1、随 着海洋地震勘探从侦察 、 概查进入普查和详查阶段 ， 主要采集参数的选取成为海上勘探的一个关键环节 。 采集参数选取的优劣直接关系到野外地震资料质量的高低 。 针对不同的工区地震地质条件和调查目的 ， 海上地震勘探需要采用不同的采集参数组合 。 当前 ， 深水油气和水合物勘探成为海洋地震勘探的重点 ， 需要针对复杂的陆坡地质构造特点有效选取采集参数 ， 并且加以验证1。 我们通过多年实践 ， 总结了较为实用有效的方法和流程 。 本文以南海北部某调查区新生界油气资源二维地震调查项目的采集参数选取过程为例 ， 说明参数选取过程以及需要注意的问题 。1 地球物理模型的建立地球物理模型的建立必须针
2、对我们所要研究海上地震勘探主要采集参数的选取与验证 以南海北部某调查区为例罗文造，韦成龙，王立明，杨蜀冀（广州海洋地质调查局 ， 广东 广州 510760）摘要 ： 采集参数选取的优劣直接关系到野外地震资料质量的高低 。 作者经过多年海上地震调查实践 ， 总结了一套实用的采集参数选取原则与验证流程 。 首先结合南海北部某调查区以往的地震和地质资料分析 ， 建立了典型的地震地质结构模型 ； 根据现有调查设备的性能 ， 利用专业软件 Nucleus6.2 模拟对采集参数选取的理论计算 ， 比较不同采集参数组合的模拟结果 ， 选择有利于调查任务的参数组合 。 对海上生产前模拟选用的采集参数组合做试验
3、和验证 ， 确定了最适合的参数作业 。 运用该套原则和流程精心设计 ， 实验获得了高质量野外资料 。关键词 ： 海上地震勘探 ； 采集参数 ； 地球物理模型 ； 软件模拟 ； 野外参数试验 ； 验证中图分类号 ： P738 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1009-5470（2009）04-0093-09Selection and validation of the main acquisition parameters in marine seismicexploration： a case on land-slope deep water area in northern South C
4、hina SeaLUO Wen-zao， WEI Cheng-long， WANG Li-ming， YANG Shu-ji（Guangzhou Marine Geological Survey Guangzhou 510760）Abstract: The authors have summarized a set of rules for choosing and verifying the main acquisition parame-ters in marine seismic exploration based on previous experiences of long-term
5、 practice. Firstly， an analysis iscarried out for the selected area to establish a representative seismogeological model using various seismicand geologic information. Considering the current devices performances and options， they use a professionalsimulation software， Nucleus 6.2， to compute source
6、 parameters and to compare the response to variouscombinations of acquisition parameters， in order to choose a combination that is best adaptive to certaintask. An actual exploration test is also carried out to verify the parameters combination chosen from thesimulation test. Finally， the authors se
7、lect the optimum Parameters combination and obtain quality data forproduction.Key words: Marine seismic exploration； acquisition parameters； physical geography model； softwaresimulation； field parameters test； validation收稿日期 ： 2008-10-26； 修订日期 ： 2009-01-21。 卢冰编辑基金项目 ： 国家 863计划 （20060109A10020101）； 中
8、国科学院知识创新工程重要方向项目 （kzcx2-yw-203-01）作者简介 ： 罗文造 （1969）， 男 ， 广东省兴宁市人 ， 高工 ， 主要从事海洋地震勘探管理工作及采集技术方法研究 。 E-mail： Vol.28， No.4July ， 2009热 带 海 洋 学 报JOURNAL OF TROPICAL OCEANOGRAPHY第 28 卷第 4 期2009 年 7 月热 带 海 洋 学 报 第 28 卷和调查的目的层 。 南海北部陆坡深水区位于陆架前缘东沙隆起 、 番禺低隆起 、 神狐暗沙隆起以南 。 北接南海北部陆架 ， 南靠南海深海盆 ， 西起南海西部陆架 ， 东临台湾岛
9、， 呈 NE 向展布 。 区内大部分水深在 2003 000m 之间 ， 局部超过3 000m。 地形单元包括向南海洋盆倾斜的陆坡及部分陆架外缘坡折带和深海平原 。 陆架外缘坡折处水深不一 ， 水深变化 150300m。 陆架外缘至陆坡的过渡带比较平缓 。 珠江口一带陆架外缘水深 200m 左右 。 陆坡以南的深海平原水深大于3 000m， 海底地形比较平坦2。本次调查的目的层为新生界和前新生界 ， 最大目的层深度在 11km， 最大地震双程反射时间在 6 秒左右 。 综合该海域附近以往的地震 、 重力 、 磁力解释剖面 ， 进行岩性 、 速度分析 ， 通过时深转换 ， 获得地质解释深度剖面
10、， 确立工区地震与地质属性的预测性空间分布模式 ， 再对地质解释深度剖面进行合理简化 ， 获得地球物理模型 。 如下图 1， 对模型选取两个典型论证点 A、B， 获得控制该工区的地震资料参数如下表 1、表 2。通过建立地球物理模型 ， 我们获取并融合了层 位 层 速 度 /（ms-1） 深 度 /m 倾 角 / 最 高 频 率 /Hz 主 频 /HzT604 600 6 000 4 55 40T805 000 8 500 10 46 35Tg7 000 11 000 10 37 25表 2 论 证 点 B （NH-3 测 线 炮 号 1101， 地球物理模型的高点 ） 的地震资料参数Tab.2
11、 Seismic data parameters at Point B （Shotpoint1101 in LineNH-3， high point of geophysical model）层 位 层 速 度 /（ms-1） 深 度 /m 倾 角 / 最 高 频 率 /Hz 主 频 /HzT604 100 3 500 3 68 50T804 600 3 700 5 60 46Tg5 500 4 000 2 54 40表 1 论 证 点 A （NH-3 测 线 炮 号 346， 地球物理模型的低点 ） 的地震资料参数Tab.1 Seismic data parameters at Point
12、A （Shotpoint346 in LineNH-3， low point of geophysical model）94第 4 期工区海水深度 、 目的层预测深度 、 地层声波速度以及以往调查资料处理时采用的地震波主频和最高频率等信息 ， 为下一步的采集参数软件模拟提供了比较可靠的前期数据 。2 地震采集参数的初步确定经由理论计算并借鉴以往试验成果 ， 可以确定的地震采集参数3有最小炮检距 、 最大炮检距 、 道间距 、 电缆排列长度 、 覆盖次数 、 数据记录长度 、 数据采样率等 ， 简单说明如下 。2.1 最小炮检距炮点与电缆第一道 （近道 ） 之间的距离 ， 应该小于最浅的目的层深
13、度 。 最小炮检距大一些可以有效地避开震源和作业船产生的部分噪音信号 ， 但有可能损失有用的浅层有效信号 ； 在浅水区若最小炮检距过大 ， 会导致直达波与海底反射波混叠 ， 难于追踪海底 。2.2 最大炮检距炮点与最远一道之间的距离需要考虑以下几个因素4。（1） 保证时距曲线近似为双曲线 ： 一般最大炮检距取值为勘探目的层深度的 0.71.0 倍 。（2） 能获得较高精度的速度分析 ： 当炮检距约为勘探目的层的埋深时 ， 射线速度等于均方根速度 ， 也就是说这时的均方根速度可以认为是准确的 ， 此时的炮检距就是所要选用的最大炮检距 。（3） 动校正拉伸畸变尽量较小 ： 当最大炮检距为目的层埋深
14、的 0.7 倍时 ， 动校正拉伸为 6.12%； 当最大炮检距为目的层埋深 1.0 倍时 ， 动校正拉伸为 12.5%。（4） 反射系数变化尽可能不大 ： 反射系数随炮检距不同而发生变化 ， 当炮检距小于某个数值时 ， 反射系数几乎没有变化 ， 应当选取这时的炮检距 。 反射系数可以通过佐普里兹方程来求取 ，它约为勘探目的层的埋深 。（5） 远道的高频衰减要尽可能小 ： 地震波的吸收和衰减随着纵向和横向传播距离的增大而增加 ， 使高频信息能量变得很弱 ， 降低了分辨率 。2.3 道间距选择道间距应以在地震记录上能可靠辨认同一有效波的相同相位为原则 ， 主要取决于相邻道上记录形状的重复性 、 有
15、效波与干扰波及随机振动背景的振动关系 、 波到达相邻道的时差 、 波的视周期和横向分辨率等4。 为了能同时可靠地追踪深层和浅层的反射波 ， 道间距的最大允许值x 应以浅地层反射波的视速度 V*和最大视频率f*来计算 xV*/2f*。对工区以往资料进行频谱及速度分析可知 ，有效反射波视频率分布范围 （以 6dB 计算 ） 为670Hz； 浅地层层速度值为 1 8002 400m/s。道间距 x1 800 （270） 12.85m。国内海洋地震电缆最小道间距为 12.5m， 计算结果表明采用 12.5m 道间距已完全满足采集精度要求 。2.4 电缆排列长度根据勘探最深目的层深度确定 。 对于海上地
16、震来说 ， 确定了最小 、 最大炮检距以及道间距 ，也就是确定了电缆排列长度 。2.5 覆盖次数当海底地层比较平缓时 ， 覆盖次数的增加 ，可以提高对多次波的压制效果 ， 特别是有利于压制和反射波速度相差较大的多次波 ， 虽然不能提高分辨率 ， 但是可以提高信噪比 ； 另外采取较高的覆盖次数 ， 能够充分压制高频环境噪音的干扰 ， 增加目的层的有效反射能量 。 而对于海底地形 、 地层起伏急剧变化的情况 ， 较高的覆盖次数反而会降低多道叠加效果 。在确定覆盖次数的时候需要考虑其他参数的可行性 ： 最小炮检距 、 最大炮检距 、 道间距 、 电缆排列长度 、 炮间距 。2.6 数据记录长度根据预
17、测的最深目的层的深度 （即最深目的层地震波的双程旅行时 ） 来确定 ， 采用的数据记录长度 ， 要确保能够完全记录到最深目的层的信号 。 其他参数 （炮间距 、 船速等 ） 会受到数据记录长度的制约 ， 需要综合考虑 。 如在本例中 ， 最深目的层 （图 1 中 A 点 ） 的信号在 6 秒 左 右 ，在实际作业时采用 8 秒记录长度即可满足要求 。2.7 数据采样率从地球物理模型以及以往资料处理提取的信息 ， 能够知道目的地层的地震波信号主频 、 最高频率 。 再根据采样定理 ， 算出需要的数据采样率5。罗文造 ： 海上地震勘探主要采集参数的选取与验证 以南海北部某调查区为例 95热 带 海
18、 洋 学 报 第 28 卷3 利用软件进行模拟目前市场上有多款地震勘探设计和模型分析软件 ， 如美国 I/O 公司的 Mesa， 北京克浪公司的KLSeis， 挪威 PGS 公司的 Nucleus 等 。 Nucleus6.2地震建模和调查设计软件包含了大量用于海洋地震调查的各种震源 、 电缆 、 接收仪器型号的技术参数 ， 可以根据现有设备的性能选择相应的参数类型 。 本例中我们采用 Nucleus6.2 进 行 震 源 型号 、 震源容量 、 震源电缆组合深度 、 电缆和接收仪器型号等参数的模拟 。3.1 震源子波 、 频谱模拟震源的子波 、 频谱与震源单枪类型 、 单枪容量 、 相干组合
19、 、 气枪压力 、 枪阵排列方式 、 枪阵容量及沉放深度等因素有关 。 本例中根据现有枪阵的性能进行模拟 。 图 2 为国土资源部广州海洋地 质 调 查 局 “ 探 宝 号 ” 地震调查船使用的5080in3大容量 BOLT 气枪震源结构示意图 。 该枪阵包括 40 支气枪组成 ， 当使用其中相邻的三排子阵时 ， 即可变为 3810in3常规震源 。3.2 综合参数模拟单独对震源进行模拟 ， 可以比较不同震源的子波 、 频谱特性 。 在生产中还需要考虑组合滤波效应 、 鬼波效应 、 噪音强度 、 反射能量 、 地下岩性等 ， 进行综合参数的模拟有利于逼近真实的地震作业环境 ， 得到的结果对下一
20、步野外采集参数试验有更好的参考作用 。综合参数包括震源特性 、 震源容量 、 震源电缆组合深度 、 电缆和接收仪器型号等参数 。 图3图 6 为综合参数模拟结果 ， 各图中 ： 主周期代表子波的时间跨度 ， 即周期长度 。 经过 Nucleus软件模拟 ， 可以将效果不好的参数组合排除 ， 在下一步野外试验中不再考虑 ， 如将子波特征较差 、 频带宽度相对窄 、 对主频信号接收较弱的组合剔除 。4 野外采集参数试验野外采集参数试验是为了验证之前建立地球物理模型的合理性 ， 软件模拟结果的可靠性 ， 并在此基础上 ， 对野外试验资料进行处理和对比分析 ， 选择适合工区目的层调查的最佳参数组合 。
21、4.1 试验资料采集试验测线的选择 ， 尽量使其具有工区地震地质条件的代表性 ； 如果工区跨度较大 ， 作业环境 、 海底地形 、 目的层埋深等因素变化大 ， 可在96第 4 期 罗文造 ： 海上地震勘探主要采集参数的选取与验证 以南海北部某调查区为例 97热 带 海 洋 学 报 第 28 卷98第 4 期工区内不同位置部署数条试验测线 ， 以更好地控制全区资料采集效果 。另外 ， 为使各参数组合有较好的可比性 ， 当两组参数组合中只有一个参数变化时 ， 尽量采取同一方向试验资料采集 。4.2 资料处理与对比分析对每条试验测线资料的电缆近中远道 、 单炮记录的浅中深信号等进行频率扫描 、 频谱
22、分析 ，确定处理流程 ； 在同样的流程下得到每条试验测线的单次剖面和初叠剖面 。 对比各组参数的频谱能量和范围 、 剖面的品质 ， 确定正式作业采用的地震参数 。 为使分析结果有较好的可比性 ， 在处理中要求 ： （1） 对所有试验线 ， 采用同样的流程和参数 ， 不使用参数随机变化的处理模块 ； （2）同一方向的试验线使用同样的速度库 ； （3） 叠后不作任何修饰处理 ， 避免人为因素影响剖面 。对比各试验测线的单炮频谱 ， 如下图 7， 选择新生界目的层反射波频谱能量相对较高 ， 频带宽度较大的参数组合 ； 对比各试验测线的叠加剖面 ， 如下图 8、 图 9 剖面效果 ， 选择能相对清晰反
23、映目的层信号的参数组合 。 两方面考虑 ， 确定工区地震作业的采集参数组合 。5 采集参数选取验证经过建立地球物理模型 、 利用软件进行模拟等理论计算 ， 以及野外采集参数试验 ， 选取最适合工区目的层的采集参数组合 。 而验证参数组合优劣的途径就是分析地震勘探采集资料品质的优劣 ， 检查是否满足清晰揭示目的层的要求 。在本例中 ， 最终确定的采集参数组合见下表3。 而从野外作业中采集到的资料品质观察 ， 验证了所选取的采集参数组合能够满足作业的要求 ， 如下图 10。6 结论1） 海上地震勘探主要采集参数的选取步骤包括建立地球物理模型 、 利用软件进行分析 、 野外采集参数试验 、 采集参数
24、选取验证 。2） 通过地球物理模型了解工区海水深度 、目的层预测深度 、 声速 、 地震波主频和最高频率 ， 经由理论计算并借鉴以往试验成果 ， 可以基本确定最小炮检距 、 最大炮检距 、 道间距 、 电缆排列长度 、 覆盖次数 、 数据记录长度 、 数据采样率等采集参数 。3） 地震勘探设计和模型分析软件对海上地震勘探采集参数的选取有很大指导作用 ， 能够排除不好的参数组合 ， 优选利于野外资料提高质量的参数 ， 使野外试验目的性更强 。4） 野外采集参数试验能检验地球物理模型的合理性 、 软件模拟结果的可靠性 ， 最终选择适图 7 试验测线单炮频谱对比 （新生界目的层 1.53.5s）Fi
25、g.7 Comparison of single-shot spectrum among test lines （target layers of Cenozoic Era 1.53.5s）罗文造 ： 海上地震勘探主要采集参数的选取与验证 以南海北部某调查区为例 99热 带 海 洋 学 报 第 28 卷100第 4 期合工区目的层调查的最佳参数组合 。5） 资料采集效果能直接验证参数选取的优劣 ， 对工区往后的地震勘探作业有一定借鉴作用 。6） 海上地震勘探各采集参数之间往往互相制约 ， 在选取时需要综合考虑 。7） 选取参数必须有明确目的性 ， 不存在一套采集参数组合能兼顾所有浅 、 中 、
26、 深等地层的资料品质 。参考文献 : 1 温 宁 ， 张志荣 ， 罗文造 . 深水油气地球物理勘探技术 R .课题研究技术报告 ， 2003： 1718. 2 周绪文 . 反射波地震勘探方法 M. 北 京 ： 石 油 工 业 出 版社 ， 1989： 108123. 3 刘 馥 . 地 震 勘 探 导 论 M. 北 京 ： 地 质 出 版 社 ， 1990：9194. 4 李庆忠 . 走向精确勘探的道路 高分辨率勘探系统工程剖析 M. 北京 ： 石油工业出版社 ， 1994： 3335. 5 赵秀鹏 . 海洋气枪震源组合及子波模拟 J. 油气地质与采样率 ， 2004， 11 （4）： 3638表 3 采 集 记 录 参 数Tab.3 Data acquisition parameters采集记录参数选项 参数值接 收 道 数 channel 480道 间 距 m 12.5*覆 盖 次 数 80*炮 间 距 m 37.5*采 样 率 ms 2*记 录 长 度 s 8*震 源 容 量 in35080工 作 压 力 MPa 138*震 源 沉 放 深 度 m 6电 缆 沉 放 深 度 m 8最 小 偏 移 距 m 250注 ： 带 “*” 号为试验后确定的参数 。共深度点 CDP罗文造 ： 海上地震勘探主要采集参数的选取与验证 以南海北部某调查区为例 101
