0 引 言

经历了近50年的勘探(沿海大陆架及毗邻海域油气区石油地质志编写组，1990)，以南黄海盆地新生界油气资源勘探为目标，开展了大量的综合地球物理调查工作，仍未获得商业性油气突破.受刘光鼎院士(刘光鼎，1997，2001)提出中国油气资源“二次创业”观点和我国南方海相碳酸盐岩油气重大突破(马永生，2006)的启示，南黄海油气资源勘探目标由新生代陆相沉积盆地转到了中、古生代海相残留盆地.

区域地质研究和调查认为，作为下扬子块体主体部分的南黄海盆地，分布面积广泛的中、古生代海相碳酸盐岩及碎屑岩地层，尽管后期强烈的构造运动对油气成藏系统进行了多次改造，仍会以残留盆地的形式保留下大量的油气资源(王连进等，2005；姚永坚等，2008；戴春山，2003，2011).但是，南黄海海相残留盆地油气资源调查中还面临一系列技术问题.由于残留盆地地质演化时间长、埋深大，遭受了多期构造运动的改造作用，地质构造复杂等因素的共同影响，使地球物理勘探变得非常困难(刘光鼎，2002; 刘光鼎和陈洁，2005).地震原始资料信噪比低、成像品质差(吴志强，2003;吴志强和温珍河，2006; 吴志强等，2011)，地层物性差异小造成非震地球物理技术勘探精度差，重力、磁力勘探难以反演出主要构造界面和目标层分布，缺乏刻画复杂地质结构的技术手段(郝天珧等，2008；黄松等，2010；吴志强等，2010;徐行等，2011).

因此，南黄海海相残留盆地油气勘探的突破，必须从综合地球物理调查技术的创新做起.在地震勘探技术方法上，基于简单层状介质模型的反射地震成像理论方法，不能满足复杂地质体地震准确成像的要求，必须在地震勘探理论技术方法进行创新.特别要开展适用于构造复杂的中、古生代残留盆地油气探测的地震采集、成像处理和储层识别技术攻关研究工作.同时，要加强非地震技术方法综合应用研究，通过多种地球物理参数的综合评判，达到降低多解性，提高勘探精度的目的.

基于上述考虑，依托新一轮的海洋地质调查工作，针对性地开展了南黄海海相残留盆地油气资源前景调查的地球物理技术方法攻关研究和试验工作(吴志强和温珍河，2006;吴志强等，2010，2011)，取得了多项新的成果和认识(张海啟等，2009;魏文博等，2009；侯方辉等，2012；吴志强等，2012，2013)，为南黄海海相残留盆地油气勘探奠定了良好的基础.

1 多道地震勘探 1.1 地震勘探的主要难题

南黄海海相残留盆地地震地质条件较差，主要表现在构造复杂、地层横向非均质性强，地震波场复杂多变，偏离了建立在水平层状连续介质的地震成像处理理论基础，如地震勘探技术中的散射能量补偿、基于双曲线理论的速度分析、共中心点叠加、偏移成像等基础理论受到了挑战.基础资料特别是钻探资料的缺乏，使地震资料的解释众说纷纭，地震勘探的基础研究缺乏针对性并难以深入.

1)地震资料采集环境条件恶劣

南黄海勘探区水深在15~70 m之间，采集中为了保障水下设备的安全，电缆和枪阵沉放深度较浅，水体虚反射作用压制了地震低频信号(何汉漪，2001)，而理论研究和勘探实践证明，低频信号具有更深的穿透能力和对复杂构造的成像能力.另外，受水深小和海底底质坚硬等因素的影响，在采集过程中形成了强振幅、短周期的水体鸣震，极大地降低了原始地震资料的品质.

南黄海海域为我国的海上商业运输航道，也是海洋渔业生产的重要海域，商船和渔船星罗棋布，严重干扰了地震资料的采集作业，致使地震原始记录中的外源干扰发育.

2)地震地质条件复杂

南黄海海相残留盆地在漫长的地质演化过程中受到了多期次构造运动改造，使得构造复杂，褶皱和断裂发育，造成地震波传播路径复杂多变，原始地震记录上断面波、绕射波和侧面波等干扰波发育，极大地降低了地震原始资料品质.地层横向非均质性严重，各向异性特征明显，背离了常规地震成像处理的水平层状介质理论基础，深部目标层难以做到有效而准确地成像，处理成果剖面不能满足地质研究的需要.

3)深层地震反射信号微弱

中、新生代陆相沉积层与海相沉积层的物性差异较大，在其交界面形成了强反射界面，对地震波向下传播起到了强烈的屏蔽作用;在新生代盆地构造框架下的坳陷区，海相残留地层的埋藏深度大于4000 m，地震波的传播路径长，能量衰减严重;在隆起区，速度小于2000 m/s的第四纪和新近纪地层直接覆盖在速度5000 m/s以上的海相残留地层之上，界面的反射系数最高达0.5左右，地震波的下传能量不足10%(吴志强，2003; 吴志强等，2011)，严重削弱了目标层的地震反射能量;同时，海相目标层段的界面物性差异小，反射能量微弱;上述因素综合作用，造成目标层反射信号能量弱，并掩盖在强能量干扰波中，表现为地震反射波组连续性差、信噪比低.

因此，南黄海海相残留盆地油气地震勘探，首先要进行采集技术的攻关，尽力提高原始地震资料的反射能量和信噪比;同时加大地震处理攻关力度，提高地震资料的信噪比和成像品质.

1.2 地震采集技术

近几年来，在南黄海相残留盆地油气勘探中开展了较系统的地震采集技术攻关，初步形成了针对勘探目标的地震正演模拟技术、大容量多层气枪震源延迟激发技术、长排列深沉放地震接收技术等，为获得深部目标层有效反射信号奠定了基础.取得的主要进展与成果如下.

1)地震反射特征理论模拟分析

采用地震波动方程正演模拟理论方法，对南黄海海相残留盆地的地质地震模型进行了数学模拟分析，基本查清了主要反射界面的地震反射特征和多次波、绕射波等主要规则干扰波的形成机理;采用长排列接收目标层的广角反射信号，不仅能够避开中、近偏移距的直达波和折射波等各种干扰波，提高地震资料的信噪比，还能够接收到来自中、古生代地层的较强能量的广角反射波，提高中、深部地层的反射波能量，改善深部目标地层的成像品质(图 1)，为长排列地震接收参数的方案设计提供了理论依据.

2)气枪震源激发技术

针对海相碳酸盐岩顶界面与上覆地层巨大的物性差异引起的地震波透射能量弱，目标层埋深大引起的地震波传播路径长、能量衰减严重的勘探难题，根据低频地震信号衰减慢、穿透能力强和传播距离大的特点(佘德平等，2006，2007)，经地震反射特征模拟研究，确定了以拓展低频频带、提升低频能量和拓宽频带做为地震资料采集的主攻方向，着重开展了气枪震源激发技术的攻关研究.

气枪阵列震源是海上地震勘探的主要激发工具，理论上它的总容量越大，激发的地震波能量就越高，得到的勘探目标层地震反射波振幅也越大.在大容量气枪阵列震源中，容量大的气枪越多，激发的地震波低频能量越高.但是，大容量气枪震源也存在较大的缺点，由于大容量气枪的气泡半径大，需要将气枪的沉放在大于气泡半径的深度，才能保证气枪最佳的输出能量.当气枪的沉放深度较大时，由海平面虚反射带来的鬼波效应，压制了气枪震源的高频输出能量，降低了地震数据的频带宽度;也造成了气枪震源激发的远场子波频谱曲线在低频段振幅的跳跃式“振荡”，使频谱曲线呈“锯齿”状分布，降低了原始地震资料品质(Fromyr et al.，2009).

通过对国内外多层气枪震源延迟激发(Fromyr et al.，2009; Kragh et al.，2009; 全海燕等，2011; 赵仁永等，2011)和立体枪阵(李绪宣等，2009)技术优势总结分析，确定了采用多层气枪震源延迟激发技术来达到拓展低频频带、提升低频能量和拓宽频带的目的.通过气枪震源远场子波理论模拟分析，根据调查船的装备情况，基于4个容量为1260立方英寸的气枪阵列，组成了总容量为5040立方英寸气枪震源，设计了4组多层气枪震源组合方式(图 2上).从理论模拟的远场子波频谱图(图 2下)可以看出，与常规的平面气枪震源相比，多层气枪阵列延迟激发震源的远场子波低频带和高频带得到了拓展，振幅能量得到了提升，低频段的频谱曲线趋于光滑，也弥补了常规海上地震数据采集中因陷波而导致的降频响应.

为了进一步验证设计效果，2012年对这4组多层气枪阵列震源组合方式进行了海上对比试验.试验线选择在重力、磁力负异常区域，地层较为齐全且具有一定构造幅度的地段进行.试验中采用了8100 m漂浮电缆的长排列接收方式，以尽可能地接收来自临界角附近的低频、强能量反射信号，电缆沉放深度为12 m.

图 3为4组多层气枪阵列震源组合方式与沉放深度9 m的常规(平面)震源试验炮集记录带通滤波(滤波档为3-5-20-25Hz)效果对比图.从中可以看出，在2 s~3 s时窗的目标层反射波能量对比上，多层气枪阵列震源组合方式高于常规震源得到记录，其中以“倒三角型”13-9-7-11组合方式的能量最强，其它3组组合方式次之;气枪阵沉放深度为9 m平面震源虚反射干扰发育、地震波组的续至相位多、特征不突出;而多层气枪阵列震源组合方式由于有效地压制了震源的虚反射效应，地震波组的续至相位减少，波组特征突出.相对于平面震源的采集效果，直达波和折射多次波减少，突出了广角反射波的波组特征，同时也提高了中、深部目标层的反射品质.

图 4为位于北部坳陷ZC7井，采用新采集技术与原(常规)采集测线各向异性叠前时间偏移成像处理效果对比图，原采集的地震数据经叠后时间偏移成像处理后，在T8反射界面(印支运动剥蚀面)之下，基本上看不到有效反射;经各向异性动校正与叠前时间偏移成像处理后，成像质量有了较大的提升，在T8反射界面之下见到了前中生代地层有效反射迹象(图中所圈处);根据原采集测线的新成像处理成果，2012年采用了多层气枪震源+长排列新的采集技术，在该线段进行了采集试验，对试验资料进行了各向异性叠前时间成像处理后，T8反射界面之下的有效反射能量得到了提升，并获得了深达6.0 s的有效反射(图中所圈处)，证实了黄松等人(黄松等，2010)关于北部坳陷存在前中生代沉积地层的推测.通过对新技术采集地震资料的处理和初步解释，发现北部坳陷广泛分布厚度较大的前中生代地层，最大厚度可达8 km以上，这一发现对北部坳陷的油气资源前景评价将产生积极的作用.

3)宽线地震采集技术

在上述工作的基础上，根据陆地的成功勘探经验(张春贺等，2014)，针对制约南黄海海相碳酸盐岩地震勘探的主要难题，提出了海洋立体宽线(MTBL)的勘探技术思路(吴志强等，2012)，以期提高海相碳酸盐岩目标层的成像品质.中海石油(中国)有限公司上海分公司采用了两炮三线的拟宽线观测系统和中间放炮递减排列滚动接收的海底电缆(OBC)作业方式进行了地震资料采集，试验线处理成果剖面的成像效果显示，针对性设计的海底电缆地震采集方法通过优化的震源设计满足了屏蔽层的下传能量需求；通过宽线采集处理增加了有效信号的覆盖次数，达到了较好的噪声压制效果；通过水陆检合并在一定程度上消除了该区发育的多 次波，提高了信噪比，海相古生界地层内幕反射形态得到清晰的反映，主要地质构造界面更加清晰(高顺莉和徐发，2014)．

1.3 地震成像处理技术

通过近几年的努力，南黄海海相残留盆地地震处理技术攻关取得多方面的进展.例如，针对气枪震源的气泡效应产出的延续相位压制的确定性子波处理技术，突出地震反射波组特征;针对有源干扰、随机干扰和线性干扰的叠前综合多域噪声压制技术，在保护有效信息的前提下，消除叠前记录上的干扰波，提高资料的信噪比，突出深部弱反射信号;针对海底和强反射界面产生的强干扰多次波的配套压制技术(巩向博等，2014;宋家文等，2014)，有效压制了各种复杂多次波，突出了有效反射;针对大偏移距(长排列)和广角反射信息的弱各向异性速度分析与动校正技术，实现对广角反射信息的有效利用，提高了深部地震反射能量;针对地层横向非均质和复杂构造的叠前偏移成像技术，提高复杂构造地震成像精度.

图 5为在北部坳陷采用“正梯形”(10-7-7-10)气枪阵列震源+长排列(8100 m电缆)采集的地震N11线(测线位置如图中红色线段)，经各向异性叠前时间偏移成像处理剖面.从中可以看出，采用新的采集与成像处理技术后，陆相沉积层(T8反射波之上)的反射波组特征突出、信噪比高，断背斜构造与断裂分布特征清晰.在陆相沉积盆地的基底(T8反射界面)之下，获得了成像清晰的层状反射，初步预测其厚度在2000~6000 m，它与T8反射波组呈角度不整合接触关系，表明后期的构造运动对这些地层的改造作用非常大.值得重视的是，T8反射波之下存在厚度较大的沉积层，进一步证明了北部坳陷存在海相残留盆地，在下一步的区域地质调查中应给予更多的关注.

2 综合地球物理调查技术

南黄海海相残留盆地的油气资源调查是一个系统工程，对于一个经受多期构造运动的改造，构造样式复杂多变的勘探区，单靠多道地震难以查清残留盆地的赋存特征，且勘探成本较高.重力、磁力、地震联合反演技术是解决南黄海海相残留盆地基底起伏、宏观分布和残留厚度等问题的较为有效手段.而可控源(或被动源)大地电磁探测技术，不受高速地层强反射作用的影响，是地震勘探的有利补充工具.

2.1 综合地球物理联合反演技术

重力、磁力、地震综合地球物理联合反演主要利用精度较高的钻井与清晰地反映中、新生代陆相沉积层分布的多道地震资料，控制中、新生代陆相盆地结构，以重力、磁力反演提取基底结构特征，最后通过正演与反演迭代拟合的方法，求取残留盆地分布与宏观构造特征.

对重力、磁力位场数据的异常分离、结合岩石物性的正演模拟与反演对比，圈定残留盆地地层分布范围和厚度，是研究残留盆地特征的技术方法(徐亚等，2007).针对南黄海海相残留盆地的构造与岩石物性特征，经攻关试验形成了以维纳滤波(Pawlowski and Hansen，1990)、多尺度小波变化(Fedi and Quarta，1998)理论和方法为核心的位场转换方法，有效分离了浅源异常和深源异常;基于人机联作、交互对话平台，采用2.5维重力、磁力广义反演、界面反演和基于浅层约束的剥离反演(黄松等，2010)方法，计算求取了残留盆地的地层厚度和分布.

综合地球物理联合反演技术是地震勘探的有效补充，在构造复杂、地震成像效果差的条件下，地震解释成果和地质认识具有多解性.将地震资料的解释成果与重力、磁力资料有机融合，地震解释与重力、磁力异常特征相互印证，通过联合反演验证地震解释的合理性，指导和修正地震资料解释，有效地减少了地震解释的多解性，提高研究成果精度.

图 6为根据位于北部坳陷过ZC7井的H83线地震解释结果，按照地层的密度和磁性参数计算相应的重力、磁力异常而得到的拟合结果.由图可见，重磁异常有7处与实测不符.

经过重、磁联合反演，对地震解释结果进行了修正(图 7).在图 6中的1号区段，磁性基底AnZ在下覆对应的位置距离地表较近，但接近地表的部分磁化强度较小，因此对磁性强度进行了调整.在2号地段，此处宽约50 m的高磁异常，在地震剖面上却没有反映，根据处理资料解释此处为火山侵入体.在3号地段是磁性基底AnZ的隆起区，根据异常拟合情况，推测还存在较强磁性的隐伏岩体.在4号区段上，地震剖面T8反射界面下面显示出有效反射迹象，由于前期的地震资料成像品质差，没有给予解释认定，经过重力磁力资料的反演解释，推测此处T8反射界面之下还存在沉积地层.在6号地段，地震剖面推测的部分的AnZ地层，根据反演结果推测为K-J地层. 在7号地区，此处地震解释未给出确切的地层界线，推测为密度是2.5 g/cm³到2.52 g/cm³之间的K、J地层.

2.2 大地电磁探测技术

大地电磁探测技术(MT)是利用天然电磁场在地球内部激发的电磁感应现象，研究地下不同深度上地层的导电性结构，进而推断地层性质的一种勘探方法.它具有不受高阻层屏蔽，对低阻层分辨率高，纵向分层能力强，对低阻层反应灵敏的特点，在地震勘探的困难区域，特别是对地震波存在屏蔽的地区，是非常有效的补充勘探手段(吴健生等，2006).

南黄海海相残留盆地碳酸盐岩与上覆地层的速度、密度差异突出，对地震波的传播起到了强烈的反射作用，是造成地震品质差的主要原因之一.而碳酸盐岩的电阻率特征与其它地层差异不像速度、密度那么突出，对电磁信号没有强烈的屏蔽作用，利用大地电磁探测技术能够有效弥补地震勘探的不足，获得地震高速屏蔽层之下的地层岩石物性信息与分布特征，并与地震资料相结合提高地质调查精度.

大地电磁测深是建立在法拉第电磁感应定律基础上电磁感应类的电阻率测深，因此地层岩石的电阻率特征差异是决定探测效果的主要因素之一.鉴于南黄海钻井资料稀少，且钻探深度有限，只有一口钻井揭示了部分下古生界地层，缺乏相应的测井资料的情况，在对南黄海现有钻井测井资料统计分析的基础上，结合与南黄海地层结构相同的苏北盆地地层岩石电阻率测试数据(杨子建，1996;吴健生等，2006)，揭示了南黄海盆地存在六个个电性层(表 1).

第一电性层以中、新生代陆相碎屑岩以低阻特征为主，苏北盆地测井平均电阻率为8~40 Ω·m.其中，第四系疏松沉积层电阻率变化相对较小，在3~30 Ω·m之间，为低阻层;苏北盆地新近系和古近系平均电阻率7~50 Ω·m，夹有侵入玄武岩时，可增大到70~120 Ω·m，南黄海盆地测井揭示在1~10 Ω·m之间变化，为低阻层;苏北盆地中生界白垩系至侏罗系电阻率为10~50 Ω·m，其中白至系浦口组的电阻率相对较低，当侏罗系中含火山岩时，电阻率可高达90 Ω·m以上;南黄海盆地测井揭示在10~80 Ω·m之间变化，与苏北盆地基本一致.

第二电性层为中生界、上古生界碳酸盐岩，为高电阻率特征，苏北盆地电阻率值在200~500 Ω·m.其中，上二叠统大隆组碎屑岩电阻率为10~25 Ω·m，龙潭组煤系地层为低阻层，电阻率为5~15 Ω·m;下二叠统栖霞组电阻率600 Ω·m左右;南黄海盆地测井资料揭示中生界三叠系灰岩电阻率平均值在200~700 Ω·m之间变化，但当灰岩含泥质成分较多时，电阻率降低了10 Ω·m以下(WX5-ST1井)，呈现了低阻层特征;在其以下地层由于缺乏钻井测井资料，无法进行统计.

第三电性层为泥盆系、志留系海相碎屑岩相对低阻层，其电阻率一般为10~30 Ω·m，地层中砂质成分较多，电阻率可达100~300 Ω·m.相对海相碳酸盐岩高阻层而言，总体表现为相对低阻特征.

第四电性层为下古生界(奥陶系、寒武系)海相碳酸盐岩及元古界上震旦统高阻层，电阻率一般为200~1000 Ω·m，苏北盆地测井揭示的奥陶系下统-寒武系上统的电阻率在1000 Ω·m以上，最高可达30000 Ω·m.

第五电性层为具有低阻特征的下震旦统碎屑岩，电阻率为数十Ω·m.

第六电性层为震旦系以下的变质岩高阻层，苏北盆地测井得到的电阻率值一般为200~500 Ω·m.

综上所述，陆相中、新生界碎屑岩电性相近，大地电磁探测有效分辨困难，但对海相碳酸盐岩却有较好的分辨能力.多道地震与此正好相反，对陆相中、新生界碎屑岩有良好的分辨能力，但对深部海相碳酸盐岩地层难以有效成像和分辨.二者可以取长补短，综合利用多道地震、大地电磁探测两者技术，能够获得残留盆地的分布特征.

2006年，青岛海洋地质研究所联合中国地质大学(北京)，利用国家“863”项目自主研发的五分量海底大地电磁探测系统，在南黄海海域完成了三个站位海底大地电磁探测试验，展示了良好的应用前景(魏文博等，2009).

大地电磁探测试验点之一位于南黄海南部坳陷WX5-ST1井旁，该井终孔深度为3179.84 m，钻遇的地层为第四系、新近系、古近系、白垩系、三叠系、二叠系，从试验数据处理成果与钻探结果对比可以看出(表 2)，测井揭示该井处白垩系与三叠系青龙组电阻率在10 Ω·m左右，且电性差异较小，与预测结果相符;预测的三叠系底界面与钻井揭示的深度仅差36 m，误差小于2%;由于第四系、新近系、古近系电性差异较小，这些地层之间的界面深部难以分开，预测的深度误差达28%.这些正是多道地震可以有效分辨的地层，但多道地震对上二叠统碎屑岩以下的地层成像模糊，利用多道地震和大地电磁探测揭示的深部古生界地层纵向分布特征，为研究南黄海残留盆地的构造特征油气资源前景打下了良好的基础.

3 启 示

总结近几年来南黄海残留盆地的综合地球物理调查的成果与经验，得到几点启示如下.

1)综合地球物理技术方法是解决海相残留盆地复杂构造勘探的有效手段，每一种地球物理方法都存在自身的优势和劣势，也都存在多解性问题，并且在复杂构造条件下会更加突出.只有多种地球物理技术方法联合应用，以优势互补方式才能达到勘探目的.

2)必须坚持不懈地开展地球物理勘探理论创新和技术方法的攻关试验，针对海相残留盆地的地质地球物理特征，针对性进行勘探理论研究和技术方法创新研究，形成适用的勘探理论和技术方法，才能达到事半功倍的效果.

3)必须重视对残留盆地的岩石物性特征测试分析和地球物理特征的基础研究，分析不同的地球物理方法适用性，这样就不会盲目地进行地球物理勘探，提高勘探技术的针对性.

4)地质与地球物理有机结合是地球物理勘探取得成功的有效保障，在海相残留盆地复杂构造背景下，地球物理多解性强，结合地质理论和认识，在区域地质背景下的地球物理反演，是降低多解性、提高研究精度的有效方法之一.

致 谢 本文所展示的成果是近几年来青岛海洋地质研究所相关研究人员、老专家和相关协作单位集体努力取得的成果，对各位专家、学者和地球物理调查工作者的辛勤劳动和付出的心血表示诚挚的谢意！