T-CI 321-2024 深海寬頻地震采集技術(shù)規(guī)范

CCSE90/992024-04-08發(fā)布中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)發(fā)布IT/CI321-2024 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)及定義 14深海變深度拖纜地震采集裝備 35寬頻激發(fā)技術(shù) 46采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 57采集系統(tǒng)整體性能評(píng)價(jià) 5T/CI321-2024本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)石油大學(xué)（華東）提出。本文件由中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)歸口。本文件主要起草單位：中國(guó)石油大學(xué)（華東）、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）、中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部、中海油研究總院有限責(zé)任公司、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所。本文件主要起草人：符力耘、顧漢明、麻志國(guó)、葉云飛、劉春成、魏偉、李卿卿、阮福明、焦振華。本文件為首次發(fā)布。1T/CI321-2024深海寬頻地震采集技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了深海變深度拖纜地震采集裝備的主要構(gòu)成、技術(shù)要求和性能指標(biāo)；深海變深度拖纜三維采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和采集系統(tǒng)整體性能評(píng)價(jià)的技術(shù)規(guī)范、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)。擬制訂的標(biāo)準(zhǔn)包括規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義。本文件適用于海洋地質(zhì)、資源、環(huán)境調(diào)查中拖纜式海上三維地震地質(zhì)采集工作，其他目的的拖纜式海上三維地震地質(zhì)測(cè)量工作可參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T24261.1石油海上數(shù)字地震采集拖纜系統(tǒng)第1部分：水聽(tīng)器技術(shù)條件GB/T24261.2石油海上數(shù)字地震采集拖纜系統(tǒng)第2部分：水聽(tīng)器拖纜技術(shù)條件GB/T24261.3石油海上數(shù)字地震采集拖纜系統(tǒng)第3部分：中央記錄系統(tǒng)SY/T5391石油地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范SY/T6843海上石油勘探充油充膠電纜技術(shù)規(guī)范3術(shù)語(yǔ)及定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1深海deepsea深海（或稱深水通常由深海相關(guān)行業(yè)根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)和技術(shù)水平做出定義。海洋油氣勘探定義水深從300m至1500m的海洋為深海，1500m以深為超深海。3.2固體纜solidstreamer一種海洋拖纜，由電纜內(nèi)芯、浮力層和電纜外護(hù)套組成，浮力層充填的固體塑料泡沫密度均一、浮力穩(wěn)定，使拖纜能沉放于更大的深度并保持穩(wěn)定；并對(duì)電纜噪聲起抑制作用，明顯優(yōu)于常規(guī)充填液體或凝膠體的電纜。2T/CI321-20243.3沉放深度streamerdepth指拖纜距海平面的距離。3.4鬼波ghostwave又稱虛反射，是指水中激發(fā)或來(lái)自深部的上行波，經(jīng)海平面反射，水聽(tīng)器接收到的聲波信號(hào)。3.5倍頻程octave指在濾波特性曲線上，頻率或波長(zhǎng)之比為2或1/2的兩個(gè)頻率或波長(zhǎng)之間的間隔。3.6寬頻broadband本標(biāo)準(zhǔn)寬頻指可達(dá)5個(gè)倍頻程地震信號(hào)。3.7等深度纜flatstreamer拖纜上各水聽(tīng)器沉放深度相同。3.8變深度纜variable-depthstreamer拖纜上各水聽(tīng)器沉放深度不同。3.9犁式纜plough-typestreamer拖纜按照一定比例分為兩段，第一段上各水聽(tīng)器沉放深度從近震源位置線性遞增到某一深度，第二段上的水聽(tīng)器都按照該深度沉放。直斜纜slantedstreamer拖纜上各水聽(tīng)器沉放深度從近震源位置線性遞增到拖纜末端深度。3.103T/CI321-2024弧形纜arcstreamer拖纜上各水聽(tīng)器沉放深度從近震源位置開(kāi)始按照拋物線遞增到拖纜末端深度。3.11鬼波算子平均脈沖響應(yīng)譜averageimpulseresponsespectrumofghostoperator鬼波算子的道集平均振幅譜，即式中，n為每炮接收道數(shù)，t1,j、t2,j分別為第j道接收點(diǎn)位置處接收到的目的層一次反射波和鬼波的走時(shí)，f是頻率。3.12反射波道集平均振幅譜averageamplitudespectrumofreflectedwaves基于波動(dòng)方程正演模擬方法，按照觀測(cè)系統(tǒng)及對(duì)應(yīng)變深度纜參數(shù)，模擬采集區(qū)三維地震地質(zhì)模型的炮集記錄（含鬼波對(duì)所有記錄到目的層反射波（含鬼波）的振幅譜求和取平均，即式中，Aj(f)是炮集記錄中第j道上目的層反射波（含鬼波）的振幅譜。3.13AVP屬性amplitudeversusray-parameter指道集內(nèi)地震波振幅隨射線參數(shù)的變化。4深海變深度拖纜地震采集裝備4.1拖纜采集系統(tǒng)要求拖纜采集系統(tǒng)共性的構(gòu)成、功能及技術(shù)要求應(yīng)復(fù)合常規(guī)海上地震平纜采集技術(shù)規(guī)范GB/T24261.1~3和SY/T6843的相關(guān)規(guī)定。針對(duì)變深度拖纜，要求采用固體電纜替換常規(guī)進(jìn)口油電纜或膠電纜（最大沉放深度為22m），要求具有良好的低頻響應(yīng)特性和抗干擾性能，應(yīng)具備以下技術(shù)指標(biāo)。a)水下設(shè)備最大工作深度不小于70m，b)水聽(tīng)器的工作頻率范圍不小于2~800Hz，c)最高采樣率不小于4ksps。4T/CI321-20244.2震源控制系統(tǒng)要求主要功能是有效控制高分辨、大容量、富低頻的梯形立體組合氣槍震源，應(yīng)具備以下技術(shù)性能。a)震源激發(fā)頻率范圍不小于6~400Hz，b)近場(chǎng)采樣率不小于4ksps，c)同步控制精度不小于0.1ms。4.3拖纜控制系統(tǒng)要求主要功能是對(duì)水下拖纜的深度、纜型、纜間距進(jìn)行穩(wěn)定性控制和定位，要求進(jìn)行纜上深度鳥(niǎo)掛接間距和翼板角度測(cè)試，確保水聽(tīng)器沉放深度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。拖纜控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下技術(shù)性能。a)拖纜控制系統(tǒng)對(duì)采集拖纜定深能力不小于70m，b)深度控制精度不大于±0.5m，c)航向測(cè)量精度不大于0.5°,d)最大聲學(xué)測(cè)量距離不小于1200m。5寬頻激發(fā)技術(shù)5.1氣槍陣列要求要求優(yōu)化設(shè)計(jì)氣槍陣列的陣列長(zhǎng)度、子陣列數(shù)目、子陣列擴(kuò)展寬度、子陣列掛點(diǎn)數(shù)目、相鄰掛點(diǎn)間距、震源容量等，實(shí)現(xiàn)由低頻、中頻到高頻的組合激發(fā)，有效削弱氣泡效應(yīng)，確保寬頻激發(fā)。5.2陣列組合設(shè)計(jì)要求要求陣列組合優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要包括但不限于相干組合、調(diào)諧組合、立體陣列組合，確保寬頻激發(fā)。5.3子陣列沉放深度要求要求優(yōu)化設(shè)計(jì)各氣槍子陣的沉放深度和順序激發(fā)的延遲時(shí)間，有效抑制虛反射效應(yīng)。5.4震源子波模擬要求要求采集前進(jìn)行多種組合方式的震源子波數(shù)值模擬，有效抑制海面虛反射、削弱氣泡效應(yīng)、突出低頻能量?jī)?yōu)勢(shì)等。根據(jù)《空氣槍震源設(shè)計(jì)指南》進(jìn)行子波模擬，震源深度6m，子波振幅頻譜值大于-6dB對(duì)應(yīng)的低頻小于6Hz，陷波能量大于-20dB，頻帶要求達(dá)到5個(gè)倍頻程，以滿足犁式纜采集的震源信號(hào)條件。6采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)5T/CI321-2024共性的拖纜采集參數(shù)（例如纜長(zhǎng)、纜間隔、道間距、炮間距、炮線距、面元大小、覆蓋次數(shù)等）應(yīng)復(fù)合常規(guī)海上地震拖纜技術(shù)規(guī)范GB/T24261.1~3和SY/T6843的相關(guān)規(guī)定。要求針對(duì)犁式纜，分析論證最小/最大沉放深度、傾斜度、斜纜/平纜分配比例等參數(shù)，獲得最優(yōu)寬頻特性，要求分析復(fù)雜深水環(huán)境對(duì)犁式纜寬頻特性的影響。技術(shù)規(guī)范流程及要求如下。a)根據(jù)區(qū)內(nèi)或周邊前期勘探成果建立待采集區(qū)三維粘彈性地震地質(zhì)模型，包括海水深度、崎嶇海底地形數(shù)據(jù)、海底淤泥沉積厚度及Q值、地下各地層速度和密度等，要去反映地下大致的構(gòu)造特征；b)根據(jù)海上拖纜采集6000m纜長(zhǎng)的設(shè)備配置，設(shè)定最小/最大沉放深度和斜纜/平纜分配比例等纜形控制參數(shù)的可變化范圍和變化步長(zhǎng)，采用震源寬頻子波設(shè)計(jì)獲得的模擬遠(yuǎn)場(chǎng)子波，要求計(jì)算頻率范圍不小于0~200Hz；c)開(kāi)展三維粘彈性波動(dòng)方程正演模擬，得到每組犁式纜形參數(shù)下的地震炮集記錄，計(jì)算目的層鬼波算子平均脈沖響應(yīng)譜和反射波道集平均振幅譜，基于頻譜形態(tài)、光滑程度、高/低頻能量、頻帶寬度等參數(shù)及其變化趨勢(shì)，優(yōu)選最優(yōu)寬頻特征對(duì)應(yīng)的犁式纜形參數(shù)，要求頻寬達(dá)到5個(gè)倍頻程；d)分析崎嶇海底地形和海底淤泥對(duì)犁式纜寬頻特性的影響，通過(guò)與犁式纜理想寬頻譜互相關(guān)，確定崎嶇海底和海底淤泥對(duì)寬頻特性的破壞程度，為數(shù)據(jù)處理階段，鬼波壓制處理技術(shù)流程設(shè)計(jì)提供依據(jù)；e)南海深水區(qū)犁式纜地震采集數(shù)值模擬表明，最佳纜形參數(shù)為：最大沉放深度50~70m,斜纜/平纜分配比例4000m:2000m或4500m:1500m。7采集系統(tǒng)整體性能評(píng)價(jià)寬頻數(shù)據(jù)的保幅特性對(duì)油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)至關(guān)重要，目前國(guó)外寬頻地震勘探在數(shù)據(jù)采集階段缺乏地震保幅特性的分析評(píng)價(jià)手段，本技術(shù)規(guī)范從采集系統(tǒng)的整體均衡性和深水環(huán)境崎嶇海底對(duì)保幅的影響進(jìn)行定量評(píng)估。技術(shù)規(guī)范流程及要求如下。7.1觀測(cè)系統(tǒng)均衡性根據(jù)地震采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的最新進(jìn)展，通過(guò)引入炮檢距、方位角和覆蓋次數(shù)的分布均勻系數(shù)以及炮檢覆蓋均勻系數(shù)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)定量分析觀測(cè)系統(tǒng)整體均衡性。a)炮檢距、方位角和覆蓋次數(shù)的非均勻系數(shù)：定義面元內(nèi)炮檢距分布的非均勻性為：(Xi-Xi-1-(Xmax-Xmin)(N-1))2(N-1)。其中，Xi為第i道的炮檢距。當(dāng)σ2越小時(shí)，炮檢6T/CI321-2024距分布越均勻。同理，炮檢方位角和覆蓋次數(shù)的非均勻系數(shù)也可以用上述類似的方式來(lái)定義。常規(guī)勘探要求這些非均勻系數(shù)達(dá)到1.0以下，深海寬頻勘探要求非均勻系數(shù)達(dá)到0.5以下。b)炮檢覆蓋非均勻系數(shù):定義觀測(cè)系統(tǒng)的炮檢覆蓋非均勻系數(shù)為勢(shì)函數(shù)：,其中xi表示當(dāng)前面元，xk(i,s)代表當(dāng)前面元內(nèi)的炮檢距。該勢(shì)函數(shù)越小，炮檢覆蓋非均勻系數(shù)就越小，觀測(cè)系統(tǒng)越合理。常規(guī)勘探要求炮檢覆蓋非均勻系數(shù)達(dá)到1.0以下，深海寬頻勘探要求該非均勻系數(shù)達(dá)到0.5以下。7.2觀測(cè)系統(tǒng)采集腳印規(guī)則化的地震觀測(cè)系統(tǒng)普遍存在采集腳印對(duì)采集系統(tǒng)保幅特性的影響。利用采集設(shè)計(jì)模板或觀測(cè)系統(tǒng)SPS數(shù)據(jù)，可計(jì)算滿覆蓋區(qū)域的振幅權(quán)系數(shù)，其分布特征反映采集腳印的強(qiáng)弱，一般而言，周期越大，變化越劇烈，采集腳印的影響越大。定義每一個(gè)炮檢對(duì)對(duì)應(yīng)的波響應(yīng)（下行、反射、上行）權(quán)系數(shù)為：式中α1為反射界面上層介質(zhì)的等效速度，p和q分別為水平慢度和垂直慢度，p為密度。該系數(shù)考慮了目的層深度、界面的反射系數(shù)、上覆地層速度等因素。對(duì)每個(gè)面元上的所有權(quán)系數(shù)分別進(jìn)行累加求和，可得到目的層的模擬振幅水平切片，實(shí)現(xiàn)采集腳印的定量分析。7.3復(fù)雜海底對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的影響分析深海環(huán)境普遍發(fā)育崎嶇海底，不僅影響犁式纜寬頻特性，還影響整個(gè)采集系統(tǒng)的保幅特性，主要體現(xiàn)在對(duì)面元覆蓋率、炮檢距、方位角均衡性、采集腳印等影響，為此需要定量評(píng)估崎嶇海底的復(fù)雜性及其影響。a)崎嶇海底統(tǒng)計(jì)特征：采用如下三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)（均方根高、相關(guān)長(zhǎng)度和傾角譜）來(lái)定量描述海底的復(fù)雜程度。均方根高反映海底平均高度相關(guān)長(zhǎng)度反映海底崎嶇程度；α(r)=〈h(r,)h(r,+r)〉/σ2，式中，h(r,)h(r,+r)表示自相關(guān)，σ2為歸一化因子；傾角譜為海底地形角度變化的概率密度分布，即：式中，θ為角度點(diǎn)的值；M為角度點(diǎn)的個(gè)數(shù)；dθ為角度離散間隔；ΔM為區(qū)間(0~0+dθ)內(nèi)的離散點(diǎn)總數(shù)；q(θ)為單位角度區(qū)間(指角度在值附近的單位區(qū)