海底電纜地震技術(shù)優(yōu)勢(shì)及在中國(guó)近海的應(yīng)用效果

王守君

（中海石油（中國(guó)）有限公司勘探部）

渤海灣盆地、珠江口盆地、北部灣盆地是中國(guó)近海主要的油氣富集區(qū)［1－3］，具有以古近系半地塹沉積為主，經(jīng)過(guò)破裂不整合被新近系坳陷沉積覆蓋后形成了二元結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。就渤海海域而言，古新世至始新世沙河街組沉積時(shí)期為伸展裂陷階段，漸新世中晚期東營(yíng)組沉積時(shí)期進(jìn)入斷陷階段，中新世館陶組沉積時(shí)期又進(jìn)入裂后熱沉降階段；盆地?cái)嗔严到y(tǒng)發(fā)育，在深、淺2個(gè)斷裂系統(tǒng)的共同作用下，盆地內(nèi)形成了多個(gè)凸凹相間的構(gòu)造格局和類型多樣的局部構(gòu)造發(fā)育，有新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組砂巖、砂礫巖，古近系東營(yíng)組砂巖和沙河街組一段灰?guī)r儲(chǔ)層，以及太古界混合花崗巖裂縫型儲(chǔ)層和下古生界奧陶系縫洞型灰?guī)r儲(chǔ)集層；盆地圈閉類型多樣，形成了多種類型的油氣藏。因此，這類復(fù)雜盆地油氣勘探開(kāi)發(fā)必須依靠高精度的三維地震技術(shù)，發(fā)揮海底電纜地震技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

1 中國(guó)近海特殊的地震采集作業(yè)環(huán)境

由于渤海海域、珠江口盆地、北部灣盆地油氣資源條件的特殊性，中國(guó)海油每年部署的三維地震面積都很大，采集作業(yè)工作量也很多，而且是聯(lián)片采集，但近年來(lái)地震采集作業(yè)環(huán)境每況愈下，特別是渤海海域的地震采集作業(yè)環(huán)境更加困難。

（1）海域內(nèi)油氣生產(chǎn)設(shè)施多 渤海海域是中國(guó)海油最大的原油生產(chǎn)基地，共開(kāi)發(fā)了43個(gè)油氣田，建成海上固定生產(chǎn)平臺(tái)106個(gè)，有浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪6個(gè)、終端4個(gè)。在這樣一個(gè)油區(qū)內(nèi)，無(wú)論是部署以提高采收率為主要目的的開(kāi)發(fā)地震，還是部署以尋找新領(lǐng)域、新區(qū)帶、新層系為目的的勘探地震，傳統(tǒng)的拖纜地震采集方式，特別是大面積的聯(lián)片三維地震采集作業(yè)已經(jīng)難以實(shí)施，極易危及生產(chǎn)設(shè)施和地震船及水下設(shè)備的安全。

（2）沿海各省市的海產(chǎn)品捕撈業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，用海面積大、分布廣 地震施工的海域內(nèi)往往有大量的固定網(wǎng)、拖網(wǎng)、流動(dòng)網(wǎng)等海產(chǎn)品捕撈網(wǎng)具，淺水區(qū)、灘涂區(qū)有大量的貝類養(yǎng)殖區(qū)，它們用海面積大、分布廣，尾部拖有長(zhǎng)達(dá)幾千米電纜的拖纜地震采集船已經(jīng)無(wú)法進(jìn)入工區(qū)施工。

（3）沿海部分地區(qū)港口擴(kuò)建、圍海造地、修建人工島、取沙作業(yè)日趨嚴(yán)重 例如，曹妃甸地震項(xiàng)目工區(qū)北東方向距南堡35－2油田12 km，南距曹妃甸11－1油田20 km，工區(qū)內(nèi)作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜（圖1），有在建的碼頭、錨地、航道、圍海造地、人工島、沉船、取沙作業(yè)等，水面、水下障礙物多，已經(jīng)是拖纜地震采集的禁區(qū)。

圖1 曹妃甸地震項(xiàng)目工區(qū)圖

2 海上拖纜地震存在的問(wèn)題

海上拖纜地震施工觀測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，具有效率高、周期短、成本低的特點(diǎn)，適宜大面積部署，已被廣泛地應(yīng)用于海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)中，特別是在區(qū)域普查、構(gòu)造詳查階段以及簡(jiǎn)單構(gòu)造勘探上是最經(jīng)濟(jì)有效的勘探方法。但是，海上拖纜地震勘探方法也存在嚴(yán)重的不足，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)觀測(cè)點(diǎn)位置不準(zhǔn)、鬼波陷波作用和窄方位數(shù)據(jù)采集等方面。

2.1 海上拖纜地震檢波點(diǎn)、震源點(diǎn)位不準(zhǔn)

由于海流、波浪、涌流、潮汐等作用，拖曳在船尾的震源特別是電纜往往會(huì)漂移，嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)的位置（圖2），處理后的炮點(diǎn)位置圖也只是將炮點(diǎn)做了校正，而檢波點(diǎn)的位置偏差會(huì)更大，采集的數(shù)據(jù)覆蓋也不均勻。對(duì)二維地震而言，這種檢波點(diǎn)偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到共中心點(diǎn)疊加的要求。表1是2010年在北部灣盆地采集的二維資料，電纜長(zhǎng)度6000 m，16條測(cè)線中，最小羽角為3°，最大羽角為12.2°，遠(yuǎn)道地震反射中心位置偏離設(shè)計(jì)位置600多米，不能實(shí)現(xiàn)共中心點(diǎn)疊加，數(shù)據(jù)無(wú)法成像。而對(duì)于三維地震，電纜漂移會(huì)使反射面元內(nèi)淺、中、深層的數(shù)據(jù)覆蓋不均勻，這對(duì)于去噪和數(shù)據(jù)成像都不利，也使得采集時(shí)會(huì)增加補(bǔ)線率（有時(shí)補(bǔ)線率高達(dá)50%以上），既降低了效率，又增大了成本。

圖2 受海流影響電纜嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)的面元位置

表1 2010年在北部灣盆地采集的二維地震電纜羽角數(shù)據(jù)（為東西方向采集）

2.2 海上震源鬼波、檢波點(diǎn)鬼波的陷波作用

在海上進(jìn)行地震勘探，無(wú)論是震源激發(fā)產(chǎn)生的上行波還是地下反射回來(lái)的上行波，在海面均要形成反射，即鬼波。鬼波作為海上地震勘探的特殊干擾波，一直是制約提高地震資料分辨率的主要因素之一，鬼波的陷波作用嚴(yán)重地限制了資料的頻帶寬度，特別是使高頻端受到削弱。如將震源沉放7 m，電纜沉放15 m，在頻譜上50 Hz處的陷波和100 Hz處的陷波就分別是震源鬼波和檢波點(diǎn)鬼波作用的結(jié)果（圖3），使有效波頻帶變窄，地震資料的縱向分辨率變低。目前常規(guī)震源和常規(guī)電纜檢波器技術(shù)還無(wú)法消除鬼波。

圖3 鬼波及其陷波

2.3 海上拖纜三維地震是窄方位數(shù)據(jù)采集

地下地質(zhì)體是三維的，也是各向異性的，應(yīng)該用三維地震波場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)描述。但是，海上常規(guī)拖纜地震采集方法是采用束線單邊放炮方式施工，具有窄方位采集特征（圖4、5），使得各向異性引起的速度、振幅、頻率、相位、成像的變化在窄方位地震數(shù)據(jù)體上觀察不到。因此，只有通過(guò)寬方位數(shù)據(jù)采集增加采集照明度［4］，以獲得較完整的地下地震波場(chǎng)，從而提高地震資料的信噪比、分辨率和保真度。

3 海底電纜地震技術(shù)優(yōu)勢(shì)

海底電纜采集系統(tǒng)采取震源船與連接電纜的儀器船分離，施工時(shí)將電纜布設(shè)在海底，震源船在各個(gè)方向（縱、橫方向）上穿梭航行激發(fā)放炮，儀器船將海底檢波器接收的地震反射信息記錄下來(lái)，形成地震反射波場(chǎng)數(shù)據(jù)體（圖6），因而數(shù)據(jù)采集時(shí)電纜檢波點(diǎn)的位置準(zhǔn)確。圖7顯示了渤海墾利16區(qū)海底電纜地震采集聲學(xué)及初至波二次定位結(jié)果與前繪點(diǎn)之間的偏差，可以看出這2種定位結(jié)果與前繪點(diǎn)之間的偏差均較小。因此，海底電纜地震采集所采用的觀測(cè)系統(tǒng)方便、靈活、多樣，既可以束狀采集，也可以片狀采集，可以根據(jù)地質(zhì)要求和地下及水面的復(fù)雜情況靈活選用。

圖6 海底電纜施工模式

當(dāng)今的海底電纜采集系統(tǒng)通常由4個(gè)分量的接收器組成，其中1個(gè)分量接收器是壓力檢波器（水檢），用來(lái)記錄標(biāo)量波場(chǎng)；另外3個(gè)分量（X、Y、Z分量）接收器為速度檢波器（陸檢），用來(lái)記錄矢量波場(chǎng)，可記錄下方、上方的地震波和轉(zhuǎn)換波。海底電纜地震可以采集二維、三維和四維地震數(shù)據(jù)，可以利用縱波的轉(zhuǎn)換橫波進(jìn)行多分量地震勘探。與海上拖纜地震技術(shù)相比較，海底電纜地震技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：①可在海上生產(chǎn)平臺(tái)密集的障礙區(qū)開(kāi)展地震采集工作；②由于檢波點(diǎn)位置準(zhǔn)確，可進(jìn)行重復(fù)地震觀測(cè)，適宜進(jìn)行四維地震和長(zhǎng)久性油田觀測(cè)；③電纜沉放在海底，噪音小，資料的信噪比高；④將壓力檢波器數(shù)據(jù)與Z分量數(shù)據(jù)合并處理，可以消除電纜鬼波的影響；⑤可以方便地實(shí)施寬方位和全方位地震數(shù)據(jù)采集，費(fèi)用低于拖纜寬方位采集；⑥可采集多分量數(shù)據(jù)，記錄縱波（PP）和轉(zhuǎn)換橫波（PS）并進(jìn)行油氣檢測(cè)；⑦可用來(lái)檢測(cè)海底工程災(zāi)害（近2年在國(guó)際上已有應(yīng)用實(shí)例）。

圖7 墾利16區(qū)海底電纜地震采集聲學(xué)及初至波二次定位結(jié)果與前繪點(diǎn)之間的偏差

4 中國(guó)近海海底電纜地震技術(shù)應(yīng)用效果

由于海底電纜地震技術(shù)具有上述優(yōu)勢(shì)，中國(guó)海油近幾年增大了對(duì)中國(guó)近海海底電纜三維地震的投入，采集作業(yè)工作量連年攀升，獲得了大量高精度的地震數(shù)據(jù)，從而對(duì)油氣勘探開(kāi)發(fā)起到了重要作用。

4.1 綏中36－1油田開(kāi)發(fā)地震

由于工區(qū)海況、作業(yè)平臺(tái)、海底管線等障礙物和漁業(yè)活動(dòng)頻繁等實(shí)際情況，綏中36－1油田開(kāi)發(fā)地震采用了雙檢波器（1個(gè)水檢和1個(gè)陸檢）海底電纜施工，滿覆蓋面積128 km2。采用束線觀測(cè)，2線120道12炮，接收線距為600 m，道間距50 m，炮點(diǎn)距25 m，炮線距50 m，面元12.5 m×25 m，60次覆蓋，氣槍容量1766 in3（圖8）。由于工區(qū)內(nèi)11座作業(yè)平臺(tái)對(duì)海底電纜施工有障礙，所以在平臺(tái)區(qū)采用變觀測(cè)系統(tǒng)放炮、在平臺(tái)周圍采取加密放炮等過(guò)障施工方法，使面元數(shù)據(jù)覆蓋達(dá)到了均勻。圖9為綏中36－1油田某測(cè)線拖纜地震與海底電纜地震剖面對(duì)比圖，可以看出，海底電纜地震雙檢波器數(shù)據(jù)合并處理技術(shù)的成功應(yīng)用，有效地削弱了鬼波影響，地震資料的信噪比、連續(xù)性、分辨率均有了明顯提高，斷層斷點(diǎn)清晰可靠，構(gòu)造形態(tài)清楚。另外，疊前三維時(shí)間偏移處理技術(shù)的運(yùn)用，也使得剖面中斷層和大傾角反射比常規(guī)疊后偏移有了明顯提高。

4.2 曹妃甸工區(qū)寬方位三維地震

曹妃甸工區(qū)的地震資料品質(zhì)一直較差，為改善資料品質(zhì)，在該區(qū)采用了寬方位三維地震采集，選用8L4S176T正交束狀觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行采集；接收線數(shù)8條，單線接收176道，接收線間距200 m，接收點(diǎn)間距50 m，激發(fā)線間距50 m，激發(fā)點(diǎn)間距100 m，面元25 m×25 m，176次覆蓋，滿覆蓋面積630 km2，其特點(diǎn)是多道數(shù)、寬方位、高覆蓋。經(jīng)過(guò)初步處理，地震剖面顯示出較高的信噪比，反射同相軸連續(xù)性好，層內(nèi)和層間波組特征明顯，斷層清晰，成像效果好，信息較為豐富，資料品質(zhì)有了大幅度提升（圖10）。

圖10 曹妃甸工區(qū)寬方位三維地震資料與老地震資料的對(duì)比結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

由于海洋拖纜地震采集方式存在著地震檢波點(diǎn)、震源點(diǎn)位不準(zhǔn)，震源鬼波、檢波點(diǎn)鬼波對(duì)高頻的陷波作用，三維地震是窄方位數(shù)據(jù)采集等問(wèn)題，導(dǎo)致地震數(shù)據(jù)精度下降。而中國(guó)近海的油氣富集區(qū)往往是斷層復(fù)雜、構(gòu)造破碎、儲(chǔ)層變化大、圈閉類型多的區(qū)域，其油氣勘探開(kāi)發(fā)需要高精度的地震資料，特別是渤海、北部灣、珠江口等油氣區(qū)水面固定生產(chǎn)裝置多、漁業(yè)活動(dòng)頻繁、淺水區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)等因素阻礙了拖纜地震的實(shí)施。

相比拖纜地震而言，海底電纜地震技術(shù)具有觀測(cè)點(diǎn)定位準(zhǔn)確，可以消除電纜鬼波影響，方便地實(shí)施寬方位、多方位、全方位的地震數(shù)據(jù)采集的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)有效的數(shù)據(jù)處理可以得到高精度的地震數(shù)據(jù)，適宜在海上生產(chǎn)平臺(tái)密集的障礙區(qū)、淺水水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)和灘海地區(qū)應(yīng)用，是開(kāi)展多波勘探、四維地震勘探、長(zhǎng)久性油田觀測(cè)和檢測(cè)海底工程災(zāi)害時(shí)的首選方法?？梢灶A(yù)見(jiàn)，海底電纜地震技術(shù)在推進(jìn)中國(guó)近海油氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)中將會(huì)進(jìn)一步發(fā)揮更大的作用。

需要指出的是，海底電纜地震作業(yè)成本畢竟比拖纜地震高，應(yīng)針對(duì)中國(guó)近海特殊的地質(zhì)要求、資料要求及地震作業(yè)環(huán)境，積極穩(wěn)步地推進(jìn)海底電纜地震技術(shù)的應(yīng)用與推廣。

［1］ 朱偉林，米立軍，鐘鍇，等.油氣并舉再攀高峰——中國(guó)近海2010年勘探回顧及“十二五”勘探展望［J］.中國(guó)海上油氣，2011，23（1）：1－6.

［2］ 龔再升.繼續(xù)勘探中國(guó)近海盆地花崗巖儲(chǔ)層油氣藏［J］.中國(guó)海上油氣，2010，22（4）：213－220.

［3］ 施和生，柳保軍，顏承志，等.珠江口盆地白云－荔灣深水區(qū)油氣成藏條件與勘探潛力［J］.中國(guó)海上油氣，2010，22（6）：369－374.

［4］ 李緒宣，溫書亮，尹成.深水崎嶇海底區(qū)不同采集方向地震波照明能量分布特征研究［J］.中國(guó)海上油氣，2010，22（2）：73－76.