一文讲明白荷兰GEO公司三维超高分辨率地震勘探系统

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之前我们开设的Reson多波束科普文章也受到了广大小伙伴们的欢迎，我们将继续为大家盘点其他厂家品牌的高科技产品。
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三维浅剖也算是近年来的热门话题了，虽然二维浅剖数据已经越来越清晰，但对于要求较高的地层形态分析或地质灾害调查应用来说，三维超高分辨率地震调查（3D UHRS）仍然有着不可替代性。

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荷兰Geo Marine Survey Systems公司想必圈里也非常熟悉了，他们靠着负极无损耗放电电火花技术也算打遍了各种需要高穿透的地震勘探应用，对他们产品有所了解的小伙伴们可能有点疑问——我听说他们有很多电火花很多单道多道，但是没听说哪个是三维系统啊。

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到底三维系统是个啥，效果咋样，本文将从实测案例出发，并盘点下这些年系统配置上的发展变化。

这里附一张荷兰Geo公司的UHRS（超高分辨率地震勘探系统）产品型号选择图，可以看得出来同样的产品既可以作二维系统使用也可以组成三维系统。
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图1 ｜ Geo Marine Survey System的系统需求选择图

三维浅剖系统市场现状首先，我们盘点一下市场上目前存在的三维浅剖系统：

• 3D Chirp技术：这也是市面上比较常见的三维浅剖系统，结构主要为一个“排骨阵”，体积相对较小，对船只要求不高。应用主要用在小且浅的目标探测上，如一些掩埋物体、沉船等，可以达到分米级别的面元以及亚分米级别的水平分辨率。优点是成本较低，但该系统扫测范围很小，进行大范围勘探成本也不低。
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图2｜ GeoAcoustics公司3D Chirp系统图及现场图

• P-cable技术：主要结构为一个主震源和垂直航迹线宽度150-300米的水听器阵列，阵列两端各有一个扫雷器（paravane），垂直分辨率较传统的三维地震勘探系统高，可达1-5米，水平分辨率方面面元可小到3.125 或1.5625米。但仅扫雷器就有几百公斤重量，需要大型船只操作布设回收。应用主要在石油天然气行业以及地质结构分析，包括可以进行现在比较热门的四维时延油藏监测（4D Time-Lapse Reservior Monitoring）。成本可达数百万美金。
  

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图3 ｜ P-Cable系统图及现场图

• Geo公司的三维地震勘探技术：产品定位于两者之间，利用多电火花震源多道水听器阵列，在保证地层穿透的同时实现超高分辨率地震勘探（UHRS：Ultra High Resolution Seismic）。应用方向为海上风电场及石油天然气平台场地调研。
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Geo系统

VS

P-Cable

Geo公司的三维地震勘探技术由于和3D Chirp系统无论产品价位还是应用领域都差距较大，在此仅和P-Cable对比，它的优势如下：

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高分辨率

P-Cable使用单枪震源，面元划分局限于发射间隔。Geo系统可使用多个电火花震源，如今最高可支持4个电火花（可多层）、8条96通道水听缆。

可在任意类型船只使用

P-Cable系统仅扫雷器就有几百公斤，需要大型船只、大量人工布设，成本很高。Geo产品基本普通船只即可操作，小型设备人力即可布放回收，大些的也只需要一台小型吊车。

实时定位

P-Cable定位比较薄弱，之后需要繁杂的后处理，这对于超高分辨率调查是不利的。GEO的系统配备全方位实时定位，水听缆前后尾标和震源上均配备双DGPS信标，精度可达50cm，适用于高分辨率面元划分。航道位置/面元计算都是实时的，并可进行使用在线QC/QA的定位处理工具。

. [5 _' }2 i: ]) k  }* h6 {2 E  `操作简便

GEO的水听缆可独立布放回收，故障可只更换单条水听缆。而P-Cable是网格型缆，如采集过程出现故障将非常麻烦，需要回收整套系统。

Geo公司的三维超高分辨率地震勘探系统的“成绩单”

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Geo公司于2015年推出了首套3D UHRS系统，当时只支持两个电火花震源和4条24通道水听缆的系统组成，长度约13米的小船即可布放，数据成果拿到今天来看也是很不错的。
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图4 ｜GEO的初代三维超高分辨率电火花系统

(点击查看视频)

视频 ｜ 2015年克罗地亚扫测三维数据

+ u  R& Q" d7 K2 Y3 \0 z% w从2015年到如今，Geo公司的三维超高分辨率地震勘探系统成绩如下：
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• 完成超过12个大型风电场扫测项目
• 超过25000公里的测线
• 平均低于1%的设备故障时间
• 平均四天的设备安装布设时间（包含港口测试）
• 浪高1.8米以上、20 kts风力，数据仍然可靠
  

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实测数据欣赏

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4 E; J5 c' }6 z2019年MMT为RVO做的数据成果

系统配置：三台Geo-Source电火花和六条Geo-Sense水听缆

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地质形态：北海的冰川地层，小目标，如亚米级的石块都能够看到

图5 ｜ 北海风电场调查三维数据图

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图6 ｜ 北海风电场调查现场及后处理数据成图

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欧洲某矿藏场调查项目

系统配置：未知
地质形态：

矿藏场调查，需精确计算尾矿容量，以进行尾矿生态影响测算

图7 ｜ 欧洲某矿藏场调查现场及三维数据成果

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意大利波佐利湾地质评估

系统配置：

• 两台双层交替触发400极电火花
• 四台48通道多道水听缆（1+2米组合）
• 10个DGPS天线组成的Geo-POS定位系统
• Multi-Trace多道采集系统，可进行实时面元处理
  

GEO公司近年来推出的新科技——双震源交替触发技术

在此技术之前，仅能通过改变拖拽深度来强化低频或高频。
调节震源至高频模式，将电极置于水面下30厘米处，并限制能量小于10J每极，可达到正常海洋沉积物情况下的200-400ms的穿透，以及浅层10cm，深层20-25cm的分辨率。
4 M5 c: C2 p9 d( ?4 a; Q% ~调节震源至低频模式，将电极置于水面下80-100厘米处，增加能量大于10J每极，可以达到800ms的穿透以及约50cm的分辨率。
. [: w" F& i$ D/ m$ H9 v1 w6 C由于震源之间非常接近，可以独立处理后进行剖面合成得到完整频谱图。
使用双震源交替触发技术，比如此案例中的双层400极电火花，可进行叠加。上层使用低能量触发（300-700 J）用于高频频谱，下层使用1200-2000J高能量用于低频频谱。

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图 8 ｜ Geo-Source 400极双层震源

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回到这个项目，整个项目水深30-120米，区域约2500X600米范围，安装调试加采集仅花费了四天多的时间。后处理后面元仅有0.5米大小，上层垂直分辨率可达20cm，穿透深度大于150米。

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图9 ｜ 意大利波佐利湾地质评估现场图及数据图

(点击查看视频)

视频 ｜水平面元0.5米，垂直分辨率20cm的三维数据成果

虽然本文列举了部分GEO公司的3D UHRS系统配置，但由于系统的复杂性，并没有固定的配置模式，需要根据具体应用、使用船只、项目周期、分辨率要求等信息个性化配置，有项目需求的用户可联系GEO公司或代理商咨询。
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借此文之机，也向大家推荐下笔者最近看到的几个浅剖新型应用。

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• 此项目使用的即为GEO公司的电火花系统，但使用了无人船搭载震源，AUV集群搭载水听缆的方式，这势必成为未来海洋工程的应用方向。
  
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• 此项目使用海底观测网接收处理回声信号，并使用AUV收集数据，实现了前文提到的四维时延油藏监测，也是未来海洋工程的应用方向之一。
  
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