息,其中反射波的旅行时间和震源到检波器之间距离的关系,称为时距曲线t(x)。用时距曲线可反演出地下反射界面的几何形态(地质构造);而在地震反射信息中,还包含有地震波的振幅、相位、频率、速度、极性以及其他一些参数,表现出反射波的动力学特点,它能给出地层岩性的特征,有助于判断沉积环境,甚至还能给出油气的直接指示。
1.2数据处理和资料解释方面
对共深点反射记录磁带,必须应用电子计算机处理。机器完成动静校正、振幅调整、滤波、相关和组合等程序之后,再分别进行水平叠加、偏移叠加和振幅保持,提供水平叠加时间剖面、偏移叠加时间剖面,作为常规处理成果。根据时间剖面图和时间—深度转换关系编制反映某个地震层位空间展布的构造图。在有利构造上进行反射振幅比、瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率、子波反褶积、伪声阻抗和烃类检测(亮点技术)等特殊处理,并进行速度分析和层速度计算,提取各种地震参数,进而利用地震波的动力学特点来研究地层的岩性,为发现地层圈闭或隐伏油气藏提供依据。
但在野外工作方面,由于海洋与陆地有很大的差别,海上地震工作也有许多特殊性。海上地震工作是以地震队(船)的组织形式来完成的。可把地震仪器安装在船上,使用海上专用的电缆和检波器,在地震船航行中连续地进行地震波的激发和接收。而现在我们在海洋地震勘探方面广泛应用的是OBS技术。
1.3海洋地震波的激发
关于海洋地震波的激发人们首先想到的是海上震源,最早的海上震源是简单地把陆上炸药震源引入到海上,但很快暴露出了它的缺陷:
①炸药在海水中爆炸会产生气泡效应,为了不产生重复冲击,要通过试验确定炸药的最佳沉放深度;
②施工不方便,它不能自动化操作,人工操作很危险; ③对环境污染严重,尤其是对鱼类的伤害。
在非炸药震源出现之后,炸药震源就在海洋勘探中迅速消失了。空气枪是目前常规地震勘探中占了主导地位:
空气枪震源是将压缩空气在短暂的瞬间内释放于水中,可以和炸药爆炸一样,形成气泡并造成强烈的地震震动。海洋地震勘探中使用的各种空气枪的具体 结构不完全一样,但它们的工作原理可概括如下:空气压缩将空气送进空气枪的气室中并达到一定的压力。工作时, 用电磁阀打开气室,其中的压缩空气即迅速进入水中形成气泡,造成振动。
海上地震工作具有下述几方面的特点: 1.使用非炸药震源,如空气枪。
2.野外记录数字化,使用 96、120、240、480、720、或960道数字地震仪。 3.使用等浮数字电缆。为了适应高覆盖的需要,等浮电缆的道数不断增加。 4.一般为单船作业,记录仪器和震源在同一条船上,目前多船作业也逐渐增多。 5.采用高次覆盖,例如在部分海域的地震勘探最高已达120 次。
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6.采用导航定位技术实时确定船的位置和炮点的位置。
图1-2 海洋地震勘探流程示意图
二、OBS介绍
1、OBS勘探原理
OBS 作为广角地震的一种,较海洋调查中其它常规地震方法的显著特点和优势在于它实现了海洋地震的海底接收,这样就避免地层返回来的地震波能量在海水中的大量吸收和衰减,并可同时记录来自地壳中的P波和转换S波信息,且海底是较为安静的环境,这样就大大提高了所得数据的信噪比,减少了反演结果的多解性。此外S波数据采集的实现使我们可以探讨地壳的物质组成,这在相对缺少岩石证据的海区具有重要的意义。
1.1海底地震仪(Ocean Bottom Seismograph,OBS)
海底地震仪是一种将检波器直接放置在海底的地震观测系统,在海洋地球物理调查和研究中, 既可以用于对海洋人工地震剖面(短周期)的探测,也可以用于对天然地震(长周期或宽频带)的观测,是研究边缘海和大洋深部结构的有效手段。其探测和观测结果可以用于研究海洋地壳和地幔的速度结构及板块俯冲带、海沟、海槽演化的动力学特征,也可以用于研究天然地震的地震层析成像以及地震活动性和地震预报等。目前美国、英国、日本等国家已纷纷投入大量人力物力进行海底地震仪的研制和应用研究。在我国,虽然曾有部分单位通过国际合作等方式开展过少量的人工剖面探测方面的工作,但总体来说这方面工作尚处于起步 阶段, 我国的OBS观测系统仍处于研制和试验阶段。
1.2设计海底地震仪时的原则
(1)要保证地震仪与海底有良好的接触。部分海底的覆盖物并不是岩石,而
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是软沉积物,因而要想获得良好的数据记录,必须使地震仪与海底有良好的接触。 (2)为了捕捉小震或远震, 海底地震仪需要有高度的灵敏性。整机的设计要求 为低噪声,除了将磁带记录中的机械旋转部分的振动与检波器 (即振动探头) 隔绝外,还应减小放大器的电噪声。同时,设计时还应考虑水流诱发噪声产生的影响。
(3) 因为需留在海底无人管理达一定的时段,海底地震仪应有高度的可靠性。同时, 海底地震仪是由有限体积和重量的电池作为供电源的,因而应设计为低耗电。 (4)海底地震仪的记录应为高质量的记录,这样才能保证数据处理的可靠性。如在利用反演法和层析成像法等现今在地震学中常用的处理方法进行数据处理时, 需要有高信噪比、大动态范围和低失真度的记录资料作为基础。
(5)海底地震仪的体积需小而轻, 以保证在考察中灵活地增减海底地震仪的数量,这对提高测量结果的准确性无疑是有益的。在某些情形下(如用直升机布设海底地震仪时),地震仪体积的大小显得尤为重要,甚至成为决定试验本身能否进行下去的主要或决定的因素。 (6)海底地震仪还必须备有可靠的回收装置,包括自动搜寻辅助器(闪光器)、无线电波发射机和释放机械等装置。
(7)海底地震仪必须有一个声应答器系统。当应答系统接收到由船上发出的指令后,能使锚镇重物脱扣,并能测量从船只到海底地震仪的精确距离,从而确保海底地震仪精确定位。
图2-1海底地震仪内部结构
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1.3 OBS海底地震勘探
先将OBS等仪器投放到确定好的待测海底,利用人工方法在海水表面激发的波动在海水中和海底岩层中传播的规律(速度),来确定海底构造及岩层的分层状况特征等,研究地下地质问题;主要研究海底地形构造、大洋中脊等,并可为寻找油气及其他矿物资源提供服务。
OBS进行的研究一般是广角地震,是大面积大范围的研究,所以对于寻找油气及其他矿物不是很方便,但是放置密集点仍旧可以进行小范围,较薄岩层的划 分。
OBS主体部分包括由一个三分量地震仪和一个深海水听器组成的传感器、一台数字化记录器、一个声学应答释放器,外加无线电发射器、闪光灯、罗经和压力表。辅助设备包括释放器的甲板单元和传感器、GPS定位单元、镇重锚、电池和旗子。
OBS探测的一个重要技术特点是地震检波器具有三分量功能,即一个垂直分量,两个水平分量。检波器安装在一个充满高粘度硅油的玻璃圆柱内的阻尼万向平衡支架上,使检波器在海底面倾斜时保持其原来的平衡位置,圆柱被固定在玻璃球底部。应用纵横波资料进行综合解释可获得很多有用信息,进行纵横波联合地震勘探最好的办法是做三分量地震勘探。简单地说,就是同时接收纵波和两个横波分量的勘探叫三分量地震勘探,所得到的记录叫三分量记录。以往常规地震勘探是接收垂直地面振动的纵波(用P表示),仅得到一个方向的资料----纵波 剖面。而横波(用S表示)不像纵波那样简单,它有两个分量,一个是沿测线方向振动向地下传播的分量,用SV表示;另一个是垂直测线方向振动向地下传播的分量,用SH表示。
频率范围是2—100Hz。SEDIS IV型短周期自浮式海底地震仪除了上述三分 量检波器外,还配有一个深海水听器,其作用一是当地震检波器由于海底面过于倾斜或其它原因而失效时,水听器可以保证通过水压变化记录到地震信号;二是将水听器信号(只含P波信息)与检波器信号(三道均含P波和S波信息)进行对比,可以比较容易地提取S波信号。
OBS 作为广角地震的一种,较海洋调查中其它常规地震方法的显著特点和优势在于它实现了海洋地震的海底接收,这样就避免地层返回来的地震波能量在海水中的大量吸收和衰减,并可同时记录来自地壳中的P波和转换S波信息,且海底是较为安静的环境,这样就大大提高了所得数据的信噪比,减少了反演结果的多解性。此外S波数据采集的实现使我们可以探讨地壳的物质组成,这在相对缺少岩石证据的海区具有重要的意义。
海底地震仪除了上述三分量检波器外,还配有一个深海水听器,水听器又称水下传声器,是把水下声信号转换为电信号的换能器,其作用一是当地震检波器由于海底面过于倾斜或其它原因而失效时,水听器可以保证通过水压变化记录到地震信号;二是将水听器信号(只含P波信息)与检波器信号(三道均含P波和S波信息)进行对比,可以比较容易地提取S波信号。
进行声学释放时,作业船开到OBS原先的投放位置,将计算机与甲板单元相连接,通过电缆和水中传感器发送释放信号,OBS应答释放部分收到信号后发出释放命令,使燃烧线熔断,OBS与镇重锚脱钩,依靠玻璃球及塑料套的浮力以 0.5~1m/s 的速度上浮到海面。借助漂浮在海面OBS发出的无线电信号、闪光灯指示器和荧光旗子来进行海上搜寻。当遇到特殊情况时,对放置在海底的OBS
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采取定时释放。在设定的释放时刻,OBS内置的备用时钟--定时器会独立发出释放令,将燃烧线熔断,OBS与镇重锚脱钩上浮。
图2-2 海底地震仪整体构造
图2-3 投放前安装好的海底地震仪
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