白云凹陷深水复杂构造区斜缆地震资料处理关键技术及应用

张振波,李东方,轩义华,薛志刚

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518067)

从2006年开始,在南海北部珠江口盆地白云凹陷深水区钻探了一系列深水井,相继发现了荔湾3-1,荔湾9-1,流花34-2,流花29-1,流花29-2等商业油气田,证实了白云凹陷具有良好的油气资源潜力[1-3]。钻探结果揭示,这些深水发现都是伴随着岩性、地层等隐性圈闭的复杂构造。

勘探程度的提高要求地震资料具有更宽的频带、更高的信噪比。常规海上拖缆地震采集将电缆沉放在海面以下某一固定深度,海面虚反射(鬼波)在地震资料高频端和低频端的陷波频率为一稳定值。常规地震资料处理很难彻底消除鬼波对有效信号的影响,从而导致了地震资料的陷波效应,收窄了地震资料的有效频带宽度。为了消除鬼波对地震资料的陷波效应,在海上地震采集方面提出了多种施工方式,如上下缆[4-8]、双检[9-10]、宽线[11]等。这些施工方式在一定程度上减弱了鬼波的陷波效应,但并不能稳定地彻底消除虚反射。而且考虑实际三维地震采集成本,这些采集施工方式的总体性价比尚达不到理想的期望值。为此,国际上最新推出了斜缆地震采集施工方式[12-13],目的是为了获得高信噪比和高保真的宽频地震数据,更有利于后续的地震资料反演和解释。

2012年,针对南海北部白云凹陷深水区复杂构造实施了斜缆三维地震采集。利用倾斜电缆鬼波陷波频率连续变化的特性,采用有针对性的特殊处理技术,特别是镜像偏移和联合反褶积处理,可以有效地压制鬼波,显著拓宽地震资料的有效频带宽度。同时,由于斜缆地震采集大部分电缆沉放较深,提高了地震资料的信噪比。

1 斜缆地震资料处理流程

地质目的不同对地震资料的处理要求会有所变化,但主体处理流程不会有大的变化[14-15]。白云凹陷深水区斜缆地震资料的处理流程如图1所示,主要处理步骤有：①低频噪声衰减(噪声衰减1)；②震源子波零相位化和去气泡(子波处理1)；③涌浪噪声衰减及线性噪声衰减(噪声衰减2)；④去除残余气泡(子波处理2)；⑤三维水面相关多次波去除(Surface Related Multiple Elimination, SRME)、Radon变换去多次波(多次波衰减)；⑥Q因子相位补偿；⑦三维面元均化；⑧常规和镜像偏移、联合反褶积去除鬼波；⑨Q因子振幅补偿；⑩叠后处理。其中,关键环节包括子波处理、三维SRME处理、Q吸收相位补偿和振幅补偿、镜像时间偏移和联合反褶积。

图1 白云凹陷斜缆地震资料处理流程

2 斜缆地震资料处理关键技术

2.1 子波处理技术

斜缆采集是以深度连续变化的检波器接收地震信号,其地震数据频带覆盖范围较宽,尤其是深电缆处检波器接收到的低频信息相对丰富。因此,除了对野外远场子波做常规水平拖缆资料的压制气泡处理外,还需要按照消除检波器鬼波的期望子波进行输出,求取确定性反褶积算子。经过确定性子波处理后的远场子波低频和高频信息得到加强,频带得到有效拓展。由于实际地震数据还受采集时海况和施工条件变化的影响,因此经确定性子波处理后,还需对剩余气泡进行压制,才能得到较好的效果。对比白云凹陷斜缆地震资料处理前的叠加剖面(图2a),子波处理后叠加剖面(图2b)上低频成分得到很大加强,对应的频谱分析(图2c)进一步证实了这一点。

图2 斜缆地震资料确定性子波处理前(a)、后(b)叠加剖面及其频谱(c)

2.2 三维水面相关多次波去除技术(3D SRME)

衰减与水面相关的多次波处理技术基于波动方程理论,利用地震数据自身进行时空域褶积运算来预测多次波。经过地层反射后的上行地震波场在水面处向下反射,在地下介质中经过再次透射和反射,以多次波的形式被记录下来。水面相关多次波可分解为若干个一次反射波,对于地震记录中的任何一个同相轴,可看作数据中水面相关多次波的某个子反射。将原始数据(有效波和多次波)与自身进行时空域褶积运算,一次波通过时空域褶积运算就可以构成一级多次波,低级次多次波通过时空域褶积运算可构成高级次多次波,所有子反射经过褶积运算,可以预测出所有多次波。SRME技术通过构建多次波模型,再从原始数据中减去预测出的多次波,达到压制多次波的目的。

白云凹陷深水区斜缆地震资料处理使用的3D SRME流程(图3)与常规地震资料的SRME处理不同[16-17]。为了准确建立多次波模型,在建模之前对鬼波进行常规去除；同时,为了不影响后续的镜像偏移和联合反褶积处理,在去多次波之前又将常规去除的鬼波添加回去。通过对比3D SRME处理前、后的炮集和叠加剖面(图4),可以看出与水面相关的多次波得到了较好的消除。

图3 白云凹陷斜缆地震资料3D SRME处理流程

图4 斜缆地震资料3D SRME处理前(a)、后(b)的炮集和处理前(c)、后(d)的叠加剖面

2.3 镜像偏移及联合反褶积去鬼波技术

斜缆地震数据中的鬼波随炮检距的变化而变化,不满足常规水平拖缆数据预测压制鬼波技术的应用条件,因此必须应用新的针对斜缆数据的去鬼波方法。目前有两种实现途径：一是对含鬼波的炮集记录及其镜像炮集记录进行偏移叠加(图5),再对这两种偏移叠加数据体应用联合反褶积去除鬼波[18]；二是在偏移之前采用自举算法对炮集记录进行去鬼波,即对含鬼波的炮集记录及其镜像炮集记录采用最小平方反演迭代算法,获得最优鬼波滤波算子,再基于该算子对含鬼波的炮集记录进行去鬼波滤波,最后进行偏移处理。

图5 斜缆地震数据常规和镜像偏移示意图解

白云凹陷深水区斜缆地震资料实际处理中应用了第一种方法压制斜缆鬼波。在道集上将电缆接收到的上行波拉平(图6a),形成一套叠加数据体(图6b)；同时将电缆鬼波拉平(图7a),形成另一套叠加数据体(图7b)；然后应用联合反褶积处理技术,形成去鬼波的地震数据体(图8a,图8b)。通过不同偏移距地震资料去除鬼波前、后的频谱对比(图9),也可以看出鬼波得到了较好的去除。

2.4 Q补偿处理技术

受大地滤波作用的影响,高频能量在穿过更深目的层时衰减总会更快,因此必须意识到斜缆采集不等于深层也能获得足够宽频带的数据。针对更深的目的层,斜缆采集的最大意义在于有能力获得充分有效的低频信号能量,更好地反映真实的地下构造形态信息。斜缆采集地震数据信噪比的提高和低频端能量的拓展,为Q补偿处理奠定了坚实的基础。

在面元中心化之前,对地震数据进行相位补偿处理,补偿因地层吸收导致的相位延迟,为后续镜像偏移打好基础；在联合反褶积去除鬼波后的地震数据上进行振幅补偿,补偿因地层吸收导致的振幅衰减,提高高频有效信号的能量,拓展成果数据的有效分辨率。对于斜缆地震数据,通过Q补偿处理,尤其可以较大程度地提高中深层地震资料的分辨率(图10)。

图6 常规偏移后的道集(a)和叠加剖面(b)

图7 镜像偏移后的道集(a)和叠加剖面(b)

图8 联合反褶积后的道集(a)和叠加剖面(b)

图9 500m(a)和1000m(b)偏移距的斜缆地震资料去鬼波前、后频谱对比

图10 Q补偿处理前(a)、后(b)的叠加剖面

3 应用效果分析

图11是白云凹陷深水区斜缆地震采集工区内构造主体部位的处理成果资料剖面,可见浅层横向岩性变化得到了细致的体现,分辨率高；基底以上地层接触关系清楚,断层、断点清晰干脆,尤其是基底隆起两侧地层超覆关系明确,易于解释；基底内部中生代老地层也得到一定程度的表现。

新、老三维地震资料有部分重叠区域,可以用来进行效果对比(图12)。地震成果剖面和频谱对比结果都证实,与常规采集的老资料相比,新的斜缆地震资料中浅层高频和低频都有较大拓宽,分辨率高；深层低频拓宽较大,高频也有所加强,剖面显示信噪比较高；整体表现为构造细节刻画更加清楚,基底结构和中生代断裂系统特征更加明显。

图11 构造主体部位斜缆地震资料处理成果剖面

图12 常规(a)和斜缆(b)地震资料处理成果剖面及其频谱(c)对比

4 结束语

斜缆地震资料处理利用倾斜电缆鬼波陷波频率(随偏移距)连续变化的特性去除鬼波,在地震资料保真的前提下,拓宽了低频和高频有效信息,增加了频带宽度,提高了地震资料信噪比和分辨率。

斜缆地震资料处理环节比常规水平拖缆资料处理更加复杂。由于倾斜电缆沉放深度不同,地震响应特征不同,确定性子波处理必须考虑实际得到的最大频宽,提取合理的反褶积算子；对含鬼波的炮集记录及其镜像炮集记录进行偏移叠加后,应用联合反褶积最大程度地衰减鬼波；同时使用不同于水平拖缆地震资料处理的三维水面相关多次波去除技术和Q补偿处理技术,最终得到了更高信噪比和分辨率的宽频地震处理成果数据,更好地满足了白云凹陷深水复杂构造区地震反演和解释的需求。

参 考 文 献

[1] 傅宁,米立军,张功成.珠江口盆地白云凹陷烃源岩及北部油气成因[J].石油学报,2007,28(3):32-38

Fu N,Mi L J,Zhang G C.Source rocks and origin of oil and gas in the northern baiyun depression of pearl river mouth basin[J].Acta Petrolei Sinica,2007,28(3):32-38

[2] 朱俊章,施和生,庞雄.珠江口盆地白云凹陷深水区珠海组烃源岩评价及储层烃来源分析[J].中国海上油气,2008,20(4):223-227

Zhu J Z,Shi H S,Pang X.Zhuhai formation source rock evaluation and reservoired hydrocarbon source analysis in the deep-water area of Baiyun sag,Pearl River Mouth Basin[J].China Offshore Oil and Gas,2008,20(4):223-227

[3] 崔洁,何家雄,周永章.珠江口盆地白云凹陷天然气成因及油气资源潜力分析[J].天然气地球科学,2009,20(1):125-130

Cui J,He J X,Zhou Y Z.Origin of nature gas and resource potential of oil and gas in Baiyun Sag,Pearl River Mouth Basin[J].Natural Gas Geoscience,2009,20(1):125-130

[4] Hill D,Combee L,Bacon J.Over/under acquisition and data processing:the next quantum leap in seismic technology[J].First Break,2006,24(6):81-96

[5] Kragh E,Svendsen M,Goto R,et al.A method for efficient broadband marine acquisition and processing[J].Expanded Abstracts of 71stEAGE Annual Conference,2009,2722-2726

[6] Özdemir A K,Caprioli P,Özbek A,et al.Optimized deghosting of over/under towed-streamer data in the presence of noise[J].The Leading Edge,2008,27 (2):190-199

[7] Posthumus B J.Deghosting using a twin streamer configuration[J].Geophysical Prospecting,1993,41 (3):267-286

[8] Moldoveanu N,Combee L,Egan M,et al.Over/under towed-streamer acquisition:a method to extend seismic bandwidth to both higher and lower frequencies[J].The Leading Edge,2007,26(1):41-58

[9] Lie Ø,Semb P H.A comparison of vintage hydrophone seismic and dual-sensor seismic offshore Cyprus[J].Expanded Abstracts of 79thAnnual Internat SEG Mtg,2009,507-511

[10] Sollner W,Brox E,Widmaier M,et al.Surface related multiple suppression in dual sensor towed streamer data[J].Expanded Abstracts of 77thAnnual Internat SEG Mtg,2007,2540-2544

[11] 张振波,王征,轩义华,等.海上拖缆宽线理论及其在南海潮汕坳陷中生界地层中的试验效果分析[J].石油天然气学报,2012,34(7):57-61

Zhang Z B,Wang Z,Xuan Y H.The marine streamer wide-line theory and its test effect analysis on Mesozoic in South China Sea[J].Journal of Oil and Gas Technology,2012,34(7):57-61

[12] Soubaras R.Variable-depth streamer：deep towing and efficient deghosting for extended band-width[R].SEG/EAGE Research Workshop,2010

[13] Soubaras R,Dowlw R.Variable-depth streamer—a broadband marine solution[J].First Break,2010,28(12):89-96

[14] Dowle R,Maples M.Slid streamer noise reduction principles[J].Expanded Abstracts of 76thAnnual Internat SEG Mtg,2006,85-89

[15] Lin D C,Sablon R,Gao Y,et al.Optimizing the processing flow for variable-depth streamer data[J].First Break,2011,29(9):89-95

[16] Sablon R,Russier D,Zurita O,et al.Multiple attenuation for variable-depth streamer data:from deep to shallow water[J].Expanded Abstracts of 81stAnnual Internat SEG Mtg,2011,3505-3509

[17] Hung B,Yang K L,Zhou J,et al.Surface multiple attenuation in seabeach-shallow water,case study on data from the Bohai Sea [J].Expanded Abstracts of 80thAnnual Internat SEG Mtg,2010,3431-3435

[18] Soubaras R.Deghosting by joint deconvolution of a migration and a mirror migration[J].Expanded Abstracts of 80thAnnual Internat SEG Mtg,2010,3406-3410