同度物探电火花震源在水网密集地区补天窗应用效果研究

　　近年来，中石油提出了“绿色、国际、可持续”的奋斗目标，要实现绿色物探，需研究绿色震源。

　　目前，地震勘探主要使用的震源包括：震源、可控震源、震源，经过分析对比，均具有各自的优缺点和限制条件，震源成本低、能量强、频带宽、运输方便，但对环境造成的破坏较大；可控震源环保、子波一致性好，但车体庞大，受地形限制较多；震源环保、水上勘探工业化，但移动性能较差。针对以上情况，需要研究绿色震源新技术来满足地震勘探的需求。因此，提出了一种新的绿色震源——电火花震源。

　　TD-Sparker型电火花震源操作安全、无污染、环境危害小、适用范围广；波形重复性高，时间一致性好；频率特性与爆炸震源相似；功率可控，水陆两用、移动方便；与各型号地震仪匹配。电火花震源无污染，三米之外可视为安全区，对周围地形破坏很小，可以根据需求叠加能量，适用于浅滩、沼泽、湖泊、平原、丛林、山地。

　　为了发展新式震源，实现地震勘探震源的多样性，进一步增加地震勘探震源的地表适应性，检验电火花震源的激发效果，特进行本次应用效果研究。

　　2 电火花震源原理及TD-Sparker优势

　　电火花震源的基本原理是：电容器可以存储能量，且可以在极短的瞬间释放出来，从而获得极大功率的电脉冲，产生脉冲压力波。电容器组充电后，接通点火开关。电容器上的电压就经放电电缆加到放电电极的水间隙上，使间隙击穿（即放电），间隙上就形成电弧，电容器中存储的能量，以强大的脉冲电流的形式在放电间隙中释放，产生冲击压力波，即向位于水下的放电电极释放电能。

　　本次应用的TD-Sparker电火花震源是一种典型的非地震勘探震源，可用于各种地震方法，震源均可根据需求定制其体积、重量、激发频率、能量、封装方式等，满足各种工况的使用要求。经过多年发展，该系列的电火花震源较过去已有巨大进步，大幅度的减小重量与体积，且在稳定性方面又有较大提升，激发间隔进一步缩短。

　　和传统震源相比，综合多方面情况，TD-Sparker电火花震源具有如下较为突出的优势。

　　地震波转换率：激发时一部分能量用于塑性变形，破坏力大；而电火花震源激发时能量绝大部分以弹性波的形式释放，对周围环境的破坏性小，具有较高的地震波转换率，120KJ的电火花震源和440g高能所得反射记录相当，而210KJ电火花震源则相当于1kg高能；

　　扩展性：TD-Sparker单台能量为1万-80万焦耳还可以多台组合成任意的能量；

　　勘探深度：TD-Sparker勘探深度可以达到50-3000米，重锤为几百米，为100-5000米；

　　频率：TD-Sparker激发可获得的地震数据频率范围为2-500Hz，重锤小于10Hz，震源获得的频率范围为1-100Hz；

　　激发间隔：不同能量的TD-Sparker激发间隔不同，最小3s，可以胜任水上地震勘探。

　　局限性：电火花震源需要水环境，重锤频率低、50米内资料缺失，震源应用时水深需要大于4米，体积大。

　　3 研究工区及应用效果分析

　　本次研究工区为HK地区GH水库（图1），位于HK三维工区的满次勘探范围内，水库南北长3.35km，东西宽2.32km，占地面积7.8km2，共施工电火花震源550炮（图2），炮头沉放深度2-2.5m，放电电压8KV。

图1 GH水库位置图

图2 GH水库电火花震源布设图

　　通过电火花震源的激发，可以获得4s以上的地震反射资料，将得到的地震数据解编，获得单炮记录，如图3所示，从电火花震源激发的单炮面貌来看，中浅层信噪比较高，2.5s以上可见较强的反射信息，干扰波方面可以看出面波干扰较为严重，遮挡了一部分有效波的信息，水库上地震勘探干扰主要来自于水流、反射和波浪，干扰较强，信噪比较低，影响地震勘探效果。

图3 电火花震源单炮记录

　　为了去除干扰波的影响，程度的凸显有效波，采用分频滤波方式，得到不同频率范围内的单炮记录，如图4所示，可以看出可记录的有效频带可达80Hz。在一定的频率范围内，可以获得更加清晰的有效波及有效信息。20-40Hz频率范围内有效波保存较好，干扰波去除一部分，但仍有较明显的存在，30-60Hz频率范围内，干扰波进一步减少，有效波与上一频率相比也有所减弱，40-80Hz频率范围内，干扰波较少，基本去除了面波的干扰。在实际应用中，可以根据地质勘探需求选择有效信息更多、干扰信息更少的频率范围进行分析，提高信噪比，获得分辨率更高的部分。

a b

c

　　图4 （a）20-40Hz电火花震源单炮记录 （b）30-60Hz电火花震源单炮记录 （c）40-80Hz电火花震源单炮记录

　　为了研究电火花震源在补天窗方面的效果，将获得的单炮记录进行叠加，图5为过水库南北方向的电火花震源激发的初叠加剖面，图6为不加电火花震源的过水库叠加剖面，图7为震源与电火花震源联合激发的初叠加剖面。从施工现场的初叠加剖面来看，电火花震源能够有效地弥补了水库区的浅层地震资料，满足了勘探地质任务的要求。

图5 电火花震源激发的初叠加剖面

图6 震源激发的过水库叠加剖面

图7 震源与电火花震源联合激发的初叠加剖面

　　4 结论

　　通过对HK地区GH水库电火花震源应用效果的研究，可以得出以下结论：

　　（1）获得的地震资料中浅层信噪比较高，2.5s以上可见较强的反射信息，记录的有效频带可达80Hz；

　　（2）处理地震数据时可用分频去噪的方法，根据地质勘探要求选取有效波信息较多、干扰波信息较少的频率范围进行分析；

　　（3）根据初叠加剖面分析，电火花震源能够有效地弥补了水库区的浅层地震资料，满足了勘探地质任务的要求。