海洋高分辨反射地震勘探震源的技术特征
海洋地震仪GOBS简介及技术参数
海洋地震仪GOBS简介Group Ocean Bottom Seismometer主要用途组合式海底地震仪GOBS（Group Ocean Bottom Seismometer）是一种小型化的地震数据采集站，主要利用人工震源探查海底沉积层和深部地质构造。
由于各个节点能够独立进行采集作业，可适应海底起伏剧烈的复杂地形，针对海洋油气资源和滨海区地质调查，实现高密度的节点式布放和高分辨率的三维地震勘探。
Application:GOBS（Group Ocean Bottom Seismometer）is a miniaturization seismic data acquisition station, mainly use the artificial seismic source to investigate the Seabed sediments and deep geological structures. Since each node can acquire the data independently, adapting to the complex seabed ups and downs, investigating for ocean oil & gas resources and coastal area geological survey, achieving high density node layout and high resolution 3D seismic are available.主要特点1、各采集节点可独立采集4分量的地震信号，适应多种海底地形；2、各采集节点由软性线缆进行连接，便于施工布设；3、耐压水深最大1500m，可以勘探需要定制，如100m 500m 700m 1000m等；4、留海工作时长大于30天；5、工作频带范围达到10s-300HZ；6、可实现多台采集节点同时数据传输和快速充电；Main features:1.Each acquisition node can independently acquire 4 channels seismic signal, adaptto a variety of submarine terrain;2.The acquisition node is connected by the soft cable, convenient for the layout3.The max. operating depth is 1500m, and it can be customized such as 100m 500m700m 1000m;4.Continuously working for more than 30 days in the sea;5.Working frequency range is 10s-300HZ;6.Multiple acquisition nodes data transmission and fast charging at the same timeare available.技术参数：各采集节点由软性线缆进行连接，高密度布放，适用于二维、三维复杂海底地震勘探；仪器尺寸：φ300mm×150mm；耐压水深：1500 m（可定制，如G100、G700、G1000、G2000等）；通道数：四通道（3分量速度检波器、1通道水听器）；连续工作时长：30天；检波器频带：1 ~ 300Hz；采样率1000，500，250，100 sps；内置高精度时钟： OCXO, 0.01 PPM@4℃；自存储容量：32GB（可扩充更大容量SD卡）；仪器状态设置：TCP/IP协议、以太网接口；地震数据传输：TCP/IP协议、以太网接口；仪器重量：23kg（耐压水深不同，外壳材质有所差异，故仪器重量略有差异）；可改制为沉浮式GOBS，配浮桶、沉耦架和声学释放器。
地震分辨率——精选推荐
地震分辨率1分辨率的定义分辨能力是指区分两个靠近物体的能力。
度量分辨能力的强弱通常有两种方式：一是距离表示，分辨的垂向距离或横向范围越小，则分辨力越强；二是时间表示，在地震时间剖面上，相邻地层时间间隔Δt越小，则分辨能力越强。
为了利于理解，采用时间间隔Δt的倒数为分辨率（resolution），采用相对值表示。
地震勘探的分辨率，要使两个地震波完全分开，必须两个子波脉冲的包络完全分开，如果两个子波的包络连在一起，必然互相干涉，两个波的振幅、频率必然含糊不清。
2.1垂直分辨率垂直分辨率是指地震记录或地震剖面上能分辨的最小地层厚度。
2.1.1波形分辨率Knapp认为，相邻两个子波波形或波形包络在时间域可以完全区分，称为波形分辨率（厚层分辨率）。
分辨率与层厚度、频率的关系：子波延续时间：?t?nT?n? 顶底反射波时差：2?上式n为子波延续时间的周期数，?为子波波长，V为子波在地层中的速度，?h为层厚度。
（1）若t，则不可分辨；（2）若t，则可分辨。
欲分辨该地层，则需t，即2?h?n?，则：?h?n?2。
可以看出垂向分辨率主要取决于子波的波长（频率）和延续时间的周期数。
子波分类：（1）分类（能量特征、Z变换多项式的根）最小相位子波：能量集中前部、根位于单位圆外混合相位子波：能量集中中部、根位于单位圆内与圆外最大相位子波：能量集中尾部、根位于单位圆内（2）（a）（b）（c）零相位子波相位等于零的子波关于t=0时刻对称的，物理不可实现的典型的零相位子波：雷克子波（Ricker wavelet）时间域：w?t1?2?fmt?e??fmt? 22?频率域：w?f??f??ffef??m?m??22相位：??f??02.1.2时间分辨率利用复合反射波的振幅和波形变化特征指出，两个子波的波形可以部分重叠。
（1）Rayleigh（瑞雷）准则：两个子波的旅行时差大于或等于子波的半个视周期，则这两个子波是可分辨的，否则是不可分辨的。
高分辨率单道海上地震在香港海域沉积结构勘查中的应用
第３ １卷第 １ 期
２０ ０ ７年 ２月
物
探
与
化
探
Ｖ０． １ Ｎｏ １ １３ ． ． Ｆｂ ２ ０ ｅ ．， ０ ７
Ｇ ＰＨＹ Ｉ ＡＬ ＆ ＧＥＯ ＥＯ ＳＣ ＣＨＥ ＣＡＬ Ｅ Ｌ ＭＩ ＸＰ ＯＲＡＴ ＯＮ Ｉ
高分辨率单道海 上地震 在香港 海域沉积结构勘查 中的应 用
过改变船速来降低螺旋桨产 生的噪声 。实验证 明， 噪声水平在船速 ３— ｎ ４ ｋ 时较低 ， 当船速达到 ６ｋ ｎ
时急剧升高。对于 电噪声 ， ５ ｚ 如 ０ Ｈ 基频及其次生 谐波的干扰 、 尖脉冲等 ， 通过给发电机输出端加装滤 波电感 ， 在震源和接收系统处分别接水线 等方法加 以压制 ， 再通过低通滤波进一步消除 ； 对于类似陆地
先前划分香港水域沉积层结构的主要依据是钻
孔资料 中对沉积物的描述 ， 四纪离岸沉积被划分 第 为一个“ 冲积层” 崩积层 ” 或“ 基底 ， 包含砂砾、 沙和 淤泥互层， 其上覆盖的“ 海洋沉积层” 为含有贝壳碎 片的淤泥土。这种简单 的划分所构筑的地层学使用
和空气枪 ３ 种震源。它们在穿透深度和垂 向分辨能 力上有着显著差异 ， 因而有不 同的应用领域 。电火 花震源发射低频 （ 率 ５ 频 ０—１ ０ ｚ 高 能量 脉冲 ０Ｈ ） ０
反射同相轴 ， 因此在满足一定穿透深度 的前提下 ， 系
统配置应提供尽可能高的垂 向分辨能力。在香港水
域的地震勘探项 目中， 主要使用电火花、 布麦尔震源
收稿 １期 ：ｏ ６—０ ３ ２ｏ ４—１ ３
维普资讯
１ 期
李军峰等： 高分辨率单道海上地震在香港海域沉积结构勘查中的应用
１ 系统配置
如何利用声波进行海洋资源勘探
如何利用声波进行海洋资源勘探在广袤无垠的海洋中，隐藏着丰富的资源，从石油、天然气到各种矿产，从海洋生物资源到可再生能源。
而要揭开这些资源的神秘面纱，声波成为了我们的重要工具。
那么，究竟如何利用声波来进行海洋资源的勘探呢？声波在海洋资源勘探中的应用，主要基于其在海水中良好的传播特性。
声波能够在海水中传播较长的距离，并且携带丰富的信息。
首先，我们来谈谈地震波勘探法。
这就像是给海洋的地层做“CT 扫描”。
通过在海面上或者海床布置震源，产生强大的地震波。
这些地震波会穿透海洋地层，当遇到不同的地层界面时，一部分声波会被反射回来，另一部分则继续传播。
安装在船只或者海底的接收器会接收到这些反射回来的声波，并将其转化为电信号进行记录和分析。
在这个过程中，技术人员会根据反射波的到达时间、强度和波形等特征，来推断地层的结构、厚度和岩石类型等信息。
比如，如果反射波的到达时间较短，说明地层较浅；如果反射波的强度较大，可能意味着遇到了坚硬的岩石层。
通过对这些数据的综合分析，就能够大致了解海洋地层中是否存在石油、天然气等资源，以及它们的分布情况。
除了地震波勘探法，声波还在海底地形测绘中发挥着重要作用。
多波束测深系统就是其中的典型代表。
它通过向海底发射扇形的声波束，然后接收从海底反射回来的声波，从而精确测量出海底的地形地貌。
想象一下，船只在海面上航行，多波束测深系统不断地向海底发射声波，就像一把巨大的梳子在梳理海底。
这些声波触及海底后反弹回来，系统根据声波往返的时间和角度，计算出每个测量点的深度。
经过大量数据的积累和处理，我们就能得到一幅详细的海底地形图。
通过这幅图，我们可以发现海底的山脉、峡谷、海沟等地形特征，为寻找海底矿产资源提供重要的线索。
在海洋资源勘探中，侧扫声呐也是一种常用的工具。
它就像是给海底拍照，但不是用光线，而是用声波。
侧扫声呐沿着船的航行方向向两侧发射声波，声波在碰到海底物体时会产生反射。
根据反射信号的强弱和形状，我们可以判断出海底的物体是岩石、沉船还是其他的障碍物，甚至可以分辨出是沙质海底还是泥质海底。
高分辨率多道地震勘探技术在南海天然气水合物调查中的应用
ＩＳＳＮ １００９－２７２２ＣＮ３７－１４７５／Ｐ海洋地质前沿Ｍａｒｉｎｅ Ｇｅｏｌｏｇｙ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ第３５卷第９期Ｖｏｌ ３５Ｎｏ ９王 威，徐华源，孙 波，等．高分辨率多道地震勘探技术在南海天然气水合物调查中的应用［Ｊ］．海洋地质前沿，２０１９，３５（９）：１９－２４．高分辨率多道地震勘探技术在南海天然气水合物调查中的应用王 威，徐华源，孙 波，李 阳（中国地质调查局青岛海洋地质研究所，青岛２６６０７１）摘 要：天然气水合物资源作为人类未来可以利用的一种清洁能源越来越受到各界的关注。
根据天然气水合物矿藏的分布特点，提出用高分辨率多道地震勘探的技术方法对天然气水合物资源进行探查的可行性，并以南海某陆坡天然气水合物资源勘察为例，详细论述了应用该方法的具体步骤和参数选择的重要性。
通过分析获得的地震剖面评判该方法在天然气水合物勘探领域的应用前景和实际价值。
关键词：天然气水合物；高分辨率；多道地震；参数选择中图分类号：ＴＥ１；Ｐ６３１．４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６０２８／ｊ．１００９－２７２２．２０１９．０９００４０ 引言天然气水合物又称“可燃冰”，是一种由甲烷分子和水分子在低温、高压的环境下形成的具有笼状结构的类似自然冰的结晶矿物［１］。
研究表明，天然气水合物具有能量高、储量规模大、对环境污染小等特点。
权威机构估计，全球范围内天然气水合物的能量供给量约达到目前全球所有传统化石能源的总供给量的２倍以上。
高分辨率多道地震勘探技术是一种重要的地球物理勘探手段，通过给地层做ＣＴ的方式取得地下０～８ｋｍ的地层排列、矿产资源富集判定、油气资源、水合物资源分布等信息，地震数据采集的分辨率主要体现在信号主频和频宽２个方面，高分辨率多道地震勘探技术就是期望获得不同于传统勘探技术的高尖峰主频和宽幅频宽。
当前，收稿日期：２０１９－０５－２４基金项目：中国地质调查局地质调查项目（ＤＤ２０１９１００３）作者简介：王 威（１９８７—），男，硕士，工程师，主要从事海洋物探方面的调查研究工作．Ｅ－ｍａｉｌ：３０３６１８１８９＠ｑｑ．ｃｏｍ高分辨率多道地震勘探技术在天然气水合物资源调查中应用较少，其主要原因一方面是由于对水合物资源的研究在最近几年才被世界各国提到战略层次，另一方面是对水合物资源开采、储运、能量分解转换这一系列产业链结构布局不够完善，目前仅存在于试采阶段，因此国际上对水合物资源的勘探热情还不甚高涨。
反射地震勘探的原理
反射地震勘探的原理
反射地震勘探的原理是基于地震波在不同介质中传播时遇到弹性性质不同的地层界面时会发生反射这一物理现象。
具体过程如下：
1.激发源：首先，通过在地面或水中放置爆炸装置、气枪或其他震源设备产生人工地震波，这些震源会向地下发射脉冲能量。
2.地震波传播：产生的压缩波（纵波P波）和剪切波（横波S 波）以特定的速度（取决于岩石的密度和弹性模量）向下传播并通过地层结构。
3.波的反射与折射：当波遇到上下两层地层之间的波阻抗差异（即密度与速度乘积的差异）较大的界面时，部分地震波会被反射回来，部分则会继续穿透或者发生折射。
4.接收信号：布置在地表或水下的地震检波器（也称为地震记录仪）会接收到这些反射回来的地震波，并将它们转换为电信号记录下来。
5.数据处理与解释：收集到的原始地震记录经过一系列复杂的信号处理技术（如叠加、偏移等），可以形成二维或三维地震剖面图。
通过对这些图像进行分析，地质学家和地球物理学家能够识别出地下岩层的边界位置、厚度、结构形态以及可能存在的油气藏等地质特征。
第3讲地震勘探震源及其新技术
新型炸药震源dBX――2002年引入的一种新型的地震专用炸药。 dBX地震专用炸药也称为金属炸药，是一种添加了镁、硼、钙等 易氧化金属的混合爆炸物。其机理为:当爆炸反应开始时，起爆 冲击波传向炸药，压缩内部空间产生强大的内部压力。这种内部 压力提供了使燃料和氧化剂产生化学反应的启动热量，添加的金 属作为敏感剂，增加了化学反应的速度。一旦化学反应发生，形 成的金属氧化物可增加爆炸混合物的温度，加快反应速度，从而 增加爆炸能量。常规炸药与地震专用炸药(dBX)的对比试验结果 表明，在相同的表层地质条件下，采用dBX型炸药激发获得的地 震数据的质量明显优于用常规炸药获得的地震数据。
扫频信号的自相关
3.2.3 可控震源的工作参数
扫描长度
数据采集的持续时间
扫频宽度
震源个数
振动次数
3.2.4可控震源的工作特点
可控震源工作时，3~4台可控震源，以一定的组合形 式，在一个振点(即炮点)上同时振动几次甚至几十次。 每次振动的持续时间为8~16s，在同一地点振动规定的 次数就算完成一“炮“。
3.2.5炸药震源与可控震源的对比
炸药震源
可控震源
激发波形不可控制
激发波形可控制
震源能量的利用率低
震源能量的利用率低
容易对周围环境造成损害 对周围环境不造成损害
易受干扰
可通过相关压制随机干扰
3.3 震源同步系统
为了保证地震仪能准确地从震源激发瞬间 开始采集地震数据，震源和仪器车之间部配 备了震源同步系统来保持联系和同步。震源 同步系统就是一种在地震仪控制下自动启动 爆炸，并能传送爆炸信号和井口信号的震源 同步装置。它由两部份组成，安装在仪器车 上的部分为“控制器”，放在炮点的部分为 “爆炸机”。爆炸机与控制器之间通常用无 线电台联系(必要时也可以用有线通讯联系)。
海洋地震勘探与地质构造研究
海洋地震勘探与地质构造研究海洋地震勘探是一种重要的地质调查技术，它通过测量和分析地震波在海洋中传播的方式来了解地球深部的结构和地质构造，为地球科学家提供了丰富的地质学数据和信息。
海洋地震勘探是一项复杂而多样化的工作，涉及到多个学科的知识和专业技能。
一、海洋地震勘探的方法与技术海洋地震勘探方法与陆地地震勘探类似，但也有所不同。
在海洋中，地震波传播的方式与陆地上有所区别，其速度、路径和传播特性都有所差异。
因此，海洋地震勘探需要采用特定的方法和技术来获取准确的地质信息。
1. 海底地震仪器海洋地震勘探中最常用的仪器是海底地震仪器，它们被安装在海底上以探测地震波的传播和反射情况。
这些仪器通常由水声传感器、水声发射器和数据记录器组成，可以记录地震波在海洋中的传播速度、方向和振幅等信息。
2. 反射地震法反射地震法是海洋地震勘探中最常用的方法之一。
该方法利用地震仪器发射的地震波在不同地层界面上的反射来获取地下结构的信息。
通过记录地震波在不同地层上的反射时间和振幅，地球科学家可以推断不同地层的厚度、深度和形态等重要参数。
3. 折射地震法折射地震法与反射地震法相似，但更多地用于研究深水区域的地下结构。
在折射地震法中，地震波经过地下地层界面时会发生折射，从而改变传播路径。
通过测量和分析折射现象，地球科学家可以获得更准确的地下结构信息。
二、海洋地震勘探在地质构造研究中的应用海洋地震勘探在地质构造研究中发挥着重要的作用。
通过分析海底地震数据，地球科学家可以揭示地球深部的地质构造和构造演化过程，为研究板块运动、地震活动和海洋地质过程提供了重要线索。
1. 板块边界研究海洋地震勘探可以帮助科学家确定板块边界的位置和性质。
通过分析地震波在板块边界上的反射和折射情况，可以推断板块之间的相互作用方式，如俯冲带、扩张带和拗陷带等。
这对于理解板块构造、地震活动和地理环境演化具有重要意义。
2. 地震灾害研究海洋地震勘探对于预测和研究地震灾害具有重要意义。
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震源 等 ） 到广 泛 的使用 ， 漂 浮组合 电缆 在水 下 接 得 用
收 。装 备 的改 善 提 高 了勘 探 的速 度 和 效 果 。６ Ｏ年 代 中期 ， 由于 电子 计 算 机 和 计 算 技 术 的发 展 ， 使 促 ７ 代初 数 字地震 仪 逐步 代替 模 拟 磁 带地 震 仪 ， ０年 又
震 源 技 术 的技 术特 点进 行 了对 比 分 析 ， 出 了这 些技 术 的发 展 方 向 、 用 范 围 和 应 用 前 景 。 指 使 关 键 词 ： 震 震 源 受 控 波 束 类 震源 加 速 水 团 技 术 挤 压 震 源 爆 炸 式震 源 海 洋 地
１ 引 言
海 洋地 震 勘 探 始 于 ２ ０世 纪 ３ Ｏ年 代 末 期 。 当 时， 除设 备 部件 的 防水 、 密措 施 外 ， 仪器 和方 法 水 在 上 大都 沿袭 陆地 人工 地震 测量 技术 ： 以炸药 做震 源 ， 用 密封 的检 波器 接 收 ， 地 震 波 记 录 到感 光 纸 上 再 将 进行 解 释 。调查 主要 集 中在濒 临 陆岸 的浅水 区。５ ０
由于采 用多 次覆 盖 技 术 和覆 盖 次 数 的增 加 ， 水 下 使 接 收装 置 由 ２ ４道 发 展 到 ９ ６道 ， 而 也相 应 要 求 提 从
勘探 中， 声波入射角接近垂直人射 ， 产生了一系列的 反射 波 ， 这是 由于在 沉 积 物 横切 面 的声 学 阻 抗 特 性
发生 了变 化 。声学 阻抗 特性 不 同是 因 为两种 不 同物
纳 、． ｋ ３ ５ Ｈｚ浅 地 层 剖 面 仪 ， 续 变 频 声 纳 ， 频 声 连 差 纳 ） （ ） 速 水 团 技 术 （ ， ｏ ｍｅ ；２ 加 如 ｂ ｏ ｒ布 默 震 源 ， 气
海洋 工程 的高 分辨 反射 地震 勘探 的震 源技 术特 征进
行 讨论 。 ２ 海 洋高 分辨 地震 勘探 反射 技 术的基 础理 论 海 洋 高分辨 地震 勘探 技术 与 海洋 环境 下 的声学 特 征密 切相 关 。地震 波 反射 是声 波在 两种具 有 不 同 声 学 阻抗 特 性介 质 的边界 发 生反 射 。在高 分辨 地震
枪 ） （） 炸 式震 源 （ ， 火花 ） （ ） ；３爆 如 电 和 ４ 内爆 式 震 源
（ ， 如 水枪 ） 可 以根 据勘 探 目的的不 同选 择不 同类 型 ， 的震 源 。本文 将从 基 础 理 论 、 种 震 源 的技 术 特 征 各 研究 ， 结合 相关 技术 的典型 设备 的技 术指 标分 析 ， 就
海底 呈 复杂 的层 状分 布 。通 过检 波器 接收 到 的反射
波 振 幅大小 主要 与 震 源 的 脉 冲振 幅 ， 波器 的位 置 检
油气勘 探 中 的常规 地 震 勘 探 系 统 相 比， 分 辨 反 射 高 地 震勘 探 系统 的技 术 要 求 与 其 差 异很 大 ， 体 表 现 具
高震 源 的能量 与 效率 。８ 代 以来 ， 洋 反射 地 震 Ｏ年 海 勘探 技术 向着 高 分 辨率 、 的 接 收道 数 和 震 源 的大 高
容量 发展 。 近 二三 十 年 中， 分 辨海 洋 反 射 地震 勘 探 技 术 高 在第 四系分层 、 质调 查 、 底 工程应 用 和砂 矿等 沉积 结 构 以及 物 源分析 研究 等 领域 得 到 了广 泛 的应 用 。与
２１ 年 ６ ００ 月
地 质 装备
２ ｌ
海 洋 高分 辨 反射 地 震 勘探 震 源 的 技术 特 征
万 吴 衡 王劲松 温 明 明
（ 州海洋地质调查局 广
广 东 广 州 ５０ ６ ） １ ７ ０
摘 要 ： 本文首先 简要地 回顾 了海洋高分辨地震勘探反 射技术 的基础 理论 ， 介绍 了海 洋工程勘 探 中主要使用 的 四 大类高分辨地震震源—— 受控 波束类震源（ 声纳 ）加速水 团技 术类震源 、 、 挤压震 源、 炸式震 源． 爆 并对各 类
分布和灵敏度 ， 传播过程 中的能量损失和其他能量
损 耗 因素 ， 表沉 积 柱 的反射 系数 序列 的振 幅 大小 ， 代 和检 波 器周 围环 境 的噪声 大小 等 因素有 关 。高频 声
波在 传播 过程 中将 会 损 失 更 多 的能 量 ， 使 得 检 波 这
中使 用 的震 源主 要有 以下 四类 ：１受控 波束 （ ， （） 如 声
年代 ， 洋地震 勘 探仍 旧使 用 炸药震 源 ， 海 接收装 置 采 用 晶体 （ 石 酸钾 钠 ） 波 器 ， 光 点 式 地 震 仪 在 观 酒 检 用
测船行 进 中采 集数 据 。５ Ｏ年 代末 期 ， 由于 多次 覆 盖
技术 的 出现和数 据 的重 复处 理 ， 导致 了震 源 、 收 和 接
为： 震源 能量低 ， 阻抗变 化小， 频带带 宽宽 ， 噪 比 信 小 ， 且 信 号 衰减 速 度 快 。因此 在 采 集 系统 、 源 、 并 系统
都 有 明显 的区别 。 目前 ， 洋 高 分 辨 反射 地 震 勘 探 海
理介 质 ， 它们 的声 速 伸 缩 性 和 容 积 密度 的差 异 而 造 成 。能量 经过 反射 回 到检 波 器 ， 的 大小 与 震 源 产 它 生 的声波 脉 冲振 幅和 两种 不 同介质 之 间的声 学 阻抗 差异 （ 反射 系数 的绝 对值 ） 比例 关 系 。未被反 射或 成
者散射 的能量将 透 过分 界 面进入 下一 层介 质 。反射
能量的大小与反射系数无关 ， 但是当阻抗差异为负 ， 波形 的相 位将被 颠 倒 。 在 海 洋 地 震勘 探 中 ， 反射 面 的 上层 介 质 永 远是 水， 地震 震 源和检 波 器悬 浮在 水 中 ， 各种沉 积 物在 而