东海西湖凹陷深层三维地震采集技术探讨

2024-01-04陈茂根牛华伟朱宝衡李玉剑

海洋石油 2023年4期

陈茂根，牛华伟，刘苗，朱宝衡，李玉剑，蒋涔

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司，上海 200120）

西湖凹陷是东海陆架盆地油气勘探的重点地区，油气勘探潜力巨大，目前已发现的油气田主要集中在保俶斜坡带和中央背斜带（图1）。早期以浅部构造勘探为主。随着勘探开发进程不断深入，勘探对象逐渐转向中深层岩性、构造-岩性复合圈闭以及潜山目标，面向深层开展“二次勘探”，取得了重大突破[1-3]。

图1 研究区在东海西湖凹陷位置缩略图Fig.1 Location map of study area in Xihu Sag,East China Sea

西湖凹陷主体部位实现了常规单船窄方位拖缆（Narrow Azimuth Towed Streamer，简称 NATS）三维地震的全覆盖。NATS 三维采集具有电缆短、沉放浅、覆盖次数低、方位窄等特点，难以满足对深层复杂目标刻画和地质评价的需求。2015 年起，在一些重点油气田区开展了多种拖缆宽方位（Wide Azimuth Towed Streamer，简称 WATS）二次三维地震采集探索，期待通过减小面元、增加覆盖次数和方位等优化采集参数手段，增强对深层复杂地质体照明度，以进一步提升深层资料品质[4-6]。HY 区采用三船四源双航次斜缆采集方式，采集方位较宽。在BT 区采用小面元、长偏移距的双船四源单航次平缆采集方式，采集方位较窄。针对两种典型WATS 采集方式，开展观测系统属性对比分析，通过不同方位数据对深层成像贡献对比分析，揭示其优势和不足。同时与三维海底节点（Ocean Bottom Node，简称OBN)采集新技术进行类比分析，提出下步西湖凹陷深层三维地震采集技术建议。

1 深层地质特征及挑战

保俶斜坡带（图2）深层勘探对象有：（1）始新统平湖组构造-岩性复合圈闭；（2）始新统宝石组构造、岩性圈闭；（3）基底潜山圈闭。前者是目前勘探开发的主要对象，后两者是勘探潜力方向。钻井证实，斜坡带平湖构造带平湖组具有发育横向连片、纵向叠置大型岩性油气藏群的潜力。平湖组下段主要为边缘海半封闭海湾沉积环境，发育受潮汐作用影响的潮坪、三角洲沉积体系。岩性以砂泥煤互层为主。砂岩厚度多小于15 m，局部夹有厚层砂，厚度达30 m。薄煤层频繁分布，厚度仅为1～3 m。目的层埋深3 500～4 500 m。深层压实效应明显，储层物性相对较差，孔隙度平均10%，渗透率1 ×10−3μm2，局部发育甜点。

中央背斜带主要目的层系为渐新统花港组，发育大型辫状河及三角洲复合沉积体系，砂体厚度大。经历了拗陷期强烈挤压反转，形成了压扭反转断层和大型反转背斜，发育大型构造-岩性复合圈闭（图3）。储层物性复杂。以中央背斜带HY 气田为例，花港组H3-H4 为中孔-中渗储层；H5 及以下为中低孔-低渗储层；低渗储层非均质性强，多期复合河道砂体迁移叠置。

已有NATS 三维地震资料品质较差，深层信噪比低，能量弱，波组特征不明显，频带窄，分辨率不足（图2、图3），给深层储层描述、目标刻画和评价等带来很大不确定性，进而成为制约深层油气勘探开发成效主要困难之一。面临的主要地球物理挑战是：（1）深层不同序级复杂断裂成像质量提升；（2）斜坡带平湖组含煤薄互层储层预测，岩性圈闭（侧封、尖灭）有效识别和落实；（3）斜坡带深层宝石组储层物性预测、构造-岩性复合圈闭识别；基底潜山内幕成像精度提升，探索基底潜山勘探潜力；（4）中央背斜带花港组多期复合河道叠置砂体识别、不同类型“甜点”储层预测。

2 西湖凹陷典型WATS 案例分析

2.1 观测系统

2015 年起，面向深层复杂地质目标，在一些重点油气田区开展了多样的WATS 二次三维地震采集探索。观测系统从复杂到简单，对投入的船只、航次、震源数、斜/平电缆类型、主辅船位置、面元大小、覆盖次数、方位等不断进行调整[4]，目的是探索有效的面向深层的WATS 三维地震采集技术。

首先在中央背斜带HY 开发区开展了二次三维WATS 先导试验，采用斜缆宽频宽方位方式，动用船只较多[5]。后来，不断减少船只以及航次，逐步形成双船宽方位采集模式。近年来，在斜坡带BT 开发区，采用小面元、长偏移距，实施了新的双船高密度宽方位采集。

表1是HY区、BT区二次WATS以及原一次NATS三维的采集参数。图4 是HY 区、BT 区二次WATS采集观测系统示意图，以及采集到的所有数据的偏移距-方位角分布玫瑰图。

表1 HY 区、BT 区二次WATS 与原一次2009-NATS 采集参数Table 1 Seismic acquisition parameters of HY-WATS,BT-WATS and 2009-NATS

图4 HY 区、BT 区二次WATS 采集观测系统和偏移距-方位角分布玫瑰图Fig.4 Acquisition geometries and rose diagram of HY-WATS and BT-WATS

HY-WATS 采用的观测方式是三船四源双航次宽频宽方位，采用了业界经典的斜缆宽频三维采集。主船拖带10 缆，单缆长度为 6 000 m，缆间距为 100 m，采用全曲斜缆沉放，沉放深度为7～40 m。每航次采用四组震源，主船采用双震源、两条辅船各一组，四源交替激发，放炮间距为18.75 m。为了得到更宽的方位数据，每条线施工两次。辅船震源纵向距离约为3.2～3.3 km，接近电缆中间部位。

从方位-偏移距玫瑰图上，HY-WATS 方位分布较宽，纵横比达0.72，炮道密度102 万道/km2，达到陆地油田单点高密三维的纵横比大于0.5、炮道密度大于100 万/km2的经验指标[7]，但其不足是偏移距-方位地震道分布不均，主要集中在30°方位左右，其它方位的偏移距分布很少，呈现宽而不密特征。

BT-WATS 采用双船四源单航次高密度宽方位观测系统。主船拖带10 根水平电缆，电缆沉放深度12 m，单条电缆长度加长至7 050 m，电缆间距从常规的100 m 减至50 m，由此采集的面元从常规的6.25 m×25 m 减至6.25 m×12.5 m，覆盖次数从原一次NATS 三维的49 次增加到140 次。主辅船横向间距为1 000 m，辅船震源与主船震源平行，各有双震源，四源交替激发，炮间距为 12.5 m。由于采用了小面元和长缆观测，BT-WATS 炮道密度高达180.48 万道/km2，但方位分布很有限，横纵比仅0.17，总体呈现密而不宽的窄方位特征。

综上所述，与工业界采用的动用更多设备及多次航行的经典WATS 采集观测系统（如BP 模式）相比[8-9]，从方位和偏移距分布上看，目前西湖凹陷采用的WATS 观测方式总体方位不够宽，除了主船方位外，其它方位数据比较稀疏，是非典型简化版WATS。

2.2 不同方位数据的成像贡献分析

在HY-WATS 处理中，采用相同的处理流程，对新采集主辅船、原NATS 采集数据进行正交各向异性克希霍夫叠前深度偏移处理（PSDM），然后对偏移数据进行不同方位数据组合，考察不同方位组合对深层成像的贡献。

图5 和图6 分别是HY-WATS 不同方位数据PSDM 叠加对比及信噪比分析图。与仅包含主船的NAZ 数据相比，加入第一航次的辅船1（NAZ+Gun3）后的信噪比提高明显，提高约33%；再加上第一航次辅船2（NAZ+Gun3、4），噪声得到进一步压制，信噪比再次提高约15%；最后加上第二航次两条辅船（WAZ=NAZ+Gun3、4、5 & 6），其信噪比提升较小，约5%左右，表明第二航次两条辅船的性价比较有限（图6）。但总的来说，比较主船NAZ 数据，随着辅船带来的方位增加，数据质量不断提升。

图5 HY-WATS 不同方位PSDM 叠加Fig.5 PSDM stacks with different azimuthal combination from HY-WATS

图6 对应于图5 中2～4 s 时窗内信噪比分析Fig.6 Signal to noise ratio analysis within time window 2～4 s on Fig.5

对于PSDM 速度建模（包括各向异性模型），长偏移距很重要；但对最终反射波成像的贡献，不同偏移距是不同的。图7 是HY-WATS 中不同偏移距的PSDM 成像效果对比，可以看出断层成像主要来自于偏移距1 000～2 000 m 之间的贡献。第一航次辅船数据的横向偏移距OFFSETY 范围刚好为500～2 500 m；而第二航次辅船数据的OFFSETY 则为2 500～4 500 m，是第二航次辅船数据对最终成像贡献较小的主要原因。

图7 HY 区不同偏移距PSDM 成像效果对比Fig.7 PSDM imaging comparisons with different offsets from HY-WATS

针对BT 区WATS 资料处理，采用业界较先进的宽频宽方位处理技术。针对性技术有：去混波处理（de-blending）、三维线性噪声压制、基于3D 稀疏Tau-P 反演的三维鬼波去除和零相位化联合处理、基于水底模型的三维浅水多次波去除（MWD）和三维水面相关多次波去除（SRME）、时延全波形反演（TL-FWI）、层析成像速度模型更新和多方位各向异性建模、Q 建模、最小二乘Q 正交各向异性PSDM 等。

图8 是BT 区原NATS 的PSTM 数据以及经上述流程处理后得到的老、新数据PSDM 叠加的对比。与原PSTM 数据相比，应用新处理技术得到的老数据重处理结果在断层和基底成像、信噪比、频谱宽度等方面提升较明显，显示出先进处理技术的应用有助于进一步挖掘老资料潜力。在深部时窗3～3.5 s 内，对应−10 dB 处，频谱宽度由原PSTM 的10～50 Hz 拓展到5～50 Hz，信噪比从6～10 提升到14 左右（图9）。而对比老资料重处理结果，仅包含新采集主船数据PSDM 叠加结果，深部时窗内信噪比略高一些，断裂成像效果略有改善；加入辅船及新老数据融合处理后，信噪比略有提升，但总体提升程度有限。

图9 BT 区不同数据组合深层频谱及信噪比分析（时窗见图8-d 中黑色框）Fig.9 Spectral and S/N analysis on deep targets of BT-WATS (time window being black box on Fig.8-d)

综上所述，对于BT-WATS，横纵比为0.17，总体呈现窄方位特征，在此条件下通过增加电缆长度、减小面元等提高采集数据密度的措施对深层资料质量改善效果较有限。而HY-WATS 资料不同方位组合深部成像结果对比显示更宽方位有助于深层资料质量改善。

2.3 WATS 应用存在的不足

WATS 采集很难得到生产设施周边的新数据。在HY-WATS 采集中，尽管在观测系统方面采取了一些优化措施[10]，但在生产平台及周边仍存在数据空洞。在BT-WATS 采集中，平台周边空洞达1.4 km×2.8 km。开发调整井目标研究、钻井轨迹优化设计等亟需在生产平台及周边获取更新更高质量地震数据。

比较原一次NATS 采集，二次WATS 三维地震资料质量总体有所提升，特别是HY-WATS，信噪比有较大提高，同相轴连续性增强，断层成像更加清晰。厚砂岩顶底反射特征清晰，但对薄层/薄互层、多期河道叠置关系和厚砂岩内部“甜点”刻画和描述仍较困难。以HY-WATS 为例，图10 是过多口钻井的PSDM叠加及叠前同时反演得到的Vp/Vs 剖面。在PSDM剖面上花港组上段反射特征清晰，但花港组下段信噪比有待提升。井上H3、H5 等厚砂岩顶底在地震剖面上可清晰追踪；HY-B、HY-C 井点处深部H8 厚层地震反射特征也较清晰，但横向连续性欠佳； H6 以下薄储层（单砂体厚度小于15 m）的反射特征不清。从两口井Vp/Vs 反演数据看，大于15 m 厚层砂的预测吻合度高达80%，而花下段薄层预测结果与实钻情况差异大，在HY-B 井深部反演结果呈现“厚储层”假象，这与WATS 数据在深部信噪比及分辨率低有关。

3 OBN 技术优势

三维海底节点（OBN）集成了检波器、存储器、电池和各种传感器，独立工作，接收震源信号。OBN 观测系统灵活，更容易得到全方位数据，是面向复杂地质目标的关键手段，是近十年来海洋三维地震革命性技术[11-16]。OBN 三维地震技术优势如下：

（1）高覆盖、富低频。数百到数千次覆盖次数，有利于提高资料信噪比；相较拖缆资料有更丰富的低频信息。

（2）全方位。有利于更稳健的速度分析、更好的照明和成像、裂缝研究。

（3）多波/多分量。P、Z 分量合并有利于接收点鬼波压制；X、Y 分量记录转换波，可以挖掘更多储层和流体信息。

（4）超长偏移距。更有利于通过FWI 获得更准确的速度模型；有利于深层、潜山内幕的成像。

（5）受海上平台和障碍物影响小，利于获得障碍物周边数据；更利于四维（时延）地震观测。

OBN 三维采集的主要劣势是作业效率较低，价格偏高。

由于数据质量更高，OBN 已成为目前主流海洋地震技术，其市场份额大于拖缆三维项目。目前OBN 合同主要分布在美国墨西哥湾、欧洲北海、南美巴西、中东、西非和东南亚等主要产油区[14-18]。在我国OBN 采集尚属于先导试验采集阶段。在南海、渤海等海域，针对部分复杂油气藏目标区，开展了一些小面积采集。如在南海珠江口盆地惠州某油田，OBN 资料上潜山内幕成像更加清晰、断层阴影带成像明显改善[6]。

4 西湖凹陷深层三维地震采集技术建议

基于前述对已有WATS 采集对比分析，借鉴陆地“两宽一高”三维地震技术以及国内外海域OBN 案例，西湖凹陷深层三维地震采集技术方向是大幅增加方位、覆盖次数，实现更宽方位/全方位三维地震采集。

优先考虑在勘探开发有利区（如中央背斜带的玉泉北、斜坡带武-宝地区等）开展OBN 先导采集，面积以100～200 km2为宜。可参考BP 印尼Tangguh OBN案例[17-18]，开展观测系统设计，尽量得到全方位数据。通过OBN 先导采集，提升深层分辨率和成像质量，提高深层目标刻画精度，同时进一步评估OBN 在西湖凹陷深层应用的技术经济可行性。