气枪震源具有激发地震信号一致性好，定位精确高、重复性好、绿色环保和成本低的优势，成为了海洋地震勘探的主流震源，国际上95%以上的海洋主动源地震勘探采用了气枪震源(唐杰等，2009).众所周知，气枪或气枪阵列的容量越高，激发的地震波能量越大、主频越低，探测的深度越大，但地震记录的分辨率较低;反之，则激发的地震波能量低、主频高，探测的深度小，地震记录的分辨率高.因此，在浅部高分辨率探测中，基本上使用小容量气枪或气枪阵列;在海洋石油勘探中，一般采用中、小容量气枪组成气枪阵列震源，其探测深度可达数千米.

海洋深部地震探测要求气枪震源激发的地震信号主频低、能量大，传播距离在100km以上、探测深度应在30以上.为了保障气枪震源具有足够的输出能量，一般使用4~6条大容量气枪组成气枪阵列震源(罗桂纯等，2006;林建民等，2008;丘学林等，2007;赵明辉等，2008;支鹏遥，2012).国内外有过许多以大容量气枪阵列作为震源的深部地震探测试验，如美国的“LARSE”计划(Nazareth，1994)，新西兰的“TAICRUST”计划(McIntosh，1996)，我国的南海深部探测项目(赵明辉等，2004; 吴振利等，2008；吕川川等，2011;丘学林等，2012;)和渤海深部探测项目(支鹏遥等，2012)，均获得了深达莫霍面的有效反射与折射震相，为深部地壳结构研究打下了坚实基础.

到目前为止，OBS深部探测均使用的大容量平面气枪阵列震源，即将组成气枪阵列震源的所有气枪均沉放在海平面之下相同深度下，它具有操作方便、排列简单和能实现子阵列最大能量同时叠加等优点.但是，大容量平面气枪阵列震源也存在较大的缺点，由于大容量气枪的气泡半径大，气枪必须沉放在大于气泡半径的深度，才能保证其最佳的输出能量;气枪的沉放深度大，气枪到海平面之间的水体虚反射(鬼波)改变了气枪震源激发的地震子波特征，地震信号的低频分量和高频分量受到了不同程度的抑制，降低了地震数据的频带宽度，也造成了气枪阵列震源的远场子波的低频部分振幅振荡跳跃，频谱曲线呈“锯齿”状分布，降低了原始地震资料品质(Cambois等，2009).另一方面，大容量的单枪及简单的阵列组合，在抑制气泡方面能力有限，而气泡抑制程度决定了原始地震资料的品质(陈浩林等，2008).

位于我国北部海域的南黄海、渤海水深只有15~40 m，在进行OBS深部探测施工中，为保证气枪震源的最佳输出能量，将大容量气枪沉放较深而与海底距离较小时，气枪瞬间释放的2000psi高压气体造成了海底泥沙泛起，随气泡收缩进入气枪枪膛，引起气枪的故障率大幅度上升，造成资料采集工作效率低下和成本上升.因此，在浅水区进行OBS探测，使用大容量气枪阵列震源存在资料品质差和成本增加等问题.其次，在浅水区大容量气枪震源激发的地震波，在海底与海平面之间形成了强能量周期震荡干扰，与折射/反射震相混合在一起，极大地降低了地震资料的品质.

中、小容量气枪的气泡半径较小，较浅的沉放深度就能发挥其最大输出能量，适应水深较浅的勘探环境，把大容量气枪改成多条中、小容量气枪有机相干组合，在总容量相当的情况下，不但输出能量增加，还能能削弱气泡振荡，提高初泡比(杨怀春等，2004)，因此，采用多条中、小容量气枪相干组合成阵列震源，不但能改善激发子波的品质，同时也能达到与大容量气枪相当的输出能量.但是，中、小容量气枪激发的地震波主频高，低频部分的能量弱，常规的组合方式对低频能量起到了压制作用.因此，使用与水深条件相适宜的中、小容量的气枪进行OBS深部地震探测，不能机械地照搬常规的组合与激发方式，必须对其进行改进，提高低频输出能量，改善远场子波频谱特性，以形成远场子波品质优、输出能量强、穿透深度大的气枪阵列震源，满足浅水区深部OBS探测的需要.

针对南黄海、渤海OBS深部探测目标和存在的施工难题，经过对气枪性能的分析研究，确定以使用与水深条件相适宜的中、小容量的气枪组成气枪阵列震源，达到提高施工效率和降低故障率的要求.同时，采用立体气枪阵列延迟激发的技术方法，着力提高气枪阵列震源低频输出能量.为了达到上述目标，开展了立体气枪阵列延迟激发技术的研究并对震源远场子波特征进行了理论模拟计算和分析.在此基础上，设计了远场子波品质优、低频输出能量强和穿透深度大的立体气枪阵列延迟激发震源，并应用到渤海、南黄海OBS深部地质探测，获得了品质良好的Ps，Pg，PmP，Pn等多种震相，达到了预定目标;同时形成了针对浅水区OBS深部探测资料采集的立体气枪阵列延迟激发震源设计技术方法，为浅水海域的OBS深部探测资料采集，在气枪阵列震源设计方面起到了示范作用，也为深水海域OBS深部探测和油气地震资料采集提供了借鉴.

气枪阵列震源(简称枪阵，下同)沉放深度是影响其远场子波品质的关键因素，理论模拟和实践表明(何汉漪，2001；陈浩林等，2008;赵明辉等，2008; 李绪宣等，2009)，为了获得最佳的激发子波能量，需将枪阵沉放在略大于气泡半径的同一深度上，称为平面(常规)枪阵.此时激发的地震波在向下传播的同时也向上传播，上行波到达海面被反射后向下传播，与正常下行波之间交互干涉形成了震源水体虚反射(简称：震源鬼波)，并引起了陷波作用，限制了地震资料的频带宽度.枪阵沉放深度小，气枪外界水的压力小，气枪激发后高压气体将以更快的速度释放，激发子波的频率得到了提高，气泡干扰得到压制;但是，此时一部分能量变成了海水破碎能，从而大大降低了气体振荡的能量，受震源鬼波的陷波作用，低频信号能量受到压制，勘探深度受到了影响.枪阵沉放深度大，气枪外界水的压力变大，气枪激发后高压气体释放速度的变缓，激发子波的频率降低，气泡的震荡加剧，从而大大降低了枪阵的波泡比，受震源鬼波陷波作用，低频信号能量得到释放，高频信号能量受到压制，虽然地震波的穿透深度得到了提高，但是地震波频带变窄、分辨率降低，原始资料的品质下降.

因此，平面枪列难以在勘探深度和原始资料品质两方面做到完全兼顾和统一，必须改进枪阵的组合与激发方式，以获得深部高品质的地震信号.

借鉴陆地地震勘探中井中延迟激发技术压制虚反射的经验(Moldoveanu，2000;高银波等，2006;谭绍泉，2003;赵殿栋等，2001;张会星等，2001)，在海洋深水区地震勘探中，将平面枪阵改造成将阵列中的子阵列沉到放不同深度的多层震源，通过气枪控制器按设定的时间延迟激发，即从最上层子阵列开始依次激发各子阵列，使直达波同相叠加而虚反射非同相叠加，改善了地震子波的频谱，提高了激发子波的信噪比(Cambois等，2009;全海燕等，2011;赵仁永等，2011).Cambois等(Cambois等，2009)介绍了多层气枪阵列震源的技术方法在海洋深水区油气地震勘探中的应用，指出其在提升低频分量、拓宽频带和提高分辨率的作用;全海燕等(全海燕等，2011)通过对理论模拟和实际数据对比分析研究认为，多层气枪阵列震源能够改善远场子波的频谱品质，提高它的低频段、高频段能量和降低震源鬼波产生的陷波作用.

气枪在水中激发时，将气枪中的高压空气瞬间释放到水中，迅速形成球形的气泡，由于气泡内压力大于周围水体压力，导致气泡迅速膨胀形成压力脉冲，即气枪的主脉冲，它向四周传播形成地震波.同时，部分向上传播的信号经海平面反射之后向下传播并到达检波点，形成了震源鬼波.由于海水与空气界面的反射系数为负，因此震源鬼波与近场信号极性相反、到达接收点的时间滞后于下行地震波.存在到达时间延迟的震源鬼波与近场子波叠加，形成远场子波(图 1).

图 1

Fig. 1

图 1 气枪远场子波形成示意图 Fig. 1 Schematic diagram for the formation of air-gun far-field wavelet

远场子波信号可表示为

(1)

式中，x(t)为近场子波信号，Δt为震源鬼波延迟到达时间，x(t+Δt)为震源鬼波信号，α为海水与空气界面的反射系数，约等于-1.0，则式(1) 可改写为

(2)

图 2为容量150in³的G枪在沉放6 m、压力2000psi条件下的近场子波波形，它反映了气枪激发后气泡膨胀、压缩、再膨胀、再压缩循环往复的震荡过程，由于振荡过程中气体分子摩擦消耗能量，所以每一次形成的脉冲振幅就越来越小，直至最后气泡浮出水面破裂震荡结束.

图 2

Fig. 2

图 2 容量为150in3的G枪近场子波 Fig. 2 The near field wavelet of G gun with volume 150in3

图 3为该枪的远场子波波形，由震源鬼波造成的负极性子波脉冲延迟叠加，远场子波的正负脉冲震荡并随时间的增加近指数衰减的特征，与最小相位子波波形相近，说明震源鬼波改善了气枪子波波形，使之更接近地震勘探的理论子波，远场子波的气泡震荡比近场子波小，表明鬼波有压制气泡作用的积极意义.

图 3

Fig. 3

图 3 容量为150in3的G枪沉放深度6 m时的远场子波 Fig. 3 The far field wavelet of G gun with volume 150in3

对式(2) 进行傅氏变换得到震源的频谱特征:

(3)

式中，f为频率，(1－e^{－i2π·fΔt})可视为一次反射的滤波因子，即虚反射滤波器，设为H(f).假设震源与检波器的连线与海面垂直，则

(4)

式中h_g为气枪阵列的沉放深度，c为海水速度.则滤波器的振幅谱为

(5)

由(5) 式可得，当频率f=nc/2h_g(n=1，2，3…)时，滤波器的振幅谱受到震源鬼波的压制最大，称f=nc/2h_g为陷波频率(图 4)，其大小由海水中声波传播速度c和枪阵沉放深度h_g决定.

图 4

Fig. 4

图 4 容量为150in3的G枪沉放深度6 m时的远场子波频谱 Fig. 4 The far field wavelet spectrum of G gun with volume 150in3

常规的气枪阵列震源由包含着一定数量的单枪、相干枪的子阵列组成，所有的气枪均沉放在针对勘探目标所选择的沉放深度下，气枪的激发时间要求严格一致，由此它形成了一个叠合的下行波，也形成了一个叠合的上行波(图 5上)，并且上行波与下行波具有相同的能量.因此，由上行波而产生的震源鬼波能量强、干扰大.

图 5

Fig. 5

图 5 常规枪阵(上)与顺序激发的多层枪阵(下)产生下行波(实线)和水体虚反射(虚线)的效应图(据Cambois等，2009) Fig. 5 The downgoing wave(up)and water ghost(down)effect by conventional and sequence fired multi-levels air-gun array source(after Cambois et al.2009)

Cambois等(Cambois等，2009)提出的多层气枪阵列震源的工作原理如图 5(下)所示，将各子阵列沉放在不同的深度层上，从最上层子阵开始顺序地延迟激发各层子阵列，延迟的时间是上层子阵列激发的下行波波前到达下一层子阵列的走时，这样在保证下行波波前同时叠加、能量不变的同时，到达海平面的上行波能量不能同时叠加而受到削弱，降低了水体虚反射效应.与陆地炸药井中延迟激发相比，激发介质海水的物性相对均一，声波速度基本恒定，而且子阵列沉放深度相对稳定，其变化可以忽略不计，精确的气枪触发控制完全可以做到下行波前同相叠加.该技术实现起来相对简单，只需要对现在的气枪阵列的激发方式进行小的改进.

组合方式与容量相同的子阵列组成的多层气枪阵列震源的远场子波信号可表示为

(6)

式中，n为子阵列数量，x(t)为单子阵的近场子波信号，x(t+Δt_n)为第n个子阵列的虚反射信号，Δt₁、Δt₂、Δt_n为由式(4) 求得的各子阵虚反射延迟到达时间，对式(6) 做傅里叶变换可以得到多层枪阵的远场子波频谱为

(7)

式中F(f)为子阵的近场子波频谱，H(f)为多层枪阵鬼波滤波器，它的振幅谱为

(8)

当各子阵列的沉放深度相同时，即为常规的平面气枪阵列震源，则其鬼波滤波器的振幅为

(9)

对比式(8) 和式(9) 可以看出，多层气枪阵列震源延迟激发方式，分散和降低了震源鬼波对远场子波的陷波作用，陷波频率点分散且陷波作用大幅度降低，低频和高频段能量都得到了释放;平面气枪阵列震源陷波点集中、陷波作用强.

但是，多层气枪阵列延迟激发震源在浅水区应用还存在不能克服的困难，首先，气枪的触发同步精度一般在0~1.5 ms，为了发挥多层气枪阵列延迟激发震源的优势，需要将子阵列沉放深度差异加大到6 m(延迟激发时间4 ms)以上，这在深水采集环境中是不成问题的，但在浅水区由于水深条件的限制，几乎不可能实现的;其次，沉放深度差异的加大，带来了气泡压制作用的减弱和震源方位角的复杂化，造成了地震资料品质的降低(Cambois等，2009).

基于以上分析，确定选用触发同步精度高的中、小容量气枪组成沉放深度差异≤3 m的立体气枪阵列，在顺序延迟激发时间设计上，不完全拘泥将上层子阵列激发地震波到达下一层子阵列的时间作为延迟激发时间，而是通过远场子波模拟计算和对其技术指标的总体性能评价与优选后，确定立体气枪阵列组合与延迟激发的设计方案.

通过对各种型号气枪的性能对比分析，选择可靠性强、触发精度高、输出能量大的G枪，作为浅海区OBS深部地质探测的气枪震源，在对不同的立体气枪阵列组合与延迟激发时间设计方案进行远场子波理论模拟分析的基础上，针对勘探目标需求，以拓展低频、拓宽频带，提高远场子波特性和增加激发地震波穿透能力为目标，确定了由48条不同容量的G枪组成的4个子阵列、总容量为6060in³的立体气枪阵列组合，其中最大单枪容量为380in³，最小单枪容量40in³，按气泡半径计算公式(何汉漪，2001)算得最大气泡半径为5 m左右，满足了浅海区OBS探测的震源激发的需求.

在此基础上进行远场子波模拟，分析不同立体气枪阵列延迟激发组合方案的远场子波特征.模拟环境参数为:气枪工作压力为2000psi，海水密度为1030 kg·m^-3，海水温度15 ℃，海水声波速度为1500.0 m·s^-1，海平面反射系数为-1.0，观测点距离气枪阵列震源中心9000 m.首先，通过改变子阵列的沉放深度组合和延迟激发时间，模拟相应的远场子波，从中优选出子波频谱光滑、有效频带宽初泡比大的5组阵列组合(图 6);然后，进一步分析远场子波波形和初峰值、峰峰值、陷波效应等特征，优选出最优多层气枪阵列组合.

图 6

Fig. 6

图 6 6组枪阵组合示意图(上)及其远场子波(中)和频谱(下)对比 Fig. 6 Schematic diagram for six air-gun array patterns(upper)and far field waveforms(middle)and spectrum(lower)simulation

表 1为不同立体气枪阵列延迟激发震源与平面气枪震源远场子波性能对比.平面气枪阵列震源产生的续至波谷与海平面虚反射振幅叠合作用，造成其虚反射振幅高于初峰值，形成了强烈的陷波效应.因此它的频带较窄、低频段能量相对较低、频谱曲线锯齿状缺口较多，但海平面虚反射对压制气枪的气泡效应是有利的，因此它具有最高的波泡比;而立体气枪阵列震源由于各子阵列的沉放深度不一，海平面虚反射分散叠加，虚反射振幅低于初峰值，其中四层气枪阵列震源的虚反射最低、双层气枪阵列震源的虚反射次之;与平面气枪阵列震源相比，立体气枪阵列频谱曲线相对光滑，低频段能量较强、频带宽.

表 1(Table 1)

表 1 不同组合方式多层气枪阵列震源远场子波性能对比表 Table 1 The contrast of performance for a variety of tridimensional air-gun array with delay fired source 方式 类型 S4-8-8-8-8-D0.0 S4-13-9-7-11-D1.5 S4-14-10-8-12-D1.5 S4-13-10-10-13-D2.0 S4-11-8-8-11-D2.0 S4-10-7-7-10-D2.0 组合方式 平面、同时激发 四层、1.5 ms 延迟激发 四层、1.5 ms 延迟激发 双层、2 ms 延迟激发 双层、2 ms 延迟激发 双层、2 ms 延迟激发 沉放模式 8-8-8-8 13-9-7-11 14-10-8-12 13-10-10-13 11-8-8-11 10-7-7-10 初峰值(bar·m) 71.1 90.2 89.2 90.7 89.8 89.8 虚反射强度(bar·m) 77.6 46.4 45.8 54.1 53.4 53.4 峰峰值(bar·m) 148.7 136.6 135.0 144.8 143.2 143.2 波泡比 16.8 15.3 13.0 12.0 14.4 14.4 频带宽度(Hz) 7~58 4.5~65 4.5~65 6~55 5~62 5~62 低频能量 不突出 强、突出 强、突出 较高 较高 较高 频谱曲线 不光滑 光滑 光滑 较光滑 较粗糙 较粗糙 陷波频率 92 Hz 不明显 不明显 不明显 不明显 不明显

表 1 不同组合方式多层气枪阵列震源远场子波性能对比表 Table 1 The contrast of performance for a variety of tridimensional air-gun array with delay fired source

图 7(左)为总容量为6060 in³的S4-13-9-7-11-D1.5组合(A线)与其相同组合的总容量9000 in³(B线)气枪阵列震源远场子波波形对比图，这两种枪阵均有较高的峰峰值和波泡比，虚反射效应相对较低.其中，总容量9000 in³的组合中以4条1500 in³的Bolt气枪替代较小容量的气枪，由于在浅海区气枪的沉放深度受到了限制，不能完全发挥大容量气枪的能量优势，造成该枪阵的初峰值低于容量6060 in³组合的立体气枪阵列震源.在频谱对比结果(图 7右)上，容量6060 in³组合的低频能量高于容量9000 in³的组合，频谱曲线相对光滑，陷波效应低，兼顾了获得沉积层震相的要求.

图 7

Fig. 7

图 7 两种气枪阵列震源远场子波波形(左)和频谱(右)对比图 Fig. 7 The contrast of air-gun array far field wavelet(left)and spectrum(right)

2013年8月，在国家自然科学基金“黄海及邻区壳幔结构及深浅构造关系的综合地球物理研究”(41210005) 、国土资源部地质调查专项和国家863计划“海陆联合深部地球物理探测关键技术研究”(2009AA093401) 的支持下，青岛海洋地质研究所、中国科学院地质与地球物理研究所和国家海洋局第一海洋研究所联合开展了南黄海—山东半岛—渤海海陆联合深部地震探测.海区采用气枪阵列震源密点激发(激发间距125 m)、大间距OBS接收(OBS台站间距6 km)，陆地地震台站密点接收(台站间距1 km)，两端各进行一个大药量放炮激发.

本次海上OBS深部探测首次采用立体气枪阵列延迟激发震源技术，考虑到渤海和南黄海海域的水深条件，对不同组合方式震源的远场子波模拟对比后，在南黄海选择了容量6060 in³的S4-13-9-7-11-D1.4气枪阵列组合方式;鉴于渤海海域探测区的水深不大于20 m，气枪沉放后距海底的距离不能太小，以保证气枪的工作安全，故采用了S4-11-8-8-11-D2.0组合方式.两种组合方式的远场子波特征如图 6所示，性能对比如表 1.

图 8上为2011年在渤海采用6条1500 in³Bolt气枪组成的容量9000 in³的平面气枪阵列采集的OBS记录，图 8下为2013年在相同位置，采用6060 in³的S4-11-8-8-11-D2.0组合采集的OBS记录.可以看出，采用了新的震源激发技术后，采集的OBS数据质量明显得到提高，总体具有振幅能量强、震相丰富，视频率相对较高，较为连续可靠的优势波组特征，OBS记录信噪比高，气枪信号有效传播距离达150 km，大于平面气枪阵列的传播距离.

图 8

Fig. 8

图 8 平面枪阵(上)与立体枪阵延迟激发(下)OBS记录剖面对比 Fig. 8 Comparison of OBS profile with conventional air-gun array(upper) and Tridimensional air-gun array(lower)

南黄海海域OBS深部地震探测是首次进行，通过对分布南黄海测线上的全部39个台站记录的震相特征和分布情况分析(表 2)可以看出，本次探测获得大量有价值的广角反射/折射地震震相.其中包括：直达水波震相Pw，陆相沉积层折射震相Ps1，海相沉积层折射震相Ps2，地壳内的折射波震相Pg、莫霍面的反射震相PmP和上地幔的折射震相Pn，填补了南黄海海域深部数据的空白，所得到的OBS记录均获得了延续长度较大的震相，为OBS速度剖面反演奠定了良好的基础.

表 2(Table 2)

表 2 南黄海OBS震相分布统计表 Table 2 Distribution statistics for OBS phase in the South Yellow Sea 位置 站位 北支连续 (km) 北支最远 (km) 震相 南支连续 (km) 南支最远 (km) 震相 备注 千里岩隆起 C1 / / / / / / 仪器故障，未记录到有效数据 C2 / / / / / / 提前回收，渔民打捞 C3 / / / / / / 仪器故障，未记录到有效数据 C4 / / / / / / 提前回收，渔民打捞 C5 11 11 Pg 75 115 PmP C6 15 17 Pg 70 100 PmP C7 23 23 Pg 65 110 PmP 仪器故障，未记录到有效数据 C8 25 30 Pg 50 120 PmP C9 / / / / / / 仪器故障，未记录到有效数据 C10 30 40 Pg 60 120 PmP C11 47 47 Pg 46 46 Pg C12 49 50 Pg 80 140 PmP C13 58 58 Pg 82 145 PmP C14 62 60 Pg 85 150 PmP C15 67 67 Pg 50 50 Pg 北部坳陷 C16 70 68 Pg 35 50 PmP C17 72 72 Pg 40 40 Pg C18 58 58 Pg 82 145 PmP C19 95 95 PmP 70 150 Pn C20 65 95 Pg 70 145 PmP C21 70 100 PmP 25 25 Pg C22 40 40 Pg 20 20 PmP C23 23 108 PmP 7 7 Pg C24 58 58 Pg 50 120 PmP C25 / / / / / / 仪器故障、未记录到有效数据 C26 58 58 Pg 82 145 PmP C27 40 40 Pg 30 90 PmP C28 65 100 Pg 25 85 PmP C29 65 105 Pn 25 25 Pg C30 45 85 Pg 25 145 PmP C31 30 73 PmP 15 145 PmP 中部隆起 C32 30 90 PmP 50 90 PmP C33 30 96 PmP 80 100 PmP C34 25 90 PmP 70 90 PmP C35 25 96 PmP 80 90 PmP C36 15 98 PmP 40 95 PmP C37 32 110 PmP 93 100 PmP C38 60 60 PmP 35 80 Pg C39 75 65 PmP 40 70 Pg

表 2 南黄海OBS震相分布统计表 Table 2 Distribution statistics for OBS phase in the South Yellow Sea

图 9为位于千里岩隆起之上的OBS13台站折合显示剖面(折合速度6000 m·s^-1，下同).紧随直达水波震相之后是一组连续可追踪、视速度高达6 m·s^-1的折射震相Pb，这是该构造区内南黄海陆相盆地下的高速折射波震相，本文将其定义为Pb震相，它相当于地壳内的折射波震相Pg，因其发育在隆起区内，为了便于后期的走时拟合，故将其单独定义.该震相在台站左支2~60 km范围内可连续追踪，其中在偏移距大约40 km处，其走时由0.4 s快速增加至0.6 s，结合侯方辉等(侯方辉等，2012)对该区域多道地震的解释结果，推测该处应为山东半岛胶莱盆地在海区的延伸边界，走时的突然增加代表该区域沉积层增厚，发育了沉积盆地;Pb震相在右半支可以追踪到约35 km，剖面上显示Pb震相在右半支明显滞后于左半支，走时的大幅增加表明向SE方向已进入沉积坳陷-北部坳陷;在右半支100~140 km处观测到视速度高达8 m·s^-1的PmP折射震相，由于台站位于浅部地震波强反射屏蔽区，接收的震相振幅相对较弱，信噪比相对较低.

图 9

Fig. 9

图 9 13台站OBS水听器分量地震记录剖面(折合速度为6 km·s-1) Fig. 9 The hydrophone component seismic record profile at Station No.13(reduced velocity is 6 km·s-1)

图 10为位于南黄海盆地北部坳陷OBS19台站，由于坳陷内沉积物厚度较大，综合地震剖面上可以清楚的观察到Ps震相，左半支追踪到偏移距约25 km处(图 11上)，右半支追踪到偏移距10 km处(图 11下)，折合走时可达2~3 s，视速度约4.5 km·s^-1;Pg震相在左半支25~55 km以及右半支10~25 km可以连续追踪，起伏不大，说明该处地壳顶面较为平缓;在左半支的100~150 km处以及右半支的110~150 km处可以清楚观察到莫霍面上的反射震相PmP，其视速度约8 km·s^-1.

图 10

Fig. 10

图 10 OBS19站位初步处理剖面 Fig. 10 The preliminary processing seismic record profile at Station No.19(reduced velocity is 6 km·s-1)

图 11为位于中部隆起的OBS37站位初步处理剖面，站位的北支(图 11上)和南支(图 11下)均可以识别来自沉积层的广角反射震相，并能在偏移距(Offset)65~100范围内识别到PmP震相;并由于站位位于中部隆起与北部坳陷的交界南侧，其北支偏移距范围内的沉积层底界深度变化较大，其所能见到的Pg震相延续范围只有20 km左右;南支偏移距范围内的沉积层埋藏深度变化不大，Pg震相相对稳定且延续距离在90 km以上.

图 11

Fig. 11

图 11 OBS37站位初步处理剖面 Fig. 11 The preliminary processing seismic record profile at Station No.37(reduced velocity is 6 km·s-1)

通过对南黄海OBS数据的速度结构模拟等工作，获得了2D速度结构模型(祁江豪，2005)，同时结合区域地质、多道地震、重力及磁力资料进行综合分析、对比、验证后认为，千里岩隆起上变质岩推覆体推覆于海相沉积层之上，是苏鲁造山带在海区的延伸标志，变质岩体速度约为6.3 km·s^-1；北部坳陷自上而下分布陆相沉积层和海相沉积层，陆相沉积层速度约1.7～4 km·s^-1，海相沉积层速度约5.2～6 km·s^-1，厚度在3~8 km，再次验证了多道地震(吴志强等，2015)和重力、磁力反演推测结果(黄松等，2010).

理论分析认为，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，既可以获得深达莫霍面的反射/折射震相，也可以兼顾探测深部沉积层分布特征，有效地提高了OBS资料品质.

在深水区海洋油气地震勘探中，多层气枪阵列延迟激发技术获得了成功，有效地拓宽了地震频带，提高地震成像精度，为反演处理提供高品质的基础资料(Cambois等，2009;赵仁永等，2011).对多层气枪阵列延迟激发技术进行了改进，降低了子阵列沉放深度差异，采用了灵活的延迟激发时间，形成了立体气枪阵列延迟激发震源设计技术方法，使之完全适应浅水区苛刻的采集工作环境.该工作方法在OBS深部探测中还属于首次应用，且已有的海洋OBS深部探测绝大部分采用的是大容量气枪组成的超大容量气枪阵列震源(总容量一般超过6000 in³)，以保证有较好的低频性能和较大的穿透深度.本次中、小容量的气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源工作方法在我国浅海区(渤海、黄海)的应用结果表明，该工作方法在浅海环境下也能激发出传播距离长、穿透深度深的地震波，并能有效压制震源鬼波效应，可以得到高品质的OBS数据，既适用于岩石圈深部结构、物质组成和状态的探测研究，也适用于中-深目标层的多道地震探测，为海洋地震勘探提供一种较理想的人工震源.

立体气枪阵列延迟激发的重要作用是压制震源的虚反射效应.但是，震源远场子波的特征也会受到新组合方式的影响.首先，震源鬼波是气泡脉冲的有效衰减器，立体气枪震源会得到比常规震源低的波泡比(PTB);其次，由于个别子阵列沉放深度加大，在高静水压力下激发，降低气泡幅度、加大了震荡周期，导致如图 6所示的部分高频频率能量的减少;第三，子阵列沉放深度差异造成气泡幅度的差异，意味着气泡脉冲衰减性能的降低.因此，与常规的气枪阵列震源相比，远场子波模拟分析显得更加重要，需要进行细致的理论模拟分析，优选高性能的气枪阵列震源组合方式，尽量避免它所带来的副作用.

感谢审稿专家和编辑部的大力支持.