㈠ 地球物理方法对海洋平台场址调查的应用与探讨
马胜中
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
作者简介：马胜中，男，1968生，1990年毕业于中国地质大学（武汉），工程硕士，高级工程师，从事海洋环境地质、灾害地质和综合地质地球物理研究工作。E-mail：sz-m＠163.com。
摘要 海洋石油钻井平台的安全就位和稳定施工，与井场区海底的工程地质条件密切相关。地球物理探测技术作为一门综合性较强的科学技术，在海洋工程地质和海洋灾害地质调查中有着不可替代的作用。实践证明，采用测深、侧扫声呐扫描、浅地层剖面、单道地震、高分辨率2D地震和海洋磁力测量等地球物理探测手段进行综合调查，对钻井平台场址周围海域的地形变化和潜在地质灾害因素，具有很好的揭示作用。
关键词 平台场址调查 海洋地球物理探测 海洋地质灾害
1 前言
随着我国经济的发展和战略储备的需要，我国原油勘探开发的重点由陆地逐渐转向海域。我国近海海底蕴藏着丰富的矿产资源，现已探明石油资源量达246×108 t，天然气15.79×1012m3，占全国油气总资源量的23％。然而在油气开发中，屡屡遭到海洋地质灾害的破坏，不均一的持力层多次造成渤海、珠江口盆地钻井平台的倾斜和位移，使国家蒙受重大经济损失。
钻井平台场址灾害调查在石油钻井之前进行，既要探测诸如断层、浅层气地层情况以应对钻井或采油时发生的井架倒塌、井喷、着火和溢油等灾害，又要调查与钻井平台基础有关的土工问题，以避免事故和灾害发生。据资料，1955～1980年间，美国每年发生钻井船基础严重破坏的事故3～4起，经济损失和人员伤亡巨大。海洋结构物场地调查是确定影响固定式平台和海底管线等工程结构物的设计、布局、施工及安全操作的工程地质条件。1969年，卡米尔飓风袭击密西西比河三角洲，引起海底大面积土体滑移，造成3个平台破坏，损失1亿多美元［1］。可见，海洋石油钻井平台场址调查研究在油井钻探开发中有着重要的作用。我国海洋石油开发工作起步较晚，直到20世纪80年代初，我国才真正开始海洋工程地质勘察工作，近十年来，我们对石油钻井平台场址调查研究做了许多实验工作，随着调查技术的不断进步，研究正向深海挺进。
海洋平台的设计和建造需对平台场地进行包括海底地形地貌、海底表层、浅地层结构等内容的海洋工程地质勘察，从地貌、沉积物特征和地质测年等方面，利用实测的和平台设计用的海洋水文资料以及场地内土的物理力学参数，对海底稳定性进行分析计算，并在分析研究的基础上，进行场地的海底稳定性评价。
2 海洋常见灾害地质类型
海洋常见的灾害地质类型［2-5］如下：
活动断层、地震和火山等。它们不仅可能对海底构筑物造成直接破坏，而且地震可能诱发滑坡、浊流、沙土液化等其他灾害。
滑坡、崩塌、浊流和泥流等，它们的活动可能对钻井平台、海底管线构成直接破坏。
海底沙丘、海底沙波、潮流沙脊、冲刷槽、凹凸地和浅谷等，属于地貌类型的灾害，其分布和气象水文条件有关。
浅层气、泥底辟、软弱夹层、可液化砂层等。它们呈承压流体、塑性体状态存在于第四纪浅地层中。当海底构筑物基础触及这些地质体时，都有可能发生灾害。
埋藏古河道、埋藏古湖沼、埋藏起伏基岩面、埋藏珊瑚礁等。它们一般是浅地层中的透镜体，当钻井平台桩脚插入不同地质体时，由于持力不均会导致平台歪斜，甚至倾覆。
3 地球物理方法对平台场址调查的应用和研究
3.1 海底地形地貌探测
海底地形地貌探测包括单波束测深、多波束测深和旁侧声呐等，是通过探测声波在水下或岩土介质内的传播特征来研究岩土性质和完整性的一种物探方法，只是它们使用的声波频率和强度有差异，高频能提高分辨率，而低频则能提高声波的作用距离和穿透深度［6～9］，目前很多探测系统都采用双频或多频探头结构，提高仪器的探测能力。
3.1.1 单波束测深和多波束测深
单波束测深系统是利用其换能器从水面向海底发射一束声脉冲，声波传到水底界面被反射，再回到换能器被接收，通过时间函数的转换，形成一组时间离散的数字量系列，进行实时处理，而在记录纸上直接显示测线上连续起伏变化的海底剖面。反映了海底表面形态的凸凹性质、高差大小和延伸范围（发育规模）。
多波束测深系统是一种由多个传感器组成的复杂系统，在测量断面内可形成十几个至上百个测点点条幅式测深数据，几百个甚至上千个反向散射数据，能获得较宽的海底扫幅和较高的测点密度，它具有全覆盖、高精度、高密度和高效率的特点。测深资料反映了海底表面起伏变化、高差大小和延伸范围，利用计算机处理和绘图技术，可制成所测海区海底地形图。
3.1.2 侧扫声呐扫描
侧扫声呐技术运用海底地物对入射声波反向散射的原理来探测海底形态，能直观地提供活动形态的声成像。旁侧声呐是一种高分辨率、多用途的水声设备，在海洋测绘、海底目标探测（如探测沉入水底的船、飞机、导弹、鱼雷及水雷等）、大陆架和海洋专属经济区划界、海洋地质、海洋工程、港口建设及航道疏浚等方面有广泛的应用。
侧扫声呐采用深拖型侧扫声呐系统，使用双频频率100/500 kHz，量程100/200 m，拖体距离海底10～30 m，可以获取海底表面的各种目标探测物，获取的声呐图像质量较高，可以分辨出海底表面的管道和电缆，海底物体的高度可以根据物体的阴影来确定。几种地球物理方法同步作业可以相互印证（图1）。
图1 侧扫声呐和单道地震剖面显示的灾害地质类型
3.2 中、浅地层探测
3.2.1 浅地层剖面测量
浅地层剖面测量系统是探测海底以下30 m内的浅层结构、海底沉积特征和海底表层矿产分布的重要方法之一。浅地层剖面系统的发射频率较低，一般在2.5～23 kHz之间，产生声波的电脉冲能量较大，发射声波具有较强的穿透力，能够有效穿透海底数十米的地层［10～11］，地层分辨率在8 cm以上。它可以提供调查船正下方地层的垂直剖面信息，它可以准确地反映出地层界面及可能存在的浅层气、浅断层和古河道等海底地质灾害因素或其他物体（如管线）。浅地层剖面仪的穿透深度则因工作频率和海底沉积物类型的不同而异。
浅地层剖面测量系统采用德国INNOMAR公司SES-96参量浅层剖面系统，外接涌浪补偿系统，可输出水深数据。采用发射功率18 kw，主频100 kHz，差频4～12 kHz，在平台场址调查中一般使用差频8 kHz，探测到的地层分辨率较高，浅海可以探测管道，可以与磁力探测相互验证。
3.2.2 单道地震剖面测量
单道地震记录系统由单道数据采集处理系统、震源系统、信号接收电缆、EPC记录仪组成。主要用于了解海底以下200 m范围内的中、浅地层结构、沉积特征。
单道地震与油气地震勘探技术具有相同的工作原理。单道地震探测采用的震源能量小、频带宽（几十赫兹到几千赫兹）、主频高（几百赫兹到上千赫兹），一般选用电火花和气枪作为震源，能量从几十焦耳到几千焦耳，地层的穿透深度从几十米到数百米。
海上最常用的震源有空气枪和电火花二种，在平台场址调查中一般使用电火花震源，震源系统由震源控制箱、声源装置（电极、声脉冲发生器）组成。
如英国的CSP1500震源系统，主要包括CSP1500震源控制箱、SQUID500型电极、SQUID2000型电极或AA200型BOOMER组成电火花震源，该震源的激发能量级别为100～1500J，而且重复激发所需的时间较短。法国的SIG800J震源系统，采用120或200极鱼骨型电火花电极，能量输出270J、540 J和800J。在平台调查中一般选择250～800J的激发能量，激发间隔0.5 s（图2）。荷兰的GEO-SPARK 10kJ震源系统，GEO-SPARK2×800型电极能量输出在100～10000 J之间，最大工作水深为4500 m，最大穿透深度为750 ms，可以满足深水井场调查的需要。
我们选用法国的SIG16 4.8.12型和SIG16 12.12.34型水听器，英国的AAE20单道信号接收电缆，荷兰的GEO-Sense信号接收电缆，检波器按0.15～1 m的间隔并联组成，该接收电缆具有较高的灵敏度和较宽的频率响应，适用于高频反射信号的数据采集。
记录仪器与以上震源和水听器配套使用的是DELPHSEISMIC数据采集系统。该系统不仅可以主动控制震源每秒的激发次数，而且通过连接GPS导航系统，能够时时记录每一炮道的经纬度坐标，便于精确定位。该仪器的动态范围90db，16位模数转换，而且具有极高的采样频率，在与BOOMER震源配合使用时，其采样率高达6000～10000 Hz，极高的采样频率更有利于高频有效信号的接收。在海上单道地震数据采集过程中，可以通过控制测量船的速度来调整记录道间的距离，船速越慢，道间距越小，地震波组的连续性越好。在震源每秒激发二次的情况下，测量船体以3.5节的速度航行，地震记录道间的距离小于1 m，可见，该方法更适用于高精度的浅层地震勘探。
在资料处理流程中，采用有效的方法技术对数据进行信噪分离，削弱多次及绕射等干扰波的影响，可进一步提高单道地震记录的信噪比和分辨率，图3（左）清楚显示了浅层气及其沿着断层上升，红色椭圆圈着的反射波为强振幅，反射同相轴反转，具明显的反相特征；图3（右）显示了各种形态的埋藏古河道。
图2 单道地震剖面
图3 单道地震剖面显示的浅层气和埋藏古河道
3.3 高分辨率2D多道地震剖面测量
高分辨率2D地震资料的采集一般使用48道或96道多道地震电缆，为了避免虚反射对高频成分的压制作用，震源和检波器电缆的沉放深度比较浅，一般震源的沉放深度3m，一般电缆的沉放深度4 m，地震震源一般是小容量GI气枪震源或套筒枪组合震源，以保证产生高频率的地震子波。这种方法采集到的地震资料频带可达20～350 Hz，比常规的地震采集资料的频带（20～50 Hz）要高得多，完全可以满足识别薄层及地层结构的需要，提高了精度。
3.4 海洋磁力测量
磁法是利用地下岩矿石或者岩土介质之间的磁性差异所引起的磁场变化（磁异常）来寻找有用矿产，查明地下构造和解决其他地质问题的一种探测方法。磁力是解决工程地质调查中探测含磁性物体的有效手段。在各种调查中，我们使用GS880铯光泵磁力仪和SeaSPY海洋磁力仪，针对不同的研究目的分别采用不同的调查方法，均能获得满意的效果。它的优势在于不仅能够探测暴露于海底的磁性异常体，同时对于覆盖于海底以下的磁性异常体也有效。
在调查中的应用，由于海底光缆路由海域存在着已经敷设过的海缆（包括海底通讯电缆、电力电缆和光缆等），经过岁月的变迁，这些海缆在海域中的坐标有了变化，有的是否还存在也不明确；另外，过去敷设海缆时的定位仪存在较大的误差，为了探明光缆路由线交汇的海底电缆的精确位置，必须对光缆路由进行探测。在平台场址调查中，使用加拿大MarineMagnetics公司生产的SeaSPY海洋磁力仪进行勘察，结合旁侧声呐和浅地层剖面共同进行探测。图4是浅地层剖面探测到的管道，当磁力仪探头穿过电缆时测得的磁异常曲线，旁侧声呐扫描到的电缆和平台，磁异常的幅值一般可达几十到上百nT。
图4 浅层剖面、磁力和侧扫声呐探测到的管道、电缆和采油平台
4 结论与讨论
平台场址地质调查的方法主要有两种：一种为地球物理方法，另一种为地质取样方法。目前地球物理方法应用得比较广泛的是单波束测深或多波束测深、侧扫声呐、浅层剖面探测、单道地震、高分辨率2D地震和磁力测量等，以上六种水下探测系统在高精度的定位系统的支持下配合使用，可使我们获得平台场址内三维的工程地质条件，特别是危害工程建设的各种灾害地质现象的形态、规模、位置及其发展趋势等性质。其优点是比较经济、快速，对各种地球物理勘探方法都有各自解决某一方面地质问题的能力，各有优势和局限性。因此，在调查时要视调查的目的与要求，采用多种方法进行综合调查，使各种方法优势互补，以便取得最佳的成果。根据20多年来的实践经验，采用以高分辨率地震为主的综合浅层物探技术，同时在井位和预计抛锚位置进行2～3 m长的地质重力取样和地质浅钻，物探和地质取样相互结合，是了解海洋地质灾害因素、灾害的类型以及海洋工程地质有关问题的行之有效的调查方法，它能够既经济又快捷地为业主提供资料。
参考文献
［1］顾小芸.海洋工程地质的回顾与展望［J］.工程地质学报，2000，8（1）：40～45.
［2］金庆焕，李唐根.南沙海域区域地质构造［J］.海洋地质与第四纪地质，2000，20（1）：1～8.
［3］刘光鼎，陈洁.中国前新生代残留盆地油气勘探难点分析及对策［J］.地球物理学进展，2005，20（2）：273 ～275.
［4］陈洁，温宁，李学杰，南海油气资源潜力及勘探现状［J］.地球物理学进展，2007，22（4）：1285～1294.
［5］刘锡清，刘守全，等.南海灾害地质发育规律初探［J］.中国地质灾害与防治学报，2002，13（1）：12～16.
［6］Spiess F N.Seafloor research and ocean technology［J］.MTS Journal，1987，21（2）：5～17.
［7］Wille Peter C.Sound Images of the Ocean in Research and Monitoring ［M］.Berlin：Springer，2005.
［8］Fish J P，Carr H A.Sound Reflections（Advanced Applications of Side Scan Sonar）.Oreans：Lower CapePublishing，2001.
［9］金翔龙，海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展.地球物理学进展，2007，22（4）：1243～1249.
［10］Dybedal J.Kongsberg Defence ＆Aerospace AS.Training Course TOPASPS 018 Parametric Sub-bottom Profiler System，2003.
［11］Dybedal J .Kongsberg Defence ＆Aerospace AS.TOPASPS 018 Operator Manual，2002.
Marine Geophysical Survey Techniques and Their Applications to Well Site Survey
Ma Shengzhong
（Guangzhou Marine geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：The safety of marine oil drilling platform is closely related to the submarine engineeringgeological conditions of the well site.Geophysical technique has an irreplaceable role in marineengineering and hazard geological survey.Practice proves that，using geophysical instruments in-cluding echo sounder，sidescan sonar，sub-bottom profiler，single-channel seismic，high resolu-tion 2D seismic and marine magnetometer etc.to carry out a comprehensive survey can efficientlyreveal the topography and potential geo-hazards of the well site area.
Key words：Well site survey Marine geophysical survey Submarine geo-hazards
㈡ 海洋重磁测量野外工作方法
王功祥 唐卫
第一作者简介：王功祥，男，1971年出生，物探工程师，主要从事海洋重磁、地震及各种工程测量工作。
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
摘要 海洋重磁测量在海洋调查中有着重要位置，有效控制野外资料采集是海洋重磁测量的关键一环。本文结合野外作业的实际情况，针对海洋重磁调查中的一些干扰效应进行了对比分析，以期提高海洋重磁调查野外资料采集的质量。
关键词 海洋重磁测量 干扰分析 野外作业
1 海洋重力测量
海上重力测量不同于陆地重力测量，它必须在运动的状态下，即所谓的动基座（如船）上进行。测量重力加速度的仪器的基座，对与地球连接的坐标系作相对运动。从本质上说，海洋重力仪可算作超高精度的加速度计，它测量的是瞬时重力加速度的一个分量。和任何加速度计一样，海洋重力仪也可以在相对基座的某个严格规定了的方向上记录加速度变化，这个方向就是仪器的测量灵敏轴。
1.1 海洋重力测量的主要干扰因素及其分析
1.1.1 水平干扰加速度
在水平面上测量的瞬时重力值可表示为G=g+x2/2g-Δа2/2g，其中x表示水平加速度，Δа表示瞬时垂线与真垂线的夹角，g表示重力真值。由上式可以看出水平加速度使重力增加x2/2g，而瞬时垂线与真垂线的夹角使重力减小Δа2/2g。为了得到重力真值，在平均测量中要引入加速度改正和倾斜改正Δg=-x2/2g+Δа2/2g。如果重力测量仪器安装在周期比船摇晃周期小得多的常平架中，则常平架纵轴（常平架重心和相互垂直的旋转轴交点的连线）将随时跟踪瞬时垂线方向。因此可以调整仪器，使其灵敏轴几乎同瞬时垂线一致，这样Δа即为常平架的定向误差，采用陀螺稳定平台就是基于这个道理。海上试验表明，对高达50Gal的加速度，由于稳定平台的周期（大于2分）比波浪周期（小于17秒）大得多，水平干扰加速度产生的误差很小，仍可以达到1mGal的精度。
1.1.2 垂直干扰加速度
在海洋重力测量中，最大的问题是垂直加速度引起的。由于无法区分开重力加速度和垂直干扰加速度，于是在动基座上的重力测量值实际上是由两部分组成：一部分是由重力本身引起的弹性系统变化；另一部分则是由垂直加速度作用而影响到重力仪读数的值。但垂直加速度对重力仪主要是造成瞬间交变干扰，且几乎按余弦规律变化，具有周期性特点，若重力仪是线性系统，测量时垂直干扰加速度并不会造成系统误差，这是其本身的平均值为零的缘故。在现代重力仪中都采用强阻尼措施而大大压制了垂直干扰加速度，但这也使得在运动着的船上所测的重力异常产生幅度的减小，同时也会引起弹性系统对重力变化的反应有滞后现象，以至于对某些短时间变化的局部重力异常感应不出来，或者减小了数值。
1.1.3 厄特屋斯效应
装在匀速航行船只上的重力仪，其读数除受基座干扰加速度影响外，还受厄特屋斯效应的影响，该效应同地球自转引起的离心力有关，主要受船航速、航向影响。
1.2 野外操作及其注意事项
1.2.1 设备安装
干扰加速度主要部分是由船上仪器安装点的交变摆动的特征所决定的。干扰加速度的优势周期和幅度值取决于众多因素：船型和排水量、仪器位置、波浪特征、船航向和航区。对于特定的调查船及作业工区，其性能参数是无法改变的，因此仪器安装位置及环境显得尤为重要，一般要求将仪器安装在船纵横摇的中心点，越靠近舱底越好，且远离热源体和强电磁源（主要是由于重力仪内部安装有用于强阻尼的永久磁铁）。
1.2.2 码头准备
海洋重力仪的弹性系统均为金属质构造，温度发生变化，其热胀冷缩现象显着，因此保持传感器内部恒温至关重要。一般来说厂家要求用户每天24小时不间断通电加温，但实际上很难做到，原因是：在仪器长期处于闲置状态时，长时间通电会导致一些指示灯烧毁，板件也会损坏，如KSS⁃31海洋重力仪控制单元ZE31的LP5.28 5V电源板曾经三次失效，所以只有在备航期间或航次间隔很短时才保持仪器的不间断通电。启动重力仪前究竟加温时间多长，按实际至少是1～2天，时间太短仪器读数不稳定，或频繁死机，或无法正常启动。有时候也有这种情况：仪器面板电流长时间不变化，表明内部温度指示已达到恒温数50℃，但实际上金属质弹性系统并没有达到均衡恒温状态。
当载体发生变化时，海洋重力仪必须做测试，包括平台抛物线测试、小球常数测试、延迟时间常数测试以及倾斜格值测试等，以确保整个系统通道的正常。
1.2.3 掉格现象
掉格是由弹性系统发生儒变或小球下掉所致，掉格现象往往瞬间发生，重力读数突然增加或减小几十或几百个毫伽，在模拟记录上会出现一条阶跃曲线。掉格现象与船变速或偏航情形不同，前者加速度或摆位并无变化，后者则有相应的偏移。在仪器出现掉格时，应停止测量，立即回到掉格前的位置或回到码头基点进行重复观测，以确保前期工作的可信性。
1.2.4 基点比对
基点的作用在于：控制重力测量点的观测精度，避免误差的积累；检查重力仪在某一段工作时间内的零点漂移，确定零点漂移校正系数；推算工区重力测点的相对或绝对重力值。海洋测量时由于距离陆地路途遥远，不可能经常性地往返基点测量，只能航段性地进行基点比对。为了控制零点线性漂移，海洋重力仪普遍采用了线性系统，即重力读数变化严格正比于重力变化的弹性系统。调查船出航和返航均需比对基点，在基点比对时要记录好各相关数据，包括重力传感器距基点的垂直、水平距离；调查船左、右舷距水面高度；码头距水面高程；仪器读数及比对时间等。在实际比对基点时有几个因素我们不得不考虑：基点周围建筑物群的变化；停靠或过往的附近船只。所有这些干扰物体的相互引力影响，均会造成仪器相对读数的降低。以广州海洋地质调查局的海洋四号和探宝号为例，当两艘大船靠在一起时，多次观测表明两船的引力影响导致重力读数降低2～3毫伽。在海上作业时不可避免地遭遇台风影响，在外港避风时期，观测收集各地港口、锚地的相对重力值或基点值，对于我们了解、控制仪器掉格情况也是很有帮助的。
图1 海洋重力模拟记录
Fig.1 Marine gravity simulation record
1.2.5 实时观测
在海上工作期间，重力调查质量监控主要是通过模拟记录来实现（如图1），即观察传感器在船运动姿态下感应的纵横加速度，一般海况下纵横加速度的变化表现在模拟记录纸上基本上在以中心点1～2格的范围内摆动；在恶劣海况下则有3～6格的变化。当船变速或偏航时，纵横加速度或重力值均会发生变化；由于新型海洋重力仪均直接接入实时定位数据（包括点位、速度、航向），当导航信号不稳定时，重力显示数据会发生急剧变化，因此将这些变化信息及时记载，对室内处理的帮助是很大的。一般来说，重力测量模拟记录曲线比较平滑，南北向重力读数变化大，东西向则较小；对曲线变化较大的地方应多加关注，如海山影响会导致重力数值降低，再如隆起或凹陷，由于剩余质量的亏损或盈余会导致重力读数的减少或增加。在海上，养成与地震资料、水深资料或多波束资料对比观察的良好习惯，对于提高我们海洋重磁观测的质量控制不无裨益。另外，了解我国各海区区域相对重力场，对于控制重力测量的野外变数也很有帮助，以KSS⁃31型海洋重力仪为例，如东江口码头相对测量值为-1900毫伽左右；南海相对测量值为-1400～-1700毫伽；东海相对测量值为-800～-1000毫伽；黄海相对测量值为-500～-800毫伽左右。
2 海洋磁力测量
2.1 海洋磁力测量的主要干扰因素及其分析
2.1.1 系统噪声
该误差与仪器本身固有特性有关，往往不可预测，是一个固定值。电子干扰在船上通常是一个很大的噪声源，这要取决于仪器设备的安装条件，尤其是接地，但也会随着噪声源的开启和关闭而变化。
2.1.2 船磁方位效应
方位误差是由船磁在传感器上的效应引起。在海洋环境中主要由两个因素引起：一种是船的永久磁场。调查船处于地磁场环境中必然要被磁化，而且磁化后产生的附加磁矩特别强，因而呈现出很强的磁性，磁性一旦形成很难消失，这就组成了船的永久磁场；另一种是船上渗透性物质在地磁场作用下的感应磁场。随着调查船所处的地磁场变化以及测量船相对地磁场的空间方位的变化，船磁也在不断变化，这部分瞬时变化的附加磁场就组成了船磁的感应磁部分，感应磁场的方向与地磁场方向一致。在海上测量时，调查船航向的变化只是影响了船磁的感应磁部分。船的永久磁场是由船的固有磁矩产生的，因此大小应该一样，但随调查船的航向变化而改变方向。文献指出：调查船的永久磁场是一个典型的余弦曲线，感应磁场是一个典型的正弦曲线，而且感应场的影响要比永久磁场大得多。因此船磁的总体影响也应该是一个典型的正弦曲线，也就是我们在实际进行船磁方位试验时通常见到的“W”形状。
2.1.3 涌浪和传感器运动干扰
该误差来源是一种动态环境：来自于海涌的磁性振荡以及拖曳系统中流体的不稳定性因素。海浪噪声是由于海水中地磁场中的传播媒介的周期性运动而引起的，这种效应在磁场中产生的周期性变化是很大的，通常10～20秒的周期性海浪运动会产生好几个纳特的磁场变化。但是通常海洋调查有和海浪同样周期（4～11秒）的采样率，而且系统噪声水平也有半个纳特，因此涌浪噪声可能不被识别。另一种误差源是由于拖曳系统中流体不稳定性引起的，导致了传感器旋转周期的旋进信号进行周期性调谐，海洋调查对于传感器这种非稳定性因素造成的影响也很难从系统噪声中分辨出来。
2.2 野外作业及其注意事项
2.2.1 电缆长度的确定
磁力拖曳电缆究竟施放多长目前并无理论上推导，一般经验法则是：做总场调查时为2～3倍船长，做梯度测量时为3～5倍船长。2000年在南海做亚太光缆调查时，由于水深较浅，平均20m，为保证水面设备安全，我们做了如下试验：奋斗四号船长85m，施放电缆为170m时，磁力数据非常紊乱；施放电缆为200m时，磁力数据稍好一点，但仍然有点乱；施放电缆为220m时，磁力数据比较平稳；2002年在租用20m小船做浅水物理调查时，当施放磁法电缆到50m时，磁力数据才稳定。这说明只有在拖曳电缆至少为2.5倍船长时，才能采集到正常的磁力数据。
2.2.2 甲板电缆铺设
甲板电缆是拖曳电缆与磁力设备之间的连接电缆，尽管甲板电缆采用了屏蔽措施，但如果铺设位置及走向不合适，就会对采集的数据造成影响，特别是在甲板强电磁场区，如架有高压电缆、集束通讯通信电缆等地方，一定要尽量避开；如实在无法避开，最好使甲板电缆与干扰电缆呈垂直走向通过。野外实际对比观测表明，如果甲板电缆铺设不当，往往会有1～3纳特的数值附加在正常磁力数据上，严重的会有7～8纳特的干扰，甚至会造成磁力设备无法正常运转。
2.2.3 海底日变站的设立
在高精度的海洋磁测中，地磁周日变化是一种严重干扰场，在南沙，由于距离海南地磁台太远，交点均方差往往达到27纳特以上，因此在工区附近建立海底日变站非常迫切且重要。海底日变站必须设立在地形平坦且地磁场相对平静的地方，其结构如图3所示。2004年广州海洋地质调查局从加拿大引进一套SENTINEL陆地/海洋日变站观测系统，5月海洋四号利用该日变数据绘制的船磁方位曲线非常理想，也就是说海底日变站的建立基本上剔除了野外磁力调查过程中的日变影响，如图2所示。
图2 南海东沙海域船磁方位曲线。左图是日变改正之前的曲线，右图是日变改正之后的曲线
Fig.2 Curve of shipˊs magnet orientation in dongsha south China sea.Left figure is the curve before time variety correction，right figure is the curve after time variety correction
图3 地磁日变观测锚系结构
Fig.3 Anchor system structure of geomagnetism time variety observation
2.2.4 船磁方位试验
为了消除船体在地磁场磁化作用下产生的感应磁场影响，同时为了方便对不同航次相邻测线的磁场进行水平调整，在作业工区必须做45°八方位定点偏向航行观测。由于白天日变及电磁干扰较大，船磁方位试验最好选在晚上或凌晨进行，试验点应选择在局部地磁场平静的地方，试验顺序：0°→225°→90°→315°→180°→45°→270°→135°→0°→225°→90°→315°→180°→45°→270°→135°→0°。
试验前要精确计算定位点距离磁力传感器位置，以方便偏距调整。试验主要采集圆中心（如图4所示）数据，因此在船进入中心点前一定要确保船航行在测线上并已走直，并且磁力电缆已拉直。
2.2.5 实时观测
对于质子磁力仪，如G801、G821、SeaSPY等，在接收线圈内其感应讯号的电压为V（t1）=CκpH0γpsin2θsin（γpT t1）e-A，其中θ为线圈轴线与地磁场T之间的夹角。当θ=45°时，讯号幅度只降低了一半，因此对于探头定向只要求大致与T相垂直。但是，θ接近于零度，则是探头的工作盲区。
光泵磁力仪运用电子跃迁和光泵泵激原理，采用感应灵敏元件和同步调谐回路，其灵敏度比质子磁力仪更高。但其存在工作盲区，如图5所示，当地磁场与传感器光泵中心轴线夹角为±15°时，感应不到信号，因此为了获得工区各测线方向上的最大信号强度，必须实时调节传感器的角度。在我国海域通常在旋转0°和倾斜0°情况下各测线方向一般能感应到有效信号。2005年海洋四号在执行南海中南部海域重磁测量时，发现磁力模拟记录有周期性锯齿状出现，G880光泵磁力仪感应的信号只有400左右。该区域地磁倾角21°，由于测线的近南北、东西向展布，运行CSAZ演示程序后才知道，由于工作盲区的存在，使得在该区域传感器只能保持旋转90°和倾斜0°姿态，调整后信号强度达到800以上，数据相当稳定。
图4 船磁方位示意图
Fig.4 Sketch map of shipˊs magnet orientation
海上磁力质量的监控主要是通过在仪器面板上指示的信号强度以及模拟记录（图6）显示的抖动度。各种类型的海洋磁力仪指示的信号强度的标准并不一致，对于质子磁力仪信号强度至少要求130；对于光泵磁力仪信号强度至少要求450。磁力数据的抖动度只能作为一种相对参考，如2004年我们在执行汕头南澳岛大桥路由调查中发现，磁力抖动基本在2～3纳特之间，但仪器信号又很稳定，架设的日变站也无法正常工作，后来才知道整个南澳岛及周边区域基底出露的是磁性很强的玄武岩。野外观测实际表明，磁力数据出现大的抖动（一般大于2纳特）时，往往由如下几个因素引起：通讯干扰、电焊焊弧，这是人为电磁波信号的扰动；探头尾翼松动或脱落，或挂上渔网、渔标等杂物，导致拖鱼无法控制平衡；过往船只附加的船磁影响；甲板电缆铺设不当导致的电磁干扰；磁暴，这是太阳黑子周期出现的征兆，其影响是全球性的，灾难性的，1997年在南沙作业时曾监控过一次，模拟记录上显示的是一条条急剧变化的平行线，持续时间约10个小时；地质背景场或断裂破碎带，2004年南澳岛作业就是这种情况，在我国黄海、南中国海域，断裂发育丰富，磁力模拟记录上观测到的急剧变化的平行线非常多，但与磁暴不同的是，这种现象往往持续时间很短；恶劣海况或雷电天气也会造成磁力数据的跳变。
图5 光泵磁力仪盲区示意图
Fig.5 Sketch map of dead zone for optical pumping magnetometer
图6 磁力模拟记录
Fig.6 Marine magnetism simulation record
3 结论
重磁测量资料包含了丰富的信息，无论是地壳深部构造与地壳均衡状态的研究，还是普查、勘探多种矿产资源，或是在水文、工程（乃至考古等）方面的应用等诸多地质任务，都有可能利用重磁资料来加以研究或解决。野外重磁资料采集的质量监控，其根本目的就是保证野外采集资料的真实性、可靠性，尽可能地防止无用的或无意义的信息叠加在有用的地质体信息之上，以方便室内资料的处理。
参考文献及资料
海军海洋测绘研究所.1990.海洋重力测量，92～95
罗孝宽，郭绍雍等.1990.应用地球物理教程.北京：地质出版社，209～210
GEOMETRICS，INC.1997.G⁃880 CESIUM MARINE MAGNETOMETER Operation Manual
The Field Employment Method of Marine Gravity ＆ Magnetism Survey
Wang Gongxiang Tang Wei
（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：The proction of marine gravity and magnet detection plays an important role of ma⁃rine survey.Itˊs a basilica factor about how to actually control data collection ring marine gravi⁃ty ＆ magnetism survey.This article devotes to satisfying the readers through contrastively analyzing some disturb effects ring marine gravity＆magnetism survey，simultaneity opening out depiction by use.
Key words：Marine gravity ＆ magnetism survey Disturb effects analysis Field employment
㈢ 时频岩相分析——对频率信息的进一步思考
张有江周祖翼陈焕疆
（同济大学海洋地质与地球物理系，上海200092）
【摘要】地震反射系数序列的频谱含丰富的岩性及沉积相信息，而由于受到地震子波的影响，这些信息很难直接检测到。时频岩相分析方法由时频分析引申而来，它分离子波和反射系数序列频谱的变化，利用功率谱的变化来确定不同地震序列的频率成分差异，再利用这一差异分析反射系数序列结构以达到沉积学分析的目的，这也就是我们所说的旋回分析。利用旋回变化可进一步在平面上确定出地质构造层系的沉积相及沉积微相、岩性展布，从而成为一种高效的三维地震资料沉积学分析及储层预测的辅助工具。文中通过ARMA功率谱的垂向变化分析识别出旋回韵律，将旋回结果与研究区内先验的沉积相认识综合得到沉积相的平面预测，并利用功率谱峰态特征和时频岩相剖面预测目的层段的储层展布规律。
【关键词】时频分析；ARMA；功率谱；旋回；沉积微相；储层预测
Mail等人指出，对于砂泥岩地层，砂岩碎屑成分较粗，反映较强的水动力条件，沉积速率快，单层厚度大；泥岩属细粒沉积，反映弱的水动力条件和缓慢的沉积过程，故单层厚度较小。对砂泥岩互层来说，砂岩段岩性成分相对单一，泥岩段岩性成分纵向分布很不均一，因此我们可以得出结论，砂泥岩互层韵律既是岩性韵律又是层厚度变化的韵律。层厚的纵向变化反映波阻抗曲线的变化，进而反映反射系数序列频率成分的纵向变化；而这一变化无法从地震资料的时间域和频率域上观察出来，这使得我们不得不从波阻反演结果来研究与之并不明显对应的岩性序列。时频分析采用分时窗功率谱（频谱）估计方法，得到功率谱随传播时的变化关系F（t，ω）。它反映地震序列频率成分随传播时的变化关系，并间接反映了层的更迭频度也即层厚的垂向分布。将功率谱分析结果和地质认识结合起来，就是时频分析的基本内容。
1方法原理
时间序列S（t）功率谱密度函数（又称功率谱、频谱）的定义由下式给出：
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或：
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式中S（ω）是S（t）的付立叶变换，R（t）是S（t）的自相关函数，F（ω）就是序列S（t）的功率谱。
依据地震记录与子波和反射系数积关系
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对应有
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而反射系数与波阻抗存在对应关系：
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令z（t）=z（t）-z（0），得：
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将（7）式代入（4）式，利用付氏变换变换微分特性，有：
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在地震信号处理解释中认为子波随传播时变化梯度较小，这样，我们选微小滑动的相邻两时窗，它们的功率谱之差为：
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可见，功率谱差值反映两记录反射系数序列频谱的差值，而反射系数频谱的变化受地质反射层更迭的频度即层厚的影响。在地震剖面上，这种影响是无法识别出的。这样，我们就可以利用功率谱来研究地震序列的地质属性，这就是时频分析的基本出发点。
在功率谱求取方面，我们设计了ARMA模型谱估计法。ARMA的数学模型为：
式中s为信号序列，ak为k阶自回归系数，bk为k阶滑动平均系数，ek为k阶滑动平均误差。（10）式的付立叶变换为：
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令序列en为自噪序列，en～Wn（0，σ2），其自相关函数为：
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则S（t）的功率谱为：
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令
则
故
由付氏变换理论得：
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由此可得：
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式中R（i）为自回归系数ak的自相关函数。这样我们就可以使用BURG法、MARPLE法等最大熵法计算出自回归系数ak和方差，再由（18）式计算出滑动平均序列谱，代回（13）式便可以得到序列S（t）的功率谱F（ω）。
ARMA法保留了最大熵法的高分辨率，同时使用自回归系数的自相关约束来削弱干扰的影响，可在较小时窗内准确估计功率谱。计算表明，ARMA法既有较高的灵敏度又具相当的抗噪能力，是一种有效的时间序列谱估计方法。
2地震资料时频岩相分析方法
从（9）式可以看出，具有相同子波函数的地震记录功率谱变化能反映出反射系数序列频谱的变化，亦可反映出波阻抗频谱的变化（图1）。垂向上看，由深至浅功率高频成分减少则反映极性反转次数变小、反射系数频谱由高频向低频过渡，进而反映出层厚逐渐加大，属逆旋回。从沉积角度来说，沉积的单层厚度受水动力条件控制。在近物源处，水动力作用强，属高能环境，沉积物以颗粒较粗的砂岩为主，堆积快，单层厚度大，可以与漏斗型测井相相对应，可判别为三角洲前缘沉积；而在远物源或远岸端（深湖、半深湖、封闭湖湾等环境），水动力作用弱，沉积物以粘土质成分为主，属泥、页岩，沉积缓慢，单层厚度小。把时频旋回与沉积旋回结合起来，由深至浅功率高频成分减少与漏斗型测井相相对应，可作为判别三角洲前缘沉积的依据；反之，则反映水进的正旋回过程，是河流相沉积的典型特点。这样，就可以根据功率谱垂向变化的平面展布清晰地勾绘出沉积相（沉积体系）的平面展布图（图2）。
图1剖面上的时频响应
图2时频沉积相预测平面图
功率谱频率成分变化的平面分布所表现的旋回特征既适用于大套地层沉积相变化研究，也适用于沉积微相研究。在1-2相位的时窗内作时频分析后统计正、逆旋回所占比重，结合沉积相分析结果，在不同的相带内可确定出河口坝、滩坝、点砂坝，浊积砂等有利微相储层，从而为储层预测提供丰富的直观信息。
功率谱随传播时的变化在垂直剖面的分布也有助于我们迅速划分沉积等时面。由于地震反射层是岩性界面，它往往是穿时的，所以我们利用地震剖面尤其是高分辨率剖面划分等时面往往存在很大风险。而时频响应反映的是旋回韵律的变化，是等时的，在剖面上很容易利用其横向形态特征准确划分等时面。
图3时频岩相与井、井旁道对比
功率谱特征的另一应用是薄层分析。由于薄层厚度与频谱峰值频率、峰值频率之差存在对应关系，平面上可利用沿层主频变化及功率谱峰值频率间隔来确定薄层厚度。
另外，由（7）式，令上下两相邻时窗功率谱最大互相关最大，则：
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式中τ为滑动频率。可以得到：
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可见，滑动频率可代表真实反射系数，它消除了子波的影响。
对τ剖面做波阻抗处理，我们称之为时频岩相剖面。由于它不需要井约束，且分辨率高（较原剖面提高1倍以上），可广泛应用于储层预测（图3）。
3应用实例
南翼山地区随着南10井钻遇
此外，利用时频岩相分析技术，对南10井
通过对全区T4-T5相位之间的综合分析，共发现4个砂岩异常体，由此编制
4结论
ARMA法保留了最大熵法的高分辨率，同时使用自回归系数的自相关约束来削弱干扰的影响，是一种有效的时间序列谱估计方法。
它将旋回结果与研究区内先验的沉积相认识综合，得到沉积相和沉积微相的平面展布；使用功率谱峰态特征进行薄层厚度预测；利用时频岩相分析方法进行储层预测。该理论新颖，在实际分析中取得了良好的效果，具有较高的推广使用价值。
参考文献
[1]杨叔子.时间序列分析的工程应用[M].武汉：华中理工大学出版社，1991.
[2]李乐天.层系结构解释中地震资料时间谱分析的方法[J].国外油气勘探，1990,（1）.
[3]Makarov.3D频率-时间分析：地质应用[A].67届SEG年会论文集[C].1990:124～126.
[4]陈兆国.时间序列及其谱分析[M].北京：科学出版社，1998.
[5]崔凤林，管叶君.时频分析——薄互层结构研究的新途径[J].石油物探，1992,31（2）.
[6]Partyka G.Interpretational applications of spectral decomposition in reservoir characterization[J].The Leading Edge,1999,18（30:353～360.
㈣ 时频分析的主要方法
时频分析
时频分析（jtfa）即时频联合域分析（joint
time-frequency
analysis）的简称，作为分析时变非平稳信号的有力工具，
成为现代信号处理研究的一个热点，它作为一种新兴的信号处理方法，近年来受到越来越多的重视。时频分析方法提供了时间域与
频率域的联合分布信息，清楚地描述了信号频率随时间变化的关系。
时频分析的基本思想是：设计时间和频率的联合函数，用它
同时描述信号在不同时间和频率的能量密度或强度。时间和频率的这种联合函数简称为时频分布。利用时频分布来分析信号，能在
每一时间指示出信号在瞬时频率串附近的能量聚集情况，并且能够进行时频滤波和时变信号综合。
信号时频分析的重要性
（1）时间和频率是描述信号的两个最重要的物理量。
（2）信号的时域和频域之间具有紧密的联系。
时频分析的主要方法
（1）窗口傅立叶变换（gabor变换）；
（2）连续小波变换；
㈤ 地震沉积学分析技术
地震沉积学是近年来新兴学科，它是一门在地质模型指导下利用地震信息和技术研究有关沉积体的三维构成及其形成过程的学科。其研究基于三维地震、环境分析、露头、岩心联合反馈，识别沉积单元的三维几何形态、内部构成和沉积过程，是继地震地层学、层序地层学之后出现的一门新的边缘交叉学科。曾洪流等（1998）在对墨西哥湾北部中新世地层Tiger浅滩地区高频层序研究中，首次提出了地震沉积学是利用地震资料来研究沉积体三维构成及其形成过程的一门学科；Schlager（2000）、Eberli、Masaferro和Sarg（2004）等进一步完善了地震沉积学概念；2005年2月，在美国休斯顿召开了地震沉积学国际会议，2006、2007年国际沉积学大会，地震沉积学都是会议的主要议题之一。继地震地层学、层序地层学之后，地震沉积学作为一门新的学科越来越受到人们的关注。
地震沉积学是基于高精度地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈以识别沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程。精细沉积建模是地震沉积学研究的基础，尤其在高精度等时框架中动态地恢复沉积体系的三维空间展布及其演化，是当今沉积学研究的主要方向。高精度层序地层学方法帮助解决储集体在多重控制因素下的演化，具动态建模的意义。首先，高精度层序地层学提供了建立精细的等时格架和分层手段，为储层建模提供了一个高分辨率的等时地层框架。运用高精度层序地层学方法，沉积体系分析是随着时间的变化而进行的动态分析，不仅可以揭示沉积体系的内部构成要素的基本特征（Lamers和Carmichael，1999）、古地形和地貌变化（Smallwood和Gill，2003；Morgan，2004），还可以揭示各种沉积体系在等时格架中的空间分布和随时间的迁移变化规律（Long等，2004；Cartwright 和Huuse，2005）。这些动态的概念模式对储集体的展布及其储集物性提供了更好的预测。此外，由于层序识别分辨率的提高，对储集相带划分也日益精细。
总体说来，地震沉积学是在高分辨率地震资料支持下对典型沉积体进行精细刻画的过程，目的是更为精细的、更为精确的描述沉积体三维空间展布。因此，地震沉积学应用体现在对高级别层序界面、高频单元、高精度沉积体的识别和刻画。
（一）高级别界面的识别技术——构筑地质体界面
1.多元参数精细标定
多元标定是地震沉积学研究的基础，其目的是为储集砂体的精细解释提供标准格架，所用关键技术是多元标定技术。其实质是将地质、测井、钻井等多种信息与高品质三维地震剖面结合，实现“点-线”的统一。
2.相位转换
在地震数据体中，零相位数据体在地震解释中具有子波的对称性、主瓣中心（最大振幅）与反射界面一致以及较高的分辨率等优点，但这些优点只有在海底、主要不整合面、厚层块状砂岩顶面等单一反射界面情况下才能体现出来。而且，零相位地震数据中岩性地层与地震相位间不存在必然的对应关系。尤其是存在许多薄地层互层时，要建立地震数据和岩性测井曲线间的联系很困难。常用的方法主要是90°相位转换，但是，在特殊的地区相位角的转换度数要根据目的层位高频层序界面对应的地震相位角来决定。
(二）高频单元划分技术——构筑地质体序次
1.分频技术
研究表明，低频地震资料中的反射同相轴更多地反映岩性界面信息，而高频资料中的同相轴更多地反映时间界面信息。基于这一认识，采用分频解释的方法，针对不同的地质目的使用不同频段的地震数据。地震沉积学中使用的分频解释是基于地震资料的频率成分控制了地震反射同相轴的倾角和内部反射结构这一原理。一般而言，地震子波的频率越高，相应的地震资料与测井信息就吻合得越好，此为分频解释的基本依据。因此，运用分频解释技术是地震沉积学对地震频率控制同相轴倾角和内部反射结构这一认识的一个反映。
2.时频三原色技术
地震资料中连续的频率变化本身蕴含了丰富的地质信息，不同级别的地质层序体对应着地震剖面上的不同频率特征，仅采用分频解释方法还不能将这类信息充分利用起来，而时频分析方法恰好弥补了这一缺陷。时频分析即频率时间扫描，它通过快速傅里叶变换将时间域的地震记录转化到频率域，利用时频分析技术按不同频率进行扫描分析可以识别出由大到小的各级层序体，从而得到一些地震剖面上没有的信息。由于纵向上频率变化的方向性代表了岩性粗细的变化，所以时频分析不但可以用于地层层序解释，还可以用于划分沉积旋回和推断水体变化规律及沉积环境变化。因此在地震沉积学的研究中，分频解释与时频分析技术应结合起来使用。
（三）高精度沉积体系精细刻画技术——构筑地质体空间配置关系
1.测井约束反演技术
测井约束反演技术在地震储层预测和砂体描述中是不可缺少的技术，在砂岩岩性油藏描述中发挥了非常重要的作用。地球物理学家李庆忠院士曾指出“波阻抗反演是高分辨率地震资料处理的最终表达形式”。目前，测井约束反演处理已经成为处理常规目标的一种手段。这项技术在实际应用中涉及测井曲线校正及归一化处理、合成地震记录与地震子波提取、建立低频模型等相关方法。
2.地层属性分析技术
地震属性是从地震数据中推导出来的几何学、运动学、动力学、统计学特征的具体（特殊）测量值。储层物性和充填在其中的流体性质的空间变化，会造成地震反射速度、振幅、频率等的相应变化。当目标地区的地震地质确定的情况下，只要储层或流体性质变化的特征参数达到某一相应的限度，地震剖面就会有表现为波形、能量、频率、相位等一系列基于几何学、运动学、动力学的地震属性的明显的变化。尽管目前研究人员尚无法找到地震属性与地质目标间一一对应的成因联系，但通过大量油气勘探实践和经验的统计结果表明，井点处的储层性质与地震属性之间往往存在某种线性或非线性统计关系。据此可以推断，在某一特定的范围内，井之间储层性质和地震属性也同样符合这种统计关系，这也是利用地震属性进行储层预测的前提条件。该技术目前已广泛应用于地震构造解释、地层分析、油藏特征描述以及油藏动态检测等各个领域，在油气勘探与开发中所发挥的作用越来越大。目前常用的属性有振幅属性（波阻抗、反射系数、速度、吸收）和相位属性，同时近年来还发展了相干分析结束、频谱分解技术、AVO技术和波阻抗反演技术。在实际操作过程中，一般遵循“建立地震解释和属性分析的工区→进行层位解释和闭合→依据研究任务筛选和提取相关的地震属性→地震属性优化”流程。
3.地层切片分析技术
通过三维地震的水平成像（即时间切片）可以产生高分辨率的沉积相图像。常用的切片类型包括时间切片和沿层切片。时间切片是沿某一固定地震旅行时对地震数据体进行切片显示，切片方向是沿垂直于时间轴的方向，它切过的不是一个具有地质意义的层面；沿层切片是沿着或平行于地震层位进行切片，它更倾向于具有地球物理意义。
要注意的是，切片和属性分析必须要具有地质含义，不但可最大限度地识别并刻画沉积砂体的时空分布，且可证实砂体的物源方向。
（四）典型沉积体地震沉积学研究实践
利用前文所述的地震沉积学方法技术，对东营凹陷发育的东营-永安镇三角洲进行解剖，尝试从更精细的角度刻画储集体空间展布形态。在前文的地层格架构建过程中，沙河街组三段中亚段识别出9个进积单元（图3-14），10个层序界面（2个三级层序界面，8个4级层序界面）。
图3-14 东营三角洲进积体刻画剖面图
在研究过程中，发现东营三角洲区受多物源影响（潍北凸起物源、青坨子凸起物源、北部物源），断层多且交互影响，如果采用传统的沉积学研究手段，很难将多个方向的物源体系解剖清楚，在实际操作中采用分区统计、精细解释手段，对不同的物源区进行单独解剖和分析，阐明各物源区的变化特征；属性分块时尽量避开断层复杂区域；同时利用分频技术、时频三原色技术、小波变换、地层切片技术、地震正演等地球物理方法，建立不同层位地震反射特征平面变化与沉积环境之间的关系。
1.关键层序界面的识别
利用区域层序地层分析中合成记录建立的速度场，精确标定了研究层位的两个关键界面——T4、T6。T4、T6是沙河街组三段中亚段的顶、底界面，也是一个三级层序的顶、底界面。T4界面在东营凹陷西北部表现为连续性好的强振幅反射特征，向东逐渐演变为连续性差的弱振幅反射，表现出“北强南弱、西强东弱、整体上移”的特征；T6界面由于油页岩的大面积出现，在整个工区内都非常稳定，表现出连续性好的强振幅反射，至东—东南部，接近物源供给区，为一系列进积反射的底界面，界面之上下超特征明显。
2.高频单元识别与划分
（1）常规地震剖面识别方法。常规地震剖面中，四级层序界面用内部强轴反射特征、顶底接触关系、上下结构差异、内部进积结构等4个原则进行四级层序界面的识别。常规变面积剖面中，强轴的出现意味着波阻抗差异的增大，而在三角洲进积区，则可能意味着上下进积期次岩性上的差异性，分布较稳定的强轴可将进积体划分为多个单元（图3-15）。
图3-15 利用稳定的强反射同相轴进行进积单元的划分
（2）分频技术在四级层序界面识别中的应用。地震分频技术是一种基于频谱分析的地震成像方法，可揭示地层的纵向整体变化规律、沉积相带的空间演变模式，并能描绘与分析储集层厚度分布，定量检测单砂体级别的薄互层砂体。
东营凹陷内的东部叠前三维工区的主频为20Hz，带宽为10～40Hz，在研究中将原始剖面进一步细化为10Hz、20Hz、30Hz和40Hz的剖面（图3-16），对比发现：低频剖面中，地震同相轴数量减少，三级层序界面（如T1，T2，T3等）强振幅、连续性好的特征被进一步地凸显出来，且每一期进积单元的顶底界面处顶超和下超特征清晰；高频剖面中，地震同相轴与原始剖面相比增多，对于界面的识别具有干扰的作用。
在分频的基础上，利用10Hz剖面进行沙三中层序内部进积单元的识别和划分，通过与原始剖面对比研究发现，10Hz的分频结果，能滤去弱轴、短轴的干扰影响，界面连续，内部进积特征清晰，可将东营三角洲砂体进积形态完美地刻画出来（图3-17）。
图3-16 原始剖面、分频剖面与时频三原色剖面的对比（T1842测线）
如前所述，高频剖面（如40Hz剖面）中地震反射同相轴数量增多，则意味着地震剖面的分辨率得到“相应的增强”。本次研究中，通过对40Hz剖面进积单元的同相轴划分与单井岩性、钻井资料及测井的对比，发现三者对应关系良好，因此认为东营三角洲进积主体区域可运用40Hz高频剖面进行高频层序的划分（图3-18）。
（3）时频三原色技术在四级层序界面识别中的应用。为了有效利用地震频率信息，合理显示每个样点的优势频率，研究中使用Geoscope软件中的RGB模块，分别用红、绿、蓝3种颜色，表示低、中、高分频信息，然后按照小波分频能量比较结果做色彩叠加显示，时频三原色剖面中三角洲进积特征也非常清晰。
从时频三原色剖面中发现：断层的形态更加清晰，地震同相轴形态清晰，一些特殊的地质现象凸现出来，如T4界面处的下切河道、呈波状反射特征富含油的浊积体以及T6界面的油页岩等特征均可明显地观察到。
3.基于属性分析技术的沉积体刻画
由于东营凹陷中央受北部物源、东营三角洲物源和永安镇三角洲物源的共同影响，整体属性提取效果较差，因此，研究工作需要分区进行，分别提取各物源影响范围内的地震属性并进行分析（图3-19），以期获得比较可信的沉积信息。通过对圈定的范围内提取的属性对比，发现总均方根振幅（Total ABS Amplitude）属性对该区域的沉积环境具有良好的对应性。下面将以第4套进积单元（Z4）为例进行说明。
图3-17 利用低频剖面（10Hz）进行进积单元的划分（T1842测线）
图3-18 利用高频剖面（40Hz）进行高频层序的划分（T1842测线）
图3-19 东营三角洲沉积区内2个区块属性提取
1）东营三角洲属性特征分析
在该区层间总均方根振幅属性图上能够清晰地识别出东营三角洲前缘范围（主进积区）（图3-20）。沿三角洲进积方向可进一步划分出三角洲平原区和三角洲前缘区（图3-20）。在三角洲前缘的前端，存在一些范围不大的异常体（图3-21），通过对比钻井资料（图3-22），认为这些异常体均为浊积体。
图3-20 东营三角洲区沙三中第4套进积单元东营三角洲三角洲平原与前缘的划分
图3-21 东营三角洲区沙三中第4套进积单元浊积体平面范围
图3-22 沙三中第4套进积单元浊积体钻井特征
左边为官116井，右边为史128井
此外，通过其他属性特征在三角洲前缘中可识别出一套异常体，初步认为该异常体为三角洲前缘水下分流河道。通过将水下分流河道的平面位置与第4套进积体的时间厚度图相叠加，平面范围位于时间厚度60ms左右，因此，研究人员选择沿第4套进积体顶界面向下开50ms时窗的方式进行属性提取，这样，就能将水下分流河道特征更加清晰地刻画出来。钻井的岩性和测井曲线特征也进一步证实该区域为三角洲前缘水下分流河道。在以上分析的基础上，建立东营三角洲区属性综合划分和沉积相平面分布图（图3-23）。
2）永安镇三角洲属性特征分析
利用层间 Total ABS Amplitude属性图能够清晰地识别出永安镇三角洲范围，从其剖面特征上可以看出其差别，向南表现出高角度进积-加积特征，向西进积特征明显（图3-24）。
永安镇三角洲主体进积区在地震剖面和钻井上都可进一步划分为4个进积单元。在进积体内部等比例内插了3个界面，划分出4个进积单元分别提取平面属性，这样可以清晰的观察三角洲朵体迁移特征（图3-25）。在以上分析的基础上，即可获得永安镇三角洲区属性综合划分和沉积相平面分布图（图3-26）。
3）区域沉积体系拼接
在单独分析了东营三角洲区和永安镇三角洲区各自的沉积相平面展布后，需要将不同区块的沉积体拼接在一起，构成一个完整的区域沉积格局。利用反演剖面作为纽带，链接起各区块的沉积体。
图3-23 东营三角洲区属性综合划分和沉积相平面分布图
图3-24 沙三中第4套进积单元永安镇三角洲区属性（层间Total ABS Amplitude）及剖面特征
研究中采用测井约束反演技术。目前，测井约束反演处理已经成为处理常规目标的一种手段，它综合应用测井资料在垂向上的分辨力和地震资料在横向上的连续性以及所包含的丰富的岩性和物性信息，研究储层特征的空间变化，描述储层的分布特征。东营三角洲区存在大量灰质泥岩，由于灰质泥岩的声波速度与砂岩的声波速度十分接近，导致常规流程的反演结果无法区分开灰质泥岩和砂岩层段。因此研究中利用自然电位曲线代替声波曲线，利用初始模型产生的低频数据体和约束稀疏脉冲反演产生的高频数据体代替波阻抗类型数据体进行约束稀疏脉冲反演。研究过程中选取三条反演剖面（EW3，NS1，NS2）建立假三维立体图，反演结果显示第4套进积体与沉积平面图的沉积相非常吻合（图3-27，图3-28）。
利用本次研究所得反演剖面，将自不同物源区的沉积相图拼接起来，得到最终的东营凹陷区域上的沉积体系展布图（图3-28）。