潮間帶地震資料采集放線模式探討

張廷廷, 曹曉莉, 凡正才, 王淑榮, 楊曉艷

(中石化 石油工程地球物理有限公司勝利分公司，東營(yíng) 257000)

0 前言

在地震勘探資料采集中，提高灘淺海地震采集的精度仍然是一個(gè)亟待解決的重要問(wèn)題[1-4]。對(duì)于淺海地震勘探施工，為了提高淺海地震采集資料質(zhì)量，因地制宜地對(duì)拖纜的采集方式、施工方式、轉(zhuǎn)線模式等進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化[5]，同時(shí)激發(fā)方式、接收方式、地震拖纜采集方式進(jìn)行了創(chuàng)新和發(fā)展[6-8]，檢波點(diǎn)的精準(zhǔn)定位技術(shù)也在不斷進(jìn)步。

對(duì)于淺海勘探，無(wú)論是作業(yè)施工方式還是檢波器定位技術(shù)都得到了很好地研究與發(fā)展。徐維秀[9]在傳統(tǒng)檢波器二次定位的基礎(chǔ)上提出了淺水域檢波點(diǎn)的二次定位方式。然而對(duì)于可能涉及潮間帶部分作業(yè)的陸地地震勘探施工隊(duì)伍，潮間帶區(qū)域提高放線質(zhì)量和檢波器定位精度以及耦合性的相關(guān)措施和研究較少涉及。潮間帶近地表結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，嚴(yán)重影響檢波器與大地的耦合[3-4]。另外由于受潮流、風(fēng)力等因素的影響，投放到水底的檢波器位置與設(shè)計(jì)的理論位置會(huì)有一定的偏差。以上因素嚴(yán)重影響著放線質(zhì)量。淺灘海不同于淺海，其水深從0 m開(kāi)始不斷加深，另外其深度也會(huì)隨著潮汐的變化而變化。因此淺灘海的放線模式與淺海的放線措施是有差別的。以SK工區(qū)為例，研究了其潮汐變化情況，借鑒于淺海的放線模式，根據(jù)水深的不同情況提出了一種適用于潮間帶的放線施工方式，同時(shí)設(shè)計(jì)了一種輔助于檢波器埋置的下置桿。

1 檢波器投放影響分析

1.1 檢波器耦合性差

潮間帶地區(qū)地表多是由于河湖、海潮淤積形成爛泥帶，河溝、海溝沖刷形成的淤泥灘。在該區(qū)域分布大范圍的淤泥帶，造成檢波器與地表介質(zhì)耦合變差，檢波器不能正確感應(yīng)地表震動(dòng)[1]，對(duì)正常的地震波進(jìn)行了改造，同時(shí)也會(huì)引起多種干擾，降低了地震資料的分辨率和信噪比。

1.2 投放點(diǎn)位精度低

在潮汐帶和淺海地區(qū)，由于潮汐與水流的影響，放線后檢波器的實(shí)際位置會(huì)偏離原來(lái)的測(cè)定位置，處理過(guò)程中如果仍然按照測(cè)定位置進(jìn)行處理，因坐標(biāo)位置的偏差，而嚴(yán)重影響成像質(zhì)量，甚至造成錯(cuò)誤的結(jié)果。如表1所示，即使經(jīng)過(guò)改良后的放線方法，偏差也超過(guò)2 m以上。以SK項(xiàng)目為例，通過(guò)調(diào)查低潮時(shí)灘涂區(qū)水深0 m～3 m，而在高潮時(shí)灘涂區(qū)水深0 m～6m。隨著潮汐水流的來(lái)回流動(dòng)，已經(jīng)放置的檢波器會(huì)偏離原先的位置。圖1為檢波器在淺灘海(深度4 m以上)放置約12 h后，實(shí)際位置與原先放置位置的偏移情況。實(shí)際生產(chǎn)中放炮結(jié)束與檢波器放置完成的時(shí)間要超過(guò)24 h，這期間隨著潮起潮落，檢波器發(fā)生的位置偏移會(huì)更大。因此應(yīng)重點(diǎn)解決放線過(guò)程中及放置后流水引起的檢波器偏移。

表1 潮間帶施工中排列偏差Tab.1 Arrangment deviation in construction of intertidal zone

圖1 水流對(duì)水中檢波器位置的影響Fig.1 Influence of water flow on geophone position in water

2 放線模式研究

對(duì)SK地區(qū)潮間帶的潮汐情況情況進(jìn)行調(diào)查，選取在低潮期進(jìn)行放線。為了保證放線質(zhì)量，分別對(duì)水深0 m～1.5 m及1.5 m以上分別采取不同的放線模式。這兩種分類(lèi)主要基于放線人員在水深0 m～1.5 m放線范圍內(nèi)可以直接行走于水域內(nèi)，將檢波線放置，同時(shí)為了保證檢波器的耦合性，選用帶尾椎的陸用壓電檢波器，借助于新研制的檢波器下至桿將檢波器放置于淤泥層下；而水深大于1.5 m，為了保證安全，使用沒(méi)有尾椎的水域壓電檢波器，借助于船只進(jìn)行定點(diǎn)放線。

2.1 水深小于1.5 m區(qū)域放線模式

為了提高放線的精度，對(duì)水深0 m～1.5 m采用陸用壓電檢波器，下置檢波器使用為陸用壓電檢波器特制的下置桿，該下置桿結(jié)合新型水中檢波器埋置工具[10]設(shè)計(jì)而成。該下置桿根據(jù)陸用壓電檢波器的頂蓋尺寸設(shè)計(jì)，包括主接桿外筒，彈簧壓縮裝置，檢波器頂蓋弧形板，彈簧壓縮裝置置于主接桿外筒內(nèi)部，檢波器頂蓋弧形板置于主接桿外筒底端外部，并且檢波器頂蓋弧形板上端連接彈簧壓縮裝置的下端。彈簧壓縮裝置包括沖程管及彈簧。下置桿的頂蓋弧形板設(shè)計(jì)尺寸可以較好地夾緊檢波器頂蓋。本發(fā)明將壓電檢波器放置于陸用壓電檢波器下置桿的頂蓋弧形板內(nèi)同時(shí)鉤齒將壓電檢波器頂蓋夾緊，按壓下置桿，即可將陸用壓電檢波器下置淤泥層下硬地面。下置結(jié)束后下置桿鉤齒彈開(kāi)，下置桿與壓電檢波器分開(kāi)。

該設(shè)計(jì)下置桿放置檢波器的過(guò)程如圖2所示。先將大線放置，然后放置小線，采取以下步驟進(jìn)行檢波器埋置：

1)將手持桿連接于陸用壓電檢波器下置桿頂部的螺母孔。

圖2 水深0 m～1.5 m區(qū)域檢波器下置模式圖Fig.2 Embedding geophone pattern for water from 0 m to 1.5 m

圖3 定位后放置標(biāo)記浮漂位置、拋錨Fig.3 The placed mark float position and anchor after positioning

圖4 放線時(shí)標(biāo)記浮漂位置Fig.4 Mark float position during laying cable

2)將壓電檢波器頂蓋放入檢波器頂蓋弧形板內(nèi)，按下彈簧銷(xiāo)，鉤齒將檢波器頂蓋夾緊。

3)持手持桿，將檢波器垂直下壓置點(diǎn)位設(shè)定位置。

圖5 放線模式一Fig.5 Laying mode 1

圖6 放線模式二Fig.6 Laying mode 2

4)垂直按壓手持桿，檢波器下壓置硬地面后，下置桿受力后鉤齒彈開(kāi)，下置桿與檢波器頂蓋分離，提出下置桿。

利用該新型檢波器下至桿將檢波器下置于淤泥層以下，潮水的沖刷對(duì)檢波器位置的偏移影響較小。

2.2 水深1.5 m以上區(qū)域放線模式

水深1.5 m以上采用水域壓電檢波器，根據(jù)實(shí)際情況取消浮漂定點(diǎn)，實(shí)行邊測(cè)點(diǎn)邊放線的方式，減小了浮漂標(biāo)記隨水流流動(dòng)引起的偏移2Z(圖3、圖4)。

針對(duì)實(shí)時(shí)定點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩種放線方式，模式一為將小線與錨捆綁，邊測(cè)點(diǎn)邊放線，邊測(cè)點(diǎn)邊放線可以消除浮漂漂移引起的二次偏差Z，將小線與錨捆綁，既減小了小線所受浮力，使小線沉入底部所用時(shí)間減短，這樣在受到流水的水平?jīng)_擊下所產(chǎn)生的偏移X要小于Z，同時(shí)錨起到了固定作用，減小了放線后小線隨水流的偏移。

放線模式二為將小線與錨捆綁，實(shí)時(shí)定位后，沿水流方向偏移定位位置Z放線。沉降位置距離定位位置為M，M為Z-X，偏移M小于偏移Z。

3 效果分析

通過(guò)對(duì)SK工區(qū)涉及灘海區(qū)域潮流、水深等情況的研究，設(shè)計(jì)了兩種施工模式。其中水深0 m～1.5 m采用陸用壓電檢波器，實(shí)行先將大線放置，然后放置小線，利用陸用壓電檢波器下置桿將陸用壓電檢波器下置于淤泥層以下。對(duì)于水深大于1.5 m區(qū)域主要設(shè)計(jì)兩種模式，①將小線與錨捆綁，邊測(cè)點(diǎn)邊放線;②將小線與錨捆綁，實(shí)時(shí)定位后，沿水流方向偏移定位位置Z放線。在實(shí)際的施工試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)于水深大于1.5 m區(qū)域放線模式較難實(shí)施，因此采取放線模式二。通過(guò)放線后12 h觀察，結(jié)果如表2所示。其中樁號(hào)1～8為水深0 m～1.5 m區(qū)域檢波器偏差情況，樁號(hào)9～16為水深大于1.5 m區(qū)域檢波器的偏差情況。水深0 m～1.5 m區(qū)域檢波器耦合性較好且被水流沖擊偏離原來(lái)點(diǎn)位的情況較少，有偏差的檢波器總偏差值整體較?。辉谒畲笥?.5 m以上區(qū)域，經(jīng)過(guò)潮汐的沖擊，大部分檢波器偏離了原來(lái)的位置，但是偏離的距離比之前有大幅度的減小，提高了放線精度。

表2 實(shí)施措施后潮間帶施工中排列偏差

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

潮間帶的情況與淺海不同，因此該區(qū)域的檢波器埋置與放線方式不能照搬淺海部分的模式。在淺海放線模式的基礎(chǔ)上，充分考慮潮間帶水深、潮流沖刷、淤泥層厚度等情況，設(shè)計(jì)了新放線模式，同時(shí)考慮到潮間帶淤泥層部分影響檢波器的埋置，設(shè)計(jì)了一種新型的檢波器下置桿。對(duì)本次的檢波器下置桿設(shè)計(jì)與放線模式總結(jié)進(jìn)行了思考。

首先設(shè)計(jì)的檢波器下置桿雖然可以解決淤泥層厚，檢波器下置不到淤泥層底的情況，但是檢波器下置桿所選材質(zhì)略重，不便于長(zhǎng)久攜帶。因此本次試驗(yàn)之后會(huì)選擇合適的材料，進(jìn)行下置桿的制作并繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試。其次對(duì)于潮間帶不同水深的位置，設(shè)計(jì)了不同放線方式，即水深0 m～1.5 m區(qū)域放線模式及水深1.5 m以上區(qū)域放線模式。雖然這些模式經(jīng)試驗(yàn)后較淺海的放線模式有一定的精度提高，但實(shí)際實(shí)施過(guò)程因同時(shí)需要利用兩種類(lèi)型的檢波器，在信號(hào)接收的處理方面仍然需要進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)分析兩種檢波器接收到信號(hào)的相位問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)探討及思索，后續(xù)會(huì)設(shè)計(jì)更多新型的輔助工具以及放線模式，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的分析總結(jié)，最終比較優(yōu)選出最佳方式。