海上地震參數(shù)組合對接收子波頻譜的影響

翟繼鋒，韋成龍

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510760）

海上地震參數(shù)組合對接收子波頻譜的影響

翟繼鋒，韋成龍

（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510760）

子波特性是震源的激發(fā)子波及電纜的接收子波的波形特征、頻譜特征及能級特征。通過總結(jié)歷年來“南海北部中生界油氣資源前景調(diào)查與戰(zhàn)略選區(qū)”項目所采用的地震采集參數(shù)及其地震資料品質(zhì)對比來分析各種地震參數(shù)對接收子波頻譜的影響。

子波頻譜；震源容量；震源深度；電纜深度；環(huán)境噪音

震源激發(fā)的子波（激發(fā)子波）特性與震源本身的物理參數(shù)和沉放深度有關(guān)，可以通過計算模擬得到。在實際海上調(diào)查中，更關(guān)心的是經(jīng)過地層的反射、吸收衰減后，到達電纜檢波器的子波特性（接收子波）。激發(fā)子波和接收子波有較大的差異。震源激發(fā)子波的頻譜和電纜接收子波的頻譜也有較大的差異。在此，對歷年來南海北部地震勘探各種地震參數(shù)組合及其試驗效果進行分析，著重討論電纜接收到的子波頻譜特性。

一般認為，接收子波頻譜特征與震源物理參數(shù)（如槍型、總?cè)萘?、陣列結(jié)構(gòu)、工作壓力、沉放深度等）、電纜水聽器組特征及電纜沉放深度、記錄儀器濾波器選擇、地下介質(zhì)對地震波能量的反射、擴散、吸收衰減特性有關(guān)。這里所討論的地震參數(shù)組合，包括震源物理參數(shù)和電纜水聽器組特征及電纜沉放深度（因電纜水聽器組特征固定，本文不再討論）、記錄儀器濾波器選擇，為使頻譜對比具有可比性，要求地下介質(zhì)對地震波能量的反射、擴散、吸收衰減特性盡量一致，或者對比同一個記錄時間段內(nèi)的子波頻譜。

為更好地比較，在資料處理時，采用同樣的處理流程和參數(shù)，流程中沒有使用預測反褶積，對同一方向的試驗測線使用同樣的速度庫，可避免速度因素對剖面的影響。為避免疊后修飾掩蓋試驗參數(shù)的差異，沒有在疊后作任何處理。

1 不同震源容量下的接收子波頻譜對比

1.1 5080cu.in與5680cu.in震源接收子波頻譜

2007年在Bolt-5080cu.in.震源基礎(chǔ)上，設(shè)計了5680cu.in.震源。兩種容量震源的槍陣組合：每個子陣間隔10 m并排列；每個子陣6個吊點間距依次為2 m、2.5 m、3 m、3 m、4 m。

5080cu.in.槍陣第一至第六個吊點所掛氣槍容量分別為：雙90Cu.In.、單50Cu.In.、單40Cu.In.、雙60Cu.In.、雙140Cu.In.、和雙300Cu.In.。

5680cu.in.除了第六個吊點的槍容量和組合方式不同，其余與5080cu.in槍陣相同；外側(cè)兩排子陣的第六吊點為單900Cu.In.大容量長壽命槍，內(nèi)側(cè)兩排子陣第六吊點的則為單600Cu.In.。

兩個震源的容量不同，而震源深度均為8 m，電纜沉放深度均為9 m。

圖1 是二者在同一炮點1 s～3 s的頻譜，在能量下降10 dB范圍內(nèi)，30 Hz～60 Hz兩種槍陣的頻譜特征基本一樣；在10 Hz～30 Hz間，5680cu.in槍陣的能量稍高。

圖2 是二者在同一炮點3 s～6 s的頻譜，在-10 dB范圍內(nèi)，后者高頻端達60 Hz，高于前者5 Hz，低頻端（10 Hz～30 Hz）5680cu.in槍陣的能量稍高。

圖3 是二者在同一炮點6 s～9 s的頻譜，在-10 dB范圍內(nèi)，二者頻帶都不甚理想。整體而言，二者在頻帶上優(yōu)劣難分，差異不明顯。

從以上分析比較可以得出，在震源沉放8 m、電纜沉放9 m時，容量5680cu.in槍陣稍優(yōu)于容量5080cu.in槍陣。

圖1 5080cu.in與5680cu.in震源接收的子波頻譜對比圖（1 s～3 s）

圖2 5080cu.in與5680cu.in震源接收的子波頻譜對比圖（3 s～6 s）

圖3 5080cu.in與5680cu.in震源接收的子波頻譜對比圖（6 s～9 s）

1.2 5080cu.in與6400cu.in震源接收子波頻譜

2010年的兩條測線震源沉放深度均為10m，電纜沉放深度均為12 m，震源容量分別為5080cu.in和6400cu.in。圖4至圖7為同一測線剖面不同記錄深度的接收子波頻譜對比。可以看出，兩種容量震源在實際采集時，在不同記錄時段范圍，接收的信號頻率寬度相當。

在3.5s以內(nèi)，兩種震源在30 Hz～50 Hz范圍內(nèi)能量相當，而6400cu.in在5 Hz～25 Hz的能量更高；在3.5 s以上的記錄范圍，5080cu.in震源在30 Hz～50 Hz范圍內(nèi)的能量較高；而6400cu.in在5 Hz～25 Hz的能量較高。從兩種震源頻譜的曲線所包絡(luò)的面積可知，6400cu.in在5 Hz～50 Hz頻譜總能量上較5080cu.in高。

圖4 5080cu.in與6400cu.in震源接收的子波頻譜對比圖（2.5 s～3.5 s）

圖5 5080cu.in與6400cu.in震源接收的子波頻譜對比圖（3.5 s～4.5 s）

圖6 5080cu.in與6400cu.in震源接收的子波頻譜對比圖（4.5 s～6 s）

6400 cu.in在3.5 s以上的記錄深度，頻譜向低頻端移動比較明顯，勢必使得中深層地層的分辨率有所降低?？偟膩碚f，研究區(qū)主要目標層是中生界及其以下地層，犧牲少量的分辨率，得到中深層反射信號明顯的改善，是非常值得的。

2 不同震源沉放深度接收子波頻譜對比

震源容量均為5080cu.in，電纜沉放深度均為12 m，而震源沉放深度分別為7 m和10 m。通過二者可對比震源沉放深度對接收子波頻譜的影響。圖8至圖11為同一測線剖面不同記錄深度的接收子波頻譜對比。

在1 s～2 s記錄范圍，兩者在5 Hz～40 Hz的頻譜能量相當，40 Hz～60 Hz時沉放深度10 m能量較大，而在60 Hz～75 Hz，沉放深度7 m占優(yōu)勢?？傮w來說，在淺層1 s～2 s范圍內(nèi)，兩種震源沉放深度對應(yīng)的頻譜能量分布基本相同。

在3 s～4 s記錄范圍，高頻端在下降30 dB之時，沉放7 m可達到的頻率為60 Hz，沉放10 m達到的頻率為50 Hz；而在低頻端5 Hz～ 20 Hz范圍，沉放深度為10 m比7 m的頻譜能量有優(yōu)勢。

圖11 5080cu.in沉放深度7 m和10 m接收的子波頻譜對比圖（7 s～8 s）

在5 s～6 s記錄范圍，高頻端下降30 dB之時，震源沉放深度為7 m時的頻率為60 Hz，而沉放深度為10 m的相應(yīng)頻率僅為38 Hz；而在低頻端下降10 dB之時，沉放深度為7 m時對應(yīng)的頻率為11 Hz，沉放深度為10 m時對應(yīng)的頻率擴展到8 Hz。

在7 s～8 s記錄范圍，高頻端下降30 dB之時，震源沉放深度為7 m時的頻率為60 Hz，沉放深度為10 m的相應(yīng)頻率保持在38 Hz；而在低頻端下降10 dB之時，沉放深度為7 m時對應(yīng)的頻率保持在11 Hz，沉放深度為10 m時對應(yīng)的頻率擴展到7 Hz～8 Hz。

可見，增加震源沉放深度，頻帶寬度變窄，高頻端信號能量減?。坏珜τ诘皖l端，信號能量的增加是非常明顯的。相比7 m和10 m的震源深度，子波頻譜能量下降10 dB時，后者向低頻方向擴展了3 Hz～4 Hz，可以達到7 Hz～8 Hz。這對于研究區(qū)中深層低頻信號的接收非常有利。

3 不同電纜沉放深度接收子波頻譜對比

3.1 電纜沉放深度9 m和14 m時接收子波頻譜

震源容量均為5680cu.in，震源沉放深度均為8 m，而電纜沉放深度分別為9 m和14 m。通過二者可對比電纜沉放深度對接收子波頻譜的影響。如圖12所示，二者在1 s～3 s的頻譜，在6 Hz～30 Hz間，電纜沉放14 m的接收能量較9 m的高。在大于45 Hz后，電纜沉放14 m的接收能量衰減較9 m的快；在3 s～6 s的頻譜，在6 Hz～50 Hz間總體差別不明顯。在大于45 Hz后，電纜沉放14 m的接收能量衰減較9 m的快；在6 s～9 s的頻譜，二者在3 Hz～ 30 Hz間差別不明顯。在大于30 Hz后，電纜沉放14 m的接收能量衰減較9 m的快。

頻譜圖上，在中高頻端電纜沉放14 m的接收能量衰減較9 m的快。另外在炮集上進行噪音分析，電纜沉放深度較淺時低頻涌浪噪音較大，降低了中深部有效反射的信噪比，加大了數(shù)據(jù)處理的難度。

圖12 電纜沉放深度9 m和14 m接收的子波頻譜對比圖

3.2 電纜沉放深度12m和18m時接收子波頻譜

震源容量均為6400cu.in，震源沉放深度均為10 m，而電纜沉放深度分別為12 m和18 m。通過二者可對比電纜沉放深度對接收子波頻譜的影響。

圖13 和圖14 所顯示的為電纜沉放深度不同時，在不同記錄范圍的接收子波頻譜對比。

在1 s～2 s記錄范圍內(nèi)，電纜沉放12 m在40 Hz～55 Hz能量較沉放18 m高一些，而在8 Hz～15 Hz則比沉放18 m的能量低。大體上，兩者的頻帶寬度相當，約為8 Hz～45 Hz，差異較小。

在3 s～4 s記錄范圍內(nèi)，沉放深度為12 m時，頻段40 Hz～50 Hz能量較沉放18 m的高一些；而在5 Hz～20 Hz的低頻頻段，兩者能量分布相似，區(qū)別不明顯。

圖13 電纜沉放深度12 m和18 m接收的子波頻譜對比圖（1 s～2 s，3 s～4 s）

在5 s～6 s記錄范圍內(nèi)，兩者的頻帶寬度也比較相似，為7 Hz～35 Hz；在下降10 dB時，低頻端均為7 Hz～8 Hz，區(qū)別不大。

在7 s～8 s記錄范圍內(nèi)，兩者的頻帶寬度相似，基本上在6 Hz～30 Hz之間，低頻端擴展到了約6 Hz。

總體說來，沉放深度為12 m和18 m時，兩者的頻帶寬度比較相近；從頻譜曲線形態(tài)上看，在低頻端，沉放深度為18 m時稍微有一些優(yōu)勢，但是并不明顯。

4 不同電纜沉放深度時環(huán)境噪音的子波頻譜對比

為評估在不同電纜沉放深度時，環(huán)境噪音對采集地震數(shù)據(jù)的影響，2010年在東沙群島海域，開展了不同電纜沉放深度時的環(huán)境噪音干擾試驗和分析，見圖15。

電纜沉放深度為5 m時，噪音的頻譜顯示，干擾信號的頻率約為12 Hz以下；沉放深度為8 m時，干擾信號頻率下降到10 Hz；沉放深度為10 m～12 m左右，干擾信號的頻率約在8 Hz以下；沉放深度達到16 m～18 m時，干擾信號頻率穩(wěn)定在6 Hz以下。

在正常的海況環(huán)境下，電纜沉放深度達到15 m左右時，環(huán)境噪音對采集數(shù)據(jù)的干擾已經(jīng)比較小且達到穩(wěn)定。若繼續(xù)加深電纜沉放深度，干擾信號的減少已不明顯，但會讓電纜接收信號的陷波點進一步降低，不利于有效頻段信號的原始采集。

5 結(jié)論

如果不涉及勘探目標層，那么接收子波頻譜就無所謂優(yōu)劣，所以要討論不同采集參數(shù)對接收子波頻譜的影響和優(yōu)劣對比，必須瞄準側(cè)重的目標地層，以上的討論均是圍繞“所接收的子波頻譜是否有利于勘探目標層信噪比的提高”來展開的。通過以上對比，可以得出以下的結(jié)論：

圖15 不同電纜沉放深度環(huán)境噪音對比圖

5.1 震源容量

震源容量越大，主頻越往低頻方向移動。目前采用多個單氣槍、相干氣槍組成槍陣時，因總的槍數(shù)不能無限多，當震源容量增加時，勢必會加入較大容量的氣槍，因此整個震源的子波頻譜會向低頻方向移動。通過試驗對比可以得出期望頻帶對應(yīng)的震源容量。

研究區(qū)多年的勘探實踐及頻譜對比表明，中生界目標層位地震反射的優(yōu)勢信號頻率在5 Hz～40 Hz，對應(yīng)的震源容量在5000cu.in及以上比較有利。

5.2 震源深度

通過對比得知，震源深度對子波頻譜寬度的影響最大，震源沉放深度為10 m時的主頻寬度相比7 m深度減少了大約10 Hz。但同時大大加強了低頻端的擴展頻率。加深震源沉放深度，對于改善研究區(qū)目標層信噪比，效果明顯。

以目前震源的實際情況，震源深度可以達到10 m，對應(yīng)的5 Hz～40 Hz的頻率得到加強。若進一步加深深度，則震源方向特性出現(xiàn)較大變化，同時陷波點頻率更低，對期望的信號能量有較大衰減，不利于目標層勘探。

5.3 電纜深度

一般來說，電纜沉放深度越深，接收的子波主頻越低，即電纜深度加深，有利于低頻信號接收，如電纜深度分別為7 m、9 m和12 m時，差異明顯。

而對比電纜深度分別為12 m和18 m時，后者在深地層的低頻反射信號僅有微弱的優(yōu)勢，再考慮到陷波點的影響，可以認為這兩種深度對子波頻譜的影響差異較小。

從接收子波頻譜考慮，電纜沉放深度為12 m～15 m時，比較適合中生界目標層勘探；若再考慮環(huán)境噪音及目標層深度和厚度的影響，電纜深度可以達到18 m左右，但其對頻帶寬度變窄的影響不能忽視，需權(quán)衡利弊。

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2011-10-22

南海北部中生界地球物理勘探采集技術(shù)研究（2009GYXQ03-01-01）