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海底高分辨率声学探测及其应用

作　者: 赵铁虎
导　师: 王修田；张训华
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋地球物理学
关键词: 海底声学探测声地层剖面处理海砂资源海底油气渗漏
分类号: P714
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高分辨率声学探测技术是浅海松散沉积地层及其赋存资源调查的重要手段。尽管声学探测具有高效率、高分辨率的特点,但其目前尚存在着数据采集方法试验研究不足,缺少有效的去噪、速度分析和偏移归位成像处理等关键技术,这往往会严重影响到声地层剖面的质量,甚至会导致错误的地质解释。本文围绕声地层剖面技术进行了浅海声波传播特性和各种干扰波的成因机制的综合分析研究,探索了压制和消除干扰的数据采集方法,形成了适宜用于声地层剖面数据处理的组合去噪、反褶积处理、偏移成像以及道积分处理等关键技术,并应用于近海海砂资源调查和海底油气渗漏探测中。(1)在对声地层剖面探测中存在的干扰因素和自然条件影响进行系统分析的基础上,提出了对所用船只及航行因素、设备操作与换能器安装条件等关键环节应采取的针对性措施。(2)针对浅海环境下原始资料中存在直达波、折射波、多次波、低频随机噪声等干扰以及高频能量吸收严重、横向能量不均、振幅一致性差等问题,采用组合去噪和主能量脉冲反褶积处理技术,在保持脉冲反褶积相位特性的同时,主要在有效频带范围内拓宽频谱,从而保证了提高声地层分辨率的可靠性。(3)根据实测声地层剖面资料特点,通过分析与集成MBP地震资料处理软件系统的相关模块,采用克希霍夫积分偏移成像速度扫描的方法来获得声地层偏移速度,进而基于该优化选取的速度场进行偏移归位成像处理。这或许是第一次获得了声地层剖面的偏移归位成像。(4)采用不依赖测井资料的道积分处理,得到的相对波阻抗剖面较真实地反映了松散沉积物的物性变化,更易于目标地质体与较大套层的对比解释,有利于声地层层序的划分和地震相单元的分析。(5)将海底高分辨率声学探测与处理技术应用于我国珠江口近海海砂资源调查中,综合实测地形地貌特征、海底表层沉积物类型和区域地貌资料,按照形态-成因的分类原则,将研究区海底划分为三级地貌类型。一级地貌属南海北部内陆架；二级地貌由近现代海积平原和近现代残留混合堆积平原组成。其中,在近现代海积平原单元内发育有浅槽、侵蚀沟群、沙波、沙丘、古沙堤、凹凸地、陡坎、洼地等三级地貌,在近现代-残留混合堆积平原单元内发育有浅滩、陆架槽谷、沙脊、埋藏古河道、埋藏贝壳沙体等三级地貌；将研究区底质划分为砾砂(SG)、中粗砂(MCS)、细砂(FS)、粘土质粉砂(YT)和粉砂质粘土(TY)等5种类型；将探测深度范围以内的层序地层自上而下划分为冰消期海侵半旋回(层序Ⅰ)、末次冰期中晚期海进-海退旋回(层序Ⅱ)和层末次冰期早期海退半旋回(层序Ⅲ)；并划分出9个声反射界面(含亚界面)和8个地震相单元(含亚单元)；揭示了在珠江口近海存在4种成因类型的海砂矿,其分别为古残留砂类型、古潮流砂脊类型、古河道类型(或古潮沟类型)及现代潮流砂脊类型；指出了砂矿调查的主要方向：由于残留砂型砂矿直接出露海底,并具有分布范围广海砂品位较佳等特征,应为本区找矿的主要类型。(6)海底声学探测结果首次揭示了南黄海盆地北部坳陷选定区块海底油气渗漏现象的存在。渗漏形成的地貌以麻坑、海底圆丘和海底断裂(陡坎)为主,麻坑群大致呈SN向散布；发现了两处海底圆丘,其中,大圆丘的直径约1600m,最大凸起高度约6m；指出了该区海底油气渗漏与穿透或接近海底的断层构造相联系,这些断层为海底油气渗漏提供了通道和气源；通过对海底油气渗漏形成机理及其表征进行分析,推断该区海底油气目前处于微渗漏阶段,这可对该区未来的油气勘探提供重要的参考资料。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
1 绪论  14-31
  1.1 研究的目的意义  14-16
  1.2 国内外研究现状及存在的问题  16-26
    1.2.1 海底声学探测技术发展概述  16-17
    1.2.2 海底油气渗漏与海砂调查概述  17-26
    1.2.3 存在的主要问题  26
  1.3 研究思路与研究内容  26-28
    1.3.1 研究思路  26-27
    1.3.2 研究内容  27-28
  1.4 主要研究成果及创新  28-31
    1.4.1 主要研究成果  28-29
    1.4.2 主要创新点  29-31
2 海底高分辨率声学探测理论  31-44
  2.1 高分辨率声学探测原理  31-34
    2.1.1 海底声波反射与透射  31-32
    2.1.2 海底声波反射损失  32-34
    2.1.3 海底声波散射  34
  2.2 声纳探测方程  34-36
  2.3 海底高分辨率声学探测系统  36-39
    2.3.1 发射单元  36-37
    2.3.2 接收单元  37
    2.3.3 辅助单元  37-38
    2.3.4 主要性能指标  38-39
  2.4 地层剖面系统的声场特征  39-44
    2.4.1 信噪比  39-42
    2.4.2 信混比  42-44
3 海底高分辨率声学探测关键技术  44-76
  3.1 数据采集  44-48
    3.1.1 概述  44
    3.1.2 声源选择  44-45
    3.1.3 接收电缆  45-48
    3.1.4 环境条件分析  48
  3.2 干扰因素及压制  48-65
    3.2.1 噪声分析  48-50
    3.2.2 多次反射干扰及压制  50-51
    3.2.3 由声基阵指向特性所引入的干扰及压制  51-54
    3.2.4 发射换能器的余振干扰及压制  54
    3.2.5 其它干扰及压制  54-55
    3.2.6 海上方法试验  55-65
  3.3 声地层剖面数据处理  65-75
    3.3.1 组合去噪与反褶积处理  66-68
    3.3.2 偏移归位成像处理  68-72
    3.3.3 道积分处理  72-75
  3.4 本章小结  75-76
4 珠江口近海海砂资源调查应用  76-129
  4.1 区域地质背景  76-100
    4.1.1 自然地理概况  76
    4.1.2 地质构造概况  76-77
    4.1.3 海底地形地貌  77-86
    4.1.4 海底底质类型  86-90
    4.1.5 晚第四系沉积特征  90-100
  4.2 层序地层划分  100-101
    4.2.1 冰消期海进半旋回  100-101
    4.2.2 末次冰期中、晚期海进-海退旋回  101
    4.2.3 末次冰期早期海退半旋回  101
  4.3 地震相单元分析  101-122
    4.3.1 反射界面的追踪及地层划分  101-108
    4.3.2 地震相单元的沉积学解释  108-114
    4.3.3 砂质地质体声学特征  114-122
  4.4 海砂矿识别  122-126
    4.4.1 海砂矿类型  122
    4.4.2 矿床地质特征  122-123
    4.4.3 矿层空间展布特征  123
    4.4.4 砂矿品位变化特征  123-124
    4.4.5 矿床成因及找矿方向  124-126
  4.5 本章小结  126-129
5 南黄海研究区油气渗漏检测应用  129-145
  5.1 研究区概况  129-130
    5.1.1 研究区位置  129
    5.1.2 海底地形地貌  129-130
  5.2 石油地质条件  130-134
    5.2.1 构造背景  130
    5.2.2 含油气层系  130-132
    5.2.3 油气圈闭  132-134
  5.3 海底油气渗漏特征与分析  134-144
    5.3.1 声学地貌响应  134-140
    5.3.2 声学剖面特征  140-144
  5.4 本章小结  144-145
6 结论与建议  145-149
  6.1 结论  145-147
  6.2 建议  147-149
参考文献  149-158
致谢  158-159
个人简历  159-160
发表的学术论文  160

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