受仪器设备限制，常规海上三维地震勘探存在很多的问题，如震源激发不同步，地震记录噪声大，电缆横向间距难以控制，海水鸣振，资料频带窄等等。

为了解决常规地震勘探存在的问题，PGS公司推出了双检技术。该项技术是在传统采用压力检波器的电缆中增加了速度检波器。对两种检波器接收的信号处理后，能较好地压制虚反射和海水鸣振，可压制陷波、提高频带宽度，从而提高地震资料的品质。

WesternGeco公司在21世纪之初推出了Q-Marine技术。该技术可以很好的解决压制与拖缆、定位和与震源有关而困扰常规方法的噪声。经过标定的海上震源能够减少炮间震源特征的变化，从而限制振幅与相位误差以及改善可重复性；利用经过标定的水听器获得的单个检波器记录促进了先进的降噪算法的使用；全综合定位网络利用每条拖缆分布的全声学网络，改善定位精度；电缆控制系统使得相同位置进行重复测量变为可能。

1 Q-Marine技术概述 1.1 震源标定

常规气枪组合能够提高震源能量的前提是气枪激发的子波能够实现同相叠加，从而既增加了能量又不会影响子波的分辨率。但实际作业中由于各个枪体的启爆延迟时间不一样，造成气枪不同步现象，而且气枪同步误差在炮和炮之间也是不一样的，从而影响震源信号一致性。另外枪膛压力和静水压力的不同，组合的几何特性也都会影响到震源组合信号的特征。从而造成炮与炮之间的震源信号的不一致。在常规地震勘探中，往往忽略这种不一致性，即假定震源是一致的，认为其等同于震源的远场子波信号和虚反射的混合效应。这种假定会降低地震勘探的精确度和可重复性。

为了实现炮与炮之间信号的精确度与可重复性，Q-marine技术采用先进的震源控制系统和信号特征估计技术解决了上述问题。在每个空气枪附近安装有水下检波器，记录了声波压力并为每一个空气枪确定了一个标志性的信号特征。通过将所有空气枪的标志信号特征和自由表面的鬼波反射叠加在一起，就可以计算出远场信号特征或拖缆水下检波器的实际震源输出^[1]。这样经过标定的Q-Marine空气枪震源能够对计时误差、炮间干扰和炮间压力变化产生的变化进行特殊补偿，从而达到信号的一致性。

1.2 单检波器记录

Q-Marine技术在检波器制造过程中进行预老化处理，每个检波器的灵敏度值都存储在拖缆首尾部的电子仪器中，可以自动进行数据标定，这就使得检波器灵敏度与准确性更高^[2]。

常规海上拖缆采集多采用多个检波器组合接收，几个检波器接收到的信号简单组合后成为一道数据输出；而Q-Marine技术将每一个检波器的信号作为一道数据进行记录，这样可以在采集结束后，针对噪音采用复杂的算法进行降噪处理^[3]。

由于海水中检波器沉放深度不能总是保持在相同深度，即使对于同一深度的检波器，其接收到地下同一反射点的旅行时也是不同的。由于相邻检波器间距很小，一般为3.125 m，这种时差不大，在常规采集方法中往往忽略这种时差，对信号直接进行组合，信号到达时间被平均，组合后的数据会产生混波效应，高频端降低。Q-Marine技术由于采用了单点检波器接收，这样就使后续处理成为可能，一般情况下首先对同一个组合内不同检波器接收到的信号进行动校正后再进行组合(图 1)，必要的话还可以在单点道集上进行去噪处理。这样形成的组合信号不但实现同相叠加，保持了较高的分辨率，信噪比也有所提高^[2]。

1.3 全综合定位网络

相对于常规三维地震采集中采用头部网络、中部网络和尾部网络三个声学定位系统，Q-Marine技术中采用了全声学网络系统，检波器位置信息是通过全声学网络获得的，定位精度与拖缆长度无关。

Q-Marine采集系统中，拖缆全长都携带声学测距系统。拖缆上每隔一定间距安装有一套声学测距仪。该测距仪可以发射接收声学信号。根据声波到达时间，就可以计算出测距仪的相对位置，声学测距被用作测网的校正输入，用来校正GPS读数。校正结果是对于拖缆上的每一位置都有4 m的绝对定位精度^[3]。确定声波测距仪的绝对位置后，就可以确定每一个检波器的绝对位置，从而提高检波器的定位精度。

1.4 电缆控制系统

常规采集系统可以控制拖缆的沉放深度，但目前只有Q-Marine和ION公司提出水平控制技术，可以横向调整拖缆方向，使得拖缆间距可以小到25 m，而且可以大大降低拖缆缠绕到一起的危险。窄的拖缆间距可以进行高密度采样，从而能够提高成像质量；拖缆横向位置的调整，可以使水下设备在接近潜在障碍物时(如海面设施时)安全地避开；可以允许船只转向半径变小，降低补线率，提高作业效率；可以改善拖缆放收的工作，使后甲板更加安全。

Q-marine技术采用在拖缆上安装Q-Fin设备进行电缆的横向调节。该设备沿拖缆以400~800 m的间隔进行安装，通过调整Q-Fin的“翼角”来调整拖缆的上升、下降或左右移动^[3]。

Q-Marine技术的另一个重要应用体现在重复测量中。常规测量中人们很难在相同的位置上完全一致地采集数据，尤其是在具有强还流的水域。Q-Fin技术通过使用两个控制深度和水平位置的遥控“翅膀”调整电缆位置，能够明显地改善可重复性。

1.5 数据处理

Q-Marine技术使用了一种先进而复杂的数字组合法(DGF)对采集的资料进行处理。DGF处理包括3个步骤：(1)校正每个地震检波器排列内的干扰，如振幅、沉放深度差别等；(2)对地震检波器输出数据进行分类，结果出现一个频带宽度与单个轨迹相似的信号，振幅几乎与单个振幅之和相同；(3)在空间上根据要求组合的时间间隔，对输出数据进行二次采样。

灵活多样的DGF处理可以使编组与传统数据集的形状有效地匹配。如果需要，DGF可以通过单一采集勘探提供多重数据集，这种采集勘探对于不同深度的目标体都具有优化的组合间隔和3D共反射面元尺寸。

2 Q-Marine采集资料分析

本次工区水深在50~100 m，洋流与船舶干扰大。目的层埋藏较深，为2 500~5 500 m(时间在2.5~4 s)，断层较发育，以断块罔闭为主。为提高勘探精度，选用Q-Marine技术进行三维地震勘探。表 1为野外施工参数。

组合震源的每只枪上安装了震源的近场检波器，以获取震源每次激发时每只枪的近场信号，以此估算远场信号，用以对震源子波进行校正。

电缆上每隔400 m安装一只Q-Fin对电缆进行横向控制，可以减小转弯半径，从而提高施工效率，也减少因海流影响造成的“漏洞”，减少补测率，提高工作效率。

2.1 频率分析

图 2为采用Q-Marine技术采集的单炮记录及其频谱。从图可以看出地震资料在浅层，其频率在3~100 Hz，目的层频率在3~80 Hz。资料整体频谱频带宽，信噪比高，反射信息丰富。

2.2 信噪比

图 3为单炮记录及其信噪比分析。通过分析资料浅、中、深各层的信噪比，可以看出即使深部地层的信噪比也超过5。采用Q-Marine技术在该区采集的资料，信噪比有所提高。

资料整体上分辨率和信噪比较高，完全达到了期待的资料品质。这也充分体现了Q-Marine采集的优势。

2.3 覆盖率

工区设计的满覆盖次数为80次(道间距12.5 m，处理面元6.26 m×18.75 m。由于施工时受天气及外界干扰影响，部分区域覆盖次数没有达到设计要求。但由于施工时采用Q-Fin电缆控制技术，使得补线率大为下降。图 4为工区一次施工覆盖次数图。由图可以看出，工区整体满足采集要求的覆盖次数，只有少部分区域需要补线，以达到覆盖次数要求，补线率较低。

2.4 子波标定

海洋地震勘探中，信号从激发到接收的整个过程中，要受到震源、海水、地层和仪器等外部因素的影响。这些因素都会影响地震子波的形态和稳定性，所以要进行必要的子波标定。子波标定处理的目的是进行震源子波校正和压制气泡震荡产生的多次波。经子波标定后实现了子波在空间上的稳定性，更加利于后续的处理。

CMS子波处理技术是WestemGeco Q-Marine采集处理系统中的一项重要技术。其主要特点为：

(1) 采集过程中记录每炮子波；(2)利用所有子波信息得到具有工区代表性的子波；(3)利用上述两种信息对每一炮得出子波标定算子。

Q-Marine采集提供两套地震数据：一套是原始的炮集数据；另一套是用于CMS和零相位化处理单炮记录的远场子波。

本区的目标子波是在全区所有航线上野外采集质量控制的NFH(Near Field Hydrophone)属性分析图和原始的CMS数据中优选高质量的数据，进行平均叠加后得到用于全区的目标子波。

图 5为标定前远场子波，图 6为标定后远场子波，图 7为标定后目标子波，图 8为经过各步骤处理后子波形态变化，图 9为压制气泡前后子波振幅谱形态对比。处理前后震源子波得到校正，频谱上原始振幅谱曲线的低频震荡现象在经过CMS处理后得到消除，较好地压制了气泡震荡产生的干扰。图 10为子波处理前后单炮变化对比，图 11为子波处理前后近道变化对比。

2.5 处理结果对比

Q-Marine技术采集的数据采用如图 12的处理流程。

图 13为采用Q-Marine技术与常规三维地震采集的资料经处理得到的地震剖面。从两张剖面可以看出，采用Q-Marine技术的地震剖面信噪比、分辨率明显高于常规三维地震剖面。

3 结论

与常规地震相比，Q-Marine技术获取的资料具有高信噪比、高分辨率的优点，该项技术已被越来越多的石油公司所认可。高精度的定位能力使得该技术具有可重复测量的特点，可在海洋油气开发过程中进行4D测量，对寻找合适的钻井目标和更精确的钻井定位具有立竿见影的效果。