8L4S176T觀測系統在渤海CF區塊海底電纜地震采集中的應用

龔旭東 張建峰 王志亮 楊志國 鈕依莎

（1.中海油能源發展股份有限公司監督監理技術分公司； 2.中海石油（中國）有限公司天津分公司）

隨著海上地震采集技術在地震波激發與接收、檢波器快速精確定位、觀測系統屬性分析與優化設計等方面的不斷革新，海底電纜地震采集技術日趨成熟，陸地先進的三維地震觀測方式也已逐步應用到海上。在渤海CF區塊進行的8L4S176T觀測系統地震采集是對海底電纜地震采集技術的一次探索和創新。本文對8L4S176T觀測系統及其在渤海CF區塊復雜過渡帶施工時采用的采集設備、震源激發、電纜鋪設、二次定位等進行了詳細論證，并分析了作業難點和所采取的相應技術措施及實施效果。

1 8L4S176T觀測系統簡介

渤海CF區塊構造復雜，中深層斷層發育，現有二維地震測網為1 km×1 km，有效波整體頻率不高，斷面波不清晰，小斷層難以識別。為提高中深層復雜構造的成像質量，通過對不同觀測系統的詳細分析，選用了8L4S176T觀測系統。

它是一種成熟的陸地觀測系統，相比常規海上觀測系統增加了橫向信息、采集方位以及對地下地質體的照明度等［1－2］。該觀測系統方位角較寬，其單元模板縱橫比為0.16，是海上常規雙源三纜觀測系統的3倍（圖1），可以在較寬的區域內接收到相對多的地下波場信息，改善地下復雜構造地區的照明，提高成像效果。該觀測系統道間距50 m，炮點距50 m，線間距200 m，炮線距100 m，覆蓋次數4次（橫向）×44次（縱向），以達到滿覆蓋循環片，面元25 m×25 m。滿覆蓋區域內每個面元在炮檢距分布和方位角分布方面都非常接近，這在很大程度上減弱了采集腳印的產生［3－4］。

圖1 8L4S176T觀測系統（a）與常規拖纜觀測系統（b）玫瑰圖對比

2 渤海CF區塊海底電纜地震采集

渤海CF區塊海底電纜地震采集工區包括淺水區和灘涂區兩部分，地形高程5.1～－32.9 m（圖2），其中灘涂區為沙質，地形較緩；淺水區有數條潮溝分布，局部地形近乎直立，潮流影響嚴重。在這種海況下進行8L4S176T海底電纜三維地震采集施工非常困難，需要在采集設備、震源選型，電纜鋪設、二次定位等方面進行詳細論證。

圖2 工區地形高程圖（單位：m）

2.1 采集設備

為衰減虛反射對地震資料的影響［5］，在渤海CF區塊海底電纜采集施工過程中，在灘涂區和水深小于2 m的區域使用了沼澤檢波器；在水深2～10 m的區域使用了水檢檢波器；水深大于10 m的區域使用了水陸雙檢檢波器（圖3）。

圖3 多種檢波器應用示意圖

施工效率低一直是制約海底電纜地震采集發展的瓶頸，其中最影響海底電纜施工效率的因素是電纜的收放問題。本次采用8L4S176T觀測系統，至少要鋪設8根電纜，每根電纜十幾千米長，如采用常規的充油電纜或鎧裝電纜，由于電纜極其笨重，不僅收放纜困難并要借助大型船只和機械，這將導致施工效率極低且在灘涂區和極淺水區無法施工，大量增加勘探成本。因此，本次采集選用了輕型的海底電纜（直徑14 mm，線重21.5 kg/100 m），收放纜時使用小型船只，人工收放就可以完成作業。

2.2 震源

由于工區包括了灘涂區和淺水區兩部分，地表條件復雜，因此，本次采集采用了炸藥、吊臂式空氣槍、拖曳式空氣槍等多種激發震源。經過前期詳盡的實地踏勘和大量實驗工作，對這些震源進行了詳細對比分析，確定了各震源的組合方式［6］和激發深度，最大程度地消弱了不同震源之間的差異。施工過程中，在水深小于3 m區域，由于水深條件滿足打井作業要求，故采用炸藥震源；在水深3～8 m的區域采用吊臂式空氣槍震源；水深大于8 m的區域則采用拖曳式空氣槍震源。

2.3 電纜鋪設

海底電纜施工時，利用放纜船進行電纜鋪設。當電纜拋入水中后，由于受到水深、海流和電纜沉降速度的影響，電纜會發生偏移。本工區潮流影響嚴重，電纜鋪設方向與潮流方向垂直，如果采用常規放纜方法，沿設計測線放纜，檢波器的實際位置與設定點位的偏差可達幾十米。為確保檢波器點位的準確性，在作業中采用頂流放纜工藝（圖4），通過對水深、潮流、船速的計算，使檢波點進入水中隨潮流偏移后進入預定點位。經檢測，該放纜工藝可以確保點位橫向偏移小于20 m，縱向偏移小于10 m，滿足施工要求。

圖4 頂流放纜工藝示意圖

2.4 二次定位

海底電纜水下檢波器定位通常采用的方法有2種：初至波二次定位和聲納二次定位。這2種方法都是利用“圓圓”定位原理來最終確定檢波點坐標。初至波二次定位無需專用硬件設備且沒有采收率問題，而聲納二次定位則相反，但其定位精度高，可與采集生產同時進行［7－8］。另外，在正式作業前，又對初至波二次定位技術和聲納二次定位技術進行了試驗對比，試驗結果表明聲納二次定位系統具有定位精度高、可操作性強、性能穩定等特性，相對于初至波二次定位，在采用8L4S176T觀測系統進行采集作業時，能大幅度提高生產效率。因此，本次施工采用聲納二次定位技術對檢波點進行定位。

3 作業難點分析及相應技術措施

3.1 作業難點分析

海底電纜地震采集作業在施工方面的一個比較顯著的特點是放炮容易而鋪電纜難，所以少炮多道的觀測方案比多炮少道的觀測方案施工效率低。在渤海CF區塊海底電纜三維地震采集作業中，為了實現勘探目的，選擇了電纜道數多而炮數少的觀測方案，如何提高施工效率是本區作業的難點之一。

渤海CF海底電纜三維區塊地形高程變化在5.1～－32.9 m之間，海底地形復雜，分布有數條潮溝，漲落潮時水流湍急，地震資料受潮流噪音影響嚴重，在大潮期間單炮上甚至看不到有效信號；同時，潮流過大極易造成海底電纜擺動，致使檢波點位置發生改變。

渤海CF海底電纜三維作業區塊離工業區較近，工區內分布有碼頭、錨地、養殖區、航道等，過往船舶和漁業活動頻繁，而8L4S176T觀測系統方案的施工范圍較大，因此如何采取有效措施保證施工安全順利進行，也是本區作業的難點之一。

3.2 相應技術措施

3.2.1 提高施工效率的措施

（1）陸地三維地震勘探和海上Patch作業方式的放炮方向一般是垂直檢波線方向，如果本次作業中也沿垂直檢波線方向放炮，由于炮線太短，須占用較多的調頭時間而浪費作業時間，因此采取沿測線方向的放炮方式，可以大大減少調頭次數，提高施工效率。

（2）如果作業中一次鋪8根電纜（圖5），那么在完成一束線作業后，必須要等從排列一側收起一根電纜再按要求鋪放到排列另一側，并經二次定位確定檢波器點位達到施工要求后才能開始下一束的生產作業，這期間等待時間較長。因此，實際作業中可選擇一次鋪設10根電纜（圖6），這樣在完成一束線作業后，并在放纜船收放電纜的同時，震源船可以繼續放炮生產而不需等待，這樣不僅可以實現不間斷生產作業，而且可以有效合理地利用生產時間，大大提高生產效率。

（3）采用聲納二次定位技術確定檢波器點位。該方法相對于初至波二次定位省去了利用震源船進行二次定位的時間，可以在震源船進行作業生產的同時進行檢波點二次定位作業，提高施工效率。

3.2.2 降低潮流噪音對陸檢資料影響的措施

在施工過程中，通過加強儀器現場對環境背景噪音和采集單炮噪音情況的監測，并根據潮汐變化曲線，選擇平潮及其前后潮流較小時段（圖7）合理組織生產，這樣可以降低潮流噪音對地震資料的影響，提高采集資料的品質（圖8）。

圖7 分時放炮示意圖

3.2.3 確保檢波器點位的措施

渤海CF區塊的施工中采用的是輕型海底電纜，其受潮流影響較大，易發生電纜位置擺動。為解決該問題，在實際生產中采取將檢波器固定在大線上，并根據潮流和水深情況對大小線進行配重，即在潮流湍急的海溝區域下鐵錨固定大纜，同時通過儀器現場實時監控檢波器點位情況，一旦發現檢波器位置變化，立刻進行二次定位，如果檢波器位置變化超出施工要求，則立刻收纜重放，并及時采取加配重或鐵錨等措施。

圖8 控制潮流噪音前后陸檢單炮對比

3.2.4 保障施工安全順利進行的措施

在尋求當地政府支持和協調地方海警、漁政、水產、海事等部門為施工創造有利條件的同時，可采取“圈地法”護纜，營造封閉的施工環境，杜絕地方船只對施工環境的影響，提高地震采集資料的品質。

4 實施效果

通過渤海CF區塊同一位置常規拖纜采集的老資料與采取相應技術措施后新采集的資料進行對比（圖9）可以明顯地看到，本次采集的地震資料獲取了更加豐富的波場信息，淺層資料具有較高的信噪比和分辨率，能夠開展構造精細解釋和薄互層反演工作；中深層資料斷層成像清晰，地層反射特征明顯，能夠準確落實構造，進行地層圈閉的識別、描述，并能夠通過反演手段進行儲層的平面規律描述和沉積相研究；深層資料能夠進行構造形態的落實工作，基底形態得到了初步落實。同時，從本次采集地震資料1 000 ms處的時間切片和相干切片（圖10）可以看到，新采集的資料增加了對地下地質體的照明度，斷裂特征和斷裂系統的相互關系刻畫清楚?？傊虏杉馁Y料使渤海CF區塊的整體地質認識取得重要進展，為勘探開發和儲量的快速落實奠定了基礎。

5 結論

（1）雙檢、輕型海纜、多種震源和聲納二次定位等多種技術設備的綜合運用克服了在渤海CF區塊復雜過渡帶利用8L4S176T觀測系統進行海底電纜地震采集作業時的設備瓶頸。

（2）沿測線放炮、提前多鋪設2根電纜、分時放炮、增加電纜配重、“圈地法”護纜等措施的運用解決了采集過程中存在的施工效率低、潮流影響大、過往船只多等作業難點，確保了渤海CF區塊復雜過渡帶海底電纜地震采集的順利實施。

（3）8L4S176T觀測系統在渤海CF區塊復雜過渡帶的應用，獲得了更加豐富的波場信息，提高了地震資料的分辨率和中深層復雜構造的成像質量，取得了較好的勘探效果。

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