海上地震参数组合对接收子波频谱的影响

翟继锋，韦成龙

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

海上地震参数组合对接收子波频谱的影响

翟继锋，韦成龙

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

子波特性是震源的激发子波及电缆的接收子波的波形特征、频谱特征及能级特征。通过总结历年来“南海北部中生界油气资源前景调查与战略选区”项目所采用的地震采集参数及其地震资料品质对比来分析各种地震参数对接收子波频谱的影响。

子波频谱；震源容量；震源深度；电缆深度；环境噪音

震源激发的子波（激发子波）特性与震源本身的物理参数和沉放深度有关，可以通过计算模拟得到。在实际海上调查中，更关心的是经过地层的反射、吸收衰减后，到达电缆检波器的子波特性（接收子波）。激发子波和接收子波有较大的差异。震源激发子波的频谱和电缆接收子波的频谱也有较大的差异。在此，对历年来南海北部地震勘探各种地震参数组合及其试验效果进行分析，着重讨论电缆接收到的子波频谱特性。

一般认为，接收子波频谱特征与震源物理参数（如枪型、总容量、阵列结构、工作压力、沉放深度等）、电缆水听器组特征及电缆沉放深度、记录仪器滤波器选择、地下介质对地震波能量的反射、扩散、吸收衰减特性有关。这里所讨论的地震参数组合，包括震源物理参数和电缆水听器组特征及电缆沉放深度（因电缆水听器组特征固定，本文不再讨论）、记录仪器滤波器选择，为使频谱对比具有可比性，要求地下介质对地震波能量的反射、扩散、吸收衰减特性尽量一致，或者对比同一个记录时间段内的子波频谱。

为更好地比较，在资料处理时，采用同样的处理流程和参数，流程中没有使用预测反褶积，对同一方向的试验测线使用同样的速度库，可避免速度因素对剖面的影响。为避免叠后修饰掩盖试验参数的差异，没有在叠后作任何处理。

1 不同震源容量下的接收子波频谱对比

1.1 5080cu.in与5680cu.in震源接收子波频谱

2007年在Bolt-5080cu.in.震源基础上，设计了5680cu.in.震源。两种容量震源的枪阵组合：每个子阵间隔10 m并排列；每个子阵6个吊点间距依次为2 m、2.5 m、3 m、3 m、4 m。

5080cu.in.枪阵第一至第六个吊点所挂气枪容量分别为：双90Cu.In.、单50Cu.In.、单40Cu.In.、双60Cu.In.、双140Cu.In.、和双300Cu.In.。

5680cu.in.除了第六个吊点的枪容量和组合方式不同，其余与5080cu.in枪阵相同；外侧两排子阵的第六吊点为单900Cu.In.大容量长寿命枪，内侧两排子阵第六吊点的则为单600Cu.In.。

两个震源的容量不同，而震源深度均为8 m，电缆沉放深度均为9 m。

图1 是二者在同一炮点1 s～3 s的频谱，在能量下降10 dB范围内，30 Hz～60 Hz两种枪阵的频谱特征基本一样；在10 Hz～30 Hz间，5680cu.in枪阵的能量稍高。

图2 是二者在同一炮点3 s～6 s的频谱，在-10 dB范围内，后者高频端达60 Hz，高于前者5 Hz，低频端（10 Hz～30 Hz）5680cu.in枪阵的能量稍高。

图3 是二者在同一炮点6 s～9 s的频谱，在-10 dB范围内，二者频带都不甚理想。整体而言，二者在频带上优劣难分，差异不明显。

从以上分析比较可以得出，在震源沉放8 m、电缆沉放9 m时，容量5680cu.in枪阵稍优于容量5080cu.in枪阵。

图1 5080cu.in与5680cu.in震源接收的子波频谱对比图（1 s～3 s）

图2 5080cu.in与5680cu.in震源接收的子波频谱对比图（3 s～6 s）

图3 5080cu.in与5680cu.in震源接收的子波频谱对比图（6 s～9 s）

1.2 5080cu.in与6400cu.in震源接收子波频谱

2010年的两条测线震源沉放深度均为10m，电缆沉放深度均为12 m，震源容量分别为5080cu.in和6400cu.in。图4至图7为同一测线剖面不同记录深度的接收子波频谱对比。可以看出，两种容量震源在实际采集时，在不同记录时段范围，接收的信号频率宽度相当。

在3.5s以内，两种震源在30 Hz～50 Hz范围内能量相当，而6400cu.in在5 Hz～25 Hz的能量更高；在3.5 s以上的记录范围，5080cu.in震源在30 Hz～50 Hz范围内的能量较高；而6400cu.in在5 Hz～25 Hz的能量较高。从两种震源频谱的曲线所包络的面积可知，6400cu.in在5 Hz～50 Hz频谱总能量上较5080cu.in高。

图4 5080cu.in与6400cu.in震源接收的子波频谱对比图（2.5 s～3.5 s）

图5 5080cu.in与6400cu.in震源接收的子波频谱对比图（3.5 s～4.5 s）

图6 5080cu.in与6400cu.in震源接收的子波频谱对比图（4.5 s～6 s）

6400 cu.in在3.5 s以上的记录深度，频谱向低频端移动比较明显，势必使得中深层地层的分辨率有所降低。总的来说，研究区主要目标层是中生界及其以下地层，牺牲少量的分辨率，得到中深层反射信号明显的改善，是非常值得的。

2 不同震源沉放深度接收子波频谱对比

震源容量均为5080cu.in，电缆沉放深度均为12 m，而震源沉放深度分别为7 m和10 m。通过二者可对比震源沉放深度对接收子波频谱的影响。图8至图11为同一测线剖面不同记录深度的接收子波频谱对比。

在1 s～2 s记录范围，两者在5 Hz～40 Hz的频谱能量相当，40 Hz～60 Hz时沉放深度10 m能量较大，而在60 Hz～75 Hz，沉放深度7 m占优势。总体来说，在浅层1 s～2 s范围内，两种震源沉放深度对应的频谱能量分布基本相同。

在3 s～4 s记录范围，高频端在下降30 dB之时，沉放7 m可达到的频率为60 Hz，沉放10 m达到的频率为50 Hz；而在低频端5 Hz～ 20 Hz范围，沉放深度为10 m比7 m的频谱能量有优势。

图11 5080cu.in沉放深度7 m和10 m接收的子波频谱对比图（7 s～8 s）

在5 s～6 s记录范围，高频端下降30 dB之时，震源沉放深度为7 m时的频率为60 Hz，而沉放深度为10 m的相应频率仅为38 Hz；而在低频端下降10 dB之时，沉放深度为7 m时对应的频率为11 Hz，沉放深度为10 m时对应的频率扩展到8 Hz。

在7 s～8 s记录范围，高频端下降30 dB之时，震源沉放深度为7 m时的频率为60 Hz，沉放深度为10 m的相应频率保持在38 Hz；而在低频端下降10 dB之时，沉放深度为7 m时对应的频率保持在11 Hz，沉放深度为10 m时对应的频率扩展到7 Hz～8 Hz。

可见，增加震源沉放深度，频带宽度变窄，高频端信号能量减小；但对于低频端，信号能量的增加是非常明显的。相比7 m和10 m的震源深度，子波频谱能量下降10 dB时，后者向低频方向扩展了3 Hz～4 Hz，可以达到7 Hz～8 Hz。这对于研究区中深层低频信号的接收非常有利。

3 不同电缆沉放深度接收子波频谱对比

3.1 电缆沉放深度9 m和14 m时接收子波频谱

震源容量均为5680cu.in，震源沉放深度均为8 m，而电缆沉放深度分别为9 m和14 m。通过二者可对比电缆沉放深度对接收子波频谱的影响。如图12所示，二者在1 s～3 s的频谱，在6 Hz～30 Hz间，电缆沉放14 m的接收能量较9 m的高。在大于45 Hz后，电缆沉放14 m的接收能量衰减较9 m的快；在3 s～6 s的频谱，在6 Hz～50 Hz间总体差别不明显。在大于45 Hz后，电缆沉放14 m的接收能量衰减较9 m的快；在6 s～9 s的频谱，二者在3 Hz～ 30 Hz间差别不明显。在大于30 Hz后，电缆沉放14 m的接收能量衰减较9 m的快。

频谱图上，在中高频端电缆沉放14 m的接收能量衰减较9 m的快。另外在炮集上进行噪音分析，电缆沉放深度较浅时低频涌浪噪音较大，降低了中深部有效反射的信噪比，加大了数据处理的难度。

图12 电缆沉放深度9 m和14 m接收的子波频谱对比图

3.2 电缆沉放深度12m和18m时接收子波频谱

震源容量均为6400cu.in，震源沉放深度均为10 m，而电缆沉放深度分别为12 m和18 m。通过二者可对比电缆沉放深度对接收子波频谱的影响。

图13 和图14 所显示的为电缆沉放深度不同时，在不同记录范围的接收子波频谱对比。

在1 s～2 s记录范围内，电缆沉放12 m在40 Hz～55 Hz能量较沉放18 m高一些，而在8 Hz～15 Hz则比沉放18 m的能量低。大体上，两者的频带宽度相当，约为8 Hz～45 Hz，差异较小。

在3 s～4 s记录范围内，沉放深度为12 m时，频段40 Hz～50 Hz能量较沉放18 m的高一些；而在5 Hz～20 Hz的低频频段，两者能量分布相似，区别不明显。

图13 电缆沉放深度12 m和18 m接收的子波频谱对比图（1 s～2 s，3 s～4 s）

在5 s～6 s记录范围内，两者的频带宽度也比较相似，为7 Hz～35 Hz；在下降10 dB时，低频端均为7 Hz～8 Hz，区别不大。

在7 s～8 s记录范围内，两者的频带宽度相似，基本上在6 Hz～30 Hz之间，低频端扩展到了约6 Hz。

总体说来，沉放深度为12 m和18 m时，两者的频带宽度比较相近；从频谱曲线形态上看，在低频端，沉放深度为18 m时稍微有一些优势，但是并不明显。

4 不同电缆沉放深度时环境噪音的子波频谱对比

为评估在不同电缆沉放深度时，环境噪音对采集地震数据的影响，2010年在东沙群岛海域，开展了不同电缆沉放深度时的环境噪音干扰试验和分析，见图15。

电缆沉放深度为5 m时，噪音的频谱显示，干扰信号的频率约为12 Hz以下；沉放深度为8 m时，干扰信号频率下降到10 Hz；沉放深度为10 m～12 m左右，干扰信号的频率约在8 Hz以下；沉放深度达到16 m～18 m时，干扰信号频率稳定在6 Hz以下。

在正常的海况环境下，电缆沉放深度达到15 m左右时，环境噪音对采集数据的干扰已经比较小且达到稳定。若继续加深电缆沉放深度，干扰信号的减少已不明显，但会让电缆接收信号的陷波点进一步降低，不利于有效频段信号的原始采集。

5 结论

如果不涉及勘探目标层，那么接收子波频谱就无所谓优劣，所以要讨论不同采集参数对接收子波频谱的影响和优劣对比，必须瞄准侧重的目标地层，以上的讨论均是围绕“所接收的子波频谱是否有利于勘探目标层信噪比的提高”来展开的。通过以上对比，可以得出以下的结论：

图15 不同电缆沉放深度环境噪音对比图

5.1 震源容量

震源容量越大，主频越往低频方向移动。目前采用多个单气枪、相干气枪组成枪阵时，因总的枪数不能无限多，当震源容量增加时，势必会加入较大容量的气枪，因此整个震源的子波频谱会向低频方向移动。通过试验对比可以得出期望频带对应的震源容量。

研究区多年的勘探实践及频谱对比表明，中生界目标层位地震反射的优势信号频率在5 Hz～40 Hz，对应的震源容量在5000cu.in及以上比较有利。

5.2 震源深度

通过对比得知，震源深度对子波频谱宽度的影响最大，震源沉放深度为10 m时的主频宽度相比7 m深度减少了大约10 Hz。但同时大大加强了低频端的扩展频率。加深震源沉放深度，对于改善研究区目标层信噪比，效果明显。

以目前震源的实际情况，震源深度可以达到10 m，对应的5 Hz～40 Hz的频率得到加强。若进一步加深深度，则震源方向特性出现较大变化，同时陷波点频率更低，对期望的信号能量有较大衰减，不利于目标层勘探。

5.3 电缆深度

一般来说，电缆沉放深度越深，接收的子波主频越低，即电缆深度加深，有利于低频信号接收，如电缆深度分别为7 m、9 m和12 m时，差异明显。

而对比电缆深度分别为12 m和18 m时，后者在深地层的低频反射信号仅有微弱的优势，再考虑到陷波点的影响，可以认为这两种深度对子波频谱的影响差异较小。

从接收子波频谱考虑，电缆沉放深度为12 m～15 m时，比较适合中生界目标层勘探；若再考虑环境噪音及目标层深度和厚度的影响，电缆深度可以达到18 m左右，但其对频带宽度变窄的影响不能忽视，需权衡利弊。

[1]钱光萍，康家光，王紫娟.基于模型的地震采集参数分析及应用研究[J].物探化探计算技术，2001，23（2）：109-114.

[2]王桂华.海上地震数据采集主要参数选取方法[J].海洋石油，2004，24（3）：35-39.

[3]王嘹亮，付溪，徐行.南黄海海域地震调查与处理技术方法研究报告[R]，2005：22-57.

[4]史乃祥，王德利.深水区地震波传播特性研究[J].吉林地质，2005，24（2）：82-86.

[5]罗桂纯，王宝善，葛洪魁，等.气枪震源在地球深部结构探测中的应用研究进展[J].地球物理学进展，2006，21（2）：400-407.

[6]钟广见，文鹏飞，罗文造，等.电缆沉放深度对地震资料品质的影响[J].海洋地质与第四纪地质，2007，27（6）：131-134.

[7]林建民，王宝善，葛洪魁，等.大容量气枪震源特征及地震波传播的震相分析[J].地球物理学报，2008，51（1）：206-212.

[8]罗文造，韦成龙，王立明，等.南海北部中生界地球物理勘探采集技术2007年度成果报告[R]，2008：6-39.

[9]王立明，罗文造，陆敬安，等.海洋地震勘探中的震源布局分析研究[J].海洋技术，2009，28（4）：89-93.

[10]舒虎，易劲松，邢涛，等，2010年度区域综合地球物理补充调查地震资料处理报告[R].2010：4-44.

2011-10-22

南海北部中生界地球物理勘探采集技术研究（2009GYXQ03-01-01）