海底地震观测技术探索与实践

海底地震观测技术探索与实践

贺同江刘红艳孙路强

（中国天津 300201天津市地震局）

摘要天津市近海地震观测试验系统首次在井下将测震仪器和前兆仪器进行组合观测，可为海底地震观测技术的进一步发展积累经验，为海底地震监测和前兆观测积累大量的基础观测资料，具有良好的社会效益。关键词海底地震；综合观测；海底钻井

0前言

海底地震观测是全球地震观测中不可或缺的一部分。目前世界上包括日本、美国、法国等在内的许多发达国家都已经先后启动了海底地震观测计划（连尉平，2009）。但在国内，由于投资高、难度大，海底地震观测一直处于起步阶段，没有获得真正的发展（阮爱国，2009）。

渤海海域地质构造复杂，为多条活动断裂带交汇处，每年都有较强的地震活动，一直被列为全国地震重点监视防御区。天津市毗邻渤海,历史上曾遭受多次强地震影响，是我国遭受VIII度地震破坏的大城市（于立忠，1990）。开展海洋地震观测能有效提高天津地震观测台网的覆盖范围，显著提高渤海海域地震活动监测能力，提高对渤海海域地震活动的认识水平，同时可研究渤海海域强震孕育的构造条件，提高渤海海域地震预测水平和强地震预警能力。

天津市近海地震观测试验系统是海底地震观测技术的一次重要探索，是天津市“十一五”地震安全基础工程的重要组成部分，由天津市政府投资、天津市地震局承建，在渤海海域建设一个永久地震观测台。

1 依托海洋石油平台建设海底地震观测台1

按照天津区域特点，考虑成本控制、信号传输等各方面的因素，天津市近海地震观测试验系统依托现有的石油平台进行建设，并按照以下原则选取地震观测台位置：①海上常有渔船作业，为保护地震计及观测电缆，在石油平台周边保护区域内钻孔布设井下地震计；②石油平台采油作业会在一定范围内产生噪声，地震计布设位置尽可能的远离钻井及采油位置，减少噪音干扰。

根据以上原则，海底地震观测台依托埕北-B平台建设，钻孔置于该平台最南端的带缆桩以南约100m、距平台采油作业区约300m的位置，钻孔内放置地震计等观测设备；地上设备全部安装于该平台带缆桩上，并通过海底电缆与井下观测设备连接。

2 综合观测设备创新设计

为充分发挥近海地震观测试验系统的效能，该系统对海底地震仪进行了改造，增加地震计外层密封筒长度，加装前兆地温观测探头，合并组成海底地震综合观测仪（见图1），二者共同使用一条15芯电缆传输信号（地震计需10芯，地温探头需2芯，其他为备用芯）。

作者简介：贺同江，男，2006年7月于吉林大学获得硕士学位，工程师，现在天津市地震局监测预报中心工作。作者E_mail: hetj58@

基金项目：天津市“十一五”地震安全基础工程项目重点资助

本文收到日期：2011-10-13

电缆选用海底专用电缆，带不锈钢外铠，以增强其抗摩擦、抗腐蚀方面的能力。

图1 综合观测仪

Figer.1 schematic drawing of Comprehensive observation equipment 海底地震观测环境复杂，主要面临以下问题：①通讯条件差，只能采用无线通讯方式；

②气候条件复杂，飓风频发，且空气中水气重、含盐度高，对设备和电缆的腐蚀性强；③设备下井稳固后即无法取出，为一次性投入，必须在安装工程确保设备运行稳定靠。

针对以上特点和难点，经多次讨论，最后确定如图2所示的技术系统,并对项目所用的综合观测仪器的研发组装、海底专用电缆的抗腐蚀性能等进行了重点考虑。

图2 技术系统构成示意

Figer.2 technology system structure schematic drawing

3 工程实施

3.1 施工方案组织与设计

为确保海上施工的安全性,工程施工前,施工方案被反复讨论,寻找问题,最终确定图3所示的施工方案,并对施工过程中的护管安装、设备组装、钻孔和设备下井、电缆布设等多

个环节进行重点监控。设备提前密封并入水测试，下井安装时每个环节完成后都要快速连接设备以检查信号传输状况，确保设备下井后能够正常运行。

Figer.3 Construction scheme design

3.2 海底钻井施工

海底钻井施工是整个项目的关键部分，钻井的深度、垂直度直接影响仪器的观测效果。为此，本项目采用了专业的工程地质调查船负责海底深井的钻探，同时，进行了冗余设计，在同一地点相距约数十米的位置钻双井，放置两套综合观测仪，以确保项目成功，图4为施工人员正在进行钻井施工的照片。完工后，经实地测量，钻井均达到120m 的设计深度，但由于海底砂层等复杂地质情况，井孔持续塌陷，综合观测仪入井深度分别只有95m 和75m 。钻井并布设完毕仪器后，通信电缆经海底敷设至平台，为下一步平台设备安装创造条件。

图4 海上钻井施工过程

Figer.4 Offshore drilling construction process

3.3 平台设备安装

平台设备主要包括数据采集器、通讯系统、供电系统、观测室等几个部分。经多方论证及协调，在节约经费并确保系统正常运行的前提下，对通讯系统和供电系统进行了设计。采用卫星通讯方式，数据通过中国地震局台网中心卫星信号传输系统转发至天津市地震局，由测震台网和前兆台网分别接收和管理；接入石油平台电力系统，并加装UPS不间断电源，确保供电持续和稳定。

4 观测成果

近海地震观测试验系统自2010年12月完成建设并开展地震综合观测，已取得了良好的观测效果。地温仪记录到长期连续的海底地温数据；海底地震计先后观测到了多次地震信息，最大为日本本州岛7.3级地震，最小为河北昌黎ML2.6地震，如图5所示为海上观测台站记录的2010年4月9日18:51丰南Ms4.1地震波形记录。

（a）（b）

图5 数据观测记录

（a）2010年4月9日18:51丰南Ms4.1级地震记录;（b）地温仪数据记录（部分）

Figer.5 Data observation records

（a）April 9, 2010 18:51 Ms4.1 earthquake records in Fengnan;（b）Geothermal observation records (part)

5 经验与体会

近海地震观测试验系统的顺利建成，是我国着力开展海底地震观测的一次重要尝试。海底地震综合观测设备的连续稳定运行，说明依托海洋石油平台建设海底地震观测台是可行