宽线技术在东海南部地震资料处理中的应用研究

2020-04-07徐翠娥席敏红

海洋石油 2020年1期

徐翠娥，席敏红，汪鹏

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院，上海 200120）

上世纪70年代初，在复杂地质构造区的地震勘探遇到新问题，三维勘探作为新技术逐渐进入市场，由于三维地震勘探成本相对较高，当时的技术在可行性方面存在局限性，法国CGG公司提出了一种新的陆地地震勘探技术[1]，即宽线地震，使覆盖次数成倍增加，极大地提高地震资料信噪比，改善剖面质量，当时即取得了不错的效果。经陆地的成功应用，以及优于三维地震勘探成本的利益驱动下，业界陆续开展海洋资料的宽线采集与应用研究。我国在南海区域地质调查和油气勘探中，首次应用了宽线地震勘探技术。2009年，在珠江口盆地潮汕坳陷进一步开展了海上“单源双缆”宽线勘探技术，“单源双缆”得到了初步应用[2-7]。2013年，中石化在北部湾盆地实施了“单源双缆”海洋宽线地震资料采集，通过应用不同的偏移成像技术，从成像效果、信噪比等方面进行详尽的对比分析，显示海洋宽线与陆地宽线一样可以通过成倍增加覆盖次数改善采集数据的处理成像质量。一系列的研究认为，在复杂构造和信噪比低的情况下，海洋宽线地震勘探技术优于二维地震勘探[8]。

北部湾盆地的初次研究效果，促使这一技术进一步被应用到东海陆架盆地的勘探研究工作中。随着对东海陆架盆地的进一步勘探研究，认为东海陆架盆地南部中生代沉积层具有不可低估的油气资源潜力。由于目前以中生界为目标的油气勘探程度比较低，采用宽线技术有利于得到中深层的反射，对东海南部中深层地震成像效果有较大的改善。

1 海上宽线地震优势及主要技术研究

海上二维地震采集一般通过加大震源激发能量和增加施工电缆长度，改善中深层的能量不足。在实际施工中，通常由于施工条件和装备的局限，震源容量与压力限制了激发的能量，而电缆长度的不足导致覆盖次数的增加受限、中深层能量不足，无法满足中深层地震成像研究要求。海上宽线地震采集技术通过改变传统的二维单缆接收为多缆接收，多条电缆提高了有效反射信号的接收能力；增加覆盖次数，提高对干扰的压制，极大地提高地震资料的信噪比，进而改善中深层资料的成像质量，弥补了激发能量与电缆长度不足导致的中深层能量的不足[9-12]。

宽线地震勘探效果优于常规二维地震，劣于三维地震；宽线地震勘探成本稍高于常规二维地震，远低于三维地震，是初步勘探解决复杂构造经济且有效的勘探方法，也是对中深层资料研究的经济而有效的补充手段。

鉴于海上宽线技术的优势，以及业界的立体震源系统与延迟激发技术配合协同使用的技术进步，在均匀介质的海水、速度相对稳定的有利条件下，综合常规宽线地震勘探技术和海洋上下缆采集技术优势[13-15]，形成了一种立体震源海洋宽线地震勘探技术，应用于东海南部宽线地震采集。

1.1 立体震源

东海南部宽线地震采集，勘探枪阵沉放深度采用10 m-7 m-7 m-10 m的立体震源，电缆沉放深度采用12 m和20 m，缆长分别为6 000 m和6 300 m。立体震源与电缆如图1所示。立体震源、多层深度气枪阵列延时激发技术被越来越多地应用于海洋数据采集实践中。由于立体枪阵中子阵列甚至单枪的沉放位置不必保持在同一水平面上，激发时通过给深部的气枪一个延迟，使得所有单枪产生的子波能够同相叠加，这样可以拓宽远场子波的频谱，同时能对虚反射进行压制，实践证明可以使深部地层反射信息比平面枪阵更加丰富。

图1 东海南部宽线震源及电缆示意图

1.2 上下缆采集技术及不同缆深资料的分析与认识

上/下拖缆采集技术是一种通过拖带沉放深度不同的两根电缆进行海洋地震数据采集的技术方法。根据Kragh et al.提出的一种改进的上/下缆采集处理技术——稀疏上/下缆采集技术，这种方法在采集时使用浅沉放电缆以及较少数量的深沉放电缆[16-17]。在传统上/下缆采集中上缆与下缆在同一垂直平面内成对布置，而在这个新的方法中，浅缆采集数据用于提取中高频信息，深缆采集数据则只用于提取低频信息。将这两类数据集合并后得到在低频及高频段均具有较好信噪比的宽频数据。

理论上，增加枪阵，以及电缆沉放深度，对中深层的能量改善有一定的作用；增加电缆长度，对资料的深层干扰也会有一定好处。基于此考虑横向覆盖，可大大提高中深层有效信号能量。通过后续处理进一步压制和削弱干扰波，提高地震资料信噪比，增加了资料的横向连续性。

从地震资料处理角度分析，缆深的不同对资料的噪音与信噪比有不同的反应。缆较深，涌浪等噪音相对较弱，信噪比较高。20 m缆深地震资料低频信息略丰富，丰富的低频信息有利于深层有效地震反射波的成像。从地震资料的频率，主要是有效波频宽、主频的频谱表现来看，频带较宽，优势频带约为3 ～ 80 Hz，在20 Hz以下频率段20 m缆的低频能量略优于12 m缆。

由此可见，合理的立体震源、电缆沉放深度以及缆长，对于地震资料中深层能量与信噪比有一定的改善，为后续处理提供了较好的原始地震资料。

1.3 不同沉放深度多缆数据的合理利用

不同沉放深度的两缆数据如何更好地利用，是至关重要的。将电缆沉放到不同的深度上，既接收低频反射能量，又有利于高频反射能量接收，实现拓宽频带的效果。通过实践，经过不同数据成像的试验研究，发现合并两缆数据再进行偏移成像的这组数据，在频率上既体现了浅层的高频优势，又兼顾了深层的低频成分，拓宽了主频范围，提高了成像结果的信噪比，尤其是在低频10 Hz左右信噪比明显提高，对中生界地层成像起到了关键作用（图2、图3）。

图2 频谱对比

图3 信噪比对比

在实际研究中，对上下缆数据的运用进行了不断优化。上下缆数据分别经零相位化和静校正处理，合并后作为偏移的输入数据进行地震叠前偏移成像，为了避免上下缆振幅谱的简单求和，更好地利用两缆数据在不同频带内的各自优势信息，分别应用优势频带包络组合法和去鬼波法对两缆数据进行有效地利用。经试验对加电缆鬼波后的两个远场信号进行振幅谱分析对比，分别按照振幅值包络确定上缆及下缆数据提取频带的范围，再将各自优势频带提取算子应用于上缆及下缆数据，随后进行合并输入叠前时间偏移成像处理的优势频带包络组合方法，取得较好的效果，在一定程度上拓宽数据的有效频带范围。去鬼波法，对上下缆数据分别进行去鬼波处理并将其合并输入进行偏移及后续处理，能够使其成果数据在一定程度上弥补上缆及下缆数据各自由鬼波效应引起的陷频现象，也一定程度上拓宽了数据的有效频带。

1.4 宽线处理PSTM&PSDM成像方式选择

宽线地震勘探和常规二维地震勘探的差别在于宽线地震勘探可以获得数条CDP线，线的多少取决于观测系统的设计。在偏移成像时可以选择三维偏移算法，也可以选择二维偏移算法。

本次采集是采用立体双层震源和不同沉放深度双电缆的观测系统模式，针对特殊的观测系统在偏移成像方法上进行了叠前偏移成像试验。

三维算法试验采用了根据炮点直线拟合的方式定义地下面元网格。三维试验主要包括宏面元PSTM试验与正常面元PSTM试验。宏面元成像是陆地观测宽线地震数据通常采用的成像方式，即通过扩大横向面元尺度，使得地下的数条CIP线合并成一条CIP线输出。由于受拖缆漂移影响，按宏面元输出到一条CIP线很难兼顾全局，致使浅层成像存在明显的横向畸变。太大的面元尺度也在浅层产生假频噪音，同时深层成像效果也没有按正常三维面元偏移输出后叠加的效果好。由此可见海洋宽线地震数据不宜采用宏面元的方式进行地震叠前偏移成像。

从二维与三维的地震叠前偏移成像效果看，效果相当。从信噪比看，二维地震叠前偏移成像更好。考虑生产时效，采用二维偏移算法进行地震叠前偏移成像。

2 在东海南部地震资料处理中的运用效果

采用立体震源，不同沉放深度双电缆采集是提高东海陆架盆地南部深层地震反射资料品质的有效施工方法。低频频率与常规采集的二维地震资料相近，频带宽度比常规采集的二维地震资料略宽，成像效果和信噪比都明显优于常规采集的二维地震资料。与常规二维地震资料相比，在中深层具有更多的反射波组信息。一些位置出现新增可识别的沉积间断面的接触关系，地层内部可见残留地层的沉积面貌，有利于地震相和沉积充填特征研究，进而有利于进一步成盆特征的研究。

对比常规采集资料处理成果（图4）和立体宽线采集资料处理成果（图5）可以非常明显地看出，宽线地震资料品质明显提高。尤其是中生界地层的有效信号能量明显增强，同相轴得到更好的连续，波组特征更加清楚，地层形态比常规二维资料更容易刻画，有利于资料的进一步解释和研究。