《深海寬頻地震采集技術(shù)規(guī)范》

ICS75.020

CCSE90/99

T

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CIXXX-2023

深海寬頻地震采集技術(shù)規(guī)范

Technicalspecificationfordeep-seabroadband

seismicacquisition

（征求意見稿）

2023-X-X發(fā)布2023-X-X實施

中國國際科技促進(jìn)會?發(fā)布

深海寬頻地震采集技術(shù)規(guī)范

1范圍

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)，以及三

維采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)規(guī)范、施工參數(shù)和性能指標(biāo)。擬制訂的標(biāo)準(zhǔn)由范圍、規(guī)范性引用

文件、術(shù)語和定義、深海變深度拖纜地震采集裝備、深海變深度拖纜采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計、采

集系統(tǒng)整體性能評價等四個部分組成。

其它目的的深海地震采集技術(shù)參照使用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本

適用于本文件。凡是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)

DZ/T0180石油、天然氣地震勘查技術(shù)規(guī)范

SY/T5391石油地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

SY/T6843海上地震拖纜技術(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

等深度纜flatstreamer

拖纜上各水聽器沉放深度為一常數(shù)。

3.2

變深度纜variabledepthstreamer

拖纜上各水聽器沉放深度不同。

3.3

犁式斜纜ploughslantstreamer

拖纜分為二段，第一段拖纜上各水聽器沉放深度從近震源位置開始按照線性遞增到某一

深度，第二段拖纜上的水聽器都按照該深度沉放。

3.4

1

直斜纜linearslantstreamer

拖纜上各水聽器沉放深度從近震源位置開始到拖纜末端位置按照線性遞增到某一深度。

3.5

弧形纜arcstreamer

拖纜分為二段，第一段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某

一深度，第二段各水聽器按照該深度沉放。

3.6

目的層鬼波濾波算子平均疊加脈沖響應(yīng)譜averagestackimpulseresponsespectrum

ofghostfilteroperatorontargetlayer

對各接收道目的層鬼波濾波算子的振幅譜求和取平均，即

2n

Gn(f)sinft2,jt1,j

nj1

式中，為每炮接收道數(shù)，分別為第道接收點位置處接收到的目的層

nt1,j、t2,jj

一次反射波和鬼波的走時，f是頻率。

3.7

目的層反射波平均疊加振幅譜averagestackamplitudespectrumofreflectedwave

ontargetlayer

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

1n

An(f)Aj(f)

nj1

式中，是炮集記錄中第道上目的層反射波（含鬼波）的振幅譜。

Aj(f)j

3.8

偏移孔徑Migrationaperture

偏移孔徑是地震成像領(lǐng)域中的重要概念，不同的孔徑大小決定了對地下結(jié)構(gòu)分辨率和噪

聲抑制的能力。較小的孔徑可以提高分辨率但對噪聲敏感，較大的孔徑可以更好地抑制噪聲

但可能降低分辨率。因此，針對不同的地質(zhì)勘探目標(biāo)和地震數(shù)據(jù)特點，需要合理選擇孔徑大

小，并根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。偏移孔徑對于成像質(zhì)量和地質(zhì)解釋具有重要影響。

3.9

空間采樣Spatialsampling

2

空間采樣是指在進(jìn)行地震勘探等地球物理領(lǐng)域?qū)嶒灮驕y量時，對地質(zhì)模型進(jìn)行離散化采

樣的過程。在地震勘探中，地下結(jié)構(gòu)的地震波響應(yīng)通常通過地震儀器記錄并轉(zhuǎn)化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，

這些數(shù)據(jù)需要以一定的采樣間隔儲存在計算機(jī)中以用于進(jìn)一步處理和解釋?？臻g采樣的合理

性直接影響著地震數(shù)據(jù)的質(zhì)量和地質(zhì)解釋的準(zhǔn)確性。在地球物理勘探中，需要根據(jù)地下結(jié)構(gòu)

的特點、勘探目標(biāo)和數(shù)據(jù)處理要求，合理設(shè)計空間采樣策略，以獲取可靠的地下地質(zhì)信息。

3.10

三維疊前深度偏移3-Dprestackdepthmigration

三維疊前深度偏移是地震數(shù)據(jù)處理中常用的一種技術(shù)，用于處理地震勘探中采集到的地

震波數(shù)據(jù)，以更準(zhǔn)確地成像地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。疊前深度偏移是指根據(jù)地震波在地下不同速度介

質(zhì)中傳播的特性，對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和校正，以準(zhǔn)確地將地震數(shù)據(jù)從時間域轉(zhuǎn)換到深度域

的過程。三維疊前深度偏移則是將這一過程應(yīng)用到三維地震數(shù)據(jù)中，以獲取地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的

三維成像。三維疊前深度偏移在地震成像和勘探地下石油、天然氣等地質(zhì)資源方面具有廣

泛應(yīng)用。通過該技術(shù)，可以提高地下結(jié)構(gòu)的分辨率和成像精度，從而更準(zhǔn)確地識別地質(zhì)構(gòu)造、

裂縫、儲層等重要地質(zhì)特征，為石油勘探和開發(fā)提供重要的地質(zhì)信息?？傊S疊前深度

偏移是地震數(shù)據(jù)處理中的重要工具，能夠?qū)⒉杉降牡卣鸩〝?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為深度域的三維地下成

像，為地質(zhì)勘探和資源開發(fā)提供重要的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。

3.11

克希霍夫積分求和Kirchhoffsummation

克?；舴蚍e分是地球物理學(xué)中地震數(shù)據(jù)處理的重要數(shù)學(xué)工具之一。它在偏移成像中被廣

泛應(yīng)用，用于矯正和疊加地震記錄，以生成地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的像?？讼；舴蚍e分的基本原理是

基于波動方程和地震波在地下傳播的物理特性?？讼；舴蚍e分在地震數(shù)據(jù)處理中被廣泛應(yīng)用，

因為它能夠更準(zhǔn)確地建立地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的成像，并幫助地質(zhì)學(xué)家理解地下層的構(gòu)造和特征。

其在石油勘探、地震勘探和地下水資源等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。

3.12

走時表計算Calculationoftraveltimes

走時表計算是地震數(shù)據(jù)處理中的一項重要工作，用于計算地震波在地下介質(zhì)中傳播的時

間和距離關(guān)系。走時表記錄了地震波從震源傳播到不同接收點的時間，是地震數(shù)據(jù)處理和解

釋中的關(guān)鍵工具。在計算走時表時，首先需要建立地震波在地下介質(zhì)中的傳播模型，通過地

震波動方程等理論模型，可以計算地震波從震源到各個接收點的傳播時間。走時表中記錄了

3

地震波在不同接收點處的到時時間，可以用于地震數(shù)據(jù)處理中的時間校正、成像和地質(zhì)解釋

等工作。

3.13

程函方程Theeikonalequation

程函方程是描述波動傳播的多維空間偏微分方程。在地球科學(xué)領(lǐng)域，程函方程廣泛應(yīng)用

于描述地震波在地球內(nèi)部傳播的行為。程函方程描述了波陣面的傳播速度和方向。程函方程

在地震學(xué)中的應(yīng)用包括：（1）射線追蹤：通過解程函方程，可以計算出地震波的傳播路徑，

以及在不同地下介質(zhì)中的傳播速度變化。這有助于理解地震波在地球內(nèi)部的傳播特性；（2）

走時表計算：程函方程可用于計算不同位置處的地震波到時，從而編制走時表，為地震數(shù)

據(jù)處理和成像提供支持。（3）成像和定位：通過求解程函方程，可以推導(dǎo)出波陣面的形狀

和傳播方向，有助于地震成像和地下結(jié)構(gòu)的定位。

總之，程函方程在地震學(xué)中有著重要的應(yīng)用，它描述了地震波在地下傳播的基本規(guī)律，

對地震數(shù)據(jù)處理和地下結(jié)構(gòu)解釋具有關(guān)鍵意義。

3.14

費馬原理Fermat’sprinciple

費馬原理是光學(xué)和波動傳播理論中的基本原理，描述了光線或波傳播的最短路徑。費馬

原理可以表述為：光線或波沿著所選路徑的傳播時間取極小值。在光學(xué)中，費馬原理解釋了

光線在不同介質(zhì)中傳播時的折射和反射規(guī)律。具體而言，折射定律和反射定律可以被理解為

費馬原理的結(jié)果，即光線傳播時選擇的路徑會使光的傳播時間取得極小值。在波動傳播理論

中，費馬原理同樣適用于描述波在不同介質(zhì)中的傳播路徑。這對地震波、聲波等波動傳播的

理解具有重要意義。

3.15

算子抗假頻Operatorantialiasing

抗假頻是數(shù)字信號處理領(lǐng)域中的概念，特指在信號重構(gòu)或采樣過程中，通過去除或限制

假頻的存在，以確保恢復(fù)的信號質(zhì)量不受到失真或混疊頻率成分的影響。在地震數(shù)據(jù)處理領(lǐng)

域，抗假頻技術(shù)同樣具有重要意義。算子抗假頻指的是應(yīng)用抗假頻技術(shù)的一種方法，通常是

指在信號采樣或信號處理中使用特定的數(shù)學(xué)算子來限制或去除假頻，以減少或消除由于信號

重構(gòu)、采樣或處理過程中可能產(chǎn)生的假頻，以確保地震數(shù)據(jù)的頻率成分能夠準(zhǔn)確地反映地下

物理結(jié)構(gòu)，避免由于信號處理產(chǎn)生的假頻干擾，保證地震數(shù)據(jù)處理得到的結(jié)果更加可靠和準(zhǔn)

確。

4

4縮略語

下列縮略語適用于本文件。

FFT-快速傅里葉變換縮寫（FastFouriertransform）

IFFT-逆快速傅里葉變換縮寫（InverseFastFouriertransform）

SPS-衛(wèi)星定位系統(tǒng)的縮寫（SatellitePositioningSystem）

5深海變深度拖纜地震采集裝備

5.1拖纜采集系統(tǒng)

拖纜采集系統(tǒng)的主要組成和功能：主要功能是接收海底返回的地震波信號，并將其轉(zhuǎn)換

成數(shù)字信號傳輸?shù)绞覂?nèi)系統(tǒng)；室內(nèi)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)地震數(shù)據(jù)匯總、命令控制、數(shù)據(jù)記錄、質(zhì)量

控制等、拖纜控制系統(tǒng)（對進(jìn)行采集作業(yè)中的水下拖纜的深度、纜型、纜間距進(jìn)行控制和定

位；

拖纜采集系統(tǒng)應(yīng)具備以下技術(shù)性能。

a)水下設(shè)備最大工作深度不小于100m；

b)檢波器的工作頻率范圍不小于2Hz~800Hz；

c)最高采樣率不小于4ksps。

5.2震源及控制系統(tǒng)

主要功能是按采集作業(yè)施工需求向海底發(fā)出聲波信號；

震源及控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下技術(shù)性能。

a)震源激發(fā)頻率范圍不小于6Hz~400Hz；

b)近場采樣率不小于4ksps；

c)同步控制精度不小于0.1ms。

5.3拖纜控制系統(tǒng)

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100m；

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(xué)測量距離不小于1200m。

6寬頻激發(fā)技術(shù)要求

5

6.1氣槍陣列要求

氣槍陣列包括空氣槍類型、子陣列數(shù)目、陣列長度、子陣列擴(kuò)展寬度、每個子陣列掛點

數(shù)目、相鄰掛點間距離、震源容量等，氣槍陣列應(yīng)該由低頻、中頻和高頻能量的氣槍組成，

確保寬頻帶激發(fā)。

6.2陣列組合設(shè)計要求

陣列組合主要包括但不限于相干組合、調(diào)諧組合、立體陣列組合，要求滿足寬頻點源激

發(fā)的陣列組合。

6.3震源陣列深度要求

滿足激發(fā)出一次波脈沖和鬼波脈沖能分開的深度。

6.4寬頻子波模擬要求

根據(jù)《空氣槍震源設(shè)計指南》進(jìn)行子波模擬，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(dá)到5個倍頻程。

7變深度拖纜采集參數(shù)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)規(guī)范

包括如下內(nèi)容/要求：

a)基于區(qū)內(nèi)或周邊前期勘探成果，確定采集區(qū)崎嶇海底地形、海底淤泥沉積厚度及Q

值，以及地下各地層速度和密度等，建立待采集區(qū)3D粘彈性地震地質(zhì)模型。

b）根據(jù)工區(qū)海水深度、海底地形、地下地質(zhì)構(gòu)造等特征以及拖纜裝備信息，選定某一

變深度纜型，但不限于弧形纜、犁式斜纜、直斜纜。

c)設(shè)定該纜型控制參數(shù)的可變化范圍和變化步長，得到多組變深度纜型參數(shù)；

d)基于工區(qū)地震地質(zhì)模型，按照拖纜采集觀測系統(tǒng)，計算每組變深度纜型參數(shù)下目的

層平均疊加脈沖響應(yīng)譜；

e）基于工區(qū)地震地質(zhì)模型，采用震源寬頻子波設(shè)計獲得的模擬遠(yuǎn)場子波，按照拖纜采

集觀測系統(tǒng)，采用粘彈性波動方程正演計算每組變深度纜型參數(shù)下的地震炮集記錄，計算目

的層反射波平均疊加振幅譜。

f)對比分析所有組變深度纜型參數(shù)下的疊加脈沖響應(yīng)譜曲線和疊加振幅譜曲線，基于寬

頻頻譜所要求的頻譜形態(tài)、光滑程度、高低頻能量大小以及頻帶寬度等參數(shù)，優(yōu)選最優(yōu)寬頻

特征對應(yīng)的變深度纜型參數(shù)。

g)優(yōu)選出的最優(yōu)寬頻特征對應(yīng)的變深度纜型參數(shù)波動方程模擬的炮集記錄疊加振幅譜

頻寬要求達(dá)到5個倍頻程。

6

8整體性能評價

8.1海底復(fù)雜的統(tǒng)計特征分析

8.1.1復(fù)雜海底的定量描述

為了定量描述海底地形的復(fù)雜性，定義均方根高、相關(guān)長度和傾角譜三個統(tǒng)計參數(shù)。

均方根高為海底平均高度與海底高度的差的平方根，即：

1

n2

2。相關(guān)長度為海底崎嶇程度的變化率；

(xix?i)n1

i1

(r)h(r)h(rr)/2，式中，h(r)h(rr)表示自相關(guān)，2為歸一化因子；傾角

譜為海底崎嶇角度出現(xiàn)的概率密度分布，即：

1

qlimMMdMMd,qd1.

00

式中，為角度點的值；M為角度點的個數(shù)；d為角度離散間隔；M為區(qū)間

(0~0+d)內(nèi)的離散點總數(shù)；q為單位角度區(qū)間(指角度在值附近的單位區(qū)間)的分布概率。

通過以上三參數(shù)的定量表達(dá)，定量描述海底的復(fù)雜程度。

8.1.2理論模型的特征分析

通過計算統(tǒng)計參數(shù)均方根高來描述海底地形的高程變化；利用相關(guān)長度來描述海底地形

的周期變化(或頻率)，定量表征海底地形變化的統(tǒng)計特征。利用傾角譜中的傾角分布特征，

定量表征海底地形傾角變化大小。

8.1.3靶區(qū)模型的統(tǒng)計特征分析

利用8.1.1與8.1.2定義的定量描述海底崎嶇程度方法，針對海底靶區(qū)的兩條“十”字

相交地震測線，分別提取兩條測線的海底地形數(shù)據(jù)，計算海底地形的均方根高和相關(guān)長度等

統(tǒng)計特征參數(shù)，并對比不同復(fù)雜海底地形處的統(tǒng)計特征和地震單炮記錄，具體分析復(fù)雜的海

底地形對地震資料的品質(zhì)的影響程度，進(jìn)而調(diào)整深海觀測系統(tǒng)采集參數(shù)。

8.1.4復(fù)雜海底對地震波的散射特征分析

通過已知調(diào)查的工區(qū)海底崎嶇和起伏情況，建立海底崎嶇模型，并模擬分析崎嶇海底對

透散射能量和反射能量的影響，對透射損失較大和較小地區(qū)優(yōu)化不同的道間距。

8.2采集觀測系統(tǒng)分析方法

8.2.1觀測系統(tǒng)共聚焦(CFP)分析

針對目標(biāo)位置，結(jié)合地下速度模型，計算出三維地震觀測系統(tǒng)的檢波點聚焦屬性與震源

7

點聚焦屬性，進(jìn)而定量分析整個觀測系統(tǒng)的預(yù)期分辨率以及AVP屬性(amplitudeversus

ray-parameter，或稱Radon域振幅屬性)。

8.2.2觀測系統(tǒng)均衡性分析

據(jù)現(xiàn)代觀測系統(tǒng)設(shè)計理論，引入炮檢距、方位角和覆蓋次數(shù)的均勻系數(shù)以及炮-檢覆蓋

均勻系數(shù)等參數(shù)，定量分析觀測系統(tǒng)整體上的均衡性。

8.2.2.1炮檢距、方位角分布均勻系數(shù)

N

2

定義面元內(nèi)的炮檢距分布的均勻性：2。其中，

XiXi1XmaxXminN1N1Xi

i2

為第i道的炮檢距。當(dāng)2越小時，炮檢距分布越均勻。同理，炮檢方位角、覆蓋次數(shù)的均

勻系數(shù)也可以用上述類似的方式進(jìn)行表達(dá)。

8.2.2.2炮-檢覆蓋均勻系數(shù)

nnnl1

定義觀測系統(tǒng)的炮檢覆蓋均勻系數(shù)為勢函數(shù)：，其中

-fx1,x2,,xnfi(i)

i1i1k1,kis0xixk,s

(i)

xi表示當(dāng)前面元，xk,s代表當(dāng)前面元內(nèi)的炮檢距，當(dāng)定義的觀測系統(tǒng)勢函數(shù)越小時，炮-檢覆

蓋均勻系數(shù)越高，觀測系統(tǒng)越合理。

8.2.3觀測系統(tǒng)采集腳印分析

定義每一個炮檢對所對應(yīng)的WRW（上行波、反射點、下行波）權(quán)系數(shù)為：

222

k1p2qa1qa

C|WRW|1?12，

42r2qq

2a11a2

上述權(quán)系數(shù)的計算