海底地震勘探最新方法与技术发展

海底地震勘探最新方法与技术发展

摘要：随着深海耐压材料工艺的突破和海上高分辨精细地震勘探技术的发展，底地震勘探方法逐渐成为热点。一方面，海上三维地震勘探方法逐渐向四维发展，在海上布设漂缆数量越来越多的同时，海底电缆或检波器也被应用到海上复杂油气区块的精细调查中去；另一方面，新能源研究与深水油气技术的突破，同样需要高频与低频型海底地震仪器。本文讲述目前国际上海底地震勘探新方法与仪器设备的发展和我国在海底地震勘探领域的研究状况。

关键词：海底地震仪；横波勘探；四维地震；精确时间计时；精准布设DOI:10.3772/j.issn.1009-5659.2010.06.003上个世纪地震勘探发展过程中，海底地震勘探方法

是以横波信息接收分析，作为观测天然地震，研究海底演变以及作为海上拖缆地震的补充而出现和发展的。由于横波(S波) 不能在液体中传播，因而只接收到了纵波的反射与折射信息。海底地震仪器的出现，检波器放置于海底，与海底耦合，可以接收到横波或者转换横波信息。随着电子科学、材料科学的发展进步，海底地震勘探仪器设备的性能得到了很大的提升；同时，全世界对能源需求和依赖进一步提高，海上油气资源勘探难度逐步加大，海底新型能源的开发利用步伐加快，海底地震勘探技术方法正逐渐成熟，已成为海底深部构造研究、海上四维油气勘探、天然气水合物勘探研究必不可少的手段。

1 海底地震勘探技术简介

海底地震勘探技术是海上地震勘探技术的一种，同样有震源和采集器组成。海底地震勘探技术大都采用非炸药震源（以空气枪为主），震源漂浮在接近海面，有海上调查船拖曳；采集器陈放到海底来接收震源发出，经过海底底层反射的纵横波信号。其特点是在水中激发，水中接收，激发、接收条件均一，可进行不停船的连续观测。检波器最初使用压电检波器，现在发展到压电与振速检波器组合使用。海底地震勘探技术又可分为海底电缆勘探技术（OCEAN BOTTOM CABLE，以下简称OBC）和海底地震仪勘探技术(OCEAN BOTTOMSEISMOMETER，以下简称OBS)。OBC技术是将采集电缆沉入海底，调查船拖曳震源在海面上放炮的方法

OBS勘探技术是将海底地震仪陈放到海底，调查船拖曳震源在海面上放炮的方法。

OBC的优点是：全波场采集；成像效果更好、地层层次清楚、形态可靠；消除鬼波影响，环境噪音低。但技术应用难度大、成本高，应用于海上油田储油区扩展调查等快速收回投资的项目；OBS技术是由研究海底天然地震发展起来，它的特点是：广方位角、全波接收，现在逐渐应用于海底石油勘探和新能源勘探开发。

2 近年来国际海底勘探技术发展

20世纪60年代，美国军方为观测海底核试验位置而研制了世界上第一台海底地震仪，由陆地检波器电缆发展而来的浅水底电缆引用于陆上浅水区和海上滩涂区地震油气勘探。60年代末，西方国家海洋计划开始实施，研究海洋地壳地幔结构、板块俯冲带，海沟海槽演化动力学等课题，研制出功能多样、先进、广泛应用到海洋地球科学研究中的海底地震仪。通过海底地震仪长期定点的至于海洋深处，接收天然地震或对人工触发的地震波的观测，科学家们对大洋中脊和海沟俯冲带地壳结构有了新的认识，发现快速扩张的洋中脊与慢速扩张的洋中脊结构的不同。同时，海底地震仪也用于研究天然地震的地震层析成像以及地震活动和地震预报等。随着工业化的迅猛发展，西方主要经济体对石油需求加大，更精确的油气勘探调查也向更精确和深海方向发展。设计成高分辨率、广方位角、全波接收的海底地震仪被应用到，海上油田储油目标区块的精细调查和深海油气调查中。美国、日本等国家近年来将海底地震仪应用到了新型能源——天然气水合物的调查研究当中。随即，欧盟国家德国、法国、挪威、意大利等也相继推出了新型的海底地震仪产品，并开始走

出研究所，实现商业化发展。

随着经济的发展，对油气资源需求越来越大，油气勘探开发资金投入的加大，海上地震勘探漂缆技术也由最初的单缆二维（2D）发展到现在的多缆3维（3D）、多波多分量海底电缆4维（4D）勘探技术方法。海上油田进入开发期后，由于海上钻井平台和采油平台的障碍等原因，3D或重复的漂缆勘探方法施工已十分不便。OBC技术正逐渐成为国际海上油气调查的主角。与此同时，走向深水是世界海洋石油的发展趋势，因此BP、SHELL等石油公司要求更多的4C OBC服务，并取得了很好的效果。挪威的MGC公司也在自己漂缆业务不佳的情况下选择OBC系统获得良好的收益。最初的OBC技术海底电缆只有两个分量，即在每个观测点上放置一个水平检波器和一个垂直检波器。而新的4C海底电缆采用四分量检波器，并用增加的两个检波器接收S波，利用S波的特性为P波数据提供重要的质量改进。

3 最新海底地震勘探仪器设备的应用

近几年来，随着整个世界各国对海洋开发投入的增加，海洋地质市场的扩大，国际上大的海洋勘探设备供应商积极与相关大学和科研院所相继研发出了最新的海底地震仪器。SERCEL公司推出408UL浅滩底地震采集系统，428XL系统SEARAY海底电缆；FAIRFIELD 公司推出Z700海底地震数据采集节点系统；ION公司推出VectorSeis Ocean深海海底地震采集系统；OBS方面：美国波士顿WHOI研制的宽频海底地震仪，德国geopro，法国地调局研制的MicrOBS地震仪，我国中科院研制的HF-OBS海底地震仪等。

（1）428XL系统SEARAY海底电缆

（2）SeaRay系统

作为428XL系列中的一个成员，SeaRay受益于最先进的软件技术。支持海量地震道采集，系统应用在64位Linux平台上运行。Java基础的用户图形接口可运行于Windows或Linux平台。客户机/服务器结构允许通过局域网和安全的外部互联网登陆系统进行远程监控，从而使用户可以远程登录完全控制系统进行地震采集。例如在气枪船上直接登录系统主机进行远程控制采集。

（3）SeaRay检波器单元

SeaRay中使用的428XL MEMS（微电子机械系统）检波器技术为海底地震采集带来了宽带宽、低畸变和更大的动态范围。3个沿正交向布置的数字式加速度检波器（MEMS）和一个水检集成在一起形成一个4分量检波器单元。这些数字加速度检波器是非常可靠的传感器并且对方向不敏感，因为每个独立矢量都具备完整集成的倾斜度测量功能。

在SeaRay中，每个4分量检波器单元都封装在一个定制的铝-青铜合金的外壳中（称作扁平封装FlatPack），在施工中保护了内部检波器和连接线，同时也提供了检波器与海底卓越的耦合性。具备一定重量的扁平封装防止了铺设后接收点位置移动和滚动。扁平封装外壳上具备孔状结构允许海水进出以确保水检的声学耦合，但同时也改善了扁平封装与软沙地和软土地的机械耦合。

（4）FAIRFIELD公司推出Z700海底地震数据采集节点系统

Z700®节点式设计定义了这一革命性的系统。每个节点自主运行，完全独立的所有其它节点，放置水下无缆供电并且不进行通讯，记录长达15天。Z700

采集工作是两船作业——震源船和节点控制船。节点的布设方式和间距没有约束限