南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——拖缆及海底地震仪联合勘探观测系统研究

拖缆与海底地震仪联合勘探技术在野外地震调查中起着举足轻重的作用,特别是对油气资源的地震调查方法的研究。其中对海底地震仪(OBS)的研究能够给深水油气调查提供有力的保障,OBS在海底的布设是联合采集的关键,对OBS观测系统的研究显得尤为重要,关系到OBS采集的野外资料的总体质量和后期解释。因此,通过研究,可以选择设计最佳的观测系统,为联合勘探技术提供基础数据,降低采集费用、提高作业效率。     

海底地震仪在天然气水合物勘探中的应用综述

海底地震仪(OBS)直接布设在海底,在地球动力学研究、油气勘探以及地震学研究等众多领域中应用广泛。随着采集技术的提高,海底地震仪也越来越广泛地应用到水合物的勘探中。文中从OBS数据采集、数据处理以及速度反演三个方面对OBS在水合物勘探中的应用现状进行综述,重点在于综述目前的应用现状和OBS使用的难点。数据采集方面主要综述了在OBS水合物勘探中几种常见的观测系统;OBS数据处理方面主要综述OBS数据预处理和OBS数据镜像成像;OBS速度反演方面主要综述常用的反演方法及其优缺点;最后,在以下几个方面对OBS在水合物勘探中的应用进行了展望:(1)优化观测系统的设计;(2)发展更先进的波场分离算法;(3)基于全波形反演以及基于面波的速度反演。     

海洋天然气水合物三维地震与海底地震勘探中的震源技术研究

三维地震与海底地震勘探技术愈来愈广泛应用于海洋天然气水合物调查中.为了获取高品质的纵波、转换横波等地震信息,揭示天然气水合物地层的速度结构异常,地震震源是决定调查成功与否的关键技术之一.本文对激发频宽、输出、气泡效应等震源特性及组合技术进行了综合研究,设计了一种新型的GI枪点震源系统,并于2006-2009年期间在南海北部某海域进行一系列试验.试验效果的综合对比表明:震源优化技术的应用明显提高了地震纵波的地层穿透深度,并改善了海底地震仪(OBS)纵波及转换横波的接收效果.     

采用射线追踪法的天然气水合物海底地震观测系统设计

射线追踪法是以建立的地下地质模型为基础,研究不同的激发点发出的射线经地下地质界面反射后可以被接收到的信息,从而了解不同的观测系统对于特定地质条件地震资料采集的效果,对于海上地震采集相关参数的确定十分关键.在天然气水合物地震勘探中,丰富的多波勘探信息对于查清水合物内部速度结构、提高地层的分辨率具有重要意义.本文在分析国外天然气水合物海底地震仪(OBS,ocean bottom seismometer)勘探的应用成果基础上,采用射线追踪法理论计算和海上实验,实现了针对天然气水合物的海底地震观测系统设计,试验获得了转换横波记录,取得了良好的应用效果.     

海底地震仪的时间同步技术

海底地震仪(OBS)是记录海底地震数据的主要仪器.在我国,OBS仍处于研究与实验阶段.时间同步的精准度是海底地震仪的重要指标,直接影响了地震数据分析和地震数据反演的准确性.以法国MicroOBS _Plus为例,对海底地震仪时间同步技术进行深入分析,详细介绍其时间同步原理及实现方法,为OBS在海底地震地壳深部结构调查研究等方面的应用提供参考依据.     

海底地震仪广角地震试验

介绍了海底地震仪(OBS)的基本原理、结构和海上调查方法,针对解决东海冲绳海槽地壳结构及性质等目的,利用大容量气枪枪阵震源和海底地震仪在东海冲绳海槽首次开展人工地震深部地球物理探测试验。本次试验布设一条NNW—SSE向垂直构造走向的勘测线,共投放海底地震仪40台,回收成功36台。获得了有效的深部地震数据,可识别到Pg、PmP、Pn等多种震相。此次试验是我国在冲绳海槽深部探测中的成功示范,有效填补了该地区深部地震数据的空白,为解决冲绳海槽深部地质问题奠定了坚实的基础。     

海洋天然气水合物调查地震采集技术——调查初始阶段研究

地震调查方法在水合物中的应用分为两个主要阶段:调查初始阶段和调查深入阶段。调查初始阶段以“突出天然气水合物的四大主要识别标志(似海底反射、振幅空白带、穿层特征、振幅和速度结构异常)”为主要目的,为资料的处理、解释提供丰富的地震信息。从而圈定天然气水合物富集程度高、成藏条件好的“目标”靶区,开展深入调查,更好地展现“天然气水合物矿体立体上的形态特征”,了解“水合物矿体的厚度、顶底界面及富集程度”。文中从震源技术研究、高分辨率地震调查技术的调谐组合参数研究和野外施工方法等方面的内容出发,根据大量野外技术试验资料和有关科研成果,总结了在天然气水合物调查初始阶段的特点及相应的地震调查技术。     

海底地震仪实测信号特性分析

置于海底数百米至数千米的海底地震仪(OBS)的实测信号相比陆地地震仪具有不同的特性;由于水的作用或记录信号源频率的不同,短周期OBS和宽频带OBS记录的信号又有明显的差异。文章对南海西南次海盆地震探测期间记录的人工气枪震源和天然地震实测信号进行了时频分析,结果如下。1)气枪作业后在海底激发两种噪声:一是水的波动不断叠加形成的长波,周期50s左右,以水平分量为主;二是高频噪声,主要是OBS底座细微晃动引起的。2)宽频OBS对于水下移动目标激发海底波动具有很好的探测能力,特别是水平分量可以获得大振幅且周期特征清晰的记录,并能够指示方向。3)宽频OBS能记录到清晰的天然地震信号,为研究调查区岩石圈结构增添了更多的信息,短周期OBS对远震直达P波有很好的记录。国产宽频I-4C型OBS碰巧记录了日本M9.0级大震。     

海底高频地震仪在南海北部天然气水合物探测中的应用

天然气水合物是石油天然气的理想替代能源,是当前能源、环境领域的研究热点。我国2007年神狐海域水合物钻探表明,天然气水合物的空间分布不均,水合物矿体内部物性差异较大。为了研究海域水合物及游离气的矿层结构,准确评估研究区天然气水合物资源量,采用三维地震与海底高频地震(HF-OBS)联合采集技术,获取水合物矿区的多波地震反射数据。充分利用纵横波速度信息,刻画研究区天然气水合物矿体的外形与内部结构,分析含天然气水合物沉积层的沉积环境与沉积物类型关系,进而获得这一海域天然气水合物分布规律的综合地质认识。     

海底地震仪双检合并技术与应用

海底地震仪(OBS)技术是近年来新引入我国南海水合物地震勘探中的调查方式,其"密点放炮、稀疏点接收"的观测方式,导致一次反射波浅层照明范围窄;基于下行波与上行波具有相同的震源,且下行波的传播路径更长的特征,利用下行波成像可有效地解决照明范围窄的问题,提升成像精度。针对OBS水检分量气泡严重的特点,设计合理的气泡压制算子,对水检数据进行气泡压制;在此基础上基于双检合并技术进行上行波、下行波波场分离;对下行波数据进行成像处理,获得了很好的成像效果;且最终的成像数据具有丰富的低频信息,能有效地弥补常规拖缆缺失的低频信息,利于后续进行储层反演研究。     

基于OBS和MCS数据的水合物地层速度特征

天然气水合物是一种新型的清洁能源, 南海北部神狐海域的地质条件有利于水合物的形成和储藏。传统的多道地震(MCS)数据难以得到精确的速度信息, 并且只能从时间域上判断地质体纵向分布。海底地震仪(OBS)是一种常用的主动源地震仪器, 可以接收到更清晰的气枪信号。相比于MCS, OBS剖面上的折射震相可以揭示较深部的地层速度信息。文章结合MCS和OBS的优势, 识别水平叠加剖面上的反射层位, 并得到初始模型; 将OBS剖面和水平叠加剖面拼合, 从而判断OBS剖面上反射震相所对应层位; 拾取OBS台站上的反射和折射震相, 使用RayInvr软件正演模拟得到水合物存在区域的二维速度模型, 解决了MCS中较为困难的时深转换问题。最终模型显示了水合物、游离气区域的埋深、厚度和速度, 以及似海底反射(BSR)下方更深部界面的深度和速度特征。     

南沙地块OBS2019-2测线数据处理与震相识别

为揭示南海南部陆缘的地壳结构,研究其张裂-破裂机制,开展共轭陆缘对比,我们在南沙地块礼乐西海槽附近的洋陆转换带上完成了OBS2019-2测线的探测工作。相较于北部陆缘,南部陆缘已有的海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)测线较少,对深部地壳结构的研究也较少,因此OBS2019-2测线就尤为重要。文章重点阐述了OBS2019-2测线的数据处理工作,包括UKOOA文件制作、数据格式转换、位置校正、单个台站综合地震记录剖面的生成等,然后在剖面图中对各类深部震相(Pg、PcP、PmP、Pn)进行识别追踪,并建立初步的模型;使用Rayinvr软件进行走时试算工作,验证了震相识别的准确性。处理结果显示OBS2019-2测线的深部震相清晰,最远震相可以连续追踪到120km以外,数据整体质量良好,能为后续速度建模和构造解释等工作提供坚实基础。     

国产OBS的时间矫正方法——以2019年台湾海峡地壳结构海陆探测实验为例

时间服务系统对利用走时层析成像方法进行地下介质速度结构反演至关重要。海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)工作期间由于没有GPS时间接入, 其时间误差(包括守时误差和授时误差)主要来源于内部石英晶振的准确程度, 受到外部环境变化以及开关机等因素影响。长期实践发现, 部分国产OBS在记录气枪信号以及天然地震信号时存在较大的时间偏差。本文对2019年福建及台湾海峡地壳结构海陆探测实验所获得的53台次国产OBS记录进行了时间服务系统矫正。其中, 针对OBS授时误差, 利用出海前不中断采集的一致性试验和运输船运输过程中产生的晃动互相关进行时间矫正; 针对守时误差, 采用计算实际采样频率与理论采样频率偏差进行矫正; 通过对比矫正前后OBS记录到的天然地震信号, 进行秒级别的检测。结果表明, 经过以上步骤矫正的OBS数据, 其时间记录的准确性得到了显著提高, 从而降低了震相识别、走时拾取的时间误差, 为标准化国产OBS数据采集作业流程提供了重要参考。     

南海北部陆缘OBS2018-H2测线地壳结构初步结果

南海北部陆缘洋陆转换带实施的OBS2018-H2测线的地壳速度结构, 将为探讨南海张裂-破裂机制提供重要证据。文章介绍了OBS2018-H2测线前期数据处理流程, 包括多道反射地震数据处理、海底地震仪OBS (Ocean Bottom Seismometer)数据格式转换、炮点和OBS位置校正, 以及OBS震相的初步识别, 并对地壳结构进行了初步分析。结果表明: 炮点和OBS位置校正效果良好; 多道反射地震数据为建立初始速度模型提供了良好约束; OBS综合地震剖面识别了多组清晰的P波震相, 包括Pw、Pg、PmP和Pn震相。根据测线西侧OBS36、OBS37两台站的震相分布特征初步估算台站下方地壳厚度约为6~7km, 与根据多道地震剖面LW3的双程走时估算的厚度6~9km大致相符。     

Seismic velocities on the Nova Scotian margin to estimate gas hydrate and free gas concentrations

This article provides new constraints on gas hydrate and free gas concentrations in the sediments at the margin off Nova Scotia. Two-dimensional (2-D) velocity models were constructed through simultaneous travel-time inversion of ocean-bottom seismometer (OBS) data and 2-D single-channel seismic (SCS) data acquired in two surveys, in 2004 and 2006. The surveys, separated by ∼5 km, were carried out in regions where the bottom-simulating reflection (BSR) was identified in seismic reflection datasets from earlier studies and address the question of whether the BSR is a good indicator of significant gas hydrate on the Scotian margin. For both datasets, velocity increases by 200–300 m/s at a depth of approximately 220 m below seafloor (mbsf), but the results of the 2006 survey show a smaller velocity decrease (50–80 m/s) at the base of this high-velocity layer (310–330 mbsf) than the results of the 2004 survey (130 m/s). When converted to gas hydrate concentrations using effective medium theory, the 2-D velocity models for both datasets show a gas hydrate layer of ∼100 m thickness above the identified BSR. Gas hydrate concentrations are estimated at approximately 2–10% for the 2006 data and 8–18% for the 2004 survey. The reduction in gas hydrate concentration relative to the distance from the Mohican Channel structure is most likely related to the low porosity within the mud-dominant sediment at the depth of the BSR. Free gas concentrations were calculated to be 1–2% of the sediment pore space for both datasets.     

Pre- and post-drill comparison of the Mount Elbert gas hydrate prospect, Alaska North Slope

In 2006, the United States Geological Survey (USGS) completed a detailed analysis and interpretation of available 2-D and 3-D seismic data, along with seismic modeling and correlation with specially processed downhole well log data for identifying potential gas hydrate accumulations on the North Slope of Alaska. A methodology was developed for identifying sub-permafrost gas hydrate prospects within the gas hydrate stability zone in the Milne Point area. The study revealed a total of 14 gas hydrate prospects in this area.In order to validate the gas hydrate prospecting protocol of the USGS and to acquire critical reservoir data needed to develop a longer-term production testing program, a stratigraphic test well was drilled at the Mount Elbert prospect in the Milne Point area in early 2007. The drilling confirmed the presence of two prominent gas-hydrate-bearing units in the Mount Elbert prospect, and high quality well logs and core data were acquired. The post-drill results indicate pre-drill predictions of the reservoir thickness and the gas-hydrate saturations based on seismic and existing well data were 90% accurate for the upper unit (hydrate unit D) and 70% accurate for the lower unit (hydrate unit C), confirming the validity of the USGS approach to gas hydrate prospecting. The Mount Elbert prospect is the first gas hydrate accumulation on the North Slope of Alaska identified primarily on the basis of seismic attribute analysis and specially processed downhole log data. Post-drill well log data enabled a better constraint of the elastic model and the development of an improved approach to the gas hydrate prospecting using seismic attributes.     

天然气水合物的地球物理识别技术

地球物理识别技术是天然气水合物识别技术中的重要技术,即以自然界天然气水合物的赋存模型为指导,以含天然气水合物沉积层的岩石物性分析为基础,以地质、地球物理模式为桥梁,以现代计算机技术为手段,用地震正、反演的方法系统地、定量地研究各种天然气水合物地震标志(如BSR)的形成原因和形成机理,为天然气水合物的地球物理识别提供科学依据。