广泛应用的物探方法(赵德亨等,2005).工程勘探一般是利用浅层折射波进行勘探,图解法与数值法为主,解析法相对较少,应用也不广泛.这类方法一般具有激发量较小,排列较短,勘探深度较浅,解释以折射波信息为主的特点,基本都是利用折射波的初至信息,例如波前法、加减法、延迟时间法、截距时间法、互换法以及广义互换法等(王鹏和薛桂霞,2007傅旦丹和何樵登,1988武利钧等,1991Piip,2001Bennett,1999Moorkamp et al., 2011Palmer,2001Lecomte et al., 2000Rao et al., 2007Franco,2005Zhang,2006).

在常规多道地震勘探中,折射波被广泛应用于静校正量的计算中,被称为折射波静校正方法(刘振宽等,1995刘伊克等,2001).由于海水的均质性,在海上地震勘探资料处理中不存在地表问题,因而很少利用折射波信息.除此之外,折射波信息还广泛应用于广角反射折射、OBS等地球深部结构的探测中,折射波信息的处理与解释主要依靠层析成像与射线追踪方法(刘福田等,2003阮爱国等,2009裴顺平等,2003吴振利等,2008张先康等,2008阎贫等,1996赵岩等,1996).

上述折射波方法更多的是利用折射波的初至信息,某些折射波信息的利用是为了辅助反射波方法能够更好成像(王小六等,2004).由前苏联西西伯利亚地球物理研究所的地球物理勘探学家们提出的共深度折射面元叠加折射波处理方法采用了反射波处理中的叠加技术对常规地震资料中的折射波信息进行处理和分析.与前述方法不同,该方法利用了非初至折射波信息,最终结果也显示该方法在折射波成像方面具有比较好的应用效果(冯太林等,2001).

初至折射波的计算方法较多,但非初至折射波的信息利用却较少,国内外这方面研究近于空白.由此,本文主要针对于长排列远偏移距域的初至以及非初至折射波的识别与利用进行研究与讨论,计算结果用于讨论南海北部新生界地层的层速度结构与其地质意义.

南海北部为张裂大陆边缘,在新生代时期经历了复杂的地质演化,具有油气勘探良好前景(姚伯初等,2004中国科学院南海海洋研究所海洋地质构造研究室,1998金庆焕,1989).随着南海油气勘探的深入,偏移距为6~8 km的长排列地震勘探已经得到了广泛的应用.由于常规地震资料处理对长排列远偏移距域的折射波并没有有效利用,本文试图利用新的折射波识别与处理方法对南海的长排列地震资料进行初步的处理与应用解释.远偏移距非初至折射波一般是时代较新的地层,在南海一般为新生代沉积地层之间的不整合面,这些不整合可揭示重要的构造-沉积事件,为新生代地层沉积与南海演变过程研究提供重要的信息(张宝金等,2010).利用远偏移距折射波提取新生界地层的高精度层速度结构,分析重要沉积地层突变界面的地质信息,对于深入南海的地质认识,特别是构造演化过程的认识将具有重要的作用(李三忠等, 2012ab程世秀等,2012李家彪,2008). 2 原理与方法

常规地震资料处理的有效性是基于小偏移距假设,而长排列地震资料的走时信息容易受到地层各向异性的影响(Yilmaz,2001),广角反射的研究表明,远偏移距的反射波走时信息与相关特征已经发生了很大的变化,其反映的地层信息也更加丰富(王小六等,2004).本文利用南海北部陆坡某区域的长排列地震资料对远偏移距初至以及非初至折射波进行研究,非初至折射波是指在炮集域中隐含在直达波以及初至折射波之下的全部折射波,即除了初至折射波之外的所有折射波,如图 1红线所示非初至折射波.

根据水平层状介质的折射波走时曲线,两层层状介质的时距曲线如公式(1)所示:

其中,v2为折射层介质的速度,v1为上层介质的速度,h为上层介质的厚度,i为临界角.n层介质的时距曲线如公式(2)所示:

其中,n为折射层的地层序号,k为从表层开始第k层地层的序号(熊章强和方根显,2002).

由上述公式可知,水平层状介质折射波时距曲线均为以折射层速度的倒数为斜率的直线,利用折射波的走时信息可以计算折射波的斜率并进一步得到折射层的速度.由于在炮集域直接识别并拾取非初至折射波走时信息比较困难(吕修亚等,2009),而同一折射波层位在共偏移距剖面中可以连续追踪,且同一条折射波层位在不同偏移距剖面中具有不同的走时信息,利用这两条性质,可以提取不同共偏移距剖面中同一折射层位的走时,根据走时时差便可以计算得到对应折射层位的速度信息.

图 1a所示单炮记录示意图,a层反射对应形成折射波c,b层反射对应形成折射波d,绿色线为初至折射波,红色线为非初至折射波.图 1b显示的是本文所使用的地震数据,炮号为3100的单炮记录.从图 1b可以看到各种种类的地震波具有类似于图 1a的分布特征,红色箭头所示的非初至折射波振幅较强,视速度偏低,追踪至基底反射层位以上的地层,表明这些折射波代表新生代层位的折射波;而初至折射波以下紫红色箭头所示的非初至折射波,能量较弱,视速度较高(见图 1b左下角小图,小图所示数据进行了振幅均衡校正),追踪至基底反射层位以下的地层,表明这些折射波代表新生代沉积基底以下深部地层所产生的折射波.整体来看,非初至折射波在共炮集的识别与计算仍然比较困难,工作量大,效率低,难以进行有效的分析与研究.由此,为了更加明确地识别折射震相,计算非初至折射波c的速度,需要分别提取偏移距为x1与x2的共偏移距剖面,并分别在x1与x2共偏移距剖面中提取非初至折射波c的走时t1与t2,利用公式(3)便可以计算得到折射层c的速度值:

图 1(a)单炮集示意图,其中绿线所示为初至折射波,红线所示为非初至折射波;(b)本文所使用地震数据炮号 为3100的单炮集数据,图中绿线箭头所示为初至折射波,紫红色、红色箭头所示为非初至折射波 Fig. 1(a)The sketch map of one shot gather. The green lines represent first-arrival refractive waves, and red lines represent non first-arrival refractive waves.(b)No. 3100 shot gather of seismic data La(Fig. 2). The green arrows indicate first-arrival refractive waves, and the plum and red arrows indicate non first-arrival refractive waves
3 应用与计算

本文使用的数据是广州海洋地质调查局于南海北部某陆坡区域采集的多道反射地震数据,测线La位置如图 2所示.地震数据的炮号为1—4350,共有4350炮,最小偏移距250 m,道间距12.5 m,采用480道接收,放炮间隔为37.5 m.本文共偏移距剖面中,横轴为单炮数据所对应偏移距的地震道序号,道间距等于炮间距,为37.5 m,纵轴为双程走时.

图 2 南海区域概图,黑色粗线为本文所用地震数据La的测线位置 Fig. 2 The regional map of South China Sea. The bold black line represents the location of seismic line La

依据前面提出的原理与方法,虽然同一折射层位只需要2个走时信息便可以得到速度信息,但是为了增加计算的对比性和稳定性,我们对同一层位进行了3个走时信息的提取.针对该数据,我们首先 利用SU(Seismic Unix)提取原始数据远偏移距在 440道(5737.5 m)、460道(5987.5 m)、480道(6237.5 m)的共偏移距剖面,并将数据导入STRATA解释软件当中,分别如图 3a,3b,3c所示.非初至折射波被掩盖在初至折射波以下,但是在共偏移距剖面中,同一折射层位在横向上具有很好的连续性,如图 3所示.其走时变化被认为能够反映实际地层的某些重要地质信息,这需要对层位进行很好的识别,并将标定层位的走时提取出来,以用于进一步的计算分析.

图 3(a)(b)(c)分别为抽取炮集域第440、460、480道,偏移距为5737.5 m、5987.5 m、6237.5 m的 共偏移距剖面.标准折射波层位1—5被识别出来,黑框所示区域层位的放大图在图 4显示 Fig. 3(a)(b)(c)show common offset sections which offsets are 5737.5 m、5987.5 m、6237.5 m respectively. St and ard refractive horizons(1—5)are recognized in these sections. Areas indicated by black frames are exp and ed and used for calculation of travel-times in Fig. 4

利用地震波的运动学与动力学特征,通过对三条共偏移距剖面的横向对比分析,具有高振幅、连续相关性、走时差异性以及时代关联性的5个标准层位被识别出来,分别为层位1初至折射波层位以及层位2、3、4、5非初至折射波层位,如图 3图 4所示,其中图 4图 3三处黑色方框处的放大图.从图 3共偏移距剖面中可以看到,初至折射波层位1的走时与比较明显的隆起构造相关,而非初至折射波层位2—5具有高振幅,横向对比相关性强的特征.层位3与层位4具有比较强的走时相关性,但是在黑框区域被层位5所截断,层位2与层位5随着地震道序号的增加其走时差异性越来越大.

为了计算上述层位的速度信息,5个层位在不同共偏移距剖面的走时信息在STRTA软件当中被提取出来,并导入MATLAB当中予以计算分析,如图 5所示.在MATLAB中,提取的走时数据被适当地进行处理以便于在MATLAB中进行速度分析与计算:(1)对无效数据予以充NaN值;(2)对同一层位的走时数据进行对齐并截断.图中同一颜色代表同一层位,同一层位在不同偏移距剖面的走时信息分别用a、b、c表示,不同层位在不同共偏移距剖面中的位置见图 3图 4.从各个层位的走时信息可以看出,同一层位的走时信息在横向上的变化具有一致性,在走时的间隔上变化不大.

图 4 图 3黑框所示区域层位的放大图.注意同一层位在(a)(b)(c)不同共偏移距剖面走时的不同 Fig. 4 Exaggeration of areas indicated by black frames in Fig. 3. Note the travel times of the same horizon are different in different common offset sections

计算折射层位的速度,实际上只需要同一层位的两个走时信息便可以得到.为了减小误差并验证速度信息的有效性,我们提取同一层位的三个走时信息进行速度的计算分析,如图 5同一层位的a、b、c走时.依据前面的原理与方法,根据公式(3),以层位2为例计算不同折射波层位的速度.如图 4所示,为了计算第2200地震道附近层位2的速度,需要提取第2200地震道处层位2在图 4中a、b、c三个不同共偏移距剖面的走时t1、t2、t3.其中Δt1=t2-t1、Δt2=t3-t2、Δt3=t3-t1,根据公式(3),将Δt1、Δt2、Δt3分别带入公式(4)中进行计算:

其中,dx=12.5 m;n=20,当Δtt1或Δt2n=40,当Δtt3.
图 5 五种颜色代表五个不同标准折射层位,a、b、c分别代表同一层位在不同共偏移距剖面的走时曲线. 注意同一层位在不同共偏移距剖面上走时(a、b、c)的一致性 Fig. 5 Five kinds of colors represent five different st and ard refractive horizons. a、b、c represent travel-time curves of the same refractive horizon in different common offset sections. Note the coherence of travel times of the same horizon in different common offset sections

图 6a为利用同一层位在460与440共偏移距剖面的不同走时计算得到的层位速度;图 6b为利用同一层位在480与460共偏移距剖面的不同走时计算得到的层位速度;图 6c为利用同一层位在480与440共偏移距剖面的不同走时计算得到的层位速度.由于层位1的数据较短,其速度结构也明显与其它层位有显著差异,因而只在后面的图示结果当中给出,如图 7所示.

图 6(a)(b)(c)分别为利用460与440,480与460,480与440共偏移距剖面的走时信息,根据公式(3)、(4) 计算得到层位2—5的速度结构.同一颜色代表同一层位利用不同偏移距走时计算得到的速度结构 Fig. 6 According to formulas(3)、(4),velocity structures(a,b,c)of horizons(2—5)are calculated from the travel times in 460 and 440 common offset sections,480 and 460 common offset sections and 480 and 440 common offset sections. The same color calculated from different common offset section groups represents the velocity structure of the same horizon

图 7 所有层位经过数据进一步处理之后得到的最终平均与平滑结果,黑线为层位1的50个地震道平滑结果, 蓝线为层位2—5的50个地震道平滑结果,红线为层位2—5的500个地震道平滑结果 Fig. 7 The average and smoothed velocity structures of all horizons by further data processing. The black lines representing the velocity structure of horizons 1 are smoothed by 50 seismic traces,the blue lines representing the velocity structures of horizons 2—5 are smoothed by 50 seismic traces and the red lines representing the velocity structures of horizons 2—5 are smoothed by 500 seismic traces

通过计算分别得到了同一层位的三组速度数据,如图 6(a,b,c)所示.从速度计算结果来看,所有层位的速度变化具有高频波动与低频走势.在某些层位的起始和终止位置有速度的突变,如层位4的右端,这是由于走时的提取错误所导致.层位5的右半段具有与左半段明显不同的速度结构特征,这可能是层位走时追踪错误所引起的.同一层位的速度在某些区段内会呈现速度的较大差别,如层位3在第2800道附近,层位4在第3500道附近,这主要是由于相邻层位的干涉所致.为了减小误差,层位的速 度结果需要进行进一步处理,主要有如下几步:

(1)删除首尾引起速度畸变的错误走时信息;(2)删除层位5右半段的数据;(3)平滑层内引起速度突然增大与减小的含有较大误差的走时信息;(4)对三组速度数据进行平均计算,减小误差,提高正确性与稳定性;(5)对数据分别进行横向50个地震道与500个地震道平滑,减弱高频波动,减小误差,提取速度结构的短周期波动信息与整体变化趋势.层位1由于数据较短,对其进行同样的处理,但是只对其进行50个地震道平滑计算,所有折射波层位速度结构的最终计算结果如图 7所示,黑线为层位1的50个地震道平滑结果,蓝线为层位2—5的50个地震道平 滑结果,红线为层位2—5的500个地震道平滑结果. 4 地质分析与讨论

南海在新生代时期经历了比较复杂的构造运动,自20世纪70年代开始许多科学家对其进行了 研究(Ben-Avraham et al., 1973Taylor et al., 1980Taylor et al., 1983Briais et al., 1993Hutchison et al., 2004姚伯初等,1994).姚伯初指出,南海北部发生过3次比较重要的构造运动,分别为中生代末至新生代早期的“神狐运动”,晚始新世的“南海运动”与中中新世的“东沙运动”.由于其处于板块边缘区与海陆过渡带,南海北部发育有一系列构造比较复杂的陆缘裂陷盆地(姚伯初等, 1998姚伯初等, 20052006方念乔等,2007).研究表明,南海北部区域富集有储量比较丰富的常规油气资源和潜在的天然气水合物资源(姚伯初等, 20042006解习农等,2011李安春等,2011宋海斌等, 2001宋海斌,2003).

地层速度信息一直是南海北部地质构造研究与 油气储量评价的重要参考,很多科学家在过去利用声纳浮标、常规地震方法以及深地震方法计算南海北部区域速度结构(阮爱国等,2009吕修亚等,2009姚伯初等, 20052006方念乔等,2007).本文首次提出利用长排列远偏移距折射波信息计算地层速度的方法,期望利用新的层速度结果描述南海北部地层的速度结构并分析其地质特征.从图 7的速 度结果来看,从左至右,层位1总体上在5000 m·s-1 附近波动,层位2从1809 m·s-1增大到2731 m·s-1,层位3从1897 m·s-1增大到2858 m·s-1,层位4从 1997 m·s-1增大到2350 m·s-1,层位5在2200 m·s-1 附近波动.从图 7速度结构与图 8b的偏移剖面结果对比来看,左侧数据反映陆坡底部区域速度结构,而右侧数据反映了陆坡上部以及部分陆架区域速度结构.前人对南海北部区域地震速度-地层顺序进行了较多的研究(中国科学院南海海洋研究所海洋地质构造研究室,1988姚伯初和何廉声, 1982姚伯初等, 20052006;),但是由于主要集中于陆架区域,陆坡区域的速度结构信息相对较少,为了更好地解释速度结果,通过利用对比陆架速度资料、向陆坡区域推演的方法对折射层位进行比对和解释.

图 7所示,层位1为初至折射波,折射波的速度结构很明显与图 8b偏移剖面中三个隆起基底与陆架区域基底有关,被解释为反映了新生代沉积基 底的速度结构,速度平均在5000 m·s-1左右,最低为 3231 m·s-1,位于陆坡坡脚区域,最高超过6000 m·s-1,位于上陆坡与陆架区域;综合来看,陆架区域其速度大 约为5000 m·s-1,陆坡区域大约为4000到6000 m·s-1 之间,陆坡坡脚偏低,这与吕修亚(2009)等利用初至折射波得到的基底速度结构较为一致.层位3、4速度结构反映陆坡与陆架区域的速度信息,层位3陆架区域速度位于2500~2800 m·s-1区间,层位4陆架区域速度位于2200~2400 m·s-1区间,通过与以往资料的对比(中国科学院南海海洋研究所海洋地质构造研究室,1988姚伯初等,1982),层位3被解释为反映中中新世地层的速度结构,而层位4被解释为反映晚中新世早、中期地层的速度.层位3在陆坡区域的速度沿陆坡向上从1900 m·s-1逐渐增大到2500 m·s-1,层位4则从2000 m·s-1逐渐增大到2200 m·s-1.层位2主要位于陆坡区域,速度变化较大,速度从约1800 m·s-1逐渐增大到3000 m·s-1左右,从速度变化趋势来看,其位于陆架区域的地层速度很有可能在3000 m·s-1以上,其地层年代很有可能是早中新世或者晚渐新世时期.层位5的速度位于陆坡坡脚,于2200 m·s-1上下波动,其速度整体大于层位2的速度,从陆坡坡脚的速度结构进行推测,其陆架区域地层速度很有可能在4000 m·s-1左右,由此可以判断其年代可能比层位2更老,有可能是始新世时期.

为了对比层位的速度横向变化速率,利用50个地震道平均方法计算了各个层位的速度横向变化率,如图 8所示;其中,图 8a为5个层位的横向速度变化率,图 8b为对应地震数据的偏移剖面结果.从结果来看,中生界基底层位1的横向速度变化率较大,层位左边部分变化较大,层位中部两部分层位的速度变化率为正,主要分布在0~0.5 s-1,层位右边部分层位的变化率分布于-0.5~0.5 s-1之间.层位3与层位4的变化率变化趋势具有一致性,表明沉积层位在地层沉积以及后期作用阶段具有相似的沉积规律,但是在右侧陆架区域,其变化率也略有不同.整体来看,它们的速度变化率较小,主要分布在-0.02~0.02 s-1之间,与层位1相比,相差约25倍.层位2与层位5从速度变化率来看,左侧也具有相似的变化趋势,其变化范围与层位3、4相比偏大,其主要分布于-0.04~0.04 s-1之间,与层位3、4相比,相差约1倍.从变化率来看,地层较老的地层其速度横向变化较大,这也从侧面反映了层位2、5的年代比层位3、4相对偏老.

图 8(a)利用50个地震道平均计算方法计算得到的各个层位的速度横向变化率结果; (b)地震数据的偏移剖面结果 Fig. 8(a)The rate of the horizontal velocity change of each refractive horizon calculated by the average of 50 seismic traces.(b)The migrated seismic section of line La

综合上述分析,将各个层位的速度-年代对照表列出,如表 1所示.

表 1 折射层位的速度-年代对照表 Table 1 Velocity-age table of the refractive horizons

中生代末至新生代早期的“神狐运动”产生一系列的NE向的断陷和隆起构造,层位1反映的正是“神狐运动”的新生代沉积基底隆起的速度特征,陆坡区域的速度偏低而陆架区域的速度偏高并且相对来讲比较稳定.南海第二次构造运动“南海运动”发生在晚始新世时期,层位5于右侧中断,可能在一定程度上受到不整合面地层折射信息比较复杂的影响,陆坡坡脚速度值显示其可能在沉积时期沉积速率较快,后期的沉积压实程度并不高,速度横向变化率较大反映了地层压力可能在横向上的不均衡性,进一步证明了始新世地层仍然处于压力不均衡的欠 压实状态.南海第三次区域构造运动“东沙运动”发生在中中新世末期,层位2早于层位3晚于层位5形成,其连续性比层位5较好,但是其速度特征与层位5相似又明显与层位3不同,其速度在陆坡区域变化较大,可能显示“南海运动”后期构造运动缓和,但是仍然不平静,沉积速率仍然较大,地层仍然处于欠压实状态,地层压力在横向上不均衡性更强.层位3与层位4速度结构相似,地层连续性较好,速度变化率较低,表明“东沙运动”后,构造运动趋缓并稳定,沉积环境比较稳定,地层压力的横向不均衡性较低,地层的沉积压实情况可能较好.应该注意的是,速度数据的横向变化可能也会因水深变化、地层界面起伏、地层倾斜等因素引起.但是,从图 8b偏移剖面中可以看出,新生代沉积基底起伏较大,但是新生代沉积除了早期地层起伏较大以外,其余沉积层均与海底近似平行,而这可以反映出水深、地层界面起伏以及地层倾斜对速度的变化更多的是长波长趋势性的影响,而对于细节的横向变化解释影响或许不大.为了得到更好的速度结果,这些影响因素需要进一步进行考虑、研究与验证.

南海北部区域是常规油气与天然气水合物资源的有利勘探区(姚伯初等, 20042006解习农等,2011李安春等,2011宋海斌等, 20012003).含天然气水合物地层速度具有异常高的特性,含油气储层具有低速、低频的特征,欠压实地层能够为油气的生成、运移与储存提供更优越的条件和环境,通过速度结构的变化能够根据经验公式或者模型对油气资源的预测与评价提供重要信息(姚伯初等,2004解习农等,2011梁劲等,2006).从速度结果来看,层位2与层位5具有更明显的欠压实特征,是良好的油气源地层,而层位3与层位4压实程度较高,具有良好的盖层特征,由此可以推测层位3——中中新世地层是良好的油气勘探目的层位.层速度的横向变化能够为目的层异常高速与低速层的标定提供帮助,进而能够为储层油气聚集区域的标定提供参考.如图 7,层位3、4在第3300道附近具有速度异常低的特征,可能与流体聚集有关.该方法的初步应用能够对油气的勘探与开发提供有效的参考,当然,解释结果还需要进一步结合其他方法进行分析.

综合来看,层速度结构与速度横向变化率资料能够揭示层位的年代特征与其地质构造演化情况,这能够为南海地质演化研究提供重要的参考.如果能够增加层位数量并进行更多的计算与分析,其反映的地质信息也将更加丰富,折射层速度信息也需要进行更好的分析与研究.该方法如果能够进一步与反射方法结合进行地质层位与油气资源的分析与研究,将发挥更大的作用与应用价值. 5 结论与建议

本文利用长排列地震资料共偏移距剖面进行识别与拾取折射波,并根据折射波的走时特征进行折射层位层速度资料的计算与地质分析.该方法是利用长排列常规地震资料远偏移距折射波信息进行折射研究的初步尝试.随着长排列地震资料的增多,该方法能够为长排列地震资料中折射波信息的利用与研究提供初步的研究方法与思路.从结果来看,由该方法得到的层速度资料的速度结果质量与反映的地质信息要优于反射地震资料的计算结果,层速度结果与其横向变化能够提供更多的地质信息用于油气预测与评价和地质演化的研究.

本文利用南海北部陆坡的数据对方法进行了应用与分析研究.主要得到了如下结论:(1)分别识别了四个非初至折射层位以及一个初至折射层位,并根据其速度结构初步对其进行了年代定位,结果如表 1所示.(2)南海重要的三次构造运动,“神狐运动”、“南海运动”“东沙运动”分别对应层位1、层位5与层位3的速度结构.(3)层位1的速度结构反映了“神狐运动”导致的大范围隆起,层位5与层位2反映了“南海运动”后期的不稳定地质环境,沉积速率比较快,直到现在地层仍处于欠压实的横向不均衡地层压力环境.层位3与层位4反映了“东沙运动”后相对稳定的沉积环境,地层连续性较好,沉积压实情况较好.(4)同一地层层位的地层速度,陆坡的速度值一般比陆架区域的偏低;地层层速度横向变化率的量级能够反映地层的相对年代,量级更高的地层其地层年代相对较老,如表 1所示;(5)“南海运动”后期沉积地层是重要的油气来源,“东沙运动”后沉积地层可能是较好的油气储集盖层,是良好的勘探目的层位.(6)层位3与层位4在第3300道附近具有异常速度低的特征,可能与油气的聚集有关.

该方法的应用结果显示,折射波层速度结果能够为地层结构、地质演化提供重要的有价值信息.作为初步尝试,远偏移距折射波研究在方法以及应用方面需要进行进一步的研究与探索.例如,在方法方面,远偏移距折射波与反射波的分离、折射波的层位成像、折射波的速度谱成像、折射波与反射波的结合成像与层位解释等;在应用方面,折射波大范围应用于南海数据对于揭示南海不同构造运动时期的地质特征,折射波速度资料可应用于天然气水合物速度特征研究与常规油气预测与评价方面的理论研究与应用实践等.

致谢 感谢广州海洋地质调查局资料处理研究所提供南海北部相关地震数据,感谢研究所冯震宇所长,测绘室关永贤主任为作者在广州研究期间提供的 支持与帮助.此外,本文使用SEISMIC UNIX以及MATLAB 等工具对相关数据进行处理.
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