海上地震采集减少潮流影响的方法研究

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司（天津300452）

海上地震采集减少潮流影响的方法研究

邓元军，陈 洋，王 哲，罗小俊，范新威

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司（天津300452）

海上地震采集作业中潮流的影响主要表现在影响海底电缆的铺放、海底电缆在海底位置的移动、拖缆的羽角大小及变化、拖缆采集的面元匹配、海底电缆、拖缆采集资料的信噪比等。通过研究潮流对地震采集作业的影响机制和规律，渤海海域地震采集作业中的实际应用,展示了多种控制潮流影响的方法和手段，通过在电缆上配置横向控制器能够将补线率降低5%~ 10%。实践证明，这些方法的综合利用能够大幅减少潮流对地震采集的影响，提高地震资料的品质。

地震采集；潮流；海底电缆

国内海上地震采集作业减少潮流影响的主要方法就是寻找工区的潮流规律及变化特征，对所掌握的潮流变化规律加以利用来提高作业效率。而熟悉并掌握一个三维采集工区的潮流需要的时间较长，如果是在开阔海域，如东海、南海等海域，受洋流、暗流及风向影响，潮流变化基本无规律可循，很难通过某一个时间段的潮流判断来指导采集作业；即使是在三面环陆具有特殊地理位置的渤海海域，掌握一个三维采集工区的潮流变化规律也需要近1个月甚至更长时间。而且仅靠掌握采集工区潮流规律为依据来布置采集作业，主要是在采集时间段和采集测线选择的衔接上进行了调整和优化。对渤海海域目前常用的三维拖缆和海底电缆2种施工方式进行了研究，研究表明，充分利用潮流变化规律，改进采集施工工艺、流程、设备配置及施工规划等，能大幅减少潮流对采集作业的影响，从而提高采集资料质量和采集效率。

1 渤海海域潮流

1.1 区域潮流特征

渤海海域三面环陆，属于被陆湾“包围”的特殊海域，区域潮流规律比较明显，表现出了较为规律的潮流特征[1]。这种特征，具体表现在大致24h为周期的变化过程中，潮水的变化具有较强的相似性，即每日的潮流为规则的“涨5落6平1”的半日潮，一天之内高平潮和低平潮各出现2次。而且相邻的日期，在每天同一或相近的时间段中，潮水的表现特征相同，如某区域某天9:57～15:51的时间段中，潮水为涨潮，潮水的变化规律由低平潮到高平潮；第2天10:47～16:42的时间段中，潮水也为涨潮，潮水的变化规律也由低平潮到高平潮，并且在相近的时间段中，每天对应的海水潮流变化规律是极其相似或相同的。

1.2 岛屿发育处的潮流

虽然渤海海域的整体潮流变化较规律，但是在有岛屿或浅滩的地方，潮流变化大小、变化方向直接受到岛屿或浅滩的影响，并且由于岛屿或浅滩对潮流阻隔及反作用力，会导致多种流向的潮流汇聚在一起，形成强劲的、毫无规律可循但对地震采集作业影响很大的怪流。

2 潮流影响分析

2.1 对海底电缆采集作业的影响

通常是在近海或滩涂浅水区域采用海底电缆采集地震资料[2]，海底电缆采集作业是把连接好的电缆、检波器和外部记录单元（数字包），按施工的要求，以一定的方式沉放到海底，然后使用气枪在离海面一定深度的位置激发的施工方式，根据海底电缆采集作业施工方式和施工环境的特点，受潮流影响的主要有以下几方面[3]:

1）电缆受海流的影响在沉放过程中发生漂移，造成电缆在海底的位置与设计位置有偏差[3]。

2）电缆被铺放到海底后，需要在海底保持2~3天甚至更长时间，遇到潮流过大或有海沟的区域会导致电缆移位。

3）海底电缆双检采集作业中[4]，由于速度检波器对环境噪音的感应灵敏，速度检波器采集的地震资料与压力检波器采集的地震资料相比，具有更低的信噪比[5]。图1是同一单炮地震资料，（a）图为速度检波器采集到的单炮资料，（b）图为压力检波器采集到的单炮资料。由图1可以明显看出由于涌浪噪音影响，水陆检波器采集的地震资料信噪比都较低，而速度检波器采集资料的涌浪噪音比压力检波器采集资料的涌浪噪音更大。

图1 双检资料的涌浪噪音

2.2 对拖缆采集作业的影响

拖缆地震采集作业中，电缆和震源被物探船拖曳航行，受潮流的影响主要表现在2个方面：

1）电缆羽角变化，造成面元匹配不均，导致补线工作量增加，既影响采集资料质量，又影响采集效率。

2）电缆分叉，造成三维面元覆盖次数不均匀，给后期补线造成很大困难,降低了作业效率。

3 减少潮流影响的方法研究

3.1 海底电缆采集

3.1.1 多次试验，掌握放缆规律

在进入海底电缆采集工区施工前，首先可通过工区位置附近的潮汐表了解潮流变化情况，然后组织放缆试验查明工区的潮流对放缆的实际影响。抽取工区内有特殊性或代表性位置的几条测线分别在涨潮和落潮期间沿着设计测线进行放缆试验，通过二次定位获得电缆沉放到海底后检波点的实际横向和纵向偏移量[6]。若某个落潮时间点放缆船在设计测线正上方沿设计测线由西往东放缆，二次定位结果显示刚开始放缆时沉入到海底的实际检波点位置在设计测线偏南30m左右，并随着放缆逐渐靠近设计测线；平潮期间，实际检波点位置在设计测线附近，涨潮后实际检波点位置向设计测线北边偏移并随着放缆横偏逐渐增大，最后一个检波点在海底的实际位置在测线偏北横向距离20m左右。正式施工时，选择在相同或相似的落潮时间点放缆，放缆船应该在设计测线偏北横向距离30m左右的位置开始放缆，随着向前放缆，逐渐减小放缆船与测线的横向距离；平潮期间，放缆船在测线正上方沿着测线放缆，涨潮后放缆船向南偏移并逐渐增大横向距离，放缆船铺放最后一个检波点应在设计测线偏南横向距离20m左右的位置。以此类推，只要获得工区潮流对放缆影响的基本规律，就可在放缆的时候依据不同的潮流做出准确的判断来指导放缆，提高放缆的精度。另外，无论在涨潮、落潮还是平潮期间放缆，检波点入水位置都不是设计检波点位置，因为检波点从入水到海底需要一定的时间，而检波点沿测线方向入水的速度与放缆船的航行速度有关。若检波点从入水到海底所需的时间为3s，将这个时间转化为沿测线方向放缆船航行的距离，若放缆船的航行速度为1m/s，即沿测线方向检波点入水的位置提前3m[7]。为了使这种计算结果能应用到实际施工中，在每条放缆船上，设置一个警报提醒，若警报响起到检波点入水的时间为2s，那么当放缆船航行到沿测线距离设计检波点5s的距离，警报提醒，此时放缆能够使检波点沿测线方向沉到海底的实际位置更接近理论设计检波点的位置，这种方式在提高放缆精度的同时，也减少了二次放缆的次数，提高了施工效率。

3.1.2 控制放缆、放炮时间

根据潮流变化的规律，选择在平潮期进行放缆和放炮，通常选择在平潮及平潮前后1~2h的时间来施工。毫无疑问，由于避开了潮流的影响，平潮期放缆能够提高检波点点位的精度，平潮期放炮能够减小涌浪噪音，但是由于每天等待时间几乎接近甚至超过了采集作业的时间，尤其是在每月中旬、月末4~5天的时间潮流最大，一个平潮期的施工时间不到3h，平均每天的生产时间不到12h，会影响采集效率。

3.1.3 设备优化和改进

设备优化和改进主要有2种方式:引进国外先进设备，如铠装电缆，这种方式不但在前期需要投入大量的成本，而且在设备维修和更换上的成本也较高；在原有设备基础上对其改进，主要是在电缆配重及检波器护壳上的改进，这种改进所需要的成本相对较小，但改进后的设备在减少潮流影响上的效果却很明显。

增加电缆配重的方式主要有2种，第1种是在检波器附近增加铅块，重量在4~6kg；第2种是电缆下水时在电缆上加铁锚，重量在4~8kg。尤其是轻型海底电缆采集，未配重之前，在水深变化剧烈、海流比较湍急的位置，放缆成功率很低，经常在同一位置出现2次甚至3次放缆方能达标。即使电缆成功铺放到海底，也会由于潮流作用，在海底慢慢移动，影响地震资料质量，在海底1~2天后就能发现大距离的移位，此时不得不将移位的电缆段重新铺放，从而影响到地震采集效率。增加配重后，基本能够一次放缆合格，即使移位，距离也不会太大，当发现有电缆移位现象后，通过二次定位获得移位后的电缆实际位置，一般都在技术要求范围内，明显减少了由于潮流影响电缆移位产生的非正常收缆。

配加护壳是在海底电缆检波器外固定一个护壳套子，其主要作用是提高检波器抗潮流干扰。以速度检波器和压力检波器组成的双检检波器海底电缆采集为例，未加检波器护壳前，在潮流大时，涌浪噪音大，地震资料信噪比差，需要等待潮水，每天等待潮水的平均时间在8~12h，在大潮期间等潮水的时间更长，加装检波器护壳后，每天等待潮水的平均时间缩短了3~4h，正常采集时间提高到18~20h，提高了采集作业效率；并且在观测系统、设备都不改变的情况，与以往相同时窗采集的资料相比，增加护壳后的检波器受潮流影响明显变小，从地震资料上可观察到涌浪噪音减小，资料信噪比提高。

3.2 拖缆采集

3.2.1 划分区块，匹配潮水上线

拖缆采集一条测线通常在4~5h甚至更长时间，施工时间段远远大于平潮时间段，所以几乎每条采集测线都会受到潮流影响从而产生羽角，而且随着涨、落潮，羽角会不断变化。在有羽角且不断变化的情况下采集作业，如何既确保面元覆盖均匀又保证采集效率呢？实践证明，合理划分区块，匹配潮流上线能够很好的解决这个问题[8]。

在正式采集前，根据施工设计的测线长度，按照24h一周期循环，计算每天能够完成的测线条数，将采集工区按照采集方向划分为多个小区快，每一块都与潮汐表中的潮流相对应按照同一个方向进行采集。如渤海某拖缆三维采集工区，通过对测线长度与采集船只航行力的计算，并依据潮汐表的潮流变化情况，将整个工区划分为7个小区块，每个小区快按照一定的方向选择相应的潮流进行采集作业。短测线采集时间平均为4h，长测线采集时间平均为6h。正式采集作业时，由西往东推进，匹配潮水，每天能够顺利完成2条短测线和2条长测线的采集。而当完成西边的短测线后，再往东推进，每天采集4条测线的时间不够，采集3条测线的时间又有余量。

匹配潮流主要有2大原则，其一是“相同潮上线”原则，即在连续的采集作业时间中，相对应的时间段内，潮流的变化趋势相差不大或完全相同；其二是“相似潮上线”原则，即在相邻测线上线过程中，潮流变化趋势大致相同或相似。以三维采集工区为例，以24h为一个潮流周期计算，在24h内，从潮流周期的起点时刻到潮流周期的结束时刻，能够完成2条短测线和2条长测线的采集作业，即完成4条测线为一个上线周期，一个上线周期小于或等于一个潮流周期，这种情况选择“相同潮上线”，即在同一小区快的相邻测线选择相同潮上线。而当短测线采集结束后，从潮流周期的起点时刻到潮流周期的结束时刻，不能够完成4条长测线的采集作业，即完成4条测线的上线周期大于一个潮流周期，这种情况选择“相似潮上线”。

3.2.2 配置横向控制器

由于海流运动的不规则性，在多源多缆三维地震作业中，即便处于相等深度的电缆，也会受到大小、方向不同的海水冲击力，导致电缆间隔的不均匀性，影响地震数据的采集质量和效率。电缆横向控制器能够对其所在位置的电缆进行横向调节，主要目的是减少在常规拖缆地震资料采集作业中电缆受潮流影响而引起的分叉，使电缆前、中、尾部份在横向的距离基本保持一致。从近几年在渤海海域的采集作业经验来看，冬季电缆分叉现象较轻，夏季（5~10月）分叉现象十分严重。由于受海流影响，每条电缆之间的缆间隔变化即不规律，也不统一，从而引起面元覆盖质量下降，导致补线率增加，影响作业效率。而通过在电缆上配置横向控制器能够将补线率降低5%~10%。

4 结束语

由于潮流对海洋地震采集的影响都是直接的，而且海洋潮流的影响只能减少不能完全避免，所以在海洋地震采集作业中，还需要不断的研究和探索，对潮流的特点和规律充分的利用，并在施工方法和采集设备上不断优化和改进，才能在减少潮流对地震采集的影响。通过在电缆上配置横向控制器能够将补线率降低5%~10%。

[1]J.J.德朗克,韩曾萃,周潮生.河流、近海区和外海的潮流计算[J].水利水运科技情报,1973（S5）：24-65.

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[3]朱健,王瑞雪.滩浅海地震勘探几种常见问题探讨[J].复杂油气藏，2012,5（2）：32-35.

[4]全海燕，韩立强．海底电缆双检接收技术压制水柱混响[J]．石油地球物理勘探，2005，40(1)：1-7.

[5]周建新，姚姚.双检波器压制海上鸣震[J].中国海上油气，1999,13（5）：359-362.

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[7]杨志国,陈昌旭,张建峰,等.提高浅海OBC地震资料采集作业放缆点位精确度的理论计算方法[J].石油物探,2011,50 (4):406-409.

[8]曾宪军,伍忠良,郝小柱.海洋天然气水合物调查地震采集技术—潮汐羽角预测研究[J].海洋技术,2008,27(4):93-97.

[9]邱红伟,杨志国,李柳胜,等.DigiFIN系统在海上三维地震勘探中的应用[J].物探装备,2009,19(6):369-374.

本文编辑：尉立岗

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

邓元军（1983-），男，现主要从事海洋地震资料采集方面的研究工作。