海底地质勘测 -海洋地质勘探

百篇科普系列（85）

中国的海洋地震勘探技术

徐长发，华中科技大学，2020.4.20.

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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。

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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。

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检测器，由电缆连接，方便回收。

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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。

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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。

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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

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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。

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在拖缆作业中也有一些特别的地方。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。