海洋技術(shù)淺表層天然氣水合物高分辨率地震勘探方法與應(yīng)用

學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣Tel 學(xué)問的力氣Tel 學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel海洋技術(shù)▏淺表層自然氣水合物高區(qū)分率地震勘探方法與應(yīng)用隨著自然氣水合物勘探開發(fā)的漸漸深入，淺表層自然氣水合物的資源潛力日益引起國內(nèi)外的關(guān)注，尤其是日本海東部淺表層自然氣水合物調(diào)查獲得了突破性進(jìn)展。淺表層自然氣水合物賦存于近海底沉積物中，埋深一般小于海底以下 60m，具有厚度大、純度高等特點(diǎn)。淺表層自然氣水合物資源勘探對(duì)自然氣水合物資源勘探、深水地質(zhì)災(zāi)難推測(cè)和評(píng)價(jià)、氣候變化等科學(xué)問題具有重要的指導(dǎo)意合物的分解也是冷泉系統(tǒng)甲烷的重要來源。常規(guī)地震勘探方法拖纜間隔大、排列長(zhǎng)，氣槍震源能量大、頻率探的需要。對(duì)于常規(guī)自然氣水合物而言，似海底反射〔 BSR〕是最重要的識(shí)別標(biāo)志，而淺表層滲漏型自然氣水合物位于近海底的沉積BSR特征是淺表層泥火山型自然氣水合物該重要識(shí)別標(biāo)志。自2011年以來，青島海洋地質(zhì)爭(zhēng)論所針對(duì)海疆淺表層自然氣氣水合物資源勘查供給了高品質(zhì)的數(shù)據(jù)根底。一、海洋小道距高區(qū)分率地震勘探方法一、海洋小道距高區(qū)分率地震勘探方法⒈海洋小道距高區(qū)分率二維多道地震勘探技術(shù)震源是提高地震資料探測(cè)精度最重要的因素之一。海底以下 1000m深度地層是海疆地震勘探一個(gè)格外重要的范圍，自然氣水合物槍震源的常規(guī)地震勘探方法不能適應(yīng)海底淺層高精度地震勘探的要求。種海洋小道距高區(qū)分率二維多道地震探測(cè)技術(shù)，該技術(shù)接收道數(shù)少〔24～48〕、道間距小〔3.125～6.25m〕，工作段纜長(zhǎng)一般只有75～300m取消用于掌握電纜沉放姿勢(shì)的深度掌握器，從而削減干擾源，提高地震原始資料的信噪比。海洋小道距高區(qū)分率二維多道地震探測(cè)技術(shù)使用大能量〔激發(fā)能量高達(dá)20KJ〕電火花震源，它與氣槍震源相比顯著的優(yōu)勢(shì)在于主頻高、頻帶寬，其有效頻率范圍為60～1000Hz，主頻一般高達(dá)200Hz上，因此在具有較大的地層穿透力量的同時(shí)保證了勘探區(qū)分率，能夠?qū)崿F(xiàn)在海水深度＞1000m的海疆穿透超過1000m厚度的地層，且垂向區(qū)分率到達(dá)1～3m，在50～1000m這一深度范圍的勘探中發(fā)揮了重要作用，可以滿足淺表層自然氣水合物勘探的需要。圖 與電火花震源疊加剖面和頻譜比照?qǐng)D，氣槍震源主頻為 55Hz，優(yōu)勢(shì)頻帶約40～120Hz，而電火花震源主頻為240Hz，優(yōu)勢(shì)頻帶約100～350Hz，電火花震源主頻較高，頻帶較寬，淺層區(qū)分率遠(yuǎn)高于氣槍震源，能夠供給更豐富的淺層信息，不僅能夠顯示清楚的強(qiáng)振幅 BSR界面，還能夠反映地層走勢(shì)、斷裂特征以及 BSR與地層斜交現(xiàn)象，且穿透深度到達(dá)海底以下1000m左右，滿足自然氣水合物地震勘探的要的構(gòu)造特征，且BSR1氣槍震源與電火花震源地震疊前時(shí)間偏移剖面比照⒉海洋小道距高區(qū)分率地震資料處理關(guān)鍵技術(shù)量。②針對(duì)資料采集時(shí)電纜沉放深度空間動(dòng)態(tài)變化對(duì)地震區(qū)分率的影響，承受基于虛反射走時(shí)識(shí)別與模擬計(jì)算的電纜沉放深度校正方法，對(duì)每炮的海底反射及其對(duì)應(yīng)的虛反射時(shí)間進(jìn)展拾取分析，計(jì)算每炮采集時(shí)的電纜沉放深度，并將其校正到統(tǒng)一基準(zhǔn)面，提高共中心點(diǎn)同相疊加效果及速度分析精度，從而提高地震資料區(qū)分率。③速度分析的精度打算了地震資料處理過程中各個(gè)環(huán)節(jié)成果的準(zhǔn)確性，是海疆自然氣水合物識(shí)別的重要依據(jù)，但是，由于承受的小道距多道地震排列長(zhǎng)度較短，只有300m，供給速度分析所需的走時(shí)信息較少，速度譜能量團(tuán)聚焦性較差，速度拾取困難，因此速度分析精度較低。針對(duì)小道距多道地震速度分析精度較低的問題，依據(jù)地震模型學(xué)相像性原理，將地震數(shù)據(jù)在橫向尺度和時(shí)間上等比例擴(kuò)大，增加了遠(yuǎn)炮檢距道供給速度分析所需的時(shí)差信息，增加速度譜能量團(tuán)的聚焦性，從而提高速度分析精度，確保速度信息的牢靠性。④虛反射引起陷波效應(yīng)導(dǎo)致地震記錄頻帶變窄，降低地震剖面的區(qū)分率和成像精度，是提高小道距高區(qū)分率地震成像精度的關(guān)鍵問題。承受 F-K域與推測(cè)反褶積組合的虛反射壓制技術(shù)，有效的消退了虛反射，拓展了地震資料的頻帶寬度。⒊小道距高區(qū)分率三維地震探測(cè)技術(shù)隨著我國自然氣水合物勘查開發(fā)利用的快速進(jìn)展，常規(guī)二維多道地震的探測(cè)精度已無法滿足精細(xì)刻畫自然氣水合物礦體的要求。 2011的要求。小道距高區(qū)分率三維地震探測(cè)系統(tǒng)承受窄纜距雙纜雙源作業(yè)方式，雙電火花震源交替激發(fā)，縱向12次掩蓋，承受3.125m×12.5m小面元〔圖2〕2000m水深條件下，地層最大穿透深度＞500m垂向區(qū)分率可達(dá)1m。由此可見，小道距高區(qū)分率三維地震探測(cè)技術(shù)具有超高的空間區(qū)分率和時(shí)間區(qū)分率，同時(shí)具有高效快速的特點(diǎn)，在確保地震資料高質(zhì)量的同時(shí)可有效提高工作效率，縮短工期。2小道距高區(qū)分率三維地震雙源雙纜采集系統(tǒng)示意圖二、基于參量陣高頻淺地層剖面技術(shù)的淺表層自然氣水合物識(shí)別與預(yù)二、基于參量陣高頻淺地層剖面技術(shù)的淺表層自然氣水合物識(shí)別與預(yù)測(cè)測(cè)⒈參量陣高頻淺地層剖面測(cè)量技術(shù)〔如聲混〕、?！踩缏榭?、泥火山、自生碳酸鹽巖巖隆等〕以及自然氣進(jìn)入水體形成的氣泡羽狀流等特別特征具有關(guān)鍵作用。參量陣高頻淺地層剖面技術(shù)是非線性調(diào)頻淺地層剖面探測(cè)技術(shù)，其原理是利用地層波阻抗差異特性，通過放射 號(hào)，利用聲波在介質(zhì)中傳播的非線性特征，自解調(diào)產(chǎn)生差頻信號(hào)，形成參量陣聲學(xué)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)差頻窄波束聲波放射，削減水體噪音和海底混響等干擾。基于非線性調(diào)頻技術(shù)的參量陣高頻淺地層剖面儀具有穿透性強(qiáng)、放射波束角小以及區(qū)分率高等優(yōu)點(diǎn)，小體積、輕重量的換能器就能具有足夠的穿透力，從而獵取更高區(qū)分率和更深地層的剖面數(shù)據(jù)。本文參量陣淺地層剖面采集使用的設(shè)備為船載TOPASPS18全海深參量陣淺地層剖面儀，該儀器由挪威Kongsberg公司生產(chǎn)，基于水柱中的2個(gè)高強(qiáng)度聲束在較高頻率下〔大約18kHz中心對(duì)稱〕的非線性相互作用而產(chǎn)生低頻聲波。TOPASPS18淺地層剖面儀產(chǎn)生的信號(hào)具有較高的相對(duì)帶寬，窄波束剖面〔接近所放射的高頻信號(hào)〕并且沒有旁瓣，可高精度的刻畫淺部地層構(gòu)造。該淺地層剖面儀工作水深為 至全海深，穿透力量較好，且區(qū)分率格外高。TOPAS系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是操作者可以依據(jù)水深、地層等實(shí)際狀況進(jìn)展放射信號(hào)的選取。系統(tǒng)可使用的放射信號(hào)波形包括： Ricker波、CW微波〔Bursts波〕、Chirp波和其他依據(jù)用戶指定的波形外接輸入〔圖3〕。系統(tǒng)主頻率為12.5～17.5kHz，次級(jí)頻率為0.5～5.0kHz圖3 TOPAS系統(tǒng)使用的3種波形每種放射信號(hào)波形都具有不同的特點(diǎn)，Ricker波具有高區(qū)分率的波具有高穿透率的特點(diǎn)，Chirp波是介于Ricker波和Bursts波之間的一種波形，兼顧了肯定的區(qū)分率與穿透力量。由實(shí)際工作閱歷分析，高區(qū)分率的Ricker波比較適合于對(duì)水深深度＜1000m的地層進(jìn)展測(cè)量；當(dāng)水深深度＞2500m時(shí)，使用Bursts波進(jìn)展地層測(cè)量比較適合；水深在1000m和2500m之間時(shí)可以用Chirp波進(jìn)展地層測(cè)量。3種放射信號(hào)波形使TOPAS系統(tǒng)從理論上實(shí)現(xiàn)了全海洋的測(cè)量力量。依據(jù)地質(zhì)條件和試驗(yàn)比照，本文使用 Chirp波進(jìn)展施工作業(yè)，工作頻段選用2～5kHz，使用多Ping激發(fā)方式，具有最高的橫向區(qū)分率。⒉基于三維參量陣淺剖的淺表層自然氣水合物識(shí)別與推測(cè)技術(shù)2個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：①利用希爾伯特變換，將參量陣采集的屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為包含包絡(luò)信號(hào)和振幅信號(hào)的 SEG-Y標(biāo)準(zhǔn)地震數(shù)據(jù)，獲得海底淺表層的反射阻抗信息，然后運(yùn)用多維插值技術(shù)，將密集采集〔線間隔25m〕的二維參量陣淺剖數(shù)據(jù)構(gòu)建成為三維數(shù)據(jù)體，并對(duì)三維數(shù)據(jù)體做進(jìn)一步靜校正、三維噪音壓制等處理從而提高數(shù)據(jù)信噪比；②對(duì)海底之下100m以內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)展層位劃分，沿層提取多種屬性〔圖4〕，并選擇敏感屬性進(jìn)展主成分分析，實(shí)現(xiàn)基于多屬性的三維數(shù)據(jù)體的地震相聚類分析，刻畫地震相平面展布〔圖 5〕，為自然氣水合物的推測(cè)供給有力證據(jù)。4幾何平均屬性橫切片圖5地震相圖切片三、自然氣水合物精細(xì)識(shí)別三、自然氣水合物精細(xì)識(shí)別學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel爭(zhēng)論區(qū)發(fā)育物和中深層集中型自然氣水合物，淺表層自然氣水合物的識(shí)別主要依據(jù)淺地層剖面和高區(qū)分率地震，通過地形地貌分析，查找氣體滲漏的證據(jù)，并結(jié)合地震剖面中的強(qiáng)振幅特別和速度特別綜合分析。中深層集中型自然氣水合物主要依據(jù)高區(qū)分率地震數(shù)據(jù)，利用地震反射特征、地震敏感屬性、分頻屬性和衰減屬性等，綜合解釋似海底反射BSR〔6〕。6自然氣水合物地震識(shí)別流程圖⒈淺表層泥火山滲漏型自然氣水合物識(shí)別 學(xué)問的力氣Tel 淺表層泥火山型自然氣水合物通常圍繞泥火山口呈環(huán)帶狀分布，發(fā)育海底以下60mBSR育。大量的海底調(diào)查和海洋自然氣水合物勘探說明，近海底存在自然氣水合物的區(qū)域通常會(huì)消滅麻坑、泥火山、碳酸鹽巖礁等地形特別，局部發(fā)育與氣體滲漏相關(guān)的速度特別和強(qiáng)振幅特別反射等特征。當(dāng)深部存在明顯的含氣特征，淺部具有良好的運(yùn)移通道，這種地貌特征可能與淺表層自然氣水合物的聚攏相關(guān)，因此海底氣體滲漏相關(guān)的地貌特征、氣體運(yùn)移通道、速度特別和振幅特別等特征是淺表層泥火山型自然氣水合物的重要識(shí)別標(biāo)志。陣高頻淺地層剖面和相應(yīng)的多波束數(shù)據(jù)，該剖面發(fā)育 山，自然氣水合物賦存于泥火山兩翼，泥火山內(nèi)部有大量氣體滲漏至海底，在泥火山頂部形成羽狀流，在淺地層剖面中呈類似雙曲線的反射特征，多波束數(shù)據(jù)也可見泥火山頂部羽狀流發(fā)育，指示了大量氣體的存在。⒉中深層集中型自然氣水合物識(shí)別地震反射剖面中似海底反射〔BSR〕是集中型自然氣水合物的識(shí)別標(biāo)志，利用二維、三維多道地震反射特征，結(jié)合瞬時(shí)屬性、衰減和分頻屬性等自然氣水合物敏感屬性，對(duì) BSR進(jìn)展了精細(xì)解釋，從而識(shí)別中深層集中型自然氣水合物。學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel圖8為小道距高區(qū)分率二維地震剖面，震源為大容量電火花震源SIG5Mille，震源能量5000J，道間距6.25m，炮間距12.5m，采樣該測(cè)線BSR位于海底以下約120ms處，表現(xiàn)為強(qiáng)振幅，與海底平行，反極性，上部空白反射，下部強(qiáng)振幅反射指示游離氣的存在。高頻衰減屬性〔圖 9〕通過計(jì)算高頻段內(nèi)〔峰值頻率到最大有效頻率〕地震能量削減的快慢，反映水合物和游離氣高頻能量衰減特征，突出BSR的展布特征，同時(shí)BSR存在明顯強(qiáng)弱變化。8集中型自然氣水合物地震剖面學(xué)問的力氣Tel9集中型自然氣水合物高頻衰減屬性剖面四、結(jié)論四、結(jié)論勘探區(qū)分率，能夠?qū)崿F(xiàn)在海水深度＞1000m的海疆穿透超過1000m厚度的地層，且垂向區(qū)分率到達(dá)1～3m探的需要。用。學(xué)問的力氣學(xué)問的力氣Tel 學(xué)問的力氣Tel 希爾伯特變換，將參量陣采集的屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)