海上地震采集減少潮流影響的方法研究

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司（天津300452）

海上地震采集減少潮流影響的方法研究

鄧元軍，陳 洋，王 哲，羅小俊，范新威

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司（天津300452）

海上地震采集作業中潮流的影響主要表現在影響海底電纜的鋪放、海底電纜在海底位置的移動、拖纜的羽角大小及變化、拖纜采集的面元匹配、海底電纜、拖纜采集資料的信噪比等。通過研究潮流對地震采集作業的影響機制和規律，渤海海域地震采集作業中的實際應用,展示了多種控制潮流影響的方法和手段，通過在電纜上配置橫向控制器能夠將補線率降低5%~ 10%。實踐證明，這些方法的綜合利用能夠大幅減少潮流對地震采集的影響，提高地震資料的品質。

地震采集；潮流；海底電纜

國內海上地震采集作業減少潮流影響的主要方法就是尋找工區的潮流規律及變化特征，對所掌握的潮流變化規律加以利用來提高作業效率。而熟悉并掌握一個三維采集工區的潮流需要的時間較長，如果是在開闊海域，如東海、南海等海域，受洋流、暗流及風向影響，潮流變化基本無規律可循，很難通過某一個時間段的潮流判斷來指導采集作業；即使是在三面環陸具有特殊地理位置的渤海海域，掌握一個三維采集工區的潮流變化規律也需要近1個月甚至更長時間。而且僅靠掌握采集工區潮流規律為依據來布置采集作業，主要是在采集時間段和采集測線選擇的銜接上進行了調整和優化。對渤海海域目前常用的三維拖纜和海底電纜2種施工方式進行了研究，研究表明，充分利用潮流變化規律，改進采集施工工藝、流程、設備配置及施工規劃等，能大幅減少潮流對采集作業的影響，從而提高采集資料質量和采集效率。

1 渤海海域潮流

1.1 區域潮流特征

渤海海域三面環陸，屬于被陸灣“包圍”的特殊海域，區域潮流規律比較明顯，表現出了較為規律的潮流特征[1]。這種特征，具體表現在大致24h為周期的變化過程中，潮水的變化具有較強的相似性，即每日的潮流為規則的“漲5落6平1”的半日潮，一天之內高平潮和低平潮各出現2次。而且相鄰的日期，在每天同一或相近的時間段中，潮水的表現特征相同，如某區域某天9:57～15:51的時間段中，潮水為漲潮，潮水的變化規律由低平潮到高平潮；第2天10:47～16:42的時間段中，潮水也為漲潮，潮水的變化規律也由低平潮到高平潮，并且在相近的時間段中，每天對應的海水潮流變化規律是極其相似或相同的。

1.2 島嶼發育處的潮流

雖然渤海海域的整體潮流變化較規律，但是在有島嶼或淺灘的地方，潮流變化大小、變化方向直接受到島嶼或淺灘的影響，并且由于島嶼或淺灘對潮流阻隔及反作用力，會導致多種流向的潮流匯聚在一起，形成強勁的、毫無規律可循但對地震采集作業影響很大的怪流。

2 潮流影響分析

2.1 對海底電纜采集作業的影響

通常是在近海或灘涂淺水區域采用海底電纜采集地震資料[2]，海底電纜采集作業是把連接好的電纜、檢波器和外部記錄單元（數字包），按施工的要求，以一定的方式沉放到海底，然后使用氣槍在離海面一定深度的位置激發的施工方式，根據海底電纜采集作業施工方式和施工環境的特點，受潮流影響的主要有以下幾方面[3]:

1）電纜受海流的影響在沉放過程中發生漂移，造成電纜在海底的位置與設計位置有偏差[3]。

2）電纜被鋪放到海底后，需要在海底保持2~3天甚至更長時間，遇到潮流過大或有海溝的區域會導致電纜移位。

3）海底電纜雙檢采集作業中[4]，由于速度檢波器對環境噪音的感應靈敏，速度檢波器采集的地震資料與壓力檢波器采集的地震資料相比，具有更低的信噪比[5]。圖1是同一單炮地震資料，（a）圖為速度檢波器采集到的單炮資料，（b）圖為壓力檢波器采集到的單炮資料。由圖1可以明顯看出由于涌浪噪音影響，水陸檢波器采集的地震資料信噪比都較低，而速度檢波器采集資料的涌浪噪音比壓力檢波器采集資料的涌浪噪音更大。

圖1 雙檢資料的涌浪噪音

2.2 對拖纜采集作業的影響

拖纜地震采集作業中，電纜和震源被物探船拖曳航行，受潮流的影響主要表現在2個方面：

1）電纜羽角變化，造成面元匹配不均，導致補線工作量增加，既影響采集資料質量，又影響采集效率。

2）電纜分叉，造成三維面元覆蓋次數不均勻，給后期補線造成很大困難,降低了作業效率。

3 減少潮流影響的方法研究

3.1 海底電纜采集

3.1.1 多次試驗，掌握放纜規律

在進入海底電纜采集工區施工前，首先可通過工區位置附近的潮汐表了解潮流變化情況，然后組織放纜試驗查明工區的潮流對放纜的實際影響。抽取工區內有特殊性或代表性位置的幾條測線分別在漲潮和落潮期間沿著設計測線進行放纜試驗，通過二次定位獲得電纜沉放到海底后檢波點的實際橫向和縱向偏移量[6]。若某個落潮時間點放纜船在設計測線正上方沿設計測線由西往東放纜，二次定位結果顯示剛開始放纜時沉入到海底的實際檢波點位置在設計測線偏南30m左右，并隨著放纜逐漸靠近設計測線；平潮期間，實際檢波點位置在設計測線附近，漲潮后實際檢波點位置向設計測線北邊偏移并隨著放纜橫偏逐漸增大，最后一個檢波點在海底的實際位置在測線偏北橫向距離20m左右。正式施工時，選擇在相同或相似的落潮時間點放纜，放纜船應該在設計測線偏北橫向距離30m左右的位置開始放纜，隨著向前放纜，逐漸減小放纜船與測線的橫向距離；平潮期間，放纜船在測線正上方沿著測線放纜，漲潮后放纜船向南偏移并逐漸增大橫向距離，放纜船鋪放最后一個檢波點應在設計測線偏南橫向距離20m左右的位置。以此類推，只要獲得工區潮流對放纜影響的基本規律，就可在放纜的時候依據不同的潮流做出準確的判斷來指導放纜，提高放纜的精度。另外，無論在漲潮、落潮還是平潮期間放纜，檢波點入水位置都不是設計檢波點位置，因為檢波點從入水到海底需要一定的時間，而檢波點沿測線方向入水的速度與放纜船的航行速度有關。若檢波點從入水到海底所需的時間為3s，將這個時間轉化為沿測線方向放纜船航行的距離，若放纜船的航行速度為1m/s，即沿測線方向檢波點入水的位置提前3m[7]。為了使這種計算結果能應用到實際施工中，在每條放纜船上，設置一個警報提醒，若警報響起到檢波點入水的時間為2s，那么當放纜船航行到沿測線距離設計檢波點5s的距離，警報提醒，此時放纜能夠使檢波點沿測線方向沉到海底的實際位置更接近理論設計檢波點的位置，這種方式在提高放纜精度的同時，也減少了二次放纜的次數，提高了施工效率。

3.1.2 控制放纜、放炮時間

根據潮流變化的規律，選擇在平潮期進行放纜和放炮，通常選擇在平潮及平潮前后1~2h的時間來施工。毫無疑問，由于避開了潮流的影響，平潮期放纜能夠提高檢波點點位的精度，平潮期放炮能夠減小涌浪噪音，但是由于每天等待時間幾乎接近甚至超過了采集作業的時間，尤其是在每月中旬、月末4~5天的時間潮流最大，一個平潮期的施工時間不到3h，平均每天的生產時間不到12h，會影響采集效率。

3.1.3 設備優化和改進

設備優化和改進主要有2種方式:引進國外先進設備，如鎧裝電纜，這種方式不但在前期需要投入大量的成本，而且在設備維修和更換上的成本也較高；在原有設備基礎上對其改進，主要是在電纜配重及檢波器護殼上的改進，這種改進所需要的成本相對較小，但改進后的設備在減少潮流影響上的效果卻很明顯。

增加電纜配重的方式主要有2種，第1種是在檢波器附近增加鉛塊，重量在4~6kg；第2種是電纜下水時在電纜上加鐵錨，重量在4~8kg。尤其是輕型海底電纜采集，未配重之前，在水深變化劇烈、海流比較湍急的位置，放纜成功率很低，經常在同一位置出現2次甚至3次放纜方能達標。即使電纜成功鋪放到海底，也會由于潮流作用，在海底慢慢移動，影響地震資料質量，在海底1~2天后就能發現大距離的移位，此時不得不將移位的電纜段重新鋪放，從而影響到地震采集效率。增加配重后，基本能夠一次放纜合格，即使移位，距離也不會太大，當發現有電纜移位現象后，通過二次定位獲得移位后的電纜實際位置，一般都在技術要求范圍內，明顯減少了由于潮流影響電纜移位產生的非正常收纜。

配加護殼是在海底電纜檢波器外固定一個護殼套子，其主要作用是提高檢波器抗潮流干擾。以速度檢波器和壓力檢波器組成的雙檢檢波器海底電纜采集為例，未加檢波器護殼前，在潮流大時，涌浪噪音大，地震資料信噪比差，需要等待潮水，每天等待潮水的平均時間在8~12h，在大潮期間等潮水的時間更長，加裝檢波器護殼后，每天等待潮水的平均時間縮短了3~4h，正常采集時間提高到18~20h，提高了采集作業效率；并且在觀測系統、設備都不改變的情況，與以往相同時窗采集的資料相比，增加護殼后的檢波器受潮流影響明顯變小，從地震資料上可觀察到涌浪噪音減小，資料信噪比提高。

3.2 拖纜采集

3.2.1 劃分區塊，匹配潮水上線

拖纜采集一條測線通常在4~5h甚至更長時間，施工時間段遠遠大于平潮時間段，所以幾乎每條采集測線都會受到潮流影響從而產生羽角，而且隨著漲、落潮，羽角會不斷變化。在有羽角且不斷變化的情況下采集作業，如何既確保面元覆蓋均勻又保證采集效率呢？實踐證明，合理劃分區塊，匹配潮流上線能夠很好的解決這個問題[8]。

在正式采集前，根據施工設計的測線長度，按照24h一周期循環，計算每天能夠完成的測線條數，將采集工區按照采集方向劃分為多個小區快，每一塊都與潮汐表中的潮流相對應按照同一個方向進行采集。如渤海某拖纜三維采集工區，通過對測線長度與采集船只航行力的計算，并依據潮汐表的潮流變化情況，將整個工區劃分為7個小區塊，每個小區快按照一定的方向選擇相應的潮流進行采集作業。短測線采集時間平均為4h，長測線采集時間平均為6h。正式采集作業時，由西往東推進，匹配潮水，每天能夠順利完成2條短測線和2條長測線的采集。而當完成西邊的短測線后，再往東推進，每天采集4條測線的時間不夠，采集3條測線的時間又有余量。

匹配潮流主要有2大原則，其一是“相同潮上線”原則，即在連續的采集作業時間中，相對應的時間段內，潮流的變化趨勢相差不大或完全相同；其二是“相似潮上線”原則，即在相鄰測線上線過程中，潮流變化趨勢大致相同或相似。以三維采集工區為例，以24h為一個潮流周期計算，在24h內，從潮流周期的起點時刻到潮流周期的結束時刻，能夠完成2條短測線和2條長測線的采集作業，即完成4條測線為一個上線周期，一個上線周期小于或等于一個潮流周期，這種情況選擇“相同潮上線”，即在同一小區快的相鄰測線選擇相同潮上線。而當短測線采集結束后，從潮流周期的起點時刻到潮流周期的結束時刻，不能夠完成4條長測線的采集作業，即完成4條測線的上線周期大于一個潮流周期，這種情況選擇“相似潮上線”。

3.2.2 配置橫向控制器

由于海流運動的不規則性，在多源多纜三維地震作業中，即便處于相等深度的電纜，也會受到大小、方向不同的海水沖擊力，導致電纜間隔的不均勻性，影響地震數據的采集質量和效率。電纜橫向控制器能夠對其所在位置的電纜進行橫向調節，主要目的是減少在常規拖纜地震資料采集作業中電纜受潮流影響而引起的分叉，使電纜前、中、尾部份在橫向的距離基本保持一致。從近幾年在渤海海域的采集作業經驗來看，冬季電纜分叉現象較輕，夏季（5~10月）分叉現象十分嚴重。由于受海流影響，每條電纜之間的纜間隔變化即不規律，也不統一，從而引起面元覆蓋質量下降，導致補線率增加，影響作業效率。而通過在電纜上配置橫向控制器能夠將補線率降低5%~10%。

4 結束語

由于潮流對海洋地震采集的影響都是直接的，而且海洋潮流的影響只能減少不能完全避免，所以在海洋地震采集作業中，還需要不斷的研究和探索，對潮流的特點和規律充分的利用，并在施工方法和采集設備上不斷優化和改進，才能在減少潮流對地震采集的影響。通過在電纜上配置橫向控制器能夠將補線率降低5%~10%。

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[3]朱健,王瑞雪.灘淺海地震勘探幾種常見問題探討[J].復雜油氣藏，2012,5（2）：32-35.

[4]全海燕，韓立強．海底電纜雙檢接收技術壓制水柱混響[J]．石油地球物理勘探，2005，40(1)：1-7.

[5]周建新，姚姚.雙檢波器壓制海上鳴震[J].中國海上油氣，1999,13（5）：359-362.

[6]鄧元軍,楊志國,張建峰,等.新的聲波二次定位技術在海底電纜地震勘探的應用[J].地球物理學進展,2013,28(5):2718 -2724.

[7]楊志國,陳昌旭,張建峰,等.提高淺海OBC地震資料采集作業放纜點位精確度的理論計算方法[J].石油物探,2011,50 (4):406-409.

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本文編輯：尉立崗

The influences of tidal current on the offshore seismic data acquisition are mainly:influencing the laying of submarine cables,the change of the submarine cable position,the size and the change of the cable-pulling feathering angle,the surface-element matching in cable-pulling acquisition,the signal to noise ratio in the cable and cable-pulling acquisition,etc.The methods and the means for controlling the influences of the tidal current on the offshore seismic data acquisition are demonstrated through the research of the influence mechanism and law of the tide on the seismic acquisition,and the practical application of the research result in the Bohai sea area.The supplementing ratio of the cable can be reduced by 5%~10%through using the horizontal controller on the cable.

seismic data acquisition;tidal current;submarine cable

2015-08-19

鄧元軍（1983-），男，現主要從事海洋地震資料采集方面的研究工作。