中国新生代残留盆地是油气勘探的重要方向之一(刘光鼎，2001；马永生，2006)，南黄海海域中、古生界海相地层发育，是海域油气勘探的重要后备领域(蔡东升等，2004；张海啟，2009).但南黄海海域地震勘探程度低，基础资料少，特别是西侧海陆结合的浅海区域，下覆地层多为年代较老的海相古生界沉积，地质条件的复杂性加之水体较浅等实际地震勘探条件的制约，对常规拖缆地震采集技术的实施和地震成像品质都带来挑战，致使该区域地震工作稀少，缺少后续地质研究和钻探工作所需的基础资料.

针对海区古生代残留盆地勘探难题，急需从地震采集入手，建立适用于残留盆地老地层的地震方法与技术.针对海域前新生代残留盆地勘探领域的地震采集尚处于起步阶段，多名学者从实际勘探出发提出了相关的针对性采集方法，例如刘光鼎和陈洁(2005)针对中国前新生代残留盆地油气勘探难点进行系统分析并提出相关对策，郝天珧等(2008)提出基于海区残留盆地地质模型的观测系统计算机模拟与优化技术，根据勘探目的和不同的地质模型对观测系统中不同参数进行模拟与优化论证，进而确定地震勘探的施工设计；吴志强等(2008，2012)针对南黄海海域，通过设计适用于前新生代地震勘探目标层的地震采集参数来提高地震反射品质，以及针对成像品质综合常规宽线和上下缆勘探技术的优势，提出了海洋立体宽线(MTBL)地震勘探新技术设想；高顺莉等(2014)针对勘探目的层反射信号较弱等现象提出长缆大震源深沉放的针对南黄海古生界的地震采集技术.这些采集方法和技术手段在南黄海残留盆地成像上都取得了一定的进展，但这些针对残留盆地的地震勘探技术多是基于海上拖缆采集而开展的.

海底电缆采集是近十多年来在海洋地震勘探中的一项地震采集技术(Barr，1997；Hoffe and Lines， 2000)，在中国近海海域地震勘探中获得了一定的应用(徐锦玺等，2005；曹国滨等，2007；王守君，2012).在近海石油矿区井架林立及浅水海域等不太适合拖缆作业的区域，海底电缆采集技术受此类障碍的影响较小，可以获得满覆盖的地震资料.同时，其地震勘探检波器放置海底，采用四分量(1个压力分量加3个速度分量)电缆地震采集技术，通过把垂直速度分量(陆检检波器)和压力分量(水检检波器)进行合并，可以较好地压制虚反射，大大提高地震资料的成像效果.针对海底电缆成本较高的特点，如何经济有效地获得多覆盖的地震资料是采集设计的关键.

针对南黄海西侧海域古生界地层发育和水体较浅的限制，本文对该区的地震勘探难点进行了分析，结合地震资料品质的要求和相应技术措施的适应性，在实地踏勘的基础上，提出具有针对性的海底电缆地震采集方案和采集参数.在海底电缆采集中采取了以下技术对策：

1)针对水体较浅情况，设计海底电缆拟宽线地震采集方案，在南黄海西侧浅水区域获得实现陆海区拼接的地震资料.

2)针对海底电缆施工方法进行观测系统设计，采用中间放炮递推递减排列滚动接收的采集方案以提高采集效率；通过定义合理有效的拟宽线观测系统适当增加覆盖次数，提高主要目的层构造成像效果.

3)对采集参数进行论证，针对实际目的层和地质条件选取合适的震源，在保证震源子波频带宽度的同时，增加低频信息.

1 地震地质条件及技术适用性 1.1 地震地质条件分析

南黄海海域处于下扬子地块之上，综合地质研究证实该区发育了较完整的中、古生代海相地层，其厚度大，分布广，尤其是中部隆起和勿南沙隆起区域，作为相对稳定的古构造单元，具有地震勘探的基本条件和广阔的勘探前景(朱伟林和王国纯，2000；刘光鼎和陈洁，2005).但古生界层系的地震资料成像品质较差(姚永坚等，2008)，且鉴于古生界地层的复杂性，原有比较成熟的第三纪盆地地震勘探的技术和思路对海相古生界残留盆地已不再完全适应，从采集和处理等多方面提高地震反射剖面的质量，需要研究思路的更新和技术手段的突破.

本次试验研究区域位于南黄海西侧浅水海域(图 1)，该区域由于水浅原因导致常规拖揽地震采集难度较大.针对该区古生界勘探层系的勘探要求和实际地震地质特点，研究设计了海底电缆地震采集思路.为使本次制定的试验方案具有更强的针对性，首先对地层特点进行研究，分析制约地震资料品质的关键问题，同时对已有地震采集方法进行总结，以借鉴本区有针对性的有效的地震采集参数.

图 1

Fig. 1

图 1 研究区位置图 Fig. 1 Location map of research area

根据老资料分析以及实地踏勘的结果，影响南黄海西侧海域地震采集资料质量的勘探技术难点可总结归纳为以下几点：

1)浅层强屏蔽层发育，阻碍了地震波能量向目的层的传播，导致地震成像效果较差.

2)地层时代老，目的层波阻抗界面小，有效波易于被上覆界面产生的多次波掩盖.

3)水体浅，且水深变化大，水流急，对常规拖揽采集作业和资料品质造成影响.

工区水深从0 m到30 m左右.潮汐为正规半日潮，最大潮差约3 m.涨潮流水北向南，落潮流水南向北，流速一般2.5节，大时超3节.由于潮水流向为南北向，工区测线为北东-南西方向，流向与电缆方向基本垂直，因此会对作业中电缆的布放定位造成较大的困难.同时由于工区海面开阔，来自海上不同方向的大风都会造成海面涌浪较大，对海底电缆施工也会存在一定影响.同时，黄海是重要的渔业区，对生产作业有一定影响.此外，工区处在进出港口的主航道内，作业期间会存在不同程度的大船干扰.为确保施工安全，在之前护航渔船踏勘的基础上，海底电缆船队到达作业工区后，再次安排施工船沿部署的实际测线进行了详细踏勘.

1.2 海底电缆采集特点

海上勘探，特别是近海勘探由于受到水深限制和近岸强水流对拖缆羽角的影响，常规拖缆存在较大的局限.本工区位于水深小于30 m的浅水区域，部分水域常规拖揽无法开展地震作业，海底电缆的实施可以很好的弥补资料空白，实现陆区和海区资料的结合和对比，同时海底电缆能够较好的发挥多波地震勘探采集能力，满足该区海相老地层的成像需求.

海底电缆采集相较于常规拖缆的主要有多方面优势(佘德平等，2006；王守君，2012)：首先，海底电缆理论上可以实现全波场采集，利用气枪震源激发纵波，利用多分量检波器记录地震纵波和转换波，从而使野外记录的地震数据信息更为丰富，对于复杂地震成像及油气检测等具有更好的勘探效果.其次，由于海平面是一个强反射的镜像界面，震源产生的虚反射(鬼波)传输到海底电缆的陆检和水检正好存在一个反相，理论上通过水陆检资料的合并能够很好的去除鬼波影响，提高地震资料的频带宽度，尤其是低频分量，进而改善深层成像效果.此外，相较于常规拖缆，海底电缆布放在海底，电缆上每隔一定距离安装一个声学测量装置，通过初至波定位和声学定位相结合，能够很好的对水下电缆内检波器位置进行定位.而拖缆施工时，由于整条拖缆是拖曳在物探船后面，长达数千米的拖缆，受到潮流的影响，拖缆会产生较大的羽角，造成尾部拖缆往往与实际设计的位置偏离大数百米甚至上千米，因此海底电缆相比拖缆定位更准确.同时海底电缆布放在海底沉放比较深，环境噪音比较小.

本次实地试验采用SeaRay海底电缆地震采集系统，具备4分量(包括水检和相互正交的三分量数字检波器)多波地震采集能力.相比于近年所提出的拖缆双检等采集技术，由于拖缆双检的检波器在拖缆内，地震作业过程中拖缆运动所产生的噪音级别远大于中深层上传的地震反射信号，因此拖揽双检中陆检采集资料并非真正的陆检，其低频成分是通过水检资料的低频成分计算得到的(赵仁永等，2011).海底电缆由于本身布放在海底，与海底具有较好的耦合，其垂直陆检分量采集的资料为真正的陆检信息，其频率等信号成分可信度远远高于拖揽双检资料.

2 海底电缆拟宽线技术思路及方案

根据南黄海海域西侧的地震地质条件，并充分考虑浅海地区施工条件与方法，以地质模型为核心进行了采集参数和观测系统优化设计.设计遵循两个原则:首先，通过参数论证和观测系统属性分析，确定施工观测系统形式及主要采集参数.主要是针对勘探目的层的埋深设计排列长度及炮点密度，采用二维拟宽线的地震采集技术，使目的层具有相对较高的有效覆盖次数，以保证有较好的地震成像效果.其次，设计较大的震源容量以保证足够的穿透力，满足强屏蔽层下地层可以接收和反射一定的地震能量，以便提高弱反射层成像能力和获取更多的地下地质信息.

2.1 拟宽线线距设计

宽线地震采集方法是二维测线按照三维进行观测，在资料处理时对邻道面元进行叠加的地震勘探方法.对于弱反射地区，宽线采集增加了炮点优选机会，能够有效提高覆盖次数，保证整条测线均匀提高覆盖次数，同时可以改善高陡构 造的影响，减小侧面等各种干扰信息，提高地震资料的信噪比.

宽线地震采集通常采用“m线n炮中点激发”的方法(图 2).通常，炮点和检波点排列错开摆放，以使地下共反射点(CMP点)增加不同的射线路径，避免纯粹的垂直叠加.根据陆地宽线采集实践证明，带有侧面信息的宽线剖面信噪比明显提高.

图 2

Fig. 2

图 2 宽线采集炮检示意图(：炮点，：检波点) Fig. 2 Source-receiver diagram of wide line acquisition(:source，:receiver)

其中，线距ΔY=2b(n-1)，线距的宽度受靶区地质结构特点限制，需要满足条件为，线距ΔY≥λ(n-1)；式中：b为CDP边长，λ为干扰波波长，n为线数.

根据宽线采集线间距设计原则，要求

Ly≤Vi/(8×Fp×tan(α)，

根据以往采集地震资料分析来看，南黄海工区中深层的主频一般在10 Hz左右，若取古生界地层的层速度为5500 m/s，则线距应为：ΔY=2Ly=2*(5500/8*15*(tan45°))=137.5 m

即海底电缆宽线采集设计的线间距应不大于137.5 m.

2.2 观测系统设计

因海底电缆观测时其激发点的激发环境能够很好地重复，但是检波点的位置容易受到潮流等外界因素影响而发生变化，较难精确确定检波点的位置.因此设计浅海OBC地震资料采集观测系统时，对其横向滚动一般采用激发点重复、接收排列不重复的滚动接收采集方式，并且在面元属性相似的情况下，宜采用增加激发点数、减少接收道数的采集方法.

根据采集参数论证结果，为满足南黄海地区地质勘探目标要求，本次二维海底电缆试验线采用中间放炮递减排列滚动接收的采集方案，单边排列长度6000 m，以最大程度的提高工区采集覆盖次数，对于设计25 m炮间距激发采集，则单炮线满覆盖次数为240次，宽面元最大覆盖次数可达480次.

根据工区的实际海况条件和各种作业干扰情况，在满足勘探地质目的要求的前提下，兼顾作业安全，设计如图 3所示的观测系统，中间放炮480道接收，其中1条检波线接收对称2条炮线激发，最大炮检距为5987.5 m，最小炮检距为12.5 m.

图 3

Fig. 3

图 3 海底电缆采集炮检施工布置图 Fig. 3 S-R arrangement diagram of OBC acquisition

一次布放24 km接收线，沿接收线两侧横向距离50 m位置设计36 km炮线，前12 km炮点激发时检波线排列递增接收，达到满覆盖后，按照12 km中间放炮方式一直往前滚 动采集，后12 km炮点激发检波线递减接收.完成一次24 km 排列采集后，整体排列往前搬家滚动24 km再次采集.

2.3 震源设计

从满足地质目标的角度，兼顾船舶作业安全，结合实际施工海底电缆船队震源船的实际情况，设计的震源容量为5460 cu.in³.

对震源5460_Sd_888模拟在不同的震源深度(Sd)条件下的震源特征(表 1).可以看出，设计的5460_Sd_888震源子波的整体性能在无电缆鬼波影响情况下模拟所得到的子波特征参数中，震源深度从3~7 m，总能量渐强.根据本区水深实际情况，选取6 m的震源深度.当震源深度为6 m，其主峰值为86.4，峰峰值177.3，该震源子波的全频带能量有所提高(图 4).

图 4

Fig. 4

图 4 5460cu.in3震源远场子波振幅谱特征图 Fig. 4 Amplitude spectrum of source 5460 cu.in3

表 1(Table 1)

表 1 震源518_5460_Sd_888不同沉放深度子波特征(震源深度＝3～9 m，电缆深度＝0 m) Table 1 Features in Different Lowed Depth of Source 518_5460_Sd_888(Source Depth=3～9 m，Cable Depth=0 m) 源缆深 度组合SdCd (m) 主峰值(barm out-206 Hz/ 276 dB Syntrak-24) 峰峰值(barm out-206 Hz/ 276 dB Syntrak-24) 气泡比(P/B Ratio，out-206 Hz/ 276 dB Syntrak-24) 频带宽度(out-206 Hz/276 dB/ oct Frequency b and width，Hz，-6 dB) S3C0 93.0 163.9 44.6 6~165 S4C0 87.5 166.4 35.2 6~139 S5C0 81.5 167.9 26.7 6~118 S6C0 86.4 177.3 22.2 5~103 S7C0 87.1 178.0 19.6 5~90 S8C0 83.3 175.2 17.3 5~80 S9C0 83.5 174.5 15.4 5~73

表 1 震源518_5460_Sd_888不同沉放深度子波特征(震源深度＝3～9 m，电缆深度＝0 m) Table 1 Features in Different Lowed Depth of Source 518_5460_Sd_888(Source Depth=3～9 m，Cable Depth=0 m)

3.1 炮集记录

图 5是在该区海底电缆采集的原始单炮记录，从原始资料来看，采集环境干扰主要包括面波、线性干扰、低频干扰，同时受地质条件引起的多次波、折射波等干扰比较严重.通过单炮频带分析可知，有效频带浅层较宽，高频可以达到70～80 Hz，而深层高频衰减很快，高频在50 Hz以下，特别是1秒浅层强屏蔽层以下，多次波干扰严重，从原始单炮和初叠剖面很难准确判断有效频带范围.

图 5

Fig. 5

图 5 海底电缆P波原始单炮记录 Fig. 5 Raw shot record of P-wave in OBC

3.2 水陆检对比

根据原始资料实际情况，主要针对海底电缆资料的纵波(水检P分量和陆检Z分量)制定了针对性的处理思路和处理流程.图 6是在该区海底电缆二维地震资料处理过程中水检、陆检及水陆检合并后的叠加剖面和频谱特征对比图.从图上可以看出水检资料信噪比较陆检信息高，但海底及浅层强反射层多次波干扰严重.从频谱图上看出 水检资料的频谱在30 Hz处 存在明显的陷波现象.陆检资料信噪比相对较差，低频端欠缺，但在20~50 Hz的频带内频谱值得到了明显提升.经双检合并后的资料低频和高频都明显得到拓宽，在提高频率宽度的同时压制了鬼波，资料品质得到明显改善.

图 6

Fig. 6

图 6 海底电缆地震资料处理-水陆检及合并资料对比 (a)水检(Hydrophone)；(b)陆检(Geophone)；(c)水陆检合并(Dual-sensor Combined). Fig. 6 Results of OBC seismic processing-comparison of hydrophone，geophone and dual-sensor combined

针对性设计的海底电缆地震采集方法通过优化的震源设计满足了屏蔽层的下传能量需求；通过宽线采集处理增加了有效信号的覆盖次数，达到了较好的噪音压制效果；通过采集方向优化设计了有效的宽线采集方案，特别是采集方向与倾斜界面正交时，宽线采集更有利于成像；同时，通过水陆检合并在一定程度上消除了该区发育的多次波，达到了海相古生界地层成像的目的.图 7为本次海底电缆拟宽线采集的一条二维试验线处理成果剖面，可以看出清晰的海相古生界地层内幕反射形态.其中拟宽线处理与单线处理效果相比信噪比提高，主要地质构造界面更加清晰，针对古生界的成像效果有明显改善.

图 7

Fig. 7

图 7 海底电缆采集拟宽线处理效果(上)与单线处理效果(下)对比图 Fig. 7 Results of 2D OBC seismic processing—comparison of pseud wide line(up) and single line(down)

通过对南黄海西侧浅水区域的拟宽线海底电缆地震采集方法研究和实际采集试验，取得如下认识：

1)针对本区勘探目的层为古生界海相老地层以及工区内水体较浅等实际地震地质条件的限制，提出了海底电缆拖缆拟宽线的二维地震采集思路，在南黄海西侧地震资料空白区有效地取得了清晰的地震成像，消除资料空白区，实现陆区和海区的地震资料拼接，满足了后续地质评价的要求.

2)针对海底电缆施工方法进行观测系统设计，本次二维海底电缆试验线采用中间放炮递推递减排列滚动接收的采集方案，通过定义合理有效观测系统适当增加覆盖次数，提高主要目的层构造成像效果.

3)针对实际目的层和地质条件选取合适的震源，在黄海存在浅层强屏蔽层的情况下，下伏海相目的层内幕的地震成像关键是保证地震能量的下传，震源需具备低频能量丰富、整体能量较强的特点.

4)从本次海底电缆拟宽线实际采集和处理效果来看，古生界地层成像效果好，内幕反射清晰，海底电缆拟宽线地震采集技术是南黄海工区目前比较切实有效的采集方式.

4.2 建 议

南黄海地区复杂地震地质条件的限制，给地震勘探技术带来很大的挑战，通过近年来拖缆地震采集和本次海底电缆地震采集技术的实施和勘探成果资料的对比分析，针对南黄海古生界后续地震勘探提出如下建议：

1)进一步加强采集设计及参数优化工作：适当加大震源总容量，特别是低频大容量单枪的比例.南黄海地区老地层勘探的首要任务在于沉积充填研究和构造落实，由于浅层屏蔽层的影响，高频信息衰减极快，应尽可能提高低频能量和低频穿透能量以满足下覆地层成像的需要.

2)拟宽线采集能有效增加覆盖次数，可在具一定水深的区域采用拖缆拟宽线施工以提高目的层成像效果，同时节约勘探成本.拖缆施工时可参照海底电缆定位准确的特点，发展有针对性的实用采集技术和装备以严格控制拖缆形态，采用拖缆横向控制技术，减小电缆羽角的影响，提高面元覆盖的均匀性.
致 谢 感谢国家科技重大专项(编号2011ZX05023-03)《近海中、古生界残留盆地特征及油气潜力》课题组开展的相关基础研究工作，感谢中海油服物探事业部完成该项研究的地震资料采集施工及室内处理工作.