摘要：海底节点位置坐标误差会直接影响OBN 地震资料成像品质，需要采取措施对节点位置进行质控。文章分别论述 了超短基线声学定位系统和长基线声学定位系统在放缆过程中和节点沉放之后对节点位置的有效质控，并通过实际案 例阐述了 OBN 地震采集水下定位质控技术应用效果。

　　关键词：OBN 地震采集；二次定位；质量控制

　　0 引言

　　OBN(海底节点) 地震采集是一种先进的海上地 震数据采集技术，相比拖缆采集和 OBC(海底电缆) 地震采集可以适应更为复杂的海面和海底条件，观测 系统设计更为灵活，施工作业更加高效，其采集方式 如图 1 所示[1]。2019 年中海油渤海油田实施了国内首 块 OBN 地震数据采集，相比过去拖缆采集，获得的数 据更加精准[2]，之后 OBN 地震采集技术开始在我国海 上油田推广应用。在 OBN 地震采集中海底节点定位精 度直接影响地震资料采集质量，海底节点在投放过程中受到海流、潮汐等因素影响，其在海面的投放位置 坐标与沉放海底之后的位置坐标存在较大差异，这种 偏差会对地震资料成像产生影响，进而影响地震勘探 精度[3]。节点船释放节点设备示意图如图 2 所示，节点 位置偏离设计示意图如图 3 所示。因此，需要采取有效 措施在采集过程中对海底节点水下定位进行质控。

　　1 OBN 投放点位质控技术

　　在 OBN 节点投放时，最为常用的方式是用缆绳 基于一定距离将一个排列上的多个节点连接起来，然 后按照排列设计将其沉放在海底，在完成地震数据采 集之后再将所有的节点进行回收。为了解节点在海底 的准确位置，在每个节点上安装 1 个定位应答器，通 过定位应答器发射信号便可以了解其在海底的位置 坐标。采用上述方式投放节点，为保障节点水下定位 的准确性要对放缆过程进行控制，提高放缆精度，确 保实际沉放到海底的测线位置与观测系统设计位置 基本一致。如果两者之间偏差太大，将可能导致地震 资料覆盖不均匀甚至局部无覆盖问题。通常情况下放 缆误差应低于道距的一半，如果超过该误差需要重新 进行放缆[4]。在具体作业过程中为了保障精度，要采 用超短基线声学定位系统对节点位置进行实时监测， 通过计算实测位置与设计位置之间的偏差来指导放 缆船的行进速度和行进方向。

　　1.1 超短基线声学定位系统

　　该系统构成主要包括主控机、发射换能器、接收 水听器、应答器、编码器以及定位软件等，其中发射换 能器和接收水听器共同构成了换能器基阵。在进行定 位时，发射换能器会向水下反射信号，应答水听器在 接收到信号之后会基于提前设定的频率应答信号。通 过检测应答信号传输至接收基阵不同阵元之间的时 间延迟，可以计算得到应答器的俯仰角以及方位角。 综合测量得到的距离和航向角度，得到其的大地位置 坐标，通过坐标变换得到应答器所处的经纬度，进而 实现对节点位置的准确定位。换能器基阵存在一定的 方向性，在进行组装时自身坐标系与船体坐标系不会 完全重复，因此换能器会存在一定的安装偏差，为保障 定位数据精度，要在使用之前对基阵进行校准处理。同 时姿态传感器和罗经也会存在一定安装偏差，要通过 外部测量设备进行测量，然后再进行针对性校正。超 短基线声学定位系统在校准结束之后通过串口与综 合导航系统连接，由导航系统对超短基线声学定位系 统进行指令操控，随后导航人员对超短基线声学定位 系统数据进行处理。

　　1.2 OBN 投放过程质控

　　在沉放节点之前，要将桩号以及节点序列号关系 对应表等数据信息全部导入导航操作系统中。在开展 节点沉放作业时，启动铺缆和定位功能，由超短基线 声学定位系统通过实时定位应答器位置来保障节点 沉放位置的准确性[5]。导航系统在获取应答器水下位置信息之后，会在导航屏幕上展示应答器的位置信息 以及整个节点沉放过程。同时导航系统会计算得到节 点实际沉放位置与设计位置之间的偏差，导航人员基 于计算偏差，结合当前洋流情况与船舶驾驶员和放缆 工作人员进行沟通，调整放缆船方向和速度。

　　2 OBN 地震采集水下节点定位质控技术

　　节点在沉放到海底之后，要对每个节点重新进行 定位，即二次定位。在部分情况下受到海流冲击和人 为因素影响，海底节点位置偏离较大，这时要进行多 次定位。节点位置精度直接影响地震资料成像质量， 导致地震剖面信噪比较低，小构造、小断层以及潜山 内幕等成像不清晰，难以满足高精度勘探开发需求。 因此节点位置对于后续地震资料处理非常重要。

　　不同声学定位系统具有不同的定位精度和适用 性，通常来说长基线声学定位系统精度最高，短基线 次之，超短基线最低。为了获取更为准确的节点海底 位置信息，在节点二次定位时要采用长基线声学定位 系统。

　　2.1 长基线声学定位系统

　　长基线声学定位系统构成与超短基线整体一致， 不同点在于长基线声学定位系统的声学换能器为收 发合置换能器。安装在各个节点上的应答器之间的距 离形成基线，基线距离从几十米到几千米不等，该距 离相对于超短基线来说称之为长基线系统。该系统在 获取声学换能器与应答器之间的距离之后通过球面 交汇法便可以获取节点位置坐标。声学换能器连接放 缆船，放缆船在行驶过程中会在固定时间间隔发射询 问信号。海底节点上的应答器接收到询问信号之后会 发出应答信号，水声换能器将接收到的应答信号传输 至主控机，主控机基于信号之间的时间差便可以计算 水声换能器与应答器之间的倾斜距离。换能器位置坐 标由 GPS 获取，这样在获得多次观测数据之后便可 以采用平差法计算得到应答器的位置坐标信息，即海 底节点的大地坐标。

　　2.2 海底节点二次定位

　　通过上述分析可知，测量水声换能器与应答器 之间的距离是对海底节点进行二次定位的关键。为得 到准确的测量距离，要在二次定位之前对工区进行详 细踏勘，明确水深以及水中声波传播速度[6]。在获得 二次定位结果之后，要从两个方面来对其质量进行评 价：一是采收率。采收率是一条测线上定位合格的应 答器在总应答器中的占比，数值越高表示声学定位质 量越高，通常二维采集要求采收率不低于 60%，三维采集要求采收率不低于 80%[7]。在采用该指标对声学 定位质量进行评价时还应该增加 1 个附加指标，即 定位不合格应答器不能连续超过 5 个，这样可以有 效避免 1 条测量整体采收率很高但是局部采收率很 低情况。二是定位点偏差值，即二次定位结果与设计 坐标之间的偏差。通过定位结果文件可以详细查看 各个节点的偏差值大小以及偏差方向。影响偏差值 的主要因素除了沉放原因外，还包括系统误差，比如 GPS 测量误差、水中声波速度传播误差、计算误差等， 这些系统误差均可以在作业之前通过系统精度测试 进行校准，校准之后的长基线声学定位系统误差范围 要求在 1 m 之内。

　　3 OBN 地震采集水下定位质控技术实际应用

　　本文以国外某 OBN 采集项目来分析 OBN 地震 采集水下定位质控技术实际应用效果。该项目采集范 围为 4 644 km2，水深 10～80 m。OBN 采集道间距为 50 m，要求放缆精度在 25 m 之内。抽取某条测线对放 缆精度进行分析，该测线共有 80 个节点。在放缆过程 中采用超短基线声学定位系统控制放缆精度，放缆 结束后马上采用长基线声学定位系统对沉放到海底的 节点进行定位，计算两次定位结果之间的纵向偏移量 和横向偏移量，结果分别如图 4 所示。从图中可见两 次定位结果之间的纵向偏移量和横向偏移量整体均 在 5 m 之内，这也表明本采集项目通过超短基线声学 定位系统控制放缆具有较高的精度。

　　在放缆作业过程中，该测线上的节点缆线被其他 船只拖拽，导致部分节点位置可能发生变化。为了解 该测线被拖拽之后的节点位置情况，采用长基线声学 定位系统重新对节点位置进行定位，将结果与放缆结 束之后的定位结果进行相减，得到节点被拖拽之后的 位置偏差图。图 5 为该测线被拖拽之后各节点纵向偏 移量和横向偏移量，可以看到部分节点受到缆线拖拽 影响其位置已经明显发生了变化，距离较远的节点受拖拽影响较小。其纵向偏移量和横向偏移量基本为 0， 这也表明了长基线声学定位系统具有较高的定位精 度。通常来说节点重量通常大于 10 kg，在没有大风大 浪以及其他意外情况下，其在海底位置较为稳定，基 本上不会发生大的偏移。

　　OBN 地震采集水下定位直接影响着地震采集的 效果，与基于观测系统设计坐标得到的叠加剖面相 比，采用长基线声学定位系统二次定位后的叠加剖面 具有更高的信噪比，同相轴连续性更好，波组特征更 加清晰。

　　4 结语

　　综上所述，海底节点位置坐标误差会直接影响 OBN 地震资料成像品质，进而影响油气勘探开发精 度，有必要采取措施对节点海底位置进行质控。在节 点放缆作业时通过超短基线声学定位系统可以有效 控制放缆精度，避免因放缆误差过大而重新进行放缆 作业。对已经沉放到海底的节点，采用长基线声学定 位系统可以对其进行准确定位，误差通常在 1 m 之 内，有助于获得准确的节点位置信息，为后续 OBN 地 震资料处理奠定基础。

　　参考文献：

　　[1] 吴志强，张训华，赵维娜，等. 海底节点(OBN) 地 震勘探：进展与成果[J] . 地球物理 学进展，2021，36(1)： 412-424.

　　[2] 张兴. OBN 采集技术在渤海 X 油田中的应用[J] . 中国石油和化工标准与质量，2022，42(18)：150-153.

　　[3]  白杰，全海燕，汪长辉，等. 水下机器人在深水 OBN 地震采集中的应用[J] . 石油物探，2022，61(2)： 286-292.

　　[4] 乔永杰，方守川，吴绍玉，等. 导航数据后处理软件 OBSOffice 在 OBN 采集技术中的应用[J]. 物探装备，2018， 28(6)：384-386，389.

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　　[7] 邹建文，施炎武. 水下机器人在 OBN 海底布放 中的应用[J] . 海洋石油，2021，41(2)：109-114.