中国的海洋地震勘探技术

徐长发,华中科技大学,2020.4.20

占地球面积70%以上的海洋有着丰富的油气资源。我国南海水深在500~ 2000m,在我国还不具备深海油气勘探和开采技术时,周边国家借助外国的技术从南沙海域盗采石油的年产量,相当于我国大庆油田的年产量。这种严峻的形势迫使外国加快深海油气的勘探和开发工作。

可是,深海油气勘探和开采无论是自然条件方面还是技术方面,都存在重重困难,比陆地勘探和开采不知要难多少倍。

我国在海洋开发方面原本是一穷二白,自20世纪70-80年代初,我国先后共花费了14亿美元引进一批海上石油装备,包括海上钻进平台、配套工作船、探测工程船、数字地震仪、地震数据处理计算机、可控震源成套和数字测井仪等。经过合资合作,自我创新研发的过程后,现在可就完全不同了,在深海勘探、设备制造、技术创新方面,我国都是世界领先的了。下面,将逐一地介绍我国在这些方面的成就。

一.海底电缆地震采集方式

总体要求:用机器人或者用拖船把若干个“检测器”按阵列形式放置于海底,如下图。“检测器”电缆连接;另有一排起爆器与阵列平行放置;起爆器发出振动波传入地下;检测器收集地震反射波;以后用计算机分析反射波就可得知地下结构的分布图。

起爆器,用压缩空气瞬间爆破产生振动波,起爆完成之后,起爆器自动脱离配重浮出水面回收。或者再震源船上,向海底释放爆破震荡波。

检测器,由电缆连接,方便回收。

如何获得更加细致的地层结构?

关键技术之一是检测器要采集3个振动分量(垂直,水平x方向,水平y方向)信息,这样不仅可以利用纵波分析出地层分布,还可以利用横波分析出地层的密度变化。

关键技术之二是检测器的位置和振动源之间的相对位置关系要准确,只有这样才能较准确地把接受到的地震信号做地层反演,为此当海底探测器摆放好之后,还要对探测器进行一次位置扫描,做好“二次定位”工作。

关键技术之三是计算机分析技术,这项技术可以借鉴陆地的“地震勘探分析技术”,我国在这方面已经经过若干年的改进和发展,有相当好的基础了。

海底电缆的采集方式只适用于浅、中深度的海洋地质勘探。

二.拖缆地震采集技术

对于深海,不能在海底安置检测器列阵,于是采用海上拖缆的方式,将检测器安置在网格列阵的节点上。可以用一组电缆网,也可以两组电缆网相距一定距离。海上电缆网用两艘船拖拉。在网阵旁边安放引爆器。这一套做法类似于海底的地震勘探做法。

在拖缆作业中也有一些特别的地方。

检测器网格列阵形状弯曲,要确定弯曲形状,这可以用空中摄像定位。

检测器除了接受到反射的地震波以外,还会接收到水面的反射波,为了消除这种水面发射,必须加强检测器的功能,除了接受地震波的信息之外,还要检测水波的三向速度。

爆破源的改进。两组爆破源相隔一段距离都在水平面上,或者两组爆破源相隔一段距离但是都在同一个垂直面上,同一组检测器网格列阵接受,更加有利于消除水面反射,去除噪声,提高地层信号的分辨率。

计算机的分析功能要更加强大些。既要消除检测器的位置影响、要消除波浪影响、消除水面发射的影响、要更详细地描绘海底的地层结构。

海上拖缆地震采集技术的优点是明显的:一是成本低;二是速度快;三是采集量大。

我国地震法海洋探测技术比较成熟,也创新了多种有效的地震勘探方法,用这些方法对我国海域做了全面的勘探工作。我国的海洋地震勘探方法是属于世界前列的。

现在还有一种“电磁勘探方法”:即用机器人或其它方式,在海底安置电磁震源和信号检测器的混合体,组成列阵;震源发出的是0.1-10Hz的电磁波,这类长波能够深入海底的地层,接受反射波也可以避免水面发射的干扰;一组震源发射电磁波,列阵中的其它检测器接受信号;多组震源发射电磁波,得到多组接受信号;工作完成这些检测器自动脱离重物而浮出水面回收。该方法与地震勘探方法类同,只是换了震源而已,采用发射长波的电磁波震源在地震勘探中具有一定的优越性,不过我国暂时还没有施行。

海洋地质勘探工作也不是一次就能完成的,过一段时间,技术进步了,还可以再勘探一次,几次勘探结果可以互相参照,海下地质结构会越来越清晰。

根据海洋地质勘探的指引,我国在中国海域发现了丰富的油气资源和可燃冰资源,储量非常丰富。

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标题:中国的海洋地震勘探技术

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