T-CI 321-2024 深海寬頻地震采集技術(shù)規(guī)范

CCSE90/992024-04-08發(fā)布中國國際科技促進會發(fā)布IT/CI321-2024 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語及定義 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 57采集系統(tǒng)整體性能評價 5T/CI321-2024本文件按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由中國石油大學（華東）提出。本文件由中國國際科技促進會標準化工作委員會歸口。本文件主要起草單位：中國石油大學（華東）、中國地質(zhì)大學（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任公司、中國科學院地質(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、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；深海變深度拖纜三維采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和采集系統(tǒng)整體性能評價的技術(shù)規(guī)范、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)指標。擬制訂的標準包括規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義。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)語及定義下列術(shù)語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)或來自深部的上行波，經(jīng)海平面反射，水聽器接收到的聲波信號。3.5倍頻程octave指在濾波特性曲線上，頻率或波長之比為2或1/2的兩個頻率或波長之間的間隔。3.6寬頻broadband本標準寬頻指可達5個倍頻程地震信號。3.7等深度纜flatstreamer拖纜上各水聽器沉放深度相同。3.8變深度纜variable-depthstreamer拖纜上各水聽器沉放深度不同。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，第二段上的水聽器都按照該深度沉放。直斜纜slantedstreamer拖纜上各水聽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拖纜上各水聽器沉放深度從近震源位置開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道接收點位置處接收到的目的層一次反射波和鬼波的走時，f是頻率。3.12反射波道集平均振幅譜averageamplitudespectrumofreflectedwaves基于波動方程正演模擬方法，按照觀測系統(tǒng)及對應(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。針對變深度拖纜，要求采用固體電纜替換常規(guī)進口油電纜或膠電纜（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。a)水下設(shè)備最大工作深度不小于70m，b)水聽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)要求主要功能是對水下拖纜的深度、纜型、纜間距進行穩(wěn)定性控制和定位，要求進行纜上深度鳥掛接間距和翼板角度測試，確保水聽器沉放深度的準確性和穩(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)航向測量精度不大于0.5°,d)最大聲學測量距離不小于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)計氣槍陣列的陣列長度、子陣列數(shù)目、子陣列擴展寬度、子陣列掛點數(shù)目、相鄰掛點間距、震源容量等，實現(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)計要求要求陣列組合優(yōu)化設(shè)計，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)計各氣槍子陣的沉放深度和順序激發(fā)的延遲時間，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)、突出低頻能量優(yōu)勢等。根據(jù)《空氣槍震源設(shè)計指南》進行子波模擬，震源深度6m，子波振幅頻譜值大于-6dB對應(yīng)的低頻小于6Hz，陷波能量大于-20dB，頻帶要求達到5個倍頻程，以滿足犁式纜采集的震源信號條件。6采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計5T/CI321-2024共性的拖纜采集參數(shù)（例如纜長、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，要求分析復雜深水環(huán)境對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，采用震源寬頻子波設(shè)計獲得的模擬遠場子波，要求計算頻率范圍不小于0~200Hz；c)開展三維粘彈性波動方程正演模擬，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，優(yōu)選最優(yōu)寬頻特征對應(yīng)的犁式纜形參數(shù)，要求頻寬達到5個倍頻程；d)分析崎嶇海底地形和海底淤泥對犁式纜寬頻特性的影響，通過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)整體性能評價寬頻數(shù)據(jù)的保幅特性對油氣儲層預(yù)測至關(guān)重要，目前國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價手段，本技術(shù)規(guī)范從采集系統(tǒng)的整體均衡性和深水環(huán)境崎嶇海底對保幅的影響進行定量評估。技術(shù)規(guī)范流程及要求如下。7.1觀測系統(tǒng)均衡性根據(jù)地震采集觀測系統(tǒng)設(shè)計理論的最新進展，通過引入炮檢距、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)，實現(xiàn)定量分析觀測系統(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σ2越小時，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定義。常規(guī)勘探要求這些非均勻系數(shù)達到1.0以下，深海寬頻勘探要求非均勻系數(shù)達到0.5以下。b)炮檢覆蓋非均勻系數(shù):定義觀測系統(tǒng)的炮檢覆蓋非均勻系數(shù)為勢函數(shù)：,其中xi表示當前面元，xk(i,s)代表當前面元內(nèi)的炮檢距。該勢函數(shù)越小，炮檢覆蓋非均勻系數(shù)就越小，觀測系統(tǒng)越合理。常規(guī)勘探要求炮檢覆蓋非均勻系數(shù)達到1.0以下，深海寬頻勘探要求該非均勻系數(shù)達到0.5以下。7.2觀測系統(tǒng)采集腳印規(guī)則化的地震觀測系統(tǒng)普遍存在采集腳印對采集系統(tǒng)保幅特性的影響。利用采集設(shè)計模板或觀測系統(tǒng)SPS數(shù)據(jù)，可計算滿覆蓋區(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。定義每一個炮檢對對應(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。對每個面元上的所有權(quán)系數(shù)分別進行累加求和，可得到目的層的模擬振幅水平切片，實現(xiàn)采集腳印的定量分析。7.3復雜海底對觀測系統(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，還影響整個采集系統(tǒng)的保幅特性，主要體現(xiàn)在對面元覆蓋率、炮檢距、方位角均衡性、采集腳印等影響，為此需要定量評估崎嶇海底的復雜性及其影響。a)崎嶇海底統(tǒng)計特征：采用如下三個統(tǒng)計參數(shù)（均方根高、相關(guān)長度和傾角譜）來定量描述海底的復雜程度。均方根高反映海底平均高度相關(guān)長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為角度點的值；M為角度點的個數(shù)；dθ為角度離散間隔；ΔM為區(qū)間(0~0+dθ)內(nèi)的離散點總數(shù)；q(θ)為單位角度區(qū)間(指角度在值附近的單位區(qū)