海底电缆地震技术优势及在中国近海的应用效果

王守君

（中海石油（中国）有限公司勘探部）

渤海湾盆地、珠江口盆地、北部湾盆地是中国近海主要的油气富集区［1－3］，具有以古近系半地堑沉积为主，经过破裂不整合被新近系坳陷沉积覆盖后形成了二元结构的特点。就渤海海域而言，古新世至始新世沙河街组沉积时期为伸展裂陷阶段，渐新世中晚期东营组沉积时期进入断陷阶段，中新世馆陶组沉积时期又进入裂后热沉降阶段；盆地断裂系统发育，在深、浅2个断裂系统的共同作用下，盆地内形成了多个凸凹相间的构造格局和类型多样的局部构造发育，有新近系明化镇组和馆陶组砂岩、砂砾岩，古近系东营组砂岩和沙河街组一段灰岩储层，以及太古界混合花岗岩裂缝型储层和下古生界奥陶系缝洞型灰岩储集层；盆地圈闭类型多样，形成了多种类型的油气藏。因此，这类复杂盆地油气勘探开发必须依靠高精度的三维地震技术，发挥海底电缆地震技术独特的优势。

1 中国近海特殊的地震采集作业环境

由于渤海海域、珠江口盆地、北部湾盆地油气资源条件的特殊性，中国海油每年部署的三维地震面积都很大，采集作业工作量也很多，而且是联片采集，但近年来地震采集作业环境每况愈下，特别是渤海海域的地震采集作业环境更加困难。

（1）海域内油气生产设施多 渤海海域是中国海油最大的原油生产基地，共开发了43个油气田，建成海上固定生产平台106个，有浮式生产储油轮6个、终端4个。在这样一个油区内，无论是部署以提高采收率为主要目的的开发地震，还是部署以寻找新领域、新区带、新层系为目的的勘探地震，传统的拖缆地震采集方式，特别是大面积的联片三维地震采集作业已经难以实施，极易危及生产设施和地震船及水下设备的安全。

（2）沿海各省市的海产品捕捞业、养殖业发达，用海面积大、分布广 地震施工的海域内往往有大量的固定网、拖网、流动网等海产品捕捞网具，浅水区、滩涂区有大量的贝类养殖区，它们用海面积大、分布广，尾部拖有长达几千米电缆的拖缆地震采集船已经无法进入工区施工。

（3）沿海部分地区港口扩建、围海造地、修建人工岛、取沙作业日趋严重 例如，曹妃甸地震项目工区北东方向距南堡35－2油田12 km，南距曹妃甸11－1油田20 km，工区内作业环境十分复杂（图1），有在建的码头、锚地、航道、围海造地、人工岛、沉船、取沙作业等，水面、水下障碍物多，已经是拖缆地震采集的禁区。

图1 曹妃甸地震项目工区图

2 海上拖缆地震存在的问题

海上拖缆地震施工观测系统简单，具有效率高、周期短、成本低的特点，适宜大面积部署，已被广泛地应用于海洋油气勘探开发中，特别是在区域普查、构造详查阶段以及简单构造勘探上是最经济有效的勘探方法。但是，海上拖缆地震勘探方法也存在严重的不足，主要体现在数据观测点位置不准、鬼波陷波作用和窄方位数据采集等方面。

2.1 海上拖缆地震检波点、震源点位不准

由于海流、波浪、涌流、潮汐等作用，拖曳在船尾的震源特别是电缆往往会漂移，严重偏离设计的位置（图2），处理后的炮点位置图也只是将炮点做了校正，而检波点的位置偏差会更大，采集的数据覆盖也不均匀。对二维地震而言，这种检波点偏差远远达不到共中心点叠加的要求。表1是2010年在北部湾盆地采集的二维资料，电缆长度6000 m，16条测线中，最小羽角为3°，最大羽角为12.2°，远道地震反射中心位置偏离设计位置600多米，不能实现共中心点叠加，数据无法成像。而对于三维地震，电缆漂移会使反射面元内浅、中、深层的数据覆盖不均匀，这对于去噪和数据成像都不利，也使得采集时会增加补线率（有时补线率高达50%以上），既降低了效率，又增大了成本。

图2 受海流影响电缆严重偏离设计的面元位置

表1 2010年在北部湾盆地采集的二维地震电缆羽角数据（为东西方向采集）

2.2 海上震源鬼波、检波点鬼波的陷波作用

在海上进行地震勘探，无论是震源激发产生的上行波还是地下反射回来的上行波，在海面均要形成反射，即鬼波。鬼波作为海上地震勘探的特殊干扰波，一直是制约提高地震资料分辨率的主要因素之一，鬼波的陷波作用严重地限制了资料的频带宽度，特别是使高频端受到削弱。如将震源沉放7 m，电缆沉放15 m，在频谱上50 Hz处的陷波和100 Hz处的陷波就分别是震源鬼波和检波点鬼波作用的结果（图3），使有效波频带变窄，地震资料的纵向分辨率变低。目前常规震源和常规电缆检波器技术还无法消除鬼波。

图3 鬼波及其陷波

2.3 海上拖缆三维地震是窄方位数据采集

地下地质体是三维的，也是各向异性的，应该用三维地震波场数据来描述。但是，海上常规拖缆地震采集方法是采用束线单边放炮方式施工，具有窄方位采集特征（图4、5），使得各向异性引起的速度、振幅、频率、相位、成像的变化在窄方位地震数据体上观察不到。因此，只有通过宽方位数据采集增加采集照明度［4］，以获得较完整的地下地震波场，从而提高地震资料的信噪比、分辨率和保真度。

3 海底电缆地震技术优势

海底电缆采集系统采取震源船与连接电缆的仪器船分离，施工时将电缆布设在海底，震源船在各个方向（纵、横方向）上穿梭航行激发放炮，仪器船将海底检波器接收的地震反射信息记录下来，形成地震反射波场数据体（图6），因而数据采集时电缆检波点的位置准确。图7显示了渤海垦利16区海底电缆地震采集声学及初至波二次定位结果与前绘点之间的偏差，可以看出这2种定位结果与前绘点之间的偏差均较小。因此，海底电缆地震采集所采用的观测系统方便、灵活、多样，既可以束状采集，也可以片状采集，可以根据地质要求和地下及水面的复杂情况灵活选用。

图6 海底电缆施工模式

当今的海底电缆采集系统通常由4个分量的接收器组成，其中1个分量接收器是压力检波器（水检），用来记录标量波场；另外3个分量（X、Y、Z分量）接收器为速度检波器（陆检），用来记录矢量波场，可记录下方、上方的地震波和转换波。海底电缆地震可以采集二维、三维和四维地震数据，可以利用纵波的转换横波进行多分量地震勘探。与海上拖缆地震技术相比较，海底电缆地震技术具有如下优势：①可在海上生产平台密集的障碍区开展地震采集工作；②由于检波点位置准确，可进行重复地震观测，适宜进行四维地震和长久性油田观测；③电缆沉放在海底，噪音小，资料的信噪比高；④将压力检波器数据与Z分量数据合并处理，可以消除电缆鬼波的影响；⑤可以方便地实施宽方位和全方位地震数据采集，费用低于拖缆宽方位采集；⑥可采集多分量数据，记录纵波（PP）和转换横波（PS）并进行油气检测；⑦可用来检测海底工程灾害（近2年在国际上已有应用实例）。

图7 垦利16区海底电缆地震采集声学及初至波二次定位结果与前绘点之间的偏差

4 中国近海海底电缆地震技术应用效果

由于海底电缆地震技术具有上述优势，中国海油近几年增大了对中国近海海底电缆三维地震的投入，采集作业工作量连年攀升，获得了大量高精度的地震数据，从而对油气勘探开发起到了重要作用。

4.1 绥中36－1油田开发地震

由于工区海况、作业平台、海底管线等障碍物和渔业活动频繁等实际情况，绥中36－1油田开发地震采用了双检波器（1个水检和1个陆检）海底电缆施工，满覆盖面积128 km2。采用束线观测，2线120道12炮，接收线距为600 m，道间距50 m，炮点距25 m，炮线距50 m，面元12.5 m×25 m，60次覆盖，气枪容量1766 in3（图8）。由于工区内11座作业平台对海底电缆施工有障碍，所以在平台区采用变观测系统放炮、在平台周围采取加密放炮等过障施工方法，使面元数据覆盖达到了均匀。图9为绥中36－1油田某测线拖缆地震与海底电缆地震剖面对比图，可以看出，海底电缆地震双检波器数据合并处理技术的成功应用，有效地削弱了鬼波影响，地震资料的信噪比、连续性、分辨率均有了明显提高，断层断点清晰可靠，构造形态清楚。另外，叠前三维时间偏移处理技术的运用，也使得剖面中断层和大倾角反射比常规叠后偏移有了明显提高。

4.2 曹妃甸工区宽方位三维地震

曹妃甸工区的地震资料品质一直较差，为改善资料品质，在该区采用了宽方位三维地震采集，选用8L4S176T正交束状观测系统进行采集；接收线数8条，单线接收176道，接收线间距200 m，接收点间距50 m，激发线间距50 m，激发点间距100 m，面元25 m×25 m，176次覆盖，满覆盖面积630 km2，其特点是多道数、宽方位、高覆盖。经过初步处理，地震剖面显示出较高的信噪比，反射同相轴连续性好，层内和层间波组特征明显，断层清晰，成像效果好，信息较为丰富，资料品质有了大幅度提升（图10）。

图10 曹妃甸工区宽方位三维地震资料与老地震资料的对比结果

5 结束语

由于海洋拖缆地震采集方式存在着地震检波点、震源点位不准，震源鬼波、检波点鬼波对高频的陷波作用，三维地震是窄方位数据采集等问题，导致地震数据精度下降。而中国近海的油气富集区往往是断层复杂、构造破碎、储层变化大、圈闭类型多的区域，其油气勘探开发需要高精度的地震资料，特别是渤海、北部湾、珠江口等油气区水面固定生产装置多、渔业活动频繁、浅水区水产养殖业发达等因素阻碍了拖缆地震的实施。

相比拖缆地震而言，海底电缆地震技术具有观测点定位准确，可以消除电缆鬼波影响，方便地实施宽方位、多方位、全方位的地震数据采集的优势，经过有效的数据处理可以得到高精度的地震数据，适宜在海上生产平台密集的障碍区、浅水水产养殖区和滩海地区应用，是开展多波勘探、四维地震勘探、长久性油田观测和检测海底工程灾害时的首选方法。可以预见，海底电缆地震技术在推进中国近海油气勘探开发活动中将会进一步发挥更大的作用。

需要指出的是，海底电缆地震作业成本毕竟比拖缆地震高，应针对中国近海特殊的地质要求、资料要求及地震作业环境，积极稳步地推进海底电缆地震技术的应用与推广。

［1］ 朱伟林，米立军，钟锴，等.油气并举再攀高峰——中国近海2010年勘探回顾及“十二五”勘探展望［J］.中国海上油气，2011，23（1）：1－6.

［2］ 龚再升.继续勘探中国近海盆地花岗岩储层油气藏［J］.中国海上油气，2010，22（4）：213－220.

［3］ 施和生，柳保军，颜承志，等.珠江口盆地白云－荔湾深水区油气成藏条件与勘探潜力［J］.中国海上油气，2010，22（6）：369－374.

［4］ 李绪宣，温书亮，尹成.深水崎岖海底区不同采集方向地震波照明能量分布特征研究［J］.中国海上油气，2010，22（2）：73－76.