海底地震观测系统设计方法研究_伍忠良

第31卷第2期2011年03月
西安科技大学学报
J OURNAL OF X I.AN UNI V ERSI T Y OF SCI E NCE AND TEC HNOLOGY
V o.l31N o12
M ar12011
文章编号:1672-9315(2011)02-0194-04
海底地震观测系统设计方法研究*
伍忠良1,马德堂2,沙志彬1
(1.广州海洋地质调查局,广东广州510760;2.长安大学地测学院,陕西西安710054)
摘要:海底地震仪(OBS)可以获取纵波、转换横波等多种有效的地震波信息。

丰富的多波勘探信息对于弄清水合物内部速度结构、提高地层的分辨率具有重要意义。

海底地震观测系统设计的主要研究目的是为海底地震数据采集提供最佳的海底地震仪分布形态、分布间距等观测系统参数。

本文中结合国外OBS在天然气水合物中的应用成果,采用射线追踪法,实现了海底地震观测系统设计,取得了较好的应用效果。

关键词:天然气水合物;海底地震仪;观测系统设计
中图分类号:P315.61文献标志码:A
1发展现状与观测系统设计的意义
1992年欧盟成立的欧洲大陆边缘水合物储量预测技术委员会(HYDRATECH),于当年6~7月在挪威外海斯瓦尔巴特(STOREGGA)滑塌区(水深840~1150m),采用海底地震仪(OBS)进行了针对天然气水合物的二维地震和三维地震数据采集,使用的海底地震仪有法国地调局的M icr O bs,德国K.U.M.-Obs 以及海底高频检波器等设备,一共采集了2次。

第1次于6月22日~7月3日,进行了三维地震与M-i c Obs的联合采集,针对天然气水合物特定的目标体,使用了3@7矩阵排列,其排列间距为400m,如图1所示。

第2次于7月7~20日,采用OBS进行了二维地震数据采集。

OBS间距根据地质目的而呈现不等间距排列。

调查资料为后续天然气水合物速度结构分析提供了较好的纵、横波研究资料[1]。

2001年英国BP公司在墨西哥湾雷马油田(ThunderH orse O ilF ield)采用OBS进行了三维地震联合采集,使用了80台G eoPr o OBS,组成了8@10OBS方阵,排列间距为400m,获得了良好的纵横波信息[2]。

可见,无论是深海油气勘探,还是天然气水合物调查,尽管投放海底的OBS的个数有限,但通过合理安排OBS布设方式、排列间距、炮点及炮线间距,可以获得比较好的纵横波及其转换波的有效信息。

2观测系统设计的方法与步骤
这里主要采用射线追踪方法获得OBS能接收到的各类波的射线路径、旅行时、面元叠加次数等运动学参数,根据这些参数综合判定观测系统的优劣,继而选取最优的野外采集观测系统。

射线追踪方法较多,主要包括求解初值问题的/打靶法0(Sa m bri d ge,Kennet,t1990)[3]、求解边值问题的/弯曲法0(Per-eyraet a,l1980)[4]和基于程函方程的波前法(V ida le,1990)[5]等。

鉴于三维射线追踪方法耗时多,这里采用/二维拟三维0的方法,即在以往天然气水合物调查的基础上针对特定的水合物目标体建立三维地质模型,然后沿多个特定方向切取二维地质剖面,按野外采集的作业方式以及不同的OBS间距与分布形态,用/打靶法0进行二维射线追踪,再统计分析OBS分布区间内各类波特别是转换横波的面元叠加次数,据此判断OBS间距与分布形态的合理性,并确定最优的OBS的间距与分布形态,从而实现观测系统设计,具体步骤如下。

*收稿日期:2010-06-10
基金项目:国家/8630计划重大项目(2006AA09A202)
通讯作者:伍忠良(1967-),男,湖南安乡人,高级工程师,主要从事海洋地质地球物理勘察研究.
第2期伍忠良等:
海底地震观测系统设计方法研究图1 HYDROTEC H 天然气水合物联合采集观测系统
F ig 11 Co m b i ned collecti on layout for gas hydrates by HYDROTEC H
(a)观测位置 (b)观测系统
2.1 选定目标体
在天然气水合物研究过程中,地震技术方法是最主要的研究方法之一[6]。

自1999年以来,国内科学家在我国南海北部陆坡进行了大量的天然气水合物的研究工作,采用高分辨率二维地震调查技术,初步圈定了天然气水合物的分布范围。

之后,又进行了二维加密地震调查,测网密度达到1km @4km,初步选定了天然气水合物试验区。

并建立了区内主测线和联络测线相应的二维地质模型(如图2(b)),一共14条测线;根据各测线上水合物的分布情况,优选了2个地质目标体(如图2(a)),将目标1作为本次试验的重点研究对象。

拟通过对OBS 观测系统的研究,获取有效的纵波及其转换横波的资料,从而进一步弄清与水合物有关的似海底反射层(BSR )及其邻近地层的速度结构特征,为天然气水合物特征识别、井位优
选等工作提供技术支撑。

图2 由多个二维地质剖面选定天然气水合物目标体
F ig 12 Se l ected ta rget o f gas hydrates fro m m any 2-D geo l og ical pro files
(a)目标体 (b)二维地质剖面
2.2 针对目标体建立三维地质模型
针对特定的目标体,从14条测线的二维地质剖面上拾取各主要反射界面(如海底T 0以及T 1,T 2等)的深度数据,然后将同一反射界面的所有深度数据进行插值得到该界面的三维深度数据。

在有明显似海底反射(BSR )的范围内,用BSR 的深度代替T 1的深度,并在BSR 的上面和下面各20m 处虚拟2个界面,近似认为是天然气水合物的顶底界面(图3(a)),对应层的速度是在T 1之上层的速度加上或减去50m /s .各反射界面(包括天然气水合物的顶底界面)的三维深度数据和各层的速度值构成了三维地质模型(图3(b))。

2.3 射线追踪模拟确定OBS 最佳观测方案
从三维模型中,切取通过目标体的二维地质剖面,按OBS 分布间距的不同状况,通过射线追踪模拟,分析纵、横波接收情况,根据覆盖次数与均匀程度,选取最佳的覆盖效果(图4)。

通过对OBS 分布间距为100,200,300,400,500,600,700,1000m 等情况下模拟得到的几组数据的分析比较,确定针对特定目标体的OBS 最佳观测方案:¹分布间距500m 以下,300~400m 效果最佳;º分布方式为长方形矩阵分布。

195
图3 由多个二维界面建立三维地质模型界面
F i g 13 Created 3-D g eo log ica l s ur face fro m 2-D geo l og ical surface
(a)二维地质界面 (b)三维地质界面
3 野外实际资料采集验证
根据上述研究结果,2008)2009年,在南海某海域进行了天然气水合物三维地震与海底地震联合采集技术试验。

激发震源为540Cu .in .的G I 枪组合/点震源0系统,炮间距为25m ,线间距加密至25m;
试图4 BS R -层的反射转换波射线分布和叠加次数图F i g 14 R ay d i str i bution and stack ti m es of converted w ave reflected from BS R layer
验中一共采用了28台OBS,针对天然气水合物
目标体,OBS 采用方阵方式进行布设,分布间距
为500m.
图5(a)为OBS 数据X 分量的处理剖面,按
照常规的处理办法,多次波非常发育;图5(b)为
剔除多次波后的剖面。

可见,BSR 特征得到了进
一步突出,BSR 邻近地层的同向轴的连续性更
好;图5(c)为多次波剖面(图5(a)与图5(b)的
数据差)。

海底地震观测系统的方法研究的结果表明:
OBS 的分布形态、分布间距等观测系统参数设计
合理,为海底地震数据的采集提供了有利的技术
支撑,突出了水合物目标体的BSR 特征,提高了
BSR 及其邻近地层的分辨率,
达到了研究目的。

图5 野外实际O BS 接收资料的处理剖面
F i g .5 P rocessed pro files from real da t um rece i v ed by OBS
(a)常规处理后的剖面 (b)剔除多次波后的剖面 (c)多次波剖面
196 西安科技大学学报 2011年
第2期伍忠良等:海底地震观测系统设计方法研究
197 4结论
针对特定的天然气水合物目标体,为了获取矿体内部精细的速度结构,OBS的分布形态应采用方阵进行布设。

为了获得较好的成像效果,OBS分布间距以小于500m为宜。

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St udy on layout design m et hods of ocean botto m seis m ic
WU Zhong-liang1,MA D e-tang2,S HA Zh-i bin1
(1.Guangzhou M arine G eolog ical Survey Bureau,Guangzhou,510760,China;
2.C olle ge of G eology Engineer i ng and Geo m atics,Chang.an University,X i.an710054)
Abstract:Ocean bo tto m seis m o m eter(OBS)can acqu ire various seis m ic i n for m ation of P-w ave and con-verted S-w ave,wh ich are v ita l to reve l the ve l o c ity structure and to enhance reso l u ti o n o f strata beari n g gas hydrate.The para m eters of d istri b uti o na l pattern and space o fOBS are the f o cus i n geo m etry design.
Based on the app lication ofOBS acquisiti o n on the gas hydrate at abroad,the m ethod of ray tracing w as
i n troduced to the layout design o fOBS i n the paper,w ith a preferab le effec.t
Key w ords:m arine gas hydrate;ocean botto m seis m o m eter;layout desi g n*
*C orres pondi ng author:WU Zhong-li ang,S en i or Engi n eer,Guangz hou510760,P.R.Ch i na,Te:l0086-139********,E-m ai:l m adet ang2009 @。