南黄海具有良好油气资源前景，调查研究方法取得新进展

摘要：南黄海具有良好的中生界—古生界海相油气资源前景。受地质演化历史长、构造作用强烈的影响，调查难度极大，亟需研发针对性的地球物理与地球化学调查技术。通过攻关研究形成了立体气枪阵列延迟激发技术、立体宽线接收技术和地球化学探测与实验模拟技术。

1.项目概况

“南黄海油气资源调查技术方法及其应用研究”项目，由自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所承担，项目周期为2012—2015年。主要目标任务是针对南黄海中生界—古生界海相地层油气资源调查需求和存在的技术难题，研究油气地球物理和地球化学勘探关键技术，实现地球物理和地球化学勘查技术的进步与应用，为完成南黄海海域油气普查目标任务提供技术保障。

2.成果简介

2.1 地震勘探技术方法

（1）针对南黄海海相碳酸盐岩勘探目标的要求，重点开展立体枪阵组合远场子波模拟研究，编制震源理论模拟程序，为南黄海海上地震资料采集提供技术保障。对现有气枪信号模拟算法模型的优缺点进行了分析，探讨了对前人所建立的气枪子波理想模型的修正方法，建立了修正后的气枪子波模拟模型，研究了枪阵内气枪间的强相干和弱相干作用，建立了符合实际激发环境的气枪阵列信号模拟模型。

在已建立的枪阵信号模型中加入气枪间延时因素。从立体枪阵的延时误差、深度组合效果、震源的方向性以及对虚反射的压制等方面对枪阵设计方法进行了讨论。立体阵列同步激发所获得的子波在频带宽度和低频端能量方面均差于等效的平面枪阵。两层阵列深度组合在一层震源的陷波点对应另一层震源的最大能量处时所获得的效果最好。深度上对称分布的立体枪阵可获得与平面阵列近似相同的对称性。在时间域对鬼波脉冲的压制则随着枪阵的深度间隔以及层数的增加而效果越来越好。

创新性提出了以中、小容量的气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源，采用将气枪子阵列沉放在不同的深度并由浅到深顺序地激发的工作方法，能够有效地衰减了由上行波反射引起的鬼波作用，拓宽了地震频带，低频能量得到了提升，提高了震源穿透能力。这种工作方法可以有效避免大容量气枪阵列在浅海区应用的限制，既可以获得宽频带的浅部有效地震数据，也可以获得深达莫霍面的反射/折射震相，同时兼顾了探测深部沉积层分布特征，有效地提高了多道地震和OBS资料品质。

（2）创新提出了立体宽线地震采集技术方法（图1），为提高地震资料成像品质奠定了良好的基础。在对南黄海地震地质条件和多道地震采集效果分析及陆地碳酸盐岩地震勘探经验总结的基础上，开展了立体宽线地震资料采集技术方案研究工作，进行了不同电缆沉放深度对地震信号的压制与子波改造作用的理论模拟计算研究和采集参数与勘探目标对应关系研究工作，得出了海洋立体宽线勘探技术具有可以有效获取来自于深层的低频信号，具有地震频带宽、噪音压制能量强、成像精度高、信噪比高等优点，可以在南黄海海相油气地震勘探中发挥作用的结论；制定了针对海相碳酸盐岩油气调查的以多层枪阵激发、双缆斜面沉放、长排列为主的立体宽线采集技术方案。

 

 

 

图1 立体宽线观测系统示意图

（3）形成了针对浅海区OBS深部探测资料采集、数据净化和成像处理技术方法，获得了深达莫霍面的有效反射震相和成果剖面。通过对OBS探测技术的调研分析，得出了地震信号的最大传播距离；基于渤海试验资料的分析，确定了枪阵设计的原则，创新性地设计了多层枪阵延迟激发气枪组合方案，同时对OBS站位间距、炮间距等进行了研究，最后形成了基于南黄海深部地质和海相碳酸盐岩探测的OBS资料采集技术方案并在南黄海海域2013年OBS探测中进行了实际应用。

针对2013年度OBS采集试验资料特征，着重进行了资料分析处理技术方法研究工作，创新性地开展了双分量合并处理压制海底鬼波和基于SVI方法的折射波信号增强研究工作，提高了OBS资料的信噪比和震相品质。在OBS数据处理成果剖面上，包括Ps、Pg、PMP等广角反射和折射的有效震相得到突出，可连续追踪较大的距离，为壳幔结构和沉积层分布研究提供了具备良好品质的基础资料。

（4）地震勘探技术方法总结与系列化集成，形成国内领先的地震勘探技术系列。建立了地震长排列与立体采集关键技术系列、复杂构造条件下低信噪比地震资料成像处理关键技术集成系列、OBS深部探测资料处理关键技术系列和基于无井标定的地震资料综合解释关键技术系列，获得复杂构造区的地震有效反射，可对海洋中生界—古生界油气勘探、深部地学大断面探测提供更为针对性的技术支撑。

2.2 油气地球化学勘探技术方法

（1）开展了南黄海油气地球化学勘查技术研究工作，得出来南黄海中部隆起区沉积物中有些样品甲烷碳同位素组成高，而且沉积物中CO2和CaCO3含量也高，可能具有深源无机成因烃类气体存在的结论。针对南黄海隆起区存在无机成因油气可能性，开展无机成因油气地球化学探测技术方法探索研究，根据无机成因油气主要来自于深部地层，与上地幔和下地壳有密切关系的理论推测，考虑到烃类气体对稀有气体的富集作用，设计了取样站位并进行了地质取样。开展对来自深部标志气体—稀有气体及其同位素测试分析的技术方法研究，探索相关稀有气体及其同位素组成的测试技术方法及识别标准。

（2）新型地球化学样品封装保存装置研制。针对海底沉积物、海水和低空大气不同介质，通过装置结构设计、材料选取、性能及密封试验，研制了具有密封性能好、无污染、耐低温、抗化学腐蚀强等特征的新型样品封装保存装置，获批了实用新型专利1项。

海底沉积物样品封装保存装置材质为聚碳酸酯，质地坚固、密封性好，由杯体、内盖、外盖、内部搅拌环、内盖中部密封旋钮5个部分及胶垫组成。海水样品封装保存装置：材料为玻璃，杯壁具有双层结构、密封性好，由杯体、内盖、外盖和内盖中部密封旋钮4个部分及胶垫组成。低空大气样品封装保存装置，材质为聚碳酸酯，质地坚固、密封性好，杯壁具有双层结构，由杯体、杯盖、杯盖双密封旋钮和导气管4个部分及胶垫组成。新型样品封装保存装置与传统的玻璃样品瓶相比检测的甲烷和乙烷明显高1到2个数量级，显示了新型样品封装保存装置保真效果好的优势。

（3）南黄海中北部海底沉积物中存在顶空烃类气体，特别是甲烷的异常，其中主要分布在千里岩隆起与北部坳陷过渡区，以及北部坳陷与中部隆起的过渡区，可能与构造单元之间的边界断裂构造有关。顶空烃类气体背景站位主要为生物成因类型，而异常站位主要是生物成因和热成因的混合成因类型，可能代表了深部热成因烃类渗漏并且与表层生物成因烃类混合的产物。

（4）南黄海中北部底层海水的4He和20Ne含量明显高于海底沉积物，而40Ar、84Kr和132Xe的含量则明显低于海底沉积物，意味着底层海水富含轻稀有气体，而沉积物富含重稀有气体组分，除底层海水3He/4He较沉积物明显偏高外，其他同位素组成基本相似。

（5）研制了海底烃类渗漏模拟实验装置，包括地质模拟、烃源控制、（渗漏烃源）和成分变化监测系统（采样+实验分析）3个子系统，获批了实用新型专利1项。使用该装置进行了海底烃类气体渗漏实验模拟，分析了渗漏过程中烃类气体含量和分子组成的变化特征，揭示了烃类气体的两阶段渗漏特征，分析了烃类气体渗漏的主要控制因素。结果表明，甲烷与乙烷和丙烷相关系数受烃类气体含量高低的控制，而烃类气体含量高低则受渗漏强度的控制，渗漏强度越高、烃类气体的渗漏速度越快、导致渗漏的烃类气体含量高，烃类气体分子之间的分异越小，而渗漏强度低，烃类气体的渗漏速度越慢、导致渗漏的烃类气体含量低，烃类气体分子之间的分异越大；在高强度渗漏过程中，烃类气体分异弱，C1/C2+C3比值与标准气体值接近。而低强度渗漏过程中，烃类气体的C1/C2+C3比值变化复杂，具有忽高忽低的脉动性，特别是在水体中这种波动变化更加明显。

3.成果意义

项目成果全部应用到南黄海海相油气调查项目中，初步解决了南黄海深部有效反射获取难的问题，首次在北部坳陷获得了清晰的陆相沉积层之下有效反射，在中部隆起上获得了良好的地震勘探效果。初步形成了针对南黄海海相油气的地震和地球化学调查关键技术系列，为南黄海海相油气调查提供了技术支撑。

（中国地质调查局青岛海洋地质研究所 吴志强 李双林供稿）