《深海宽频地震采集技术规范》

ICS75.020

CCSE90/99

T

团体标准

T/CIXXX-2023

深海宽频地震采集技术规范

Technicalspecificationfordeep-seabroadband

seismicacquisition

（征求意见稿）

2023-X-X发布2023-X-X实施

中国国际科技促进会 发布

深海宽频地震采集技术规范

1范围

本文件规定了深海变深度拖缆地震采集装备的主要构成、技术要求和性能指标，以及三

维采集参数优化设计的技术规范、施工参数和性能指标。拟制订的标准由范围、规范性引用

文件、术语和定义、深海变深度拖缆地震采集装备、深海变深度拖缆采集参数优化设计、采

集系统整体性能评价等四个部分组成。

其它目的的深海地震采集技术参照使用。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本

适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T24261.1石油海上数字地震采集拖缆系统第1部分：水听器技术条件

GB/T24261.2石油海上数字地震采集拖缆系统第2部分：水听器拖缆技术条件

GB/T24261.3石油海上数字地震采集拖缆系统第3部分：中央记录系统

DZ/T0180石油、天然气地震勘查技术规范

SY/T5391石油地震数据采集系统

SY/T6843海上地震拖缆技术规范

3术语及定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

等深度缆flatstreamer

拖缆上各水听器沉放深度为一常数。

3.2

变深度缆variabledepthstreamer

拖缆上各水听器沉放深度不同。

3.3

犁式斜缆ploughslantstreamer

拖缆分为二段，第一段拖缆上各水听器沉放深度从近震源位置开始按照线性递增到某一

深度，第二段拖缆上的水听器都按照该深度沉放。

3.4

1

直斜缆linearslantstreamer

拖缆上各水听器沉放深度从近震源位置开始到拖缆末端位置按照线性递增到某一深度。

3.5

弧形缆arcstreamer

拖缆分为二段，第一段拖缆上各水听器沉放深度从近震源位置开始按照抛物线递增到某

一深度，第二段各水听器按照该深度沉放。

3.6

目的层鬼波滤波算子平均叠加脉冲响应谱averagestackimpulseresponsespectrum

ofghostfilteroperatorontargetlayer

对各接收道目的层鬼波滤波算子的振幅谱求和取平均，即

2n

Gn(f)sinft2,jt1,j

nj1

式中，为每炮接收道数，分别为第道接收点位置处接收到的目的层

nt1,j、t2,jj

一次反射波和鬼波的走时，f是频率。

3.7

目的层反射波平均叠加振幅谱averagestackamplitudespectrumofreflectedwave

ontargetlayer

基于波动方程正演模拟方法，按照观测系统及对应变深度缆参数，模拟采集区三维地震

地质模型的炮集记录（含鬼波），对所有记录到目的层反射波（含鬼波）的振幅谱求和取平

均，即

1n

An(f)Aj(f)

nj1

式中，是炮集记录中第道上目的层反射波（含鬼波）的振幅谱。

Aj(f)j

3.8

偏移孔径Migrationaperture

偏移孔径是地震成像领域中的重要概念，不同的孔径大小决定了对地下结构分辨率和噪

声抑制的能力。较小的孔径可以提高分辨率但对噪声敏感，较大的孔径可以更好地抑制噪声

但可能降低分辨率。因此，针对不同的地质勘探目标和地震数据特点，需要合理选择孔径大

小，并根据具体情况进行优化调整。偏移孔径对于成像质量和地质解释具有重要影响。

3.9

空间采样Spatialsampling

2

空间采样是指在进行地震勘探等地球物理领域实验或测量时，对地质模型进行离散化采

样的过程。在地震勘探中，地下结构的地震波响应通常通过地震仪器记录并转化为数字数据，

这些数据需要以一定的采样间隔储存在计算机中以用于进一步处理和解释。空间采样的合理

性直接影响着地震数据的质量和地质解释的准确性。在地球物理勘探中，需要根据地下结构

的特点、勘探目标和数据处理要求，合理设计空间采样策略，以获取可靠的地下地质信息。

3.10

三维叠前深度偏移3-Dprestackdepthmigration

三维叠前深度偏移是地震数据处理中常用的一种技术，用于处理地震勘探中采集到的地

震波数据，以更准确地成像地下地质结构。叠前深度偏移是指根据地震波在地下不同速度介

质中传播的特性，对地震数据进行处理和校正，以准确地将地震数据从时间域转换到深度域

的过程。三维叠前深度偏移则是将这一过程应用到三维地震数据中，以获取地下地质结构的

三维成像。三维叠前深度偏移在地震成像和勘探地下石油、天然气等地质资源方面具有广

泛应用。通过该技术，可以提高地下结构的分辨率和成像精度，从而更准确地识别地质构造、

裂缝、储层等重要地质特征，为石油勘探和开发提供重要的地质信息。总之，三维叠前深度

偏移是地震数据处理中的重要工具，能够将采集到的地震波数据转换为深度域的三维地下成

像，为地质勘探和资源开发提供重要的地质结构信息。

3.11

克希霍夫积分求和Kirchhoffsummation

克希霍夫积分是地球物理学中地震数据处理的重要数学工具之一。它在偏移成像中被广

泛应用，用于矫正和叠加地震记录，以生成地下地质结构的像。克希霍夫积分的基本原理是

基于波动方程和地震波在地下传播的物理特性。克希霍夫积分在地震数据处理中被广泛应用，

因为它能够更准确地建立地下地质结构的成像，并帮助地质学家理解地下层的构造和特征。

其在石油勘探、地震勘探和地下水资源等领域有着重要的应用价值。

3.12

走时表计算Calculationoftraveltimes

走时表计算是地震数据处理中的一项重要工作，用于计算地震波在地下介质中传播的时

间和距离关系。走时表记录了地震波从震源传播到不同接收点的时间，是地震数据处理和解

释中的关键工具。在计算走时表时，首先需要建立地震波在地下介质中的传播模型，通过地

震波动方程等理论模型，可以计算地震波从震源到各个接收点的传播时间。走时表中记录了

3

地震波在不同接收点处的到时时间，可以用于地震数据处理中的时间校正、成像和地质解释

等工作。

3.13

程函方程Theeikonalequation

程函方程是描述波动传播的多维空间偏微分方程。在地球科学领域，程函方程广泛应用

于描述地震波在地球内部传播的行为。程函方程描述了波阵面的传播速度和方向。程函方程

在地震学中的应用包括：（1）射线追踪：通过解程函方程，可以计算出地震波的传播路径，

以及在不同地下介质中的传播速度变化。这有助于理解地震波在地球内部的传播特性；（2）

走时表计算：程函方程可用于计算不同位置处的地震波到时，从而编制走时表，为地震数

据处理和成像提供支持。（3）成像和定位：通过求解程函方程，可以推导出波阵面的形状

和传播方向，有助于地震成像和地下结构的定位。

总之，程函方程在地震学中有着重要的应用，它描述了地震波在地下传播的基本规律，

对地震数据处理和地下结构解释具有关键意义。

3.14

费马原理Fermat’sprinciple

费马原理是光学和波动传播理论中的基本原理，描述了光线或波传播的最短路径。费马

原理可以表述为：光线或波沿着所选路径的传播时间取极小值。在光学中，费马原理解释了

光线在不同介质中传播时的折射和反射规律。具体而言，折射定律和反射定律可以被理解为

费马原理的结果，即光线传播时选择的路径会使光的传播时间取得极小值。在波动传播理论

中，费马原理同样适用于描述波在不同介质中的传播路径。这对地震波、声波等波动传播的

理解具有重要意义。

3.15

算子抗假频Operatorantialiasing

抗假频是数字信号处理领域中的概念，特指在信号重构或采样过程中，通过去除或限制

假频的存在，以确保恢复的信号质量不受到失真或混叠频率成分的影响。在地震数据处理领

域，抗假频技术同样具有重要意义。算子抗假频指的是应用抗假频技术的一种方法，通常是

指在信号采样或信号处理中使用特定的数学算子来限制或去除假频，以减少或消除由于信号

重构、采样或处理过程中可能产生的假频，以确保地震数据的频率成分能够准确地反映地下

物理结构，避免由于信号处理产生的假频干扰，保证地震数据处理得到的结果更加可靠和准

确。

4

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

FFT-快速傅里叶变换缩写（FastFouriertransform）

IFFT-逆快速傅里叶变换缩写（InverseFastFouriertransform）

SPS-卫星定位系统的缩写（SatellitePositioningSystem）

5深海变深度拖缆地震采集装备

5.1拖缆采集系统

拖缆采集系统的主要组成和功能：主要功能是接收海底返回的地震波信号，并将其转换

成数字信号传输到室内系统；室内系统主要负责地震数据汇总、命令控制、数据记录、质量

控制等、拖缆控制系统（对进行采集作业中的水下拖缆的深度、缆型、缆间距进行控制和定

位；

拖缆采集系统应具备以下技术性能。

a)水下设备最大工作深度不小于100m；

b)检波器的工作频率范围不小于2Hz~800Hz；

c)最高采样率不小于4ksps。

5.2震源及控制系统

主要功能是按采集作业施工需求向海底发出声波信号；

震源及控制系统应具备以下技术性能。

a)震源激发频率范围不小于6Hz~400Hz；

b)近场采样率不小于4ksps；

c)同步控制精度不小于0.1ms。

5.3拖缆控制系统

拖缆控制系统应具备以下技术性能。

a)拖缆控制系统对采集拖缆定深能力不小于100m；

b)深度控制精度不大于±0.5m；

c)航向测量精度不大于0.5°；

d)最大声学测量距离不小于1200m。

6宽频激发技术要求

5

6.1气枪阵列要求

气枪阵列包括空气枪类型、子阵列数目、阵列长度、子阵列扩展宽度、每个子阵列挂点

数目、相邻挂点间距离、震源容量等，气枪阵列应该由低频、中频和高频能量的气枪组成，

确保宽频带激发。

6.2阵列组合设计要求

阵列组合主要包括但不限于相干组合、调谐组合、立体阵列组合，要求满足宽频点源激

发的阵列组合。

6.3震源阵列深度要求

满足激发出一次波脉冲和鬼波脉冲能分开的深度。

6.4宽频子波模拟要求

根据《空气枪震源设计指南》进行子波模拟，子波振幅频谱值大于-6dB对应的低频小于

6Hz，陷波能量大于-20dB，频带要求达到5个倍频程。

7变深度拖缆采集参数优化设计技术规范

包括如下内容/要求：

a)基于区内或周边前期勘探成果，确定采集区崎岖海底地形、海底淤泥沉积厚度及Q

值，以及地下各地层速度和密度等，建立待采集区3D粘弹性地震地质模型。

b）根据工区海水深度、海底地形、地下地质构造等特征以及拖缆装备信息，选定某一

变深度缆型，但不限于弧形缆、犁式斜缆、直斜缆。

c)设定该缆型控制参数的可变化范围和变化步长，得到多组变深度缆型参数；

d)基于工区地震地质模型，按照拖缆采集观测系统，计算每组变深度缆型参数下目的

层平均叠加脉冲响应谱；

e）基于工区地震地质模型，采用震源宽频子波设计获得的模拟远场子波，按照拖缆采

集观测系统，采用粘弹性波动方程正演计算每组变深度缆型参数下的地震炮集记录，计算目

的层反射波平均叠加振幅谱。

f)对比分析所有组变深度缆型参数下的叠加脉冲响应谱曲线和叠加振幅谱曲线，基于宽

频频谱所要求的频谱形态、光滑程度、高低频能量大小以及频带宽度等参数，优选最优宽频

特征对应的变深度缆型参数。

g)优选出的最优宽频特征对应的变深度缆型参数波动方程模拟的炮集记录叠加振幅谱

频宽要求达到5个倍频程。

6

8整体性能评价

8.1海底复杂的统计特征分析

8.1.1复杂海底的定量描述

为了定量描述海底地形的复杂性，定义均方根高、相关长度和倾角谱三个统计参数。

均方根高为海底平均高度与海底高度的差的平方根，即：

1

n2

2。相关长度为海底崎岖程度的变化率；

(xixˆi)n1

i1

(r)h(r)h(rr)/2，式中，h(r)h(rr)表示自相关，2为归一化因子；倾角

谱为海底崎岖角度出现的概率密度分布，即：

1

qlimMMdMMd,qd1.

00

式中，为角度点的值；M为角度点的个数；d为角度离散间隔；M为区间

(0~0+d)内的离散点总数；q为单位角度区间(指角度在值附近的单位区间)的分布概率。

通过以上三参数的定量表达，定量描述海底的复杂程度。

8.1.2理论模型的特征分析

通过计算统计参数均方根高来描述海底地形的高程变化；利用相关长度来描述海底地形

的周期变化(或频率)，定量表征海底地形变化的统计特征。利用倾角谱中的倾角分布特征，

定量表征海底地形倾角变化大小。

8.1.3靶区模型的统计特征分析

利用8.1.1与8.1.2定义的定量描述海底崎岖程度方法，针对海底靶区的两条“十”字

相交地震测线，分别提取两条测线的海底地形数据，计算海底地形的均方根高和相关长度等

统计特征参数，并对比不同复杂海底地形处的统计特征和地震单炮记录，具体分析复杂的海

底地形对地震资料的品质的影响程度，进而调整深海观测系统采集参数。

8.1.4复杂海底对地震波的散射特征分析

通过已知调查的工区海底崎岖和起伏情况，建立海底崎岖模型，并模拟分析崎岖海底对

透散射能量和反射能量的影响，对透射损失较大和较小地区优化不同的道间距。

8.2采集观测系统分析方法

8.2.1观测系统共聚焦(CFP)分析

针对目标位置，结合地下速度模型，计算出三维地震观测系统的检波点聚焦属性与震源

7

点聚焦属性，进而定量分析整个观测系统的预期分辨率以及AVP属性(amplitudeversus

ray-parameter，或称Radon域振幅属性)。

8.2.2观测系统均衡性分析

据现代观测系统设计理论，引入炮检距、方位角和覆盖次数的均匀系数以及炮-检覆盖

均匀系数等参数，定量分析观测系统整体上的均衡性。

8.2.2.1炮检距、方位角分布均匀系数

N

2

定义面元内的炮检距分布的均匀性：2。其中，

XiXi1XmaxXminN1N1Xi

i2

为第i道的炮检距。当2越小时，炮检距分布越均匀。同理，炮检方位角、覆盖次数的均

匀系数也可以用上述类似的方式进行表达。

8.2.2.2炮-检覆盖均匀系数

nnnl1

定义观测系统的炮检覆盖均匀系数为势函数：，其中

-fx1,x2,,xnfi(i)

i1i1k1,kis0xixk,s

(i)

xi表示当前面元，xk,s代表当前面元内的炮检距，当定义的观测系统势函数越小时，炮-检覆

盖均匀系数越高，观测系统越合理。

8.2.3观测系统采集脚印分析

定义每一个炮检对所对应的WRW（上行波、反射点、下行波）权系数为：

222

k1p2qa1qa

C|WRW|1•12，

42r2qq

2a11a2

上述权系数的计算