近海勘探中几种工程物探方法采集技术分析

近海勘探中几种工程物探方法采集技术分析

魏青雪

中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司 072751

摘要：随着科技的飞速发展，人们的活动范围逐渐扩大，资源缺口逐渐加大，对世界的认知需要也逐渐增多，近海项目成为时下的热门项目。本文从近海勘探现状入手，总结相关技术经验，探讨工程物探方法采集技术，为近海资源的开发和近海地质的研究提供参考方案。

关键词：近海勘探；工程物探方法；采集技术

前言：近海作业和陆地作业不同，地质环境隐藏在海水以下，数据信息受到干扰较多。因此，近海勘探需要采用一些先进的技术方法对地质数据进行采集和还原。由于近海勘探任务不同，所采取的工程物探方法采集技术也各不相同，所以往往需要工作人员掌握多种技术方法，并配合使用。

一、近海勘探现状

在人类的发展过程中，资源一直扮演着重要的角色，为了扩大人类活动边界，进行近海建设，需要对近海地质情况进行勘探，对近海的浅层气、沉积物等进行分析，得出近海环境评估结果。另外，还需要对近海的潜在地质灾害进行预判，对诸如海底火山等潜在危险区域进行标注^[1]。通过对地质和环境的评估，形成书面或者信息化的物探资料，为科学研究提供数据支持。

在近海勘探中，潮汐、暗流、行船都会对物探采集造成影响，为了提升近海勘探数据的准确性，要提前对近海周边环境进行分析研究，提升数据品质。目前，我国多数近海勘探使用地震勘探技术和声学勘探技术，电磁勘探技术则正在研发过程中，没有大量投入使用。

二、近海勘探工程物探方法采集技术

（一）水域地震映像

水域地震映像采用固定的水听器接收波信号，在船上通过敲击、打电火花和气枪等形成震源后，采集震动波反馈数据。通常水听器会被固定在船尾的某个位置来降低误差。安设水听器之前，需要先在船尾的不同位置进行试验，以达到最佳效果。另外，震源和水听器都需要浸在水深度大于一米的地方，这样不仅能避免海浪对数据造成影响，也能提高数据采集的质量。

在实际的近海勘探工程物探采集中，通常在平潮无潮汐干扰的情况下进行勘探。震源通常被固定在船尾的水下位置，水听器放置于船舷的水下位置，在海水和第四系沉积层密度相差较大，二者的接触面相对良好，能够清晰的反射出水底的地质情况。另外，基岩层的地质情况也能随着地震波的反馈向科学家揭开神秘的面纱。这是因为固定的偏移距离导致水听器接收到类型一致的有效波，通过动力学相关公式计算出近海水下地质的横纵数据。值得一提的是，海水作为质地较为均匀的介质，相较于大陆架上的勘探，误差更低。但是，近海收到的干扰多于陆地，震源造成的误差和行船干扰等使二者难以进行公正的比较。这种方法更适用于勘探近海下基岩情况，也适用于探测水底的地质情况，分辨率较高，对现场有着较为良好的还原作用。

2. 水域多道反射地震

多道地震是以人工的方式生成地震波，这个地震波的频带需要尽量宽，通过对地震信号的回收，可以进行数据化分析，通过频率、相位等数据，对地质进行勘探。应用在水域中，通常生成一次地震波，并进行多次覆盖。

频带足够宽的地震波，可以反馈更多的地震波谱信息。与此同时，增加主频可以有效的对近海海下地质进行精密的探测。在实际操作过程中，震源通常被安设到船舷或者船尾，沉入水面一米到二米之间，不仅能减少海浪的影响，也能降低上行波的影响。震源通常选取气枪或者电火花，但是二者存在较大差异，需要使用者结合实际情况进行选取。气枪作为震源，震感强度较大，频带较宽，能够探测较深层的地质，但是容易产生气泡，引发联动效应，造成二次激发。电火花主频较高，能量集中，受环境影响误差较小，但是激发的地震波也较小，探测纵向范围较小。

水域多道反射地震使用小道距漂浮电缆进行接收，电缆中安设了一个小的听水器。使用者需要将漂浮电缆沉入水底一定深度，降低勘探成本^[2]。通常的做法是将漂浮电缆也系在安置震源的船上，由船只进行拖动，对载波信号进行采集。接下来，对信号进行简单的处理，也可以对信号实时监测，掌握近海水下地质情况。

该技术方法多用于勘探较为复杂的地质情况，采集夹层与薄层的真实数据，分辨有效波和干扰波，水底反射清晰。但是在操作之前需要多次试验，选择最佳的震源和接收反馈位置。

（三）浅剖法

浅剖法是针对水下探测的一种物探采集技术，通过换能器向水下发射声波，并接收水下反馈的信号确定地质特征。该技术分辨率较高，但是更加适合勘探淤泥层。在勘探砂砾层时，分辨率会受到极大的影响，勘探深度也会有所降低。声波的衰减效应相较于地震波更强，勘探深度较浅，不适用于需求勘探深度较深的工程。浅剖法的优势在于对深度较浅水下地质的勘测分辨率，以及受到浅层气等不良地质现象的影响较小。

实际应用过程中，将拖鱼置入水中的一米到三米深度之间，发送声波信号，联动计算机，进行数据化处理，并通过GPS实时定位，可以传输出水下的浅剖记录图像。为了提升数据的精确度，需要系住拖鱼的船匀速行驶，尽量选取平潮开展勘探工作。若相关条件不允许，也可以保持船顺水行驶以降低水浪带来的误差，减小拖鱼晃动幅度。另外，声波容易受到噪音干扰，需要尽量降低船速，保持工作环境的安静等。为了进一步降低信号受到的干扰，拖鱼可以安置在船舷附近，用绳子进行固定。值得注意的是，在船行驶过程中，尽量避开有海底沉积物的区域。

浅剖法全名浅地层剖面法，常用于软土勘测，对部分疑难地质情况也能较好的采集数据，形成分辨率较高的地质图像。但是，需要注意其他声音的干扰。

（四）观测系统与勘探平台

在过去，近海勘探人员将物探设备漂在海面上再进行数据的采集，这种方式测得的数据有着较大的误差，需要研究人员做很多后续的处理才能让数据具备可信度，加大了勘探的难度。因此，研究人员开始研究海底观测系统，主要成果有：海底地震仪、电磁勘探设备等。这些设备在海底资源的勘探和地质考察中起到了巨大的作用，但是，由于使用条件的限制，其在近海勘探中尚未普及。但是随着科研技术的不断发展，勘探工程物探方法采集技术的不断进步，在不远的将来，可以研发出分辨率高，受地形影响较小的近海勘探物探采集技术。

另外，为了提高勘探过程中的安全性，提高勘探效率，降低勘探成本，国内部分勘探公司选择在海上搭建勘探平台。平台主要分成“动”、“静”两个类型：“动”平台采用船载式，选用自航的工程船，勘探平台安置在船的中间和船舷附近，以增强平台的稳定性。安装相对较为简单，随安随走，成本较低；“静”平台安装在近海的海床上，桩腿插入海床中，平台整体露出水面，避免海浪干扰，勘探人员甚至可以在平台上自由活动，对于特殊勘探任务，桩腿可以收缩，使平台整体下降到水面以下，利用冲桩系统的运行，拔出桩腿，移动到另一个孔位。两种平台都具有一定的优势和局限性，“动”平台成本低，移动简便，但是稳定性相对较弱，随着船只运动平台易发生晃动，对数据的干扰较强；“静”平台相对稳定但是造价高，维护成本昂贵，难以进行普及。

结论：现阶段国内主要的几种近海勘探工程物探方法采集技术都有着其自身的优劣性，在实际的勘探工作中通常配套使用，针对不同的地质环境采用不同的技术，这能在最大程度内提升勘探数据的准确性，降低外在干扰，将近海水面下的真实情况呈现在勘探人员眼前。

参考文献：

[1]钮建定,李孝杰,胡建平.近海工程勘探平台创新设计及应用[J].中国港湾建设,2020,40(12):5-9.

[2]周飞,王磊.浅层物探技术在近海灾害地质与工程地质调查中的应用建议[J].科技资讯,2020,18(26):54-55+58.