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海上地震勘探系统在海洋环境保护中的应用引言:海洋是地球上最广阔的生态系统之一，提供了无数的资源和生态服务。
然而，随着人类活动的增加和技术的进步，海洋环境面临着越来越大的压力。
为保护海洋生态系统的健康发展，海上地震勘探系统的应用在海洋环境保护中扮演着关键角色。
本文将探讨海上地震勘探系统在海洋环境保护中的应用，并讨论其对环境影响的评估和管理。
海上地震勘探系统:海上地震勘探系统是一种通过向海底发送震荡波并记录反射波来探测地下地质结构的技术。
这种系统通常包括船只、声能源发生器、水听器阵列和数据处理设备。
通过分析反射波的信息，地震勘探系统能够提供关于海底地质构造、矿产资源、海洋油气田和其他地下地质现象的详细信息。
海洋环境保护中的应用:1. 海洋生态环境评估:海上地震勘探系统可用于评估海洋生态系统对人类活动的响应。
通过分析地震勘探数据，可以了解海底地形的变化、生物多样性和种群结构的变化以及海洋生态系统的脆弱性。
这些数据对于制定有效的保护策略和管理措施至关重要。
此外，地震勘探系统也可以发现潜在的生物多样性热点，以便在开发海洋资源时进行保护。
2. 海洋资源勘探与开发:海上地震勘探系统可用于定位和评估潜在的海洋资源，如矿物、油气和水合物。
通过分析地震数据，可以判断地下结构中是否存在富集的资源，并为资源开发提供可靠的数据支持。
然而，为了确保可持续发展，勘探活动需要与环境保护和生态恢复相协调。
3. 海域环境影响评估:在进行海洋工程项目（如开采油气、建设海上风力发电场等）之前，需要进行海域环境影响评估（EIA）。
海上地震勘探系统可以提供关于环境影响的客观数据。
通过分析地震勘探数据，可以准确评估改变海底地形和生物栖息地的潜在风险，以及其他可能对生态系统构成威胁的因素。
这些数据可以帮助制定环保措施和合理规划。
4. 应急响应和灾害管理:海上地震勘探系统在海洋环境灾害管理中的应用也非常重要。
例如，在海上发生地震或海啸后，地震勘探系统可以提供准确的海底地形和地质信息，帮助应急人员更好地了解灾情，制定适当的救援和恢复计划。
海上地震勘探系统在海底地球物理研究中的应用海上地震勘探系统已成为现代海洋科学研究中不可或缺的工具，尤其在海底地球物理研究中具有重要的应用价值。
海上地震勘探系统通过利用水面上的船只搭载地震仪器，能够获取海洋地球物理信息，加深对海底地质结构和地球板块活动的认识，为海底资源勘探、地质灾害风险评估和环境保护提供重要的科学依据。
海上地震勘探系统的主要工具是地震仪器，它们可以通过控制震源的强度和方向以及记录地震波在不同深度的反射和折射情况，得到准确的地下地质信息。
在海底地球物理研究中，主要应用了海底地震勘探中的两种技术：井下地震测井和反射地震勘探。
井下地震测井是一种通过在井筒中搭载地震仪器进行地震波记录的技术。
它主要应用于石油和天然气勘探领域，通过分析地震波在地下储层中的传播速度和振幅变化，可以推断出储层的类型、厚度、密度和裂缝等信息。
井下地震测井在海底地球物理研究中的应用使我们能够更好地了解海底沉积物和岩石的分布特征，为海洋油气勘探和海底工程的选择提供了重要参考。
反射地震勘探是另一种重要的海上地震勘探技术。
它通过地震波在地下与不同岩石层之间的反射来获取地下结构的信息。
在海上地球物理研究中，反射地震勘探广泛应用于海底构造和地质活动的研究。
通过分析反射地震剖面，科学家能够识别海底地壳厚度、地底构造、海山、海沟等地质特征，同时也可以探索海底地震带和火山活动的活动性。
海上地震勘探系统在海底地球物理研究中的应用不仅限于地壳结构和地质活动的研究，还具有评估地质灾害风险和环境保护的重要作用。
通过地震勘探系统获取的地下地质信息可以帮助科学家预测海底滑坡、地震和海啸等地质灾害的潜在风险。
同时，该系统还能提供有关海底地下水资源和海底地热资源的分布特征，为海洋环境保护和可持续利用提供科学依据。
除了传统的地震仪器，近年来一些新技术也开始应用于海上地震勘探系统。
例如，海底地震观测网和水下声源定位技术等。
这些新技术的应用使得海上地震勘探系统能够更加准确地记录地震波信息，提高数据的质量和分辨率，从而进一步促进海底地球物理研究的发展。
海上地震勘探系统在海洋生态保护规划中的作用摘要海洋地震勘探是一种重要的技术手段，通过海上地震勘探系统可以获取到海洋地壳中的地震震源信息，从而为海洋生态保护规划提供必要的地质数据。
本文主要探讨了海上地震勘探系统在海洋生态保护规划中的作用，包括海洋生态环境评价、海洋生物多样性保护、生态恢复与修复以及海洋资源开发等方面。
通过对这些作用的分析，可以更好地指导和促进海洋生态保护与可持续发展。
1. 引言海洋拥有广阔的领域和丰富的资源，对人类的生存和发展具有重要的战略意义。
然而，随着人类活动的不断扩大和加剧，海洋生态环境正面临着严峻的挑战。
为了保护海洋生态环境，制定科学合理的保护规划至关重要。
海上地震勘探系统作为一种重要的技术手段，具有获取地震震源信息的能力，对于海洋生态保护规划的制定和实施起着关键的作用。
2. 海洋生态环境评价海上地震勘探系统可以对海底地质进行全面的勘探和评价。
通过分析地震勘探数据，可以了解到海底地形和地质结构，包括水深、沉积物类型等信息。
这对于评价海洋生态环境的现状和变化趋势非常重要。
通过海底地质信息的获取，可以定量评估海底生态系统的脆弱性，并为海洋生态环境监测、保护和恢复提供科学依据。
3. 海洋生物多样性保护海洋是地球上生物多样性最为丰富的地区之一，拥有大量的物种和生态系统。
海上地震勘探系统在深海生物多样性保护方面发挥着重要作用。
通过地震勘探系统的应用，可以识别出潜在的生物多样性热点区域，并为这些区域的保护提供科学依据。
同时，地震勘探系统还能够评估人类活动对海洋生物多样性的影响，进而制定合理的保护措施，减轻人类活动对海洋生态系统的破坏。
4. 生态恢复与修复海洋生态系统受到各种因素的威胁，如过度捕捞、污染和气候变化等。
为了实现海洋生态系统的恢复与修复，需要全面了解海洋生态环境的状况和变化趋势。
海上地震勘探系统可以提供全面的地质信息，为海洋生态系统的恢复与修复提供必要的科学数据。
同时，通过地震勘探系统的应用，可以评估恢复措施的效果，并针对性地调整和优化措施，实现生态系统的健康发展。
海底电缆在海洋灾害应急救援中的应用海洋灾害应急救援是一个在海洋环境中应对自然灾害及其后果的复杂任务。
面对海洋灾害，如台风、地震、海啸等，及时高效的通信极为重要，而海底电缆正是应对这一需求的一项重要技术。
本文将探讨海底电缆在海洋灾害应急救援中的应用及其优势。
一、海底电缆的概述海底电缆是一种通过将电信和能源传输网络铺设在海底而形成的通信线路。
它由导体、绝缘层、护套以及钢缆组成。
海底电缆能够横跨大洋，连接各个国家和地区，实现全球通信互联。
二、海底电缆在海洋灾害应急救援中的作用1. 实时数据传输：海底电缆可以将实时数据传输到救援中心，包括海洋动力学、气象信息、地震监测等。
这些数据对于及时判断灾害发生的范围和程度，以及制定科学合理的救援方案至关重要。
2. 通信保障：海底电缆在灾害发生后，可以保障紧急通信。
相较于其他通信方式，如卫星通信，海底电缆具有更稳定、更高速的传输能力。
这在救援人员与受灾地区的沟通中至关重要。
3. 预警系统：海底电缆在灾害应急救援中还可用于预警系统。
例如，当地震传感器监测到地震活动时，数据可以直接通过海底电缆传输到救援中心，从而提前进行必要的灾害预警。
4. 水下探测和勘探：借助海底电缆，救援人员可以迅速了解受灾地区的水下地形、海洋生物、环境变化等信息，以便更好地制定救援计划和资源调配。
三、海底电缆的优势1. 高效稳定：海底电缆传输速度快，带宽宽广，能够提供稳定可靠的通信信号。
相较于无线通信，海底电缆在灾害环境中不易受到外界干扰，具有更高的通信质量。
2. 覆盖范围广：海底电缆可以覆盖大范围的海域，连接多个地区，形成全球通信网络。
这使得救援机构和受灾地区能够实现快速、高效的沟通和协作。
3. 抗干扰性强：相比其他通信方式，如移动通信或卫星通信，海底电缆受到干扰的可能性较低。
这使得海底电缆成为一种可靠的通信手段，在灾害应急救援中发挥重要作用。
四、案例分析近年来，许多海洋灾害中的成功救援案例证明了海底电缆的重要性。
海上地震勘探系统在海洋环境预警中的作用海洋环境预警是保障海洋安全和生态环境保护的重要手段。
而地震是海洋环境中一个重要的自然灾害因素，对海洋生态系统和人类活动都可能造成严重影响。
因此，海上地震勘探系统的建设和运用对于提高海洋环境预警能力具有重要意义。
海上地震勘探系统主要通过安装一系列地震仪器和设备，监测海底地震活动，并且从中提取有关地震信息进行分析和判读。
根据收集到的地震数据，科学家们可以预测和预警可能发生的海洋地震和海啸，以便及时采取相应的保护措施。
首先，海上地震勘探系统在防止海洋地震灾害中发挥着至关重要的作用。
通过不断监测海底地震活动，可以准确地预测地震的发生，并判断可能造成的破坏程度。
这为相关部门及时制定应急预案，迅速组织救援和疏散工作提供了重要依据。
海上地震勘探系统的建设为我们提供了及时的预警信息，降低了地震对海洋和沿岸地区的危害程度。
其次，海上地震勘探系统还对海洋生态保护和资源利用提供了重要的支撑。
地震活动对海洋生态系统的影响是全面的，可导致海底地壳运动和板块活动，从而引发海洋生态系统的变化。
通过对地震活动的监测，我们可以更好地了解地震活动对海洋生态系统多样性、物种繁育及海洋食物链的影响。
这些信息对于制定海洋生态保护政策和实施可持续资源利用非常重要。
此外，海上地震勘探系统还对工程建设和海洋油气勘探开发具有重要作用。
地震对海洋油气资源的形成、分布和运移有着深远影响。
通过海上地震勘探系统的运用，我们可以有效地探测和勘探各种海洋矿产资源，为工程建设和经济发展提供必要的地质信息。
这对于大规模海洋工程和海洋油气勘探开发项目的可行性研究和环境风险评估具有重要意义。
此外，建设海上地震勘探系统还可以提升海洋科学研究和科学技术创新的水平。
海洋地震作为一个复杂的自然现象，其背后隐藏着很多未知的科学问题。
通过不断对海底地震活动进行监测和研究，可以进一步了解海洋地震的机理和规律，揭示地球内部的变化和演化过程，从而推动海洋科学的发展和创新。
1 专业名词解释为了能理解文中的相关专业术语，下面对专业术语进行简单的介绍，以此来加深对海洋物探勘探拖带系统应用的理解掌握。
地震勘探船：海上地震工作是以地震队(船)的组织形式来完成的。
船舶上安装地震采集记录系统、震源控制系统、空气压力压缩设备、导航定位设备等，使用海上专用的电缆和检波器,在地震船航行中连续地进行地震波的激发和接收。
船应该足够大的马力，才能拖得动这些设备，在采集时优先考虑效率因素，所以船舶的动力和机动性决定着采集的效率。
缆间距：电缆与电缆之间的横向距离，常规作业一般为100米，海上电缆与电缆之间的间距主要是通过电缆之间的连接绳索的长度决定的。
震源阵列子阵间距：震源一般由多个子阵列组合而成，子阵列间的间距定义为子阵间距，震源系统的扩展一般采用自扩式扩展器，在最外侧阵列上加装分水叶片，阵列与阵列之间用一定长度的绳索缆间，拖带同一侧子阵从而实现整个源的布放。
电缆（排列）：在海洋地震勘探中，电缆拖在船后接收地震信号，由于电缆的比重与海水基本相同，在定深器的协助下，可沉放到任何深度，所以又称等浮电缆，它内部除主要有海洋检波器外，还有磁罗径、罗经鸟、声学鸟、RGPS、压力传感器、深度传感器等。
目前，主要使用的是sercel 生产的固体数字等浮电缆。
扩展器：一种用于海洋地震勘探的大型分水装置，船舶扩展器绞车通过高强度迪尼玛绳拖拽扩展器，装有分水叶片的扩展器与拖拽绳索形成一定的夹角，在水流的作用下向外扩，从而拖带电缆向外扩。
目前多缆拖带船主流使用的扩展器有BOAR 48和MODE 53。
721船使用的是MODE53扩展器。
浮鱼：一种具有2T 浮力的浮体，用于控制电缆头部的深度。
通过定深绳与前导段连接在一起，使电缆的头部达到设定的要求。
2 多源多缆水下拖带原理牵引式扩展方法是目前在海洋地震勘探作业船上使用最为广泛的一种水下系统扩展方法，大量应用于对水下枪阵和电缆的扩展。
牵引扩展方式的扩展原理：是借用水下扩展设备将电缆或枪阵扩展出去。
海洋短排列高分辨率多道地震高精度成像关键技术骆迪;蔡峰;吴志强;闫桂京;杜润林【摘要】基于高频震源的海洋短排列、高分辨率多道地震探测方法,具有主频高、频带宽的特点,是海底浅层地质研究,特别是海洋天然气水合物调查等方面的重要手段.针对这种地震探测方法不能有效控制电缆沉放深度、虚反射干扰严重且规律性差以及速度分析精度低带来的成像效果差等问题,研究了基于虚反射走时识别与模拟计算的电缆沉放深度计算方法,获得了检波点的准确沉放深度,为虚反射的有效压制提供了保障;采用基于相似性原理的排列长度放大技术,有效地解决了排列长度较短引起的速度谱能量团不聚焦的问题,提高了速度分析灵敏度,确保了地震资料成像处理精度.实际资料的最终成像处理结果表明,地震波组的信噪比和分辨率高,速度结构合理,BSR特征清晰,为海洋天然气水合物的识别和研究提供了高品质资料.【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2019(062)002【总页数】13页(P730-742)【关键词】地震分辨率;剩余时差;虚反射;速度分析【作者】骆迪;蔡峰;吴志强;闫桂京;杜润林【作者单位】自然资源部天然气水合物重点实验室,中国地质调查局青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071;自然资源部天然气水合物重点实验室,中国地质调查局青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071;自然资源部天然气水合物重点实验室,中国地质调查局青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛266071;自然资源部天然气水合物重点实验室,中国地质调查局青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071;自然资源部天然气水合物重点实验室,中国地质调查局青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071【正文语种】中文【中图分类】P6310 引言海洋天然气水合物赋存于浅层疏松沉积物中,深度一般小于1000 m,因此要求其勘探技术具有较高的浅层分辨率. 浅地层剖面、单道地震和高分辨率多道地震都是天然气水合物勘查常用的技术.浅地层剖面测量分辨率可达到1 m左右,但勘探深度一般小于100 m.单道地震测量虽然勘探深度较大,但是其信噪比较低、缺乏地震速度信息,限制了在海洋天然气水合物识别中的应用.因此,高分辨率多道地震测量成为了天然气水合物调查的重要手段(Horozal et al., 2009; Shipley et al.,1979; Taylor et al.,2000;张光学等,2011).目前海洋多道地震测量多采用调查船拖曳电缆的方式进行,常规的地震拖缆道间距大、排列长.气枪震源能量大、频率低、激发间隔大,对于海底以下千米级深度的目的层具有较好的探测效果,但不能满足以高频信号为主的浅层高分辨率地震成像的需要.另外,长排列地震拖缆使海上施工灵活性差且电缆平衡控制难度大,因此施工效率低、成本高.而采用高主频、宽频带、大能量电火花震源的海洋短排列、小道距、高分辨率多道地震探测技术可以弥补目前方法的不足.它具有接收道数少(一般24—48道)、道间距小(3.125～6.25 m)的特点,工作段缆长一般只有75～300 m,施工灵活性强,适应区域广,采集效率高、成本低.另外,由于拖缆较短,可以取消用于控制电缆沉放姿态的深度控制器,从而减少干扰源,提高地震原始资料的信噪比.这种地震探测技术的特点是使用大能量(激发能量高达20 kJ)电火花震源,它与气枪震源相比最显著的优势在于主频高、频带宽,其有效频率范围在60～1000 Hz之间,主频一般达到400 Hz以上,因此在具有较大的地层穿透能力的同时保证了勘探分辨率,能够实现在海水深度大于1000 m的海域穿透超过1000 m厚度的地层,且垂向分辨率达到1～3 m,可以满足海洋天然气水合物调查(褚宏宪等,2015)、工程地质勘查以及浅层地质等研究的需要.1 短排列、小道距、高分辨率多道地震原始资料特征及处理难点分析短排列、小道距高分辨率地震采集技术采用20 kJ电火花震源作为激发震源, 沉放深度2 m, 激发间隔12.5 m, 接收道数48道, 道间距6.25 m, 电缆沉放深度2 m, 最小偏移距37.5 m, 采样间隔0.5 ms.在采集过程中为了减少噪声,提高信噪比,没有使用深度控制装置控制电缆沉放深度.这种采集技术最大的优势在于可以提供更高的垂直与横向勘探分辨率,但是其固有的特点使后期地震数据的成像处理存在一定的难度,主要表现在以下方面.首先,由于缺少深度控制装置,调查船的速度、拖曳拉力及潮流方向等因素的改变会造成电缆沉放深度的非均一性,从而使CMP道集的同相轴错段；其次,较短的排列长度使依赖能量谱判别法则的速度分析敏感性下降；第三,激发、接收端虚反射走时及多次波压制的难度较大等.1.1 原始资料频率特征电火花震源的特点是激发的地震波频率高、频带宽(Mangipudi et al.,2014) .从初叠加剖面频谱分析(图1)看,最高截止频率可达到800 Hz,有效频率范围在60～400 Hz,主频在190 Hz左右.图1 地震叠加剖面频谱分析Fig.1 Spectrum analysis for preliminary seismic stacked data地震分辨率取决于地震信号的主频和频带宽度,主频越高,频带越宽,地震分辨率越高(李庆忠,1994; 俞寿朋,1993),因而电火花震源最显著的优势就是对地层具有较高的分辨能力.图2为我国重点海域天然气水合物勘查区短排列、小道距高分辨率地震资料的叠前时间偏移成像处理结果剖面,可以看出，在BSR附近20 ms的时窗内分布着3～4个地震反射波组,单个波组的视周期只有5～7 ms,具有较高的垂向分辨率；且天然气水合物地震识别标志—似海底反射波(Bottom Simulating Reflector,简称BSR)(Haines et al.,2017; Kroeger et al.,2017; Shipley et al.,1979)特征突出、接触关系清晰,能够明显的看到具有与海底反射平行且极性相反、与沉积层斜交以及上部空白反射带等BSR特征.1.2 虚反射多次波虚反射对海洋地震数据的影响存在于整个海洋地震采集和处理过程中，所有反射波中均存在虚反射多次波,引起陷波效应(Zhang et al., 2018),导致地震记录频带变窄,进而降低地震剖面的分辨率和成像精度，给地球物理解释工作带来困扰(王冲等,2016a，2016b).此外，虚反射的存在导致速度谱聚焦性变差，严重干扰地震波成像.因此，消除地震波中虚反射的影响也是这种短排列、小道距高分辨率多道地震资料处理的关键问题.地震波的主频高，子波周期短，虚反射的表现形式与常规海洋多道记录不同，主要表现为与有效波分离并伴随其后,即在炮集上表现为紧跟在海底反射之后，与海底反射极性相反(单一炮点或检波点虚反射)或相同(炮点和检波点虚反射叠加在一起)的同相轴,延迟时与炮检点沉放深度有关,即不考虑入射角的情况下为沉放深度的双程走时.图3(a，b)中，对应于主反射同时存在的3组虚反射多次波,分别为震源虚反射、检波点虚反射和震源加检波点虚反射三种情况(陈金海等,2000a,2000b;李套山等,1997).检波点虚反射是反射波上行时,电缆接收一次后,继续上行至海面,进而反射变为反极性的下行波被电缆接收形成的虚反射;震源虚反射是地震波震源发出后上行至海面,反射变为反极性的下行波，经海底反射后上行被电缆接收所形成的虚反射;震源加检波点虚反射是地震波震源发出后上行至海面从而反射变为反极性的下行波,经海底反射后上行,而后被电缆接收一次后继续上行至海面,反射变为与主反射同极性的下行波被电缆接收后所形成的虚反射.在速度谱(图3b)中，海底反射波能量团聚焦性差,呈现出高速和低速两组能量团.因此，在高分辨率地震记录中，虚反射的影响更为严重.图2 叠前时间偏移成像处理剖面的BSR特征Fig.2 Pre-time migration section showed BSR图3 虚反射地震剖面和速度谱(a) 海底反射(单炮); (b) 海底反射(叠加); (c) 速度谱(海底).Fig. 3 Ghost in seismic section and velocity spectrum(a) Seafloor reflection (single shot); (b) Seafloor reflection (stacking); (c) Velocity spectrum (seafloor).1.3 震源和电缆沉放深度误差对地震成像精度的影响理论上,同一测线的震源和电缆沉放深度是一致的,但是由于未使用深度控制装置，地震资料采集过程中的海浪作用、海流运动方向、大小及拖曳拉力变化等因素都会造成震源和电缆沉放深度偏离设计深度,使电缆纵向倾斜或弯曲,误差造成动校正时同相轴无法完全校平,使同相轴叠加时无法同相叠加,降低了地震记录的分辨率和叠加成像精度.在地震剖面中表现为同相轴扭曲，速度谱中表现为能量团不聚焦，速度分析精度较差；另一方面，造成检波点虚反射与海底反射不平行,严重时则出现与有效波同相轴相交或交叉的现象,造成虚反射压制困难,同时引起速度分析的多解性增加和成像噪声的增大.图4是采用基于波动方程的正演模拟技术获得的不同电缆沉放模式下的单炮记录，图4a表示两种电缆倾斜状态，图4b和4c分别为其对应的正演模型和正演模拟的单炮记录.图5是实际采集资料的单炮记录，图5a、5b、5c分别为三种不同电缆姿态及其对应实际资料的单炮记录.由图可见,检波点虚反射同相轴与海底反射同相轴不平行，且随电缆姿态的变化呈不同特征：当电缆水平时,虚反射同相轴与海底反射基本平行；当电缆姿态呈近道浅,远道深时,虚反射同相轴表现为下拉特征；而当电缆姿态呈近道深,远道浅时,虚反射同相轴表现为上翘特征.图6为未校正由于电缆沉放深度变化造成剩余时差的叠加剖面,由图可看出，在叠加剖面中通常表现为同相轴发生错动或扭曲,叠加成像发生畸变.当电缆倾斜时,由于叠加地震道中剩余时差的存在,难以实现完全的同相叠加,造成速度谱能量团不聚焦,从而降低了速度分析的精度.图7为一条测线在校正电缆倾斜造成剩余时差之前的速度谱,速度谱中叠加能量团分散、聚焦性差,难以拾取正确的叠加速度.一方面,剩余时差的存在使CMP道集内叠加同相轴不能完全校平.由于地震波在海水中的传播速度基本恒定不变,利用海水速度对海底反射波进行动校正,可以根据其是否拉平来评价电缆沉放深度是否相同,如图8a为单炮记录,海底反射波在动校正后并未得到校平(8b),可见电缆沉放深度存在差异.通过拾取虚反射走时,计算得出原始数据电缆深度变化范围为6～15.75 m,与设计的沉放深度2 m差异巨大. 虽然在常规地震勘探中,这种剩余时差可以忽略不计,但是对于高分辨率地震而言,消除由于震源和电缆沉放深度变化引起的剩余时差,实现CMP道集的同相叠加,是提高短排列小道距高分辨率多道地震成像精度的关键.另一方面,电缆沉放深度的变化具有一定的优势.虚反射陷波频率为f=nc/2hg,其大小由海水中声波传播速度c和电缆沉放深度hg决定(王冲等,2016a, 2016b;许自强等,2015),虚反射陷波频率随电缆沉放深度的增加而降低(图9).由图可见,不同拖缆沉放深度获得的地震通频带不同,拖缆沉放浅时,高频信息更丰富；而当拖缆沉放深时,低频信息更丰富,因此,可以利用不同拖缆沉放深度的虚反射陷波差异,优化低频和高频信号品质,达到拓宽原始数据频带宽度的目的,同时可以将虚反射陷波分散化,削弱陷波的影响(吴志强等,2016; Rebert et al.,2012; Soubaras and Dowle,2010).图4 电缆倾斜状态下的正演记录Fig.4 Forward modeling seismic recoed for variable-depth streamers图5 不同电缆状态下的实际单炮记录Fig.5 Single shot seismic records in different Situation of streamers图6 未校正剩余时差的叠加剖面Fig.6 Stacked section of uncorrected residual moveout图7 电缆沉放深度偏差引起速度谱能量团发散Fig.7 Stacked energy divergence in velocity spectrum caused by variable-depth streamers图8 电缆沉放深度偏差使海底反射波无法校平(a) 原始单炮记录; (b) 动校正后单炮记录.Fig.8 Cannot leveling of seafloor reflection caused by variable-depth streamers(a) Original single shot record; (b) Single shot record after dynamic correction.图9 不同电缆沉放深度导致陷波频谱(考虑高频衰减)Fig.9 Notches in the amplitude spectrum caused by ghosts at different streamer depths1.4 排列长度对速度分析精度的影响地震波速度是贯穿地震勘探全过程的重要属性信息,速度分析的精度决定了地震资料处理过程中各个步骤成果的准确性,尤其对于海域天然气水合物调查,地震速度信息是识别天然气水合物的重要依据.常规速度分析采用速度扫描的方法,该方法要求排列长度的设计要以引起叠加值或相关值的明显变化的动校正时差为标准,要求速度分析的精度越高,排列长度应越长(何汉漪，2001).海洋短排列、小道距高分辨率多道地震采集方式的拖缆排列长度通常小于300 m,因此,速度谱能量团的聚焦性除了受到电缆沉放深度变化和虚反射的影响以外,还受到排列长度的影响.图10为不同排列长度的正演模拟速度谱,可以看出,当排列长度较短时,由于提供速度分析所需的走时信息较少,速度谱能量团聚焦性较差,速度拾取存在较大的困难,因此速度分析精度较低.只有达到一定的排列长度,提供足够的走时信息时,才能形成能量聚焦的速度谱,提高速度分析精度.虽然电火花震源的高主频性能够在一定程度上弥补排列长度较短的缺陷(Luo et al., 2017),但是排列长度仍然是影响速度分析精度的主要因素.为此,本文针对性开展了数值模拟研究,论证排列长度是速度分析精度的主要影响因素.假设标准叠加速度为1535 m·s-1(相当于海底之下地层的地震叠加速度),利用不同的叠加速度(1200～1800 m·s-1)进行速度扫描,根据校正时差,叠加形成新的子波,计算新形成子波的均方根振幅与标准速度子波的均方根振幅的比例.根据速度分析原理可知,随扫描速度的变化,均方根振幅能量下降的越快,则速度谱能量团聚焦性越好,速度分析精度越高.为了更好地说明排列长度对速度分析精度影响大于主频的影响,设计了两种模型进行模拟对比.模型1为短排列模型,设计排列长度300 m、主频200 Hz；模型2为长排列模型,设计排列长度1200 m,即排列长度放大4倍,相应的采集数据主频为短排列的1/4,主频为50 Hz.图11分别为两种模型的速度扫描结果,由图可见,模型2的均方根振幅能量下降的更快,且在1535 m·s-1时能量达到最大,叠加振幅在标准叠加速度处聚焦性较好.模型1当速度误差为10%时(1380 m·s-1),均方根振幅能量下降了14.5%,而模型2的均方根振幅能量则下降了70.7%.由以上分析可知,当排列长度扩大,虽然主频等比例缩小,但是仍然能够大幅度提高速度分析精度.图10 正演模型道集不同排列长度对应的速度谱Fig.10 Velocity Spectrums of Forward Modeling Gathers in different Spreads实际资料的排列长度是固定的,不可能通过增加排列长度提高速度谱能量团的聚焦性,因此,如何在排列长度一定的情况下,提高速度谱能量团的聚焦性,是提高小道距高分辨率地震速度分析精度的关键.上述模拟结果为基于地震模型学相似性原理的精细速度分析技术的应用提供了理论基础,也是本文后续探讨的内容之一.图11 不同排列长度和主频条件下均方根振幅下降比例对比图Fig.11 Contrast chart showing proportion of decline in RMS amplitude under different conditions of seismic dominant frequencies and spreads2 短排列小道距高分辨率多道地震资料处理关键技术2.1 基于虚反射走时的电缆沉放深度计算与剩余时差校正在电缆等浮(沉放深度相同)的情况下,地震记录中虚反射同相轴和一次波同相轴平行,表现为光滑的双曲线形态,在小偏移距范围内可以忽略虚反射周期随入射角的变化,且炮点和检波点虚反射延迟时是沉放深度的双程走时.但在实际采集过程中由于沉放深度的差异,不同接收点具有不同的沉放深度,使地震记录中的海底反射波存在明显的同相轴扭曲现象,对应的虚反射同相轴也不完全和一次波平行.由前面的分析可知,本文数据中虚反射多次波与一次波彼此分离,电缆沉放深度是影响走时变化的主要因素,而数据中缺乏电缆沉放深度的准确数值,因此,利用虚反射走时特征进行电缆沉放深度的求取,进而评价电缆的工作姿态并进行校正,是本文的研究重点之一.通过虚反射射线走时公式计算可以得到虚反射与主反射时差dT公式：],(1)式中：DWB为海底深度,DR为检波点沉放深度,Ds为震源沉放深度,为偏移距,V为海水速度,本文采用1500 m·s-1.由公式(1)可以反推出的通过主反射与虚反射旅行时计算相应检波点深度的公式：(2)在偏移距、海底深度以及虚反射时差已知的情况下,可以由公式(2)计算出实际的检波点(电缆)沉放深度,由此可以计算出检波点的剩余时差dTre：(3)本文根据上述理论公式,首先采用交互式的拾取方法,拾取每炮的海底反射波及其对应的检波点虚反射走时,由虚反射时差计算每炮记录的实际电缆沉放深度,进而计算剩余时差并进行校正,将电缆沉放深度统一校正到海平面,实现同相轴同相叠加,提高地震分辨率.同理,拾取每炮对应的炮点虚反射时差可以计算炮点沉放深度变化引起的剩余时差,从而将炮点沉放深度统一校正到海平面.图12为剩余时差校正前后叠加剖面的对比图,由图可以看出,剩余时差校正后,叠加同相轴光滑,海底扭曲现象消失,有效反射波连续性明显提高,剖面整体信噪比和分辨率均得到提升.2.2 虚反射压制虚反射是一种不可避免的干扰波,其波形、频率、视速度等都与一次波相似,从而严重干扰一次反射波,降低地震分辨率,甚至产生假的同相轴,给地震解释造成困扰.随着地震资料处理向精细化发展,消除虚反射的影响已经成为海上地震资料处理的一个热门的研究课题.通过虚反射压制,可以达到拓宽频带,提高地震数据分辨率的作用.压制虚反射的方法较多(Fang et al.,2017; Wang et al., 2017)，适用条件和效果差别较大(陈金海等,2000a,2000b).本文在采用基于虚反射走时的电缆沉放深度计算方法，准确求取炮点、检波点沉放深度的基础上，采用了F-K域的虚反射压制技术,该技术的特点是在已知检波器深度和海水速度的情况下,针对检波点和炮点虚反射,分别在炮域和共检波点域进行压制,从而消除虚反射效应,改善剖面波组特征,拓展频谱宽度(蒋陶等,2017;孙福利等,2011).在F-K域采用如下算子压制虚反射：(4)其中,R是界面反射系数；V一般取值为1500 m·s-1；z是震源(或检波点)的深度；F和K分别表示数据的频率和波数.在采用F-K域虚反射压制之后,剖面上仍然存在一套与海底反射平行的虚反射残余,分析认为该套虚反射是由于计算获得的震源和电缆沉放深度与实际沉放深度仍存在微小误差，并且受到海水速度误差、海浪以及虚反射拾取误差等因素的影响, 使虚反射压制因子的求取不够理想造成的,因此,为了更进一步压制虚反射,在F-K域虚反射压制基础上,又采用了预测反褶积虚反射压制技术,较好的压制了虚反射残余.图13是虚反射压制前后的叠加剖面和频谱对比.从剖面可以看出,通过组合应用F-K 域压制虚反射技术和预测反褶积技术处理后,虚反射引起的子波旁瓣得到了很好的压制,剖面上地层的反射特征更加突出、可靠,陷波效应得到了明显补偿,高低频信息得到了拓展(图13c).2.3 基于地震模型学相似性原理的精细速度分析由正演模拟可知,地震叠加速度的分析精度主要取决于排列长度.为了提高速度分析精度,基于地震模型学相似性原理,采用放大排列长度、相应降低数据主频的方法,进行叠加速度分析处理.相似性原理(陆基孟和王铁男,1988)是地震模型学的基础,由波动方程的不变性理论可推出实际地质和物理模型之间速度、时间、距离、频率等参量之间的关系：(5)当时,则有：图12 剩余时差校正前后叠加剖面对比(a) 剩余时差校正前叠加剖面； (b) 剩余时差校正后叠加剖面.Fig.12 Contrast showing stacked section before and after correction of residual moveout(a) Stacking profile before residual moveout correction; (b) Stacking profile after residual moveout correction.图13 虚反射压制叠加剖面和频谱对比图(a) 虚反射压制前叠加剖面; (b) 虚反射压制后叠加剖面; (c) 虚反射压制前后频谱.Fig.13 Contrast showing stacked profiles and frequency spectrums before and after ghost suppression(a) Stacking profile before ghost suppression; (b) Stacking profile after ghost suppression; (c) Frequency spectrums before and after ghost suppression.或(6)(7)其中分别表示尺度、时间、速度和频率,下标R和M分别表示实际地质和物理模型. 以上公式表明,在波动方程成立的前提下,当波速相等或相似,实际地质和物理模型之间的尺度和时间应等比例增大或缩小,而频率则呈反比例变化,且模型尺度相似比和波长相似比也应相当.借鉴地震模型学中的相似性原理，在地震速度分析过程中,将地震数据在排列长度和时间尺度等比例放大,增加远炮检距道上提供速度分析所需的时差信息,增强速度谱能量团的聚焦性,从而提高速度分析精度.具体的做法是,根据图11的模拟结果分析,考虑到时间同时放大的因素.在观测系统定义中将炮间距、偏移距、道间距同时放大4倍,使最大偏移距达到1325 m,同时修改地震记录的道头信息,使炮间距、道间距等信息与观测系统同步,时间采样间隔同步放大4倍,地震主频随之降低至原来的1/4.通过该方法，在进行速度扫描时,相邻地震道动校正时差的差异增大,相关振幅值对速度变化的敏感度明显增强,速度谱上能量团得到有效聚焦,从而提高速度分析精度.在完成速度分析,拾取到准确的叠加速度后,恢复观测系统,并利用实际观测系统和地震数据进行后续成像处理.图14(a,b)分别为实际资料同一CDP道集参数调整前后的速度谱剖面,可以看出,在扩大了排列长度之后,由于增加了远炮检距道所提。
地震预警系统在海洋工程中的应用研究地震是自然界一种破坏性极强的地质灾害，有时会导致巨大人员伤亡和财产损失。
尤其对于处于海洋环境中的工程项目来说，地震风险更是显著增加。
为了更好地保护人们的生命安全和海洋工程的可持续发展，地震预警系统成为一个重要的研究方向。
本文旨在探讨地震预警系统在海洋工程中的应用研究。
一、地震预警系统概述地震预警系统是一种基于地震监测数据和分析算法的系统，通过及时、准确地判断地震的发生和传播过程，为预警提供有效的时间和空间。
目前，地震预警系统已经在许多发达国家得到广泛应用，并发挥了重要作用。
二、地震预警系统在海洋工程中的意义1. 保护人员安全：在海洋工程中，如海底隧道、海洋平台等工程项目，人员的安全是首要考虑因素。
通过地震预警系统，可以及时预警工程项目所在地是否将受到地震的影响，从而提前采取安全措施，减少人员伤亡风险。
2. 保护工程设施：海洋工程设施常常暴露在海洋环境中，受到地震的影响更加明显。
地震预警系统可以提前预警，让工程设施进入保护状态，减少受损程度，保证工程设施的稳定运行。
3. 保护海洋生态环境：海洋工程项目的建设和运营对于海洋生态环境有一定的影响。
地震预警系统可以及时预警并通过紧急预案采取措施，保护海洋生态环境免受地震的破坏。
三、地震预警系统的应用案例1. 海底隧道项目：地震预警系统可以对海底隧道的工程施工提供预警，当发生地震时，可以及时中断隧道施工，确保人员安全，并保护隧道结构不受损害。
2. 海洋风电场项目：地震预警系统可以监测和预测地震活动对海洋风电场的影响，并及时采取措施，确保风电设施的安全，减少损失。
3. 海洋平台项目：在海洋平台项目中，地震预警系统可以对平台结构进行监测，及时预警，保护平台的稳定性，确保项目的正常运营。
四、地震预警系统存在的挑战及解决方案1. 数据收集和处理：地震预警系统需要海洋环境中的地震监测数据，但数据采集困难。
解决方案是加强监测设备的部署，并进行数据共享和分析，提高数据的准确性和时效性。
２０２０年１０月第５５卷 第５期 ＊山东省青岛市崂山区仙霞岭路６号自然资源部第一海洋研究所，２６６０６１。
Ｅｍａｉｌ：ｐｅｉｙａｎｌｉａｎｇ＠ｆｉｏ．ｏｒｇ．ｃｎ本文于２０２０年３月１９日收到，最终修改稿于同年７月２６日收到。
本项研究受国家重点研发计划项目“近海底高精度水合物探测技术”（２０１６ＹＦＣ０３０３９００）、国家自然科学基金（国家基金委—山东省联合基金）项目“海洋地质过程与环境”（Ｕ１６０６４０１）、青岛海洋科学与技术国家实验室鳌山科技创新计划项目“亚洲大陆边缘地质过程与资源环境效应”（２０１５ＡＳＫＪ０１）和泰山学者工程专项经费资助项目（ＴＳＰＤ２０１６１００７）联合资助。
·采集技术·文章编号：１０００－７２１０（２０２０）０５－０９６５－０８深拖式多道高分辨率地震探测系统在南海首次应用魏峥嵘①②③ 裴彦良＊②③④ 刘保华④⑤（①长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安７１００４６；②自然资源部第一海洋研究所，山东青岛２６６０６１；③自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室，山东青岛２６６０６１；④青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室，山东青岛２６６０６１；⑤国家深海基地管理中心，山东青岛２６６２３７）魏峥嵘，裴彦良，刘保华．深拖式多道高分辨率地震探测系统在南海首次应用．石油地球物理勘探，２０２０，５５（５）：９６５－９７２．摘要 自主研发的深拖式多道高分辨率地震探测系统（Ｋｕｉｙａｎｇ－ＳＴ２０００）主要由高声源级、宽频带的等离子体电火花震源和４８道（道间距为３．１２５ｍ）数字零浮力拖缆组成，最大作业深度可达２０００ｍ。
系统采集作业时将震源及接收缆同时拖曳于近海底（小于１００ｍ），缩短与被探测目标的距离，降低地震信号在传播过程中因海水吸收导致的衰减，且能克服海面拖曳勘探方式中多次波、气泡效应、海洋噪声等不利因素的影响。
应用Ｋｕｉｙａｎｇ－ＳＴ２０００系统在中国南海Ｅ海域进行了首次实际采集试验（工区海底深度约１５００ｍ，系统作业深度约１４００ｍ），所得海试数据具有较高信噪比，经精细处理后的最终成像剖面具有很高垂向、横向分辨率，验证了Ｋｕｉｙａｎｇ－ＳＴ２０００系统的优越性，且弥补了海上常规多道地震探测系统分辨率不足的缺点。
