原理

震測探勘是利用人工震源來產生震波，震波經由海水傳入地底且穿透至地下地層，當震波穿透至各地層介面亦會反射並返回地表在利用水中受波器接收來自地底的反射訊號，最後傳回船上並記錄下來，藉由處理從地底下傳回的一系列震波資料能得到一個連續的地下剖面影像。依據不同頻率的聲源可以得到不同解析度與深度的地層剖面。基本上來說，頻率越低的震源訊號穿透深度越佳，可以取得較深部的地層構造資訊，但相對解析度較差，所以淺部的地層與構造無法清楚了解。因此，如果想要研究較深部的地層構造，則多利用空氣槍來產生震源，其主要的頻率約100 Hz以內；相反地，頻率越高的聲源，穿透地層深度不佳，但可以取得較高解析度的淺部地層構造資訊。
火花放電震源是透過電極在海水內放電，經由放出的高壓電流通過海水介質，使電極周圍的海水快速蒸發膨脹並產生震波。相較傳統空氣槍震源的震測施作方式，火花放電震測系統也具有較簡易的作業過程。近年來隨著科技的進步，已經能有效的透過控制火花放電的方式，將震源在兼顧地層解析度的情況下，提升穿透深度，其頻率介於約0.1至1 kHz之間。為了因應各種不同的海底地質環境與作業區域的深度分布，本系統可選用不同的能量輸出範圍與頻率，來得到最佳的海底地層剖面影像。
海域火花放電震測探測與資料收集所使用的儀器與資料收集架構主要可以分成能量擊發系統、聲源接收系統與震測資料收集系統三部分（如下表）。能量擊發系統主要有SIG Sparker、SIG Pulse L5主機、接地線，並透過L5主機提供高壓電擊發SIG Sparker。火花放電反射震測系統如同傳統空氣槍震測施作，需要一定的充電時間，L5主機在施作時會根據不同的擊發能量而有相對應的充電時間。為了因應各種不同的海底地質環境與作業區域的深度分布，本系統可選用不同的能量輸出範圍與頻率，來得到最佳的海底地層剖面影像。本系統震源共有ELP790、ELP1250與EDL1020等三種不同能量的類型，其能量輸出功率分別是500-2,000 J（焦耳）、1,000-6,000 J（焦耳）與100至3,000 J（焦耳），其訊號頻率則分別是小於800 Hz、1,200 Hz與900至1,400 Hz等三種。根據SIG公司原廠測試結果，本計畫使用之火花放電反射震測系統在水深5,000 m施作區域，訊號穿透度平均為地底下500 m深，在訊號較易穿透的地質環境下可達900 m深，在震源能量輸出1,000 J的情況下，地層解析度最佳可達約1 m。

 

火花放電反射震測系統的簡易規格表

 

資料收集

在聲源接收系統的部分分別有SIG公司以及Geometrics所生產之MicroEel訊號接收浮纜。SIG公司的部分，有訊號接收浮纜（SIG streamer）。SIG streamer的規格共有48個水中受波器（hydrophone），受波器間距為1m，每24個受波器組合為1個接收頻道（channel），共計有2個channel，總長度為166 m。Geometrics公司的部分，有資料收集主機GEODE及其與接收浮纜之電源供應器，以及EIVA同步主機。MicroEel 的規格共有72個水中受波器，受波器間距為0.22 m，每3個水中受波器組成一個接收頻道，頻道間距為1.5625 m與3.152 m
，共計有24個channel，總長分別為165 m與255 m。MicroEel 接收浮纜與SIG最大的不同在於其為固態式浮纜，固態式浮纜相較於傳統灌油液態式的浮纜會有更高的敏感度。此外，多頻道固態式受波器浮纜之頻道間距為1.5625 m與3.125 m，透過震測幾何的運算，可以得到間距更密的同中點集合，較SIG的接收浮纜更能提升空間解析度。
上述Sparker系統能量擊發與聲源接收的SIG訊號接收浮纜，透過DELPH震測資料收集系統來做設定，並可根據不同施作環境，設定其擊發能量、炸測時間間距、記錄時間長度等。藉由DELPH震測資料收集系統來完成震測資料的記錄、即時展示與GNSS資料的記錄。MicroEel接收浮纜則是使用EIVA主機設定能量擊發與炸測間距並即時展示炸點資訊，透過GEODE震測資料收集主機進行震測資料即時展示與記錄。
為了因應各種不同的海底地質環境與作業區域的深度分布，本系統可選用不同的能量輸出範圍與頻率，來得到最佳的海底地層剖面影像。為達最佳地層解析度與穿深深度。圖3-16為分別搭配MicroEel接收浮纜所收集之直達波，地層解析度約為2 ms，若以水速進行時深轉換，則約為1.5 m。火花放電反射震測的資料處理流程如後，其與反射震測資料標準處理流程相似。資料處理軟體使用Paradigm公司發展之商業軟體Echos。

 




 

火花放電反射震測資料處理流程

 

火花放電震測成果範例圖