东海西湖Y地区三维地震采集设计及应用效果

周静毅,刘宏扬,陈茂根,徐翠娥

(1.中国石化上海海洋油气分公司勘探开发研究院,上海 200120;2.中国石化海洋石油工程有限公司物探分公司,上海 200135)

0 引言

西湖凹陷Y地区主体位于西湖凹陷东部断阶带中部,主要含盖白堤深凹和东部断阶带两个构造区带(图1),紧邻生烃中心,为油气运移的有利指向区,具备良好的的石油地质条件,目前仍存在以下地质问题:①Y地区地震测网稀,资料少,地质认识存在一定分歧;②采集资料多为二十世纪七十年代末至八十年代末资料,地震资料品质差;③晚期正断层和火山岩体发育,改造强烈。西湖凹陷平湖组沉积时期是海湾还是开阔海,长期存在两种不同观点与认识[1-3],前期通过重大专项研究认为钓鱼岛岩浆弧为早期隆升产生,明确了西湖凹陷平湖组存在东部物源,提出钓鱼岛隆褶带是在渐新统以来才遭受隆升、剥蚀,并受到大规模岩浆岩改造的观点。Y地区地震测网稀,资料少,且有限资料也多为二十世纪八十年代老资料,需通过二维地震老资料重处理和部署新三维采集资料相结合,开展综合地质研究。整体解剖凹陷结构,搞清构造、沉积、演化规律,深化认识,厘清沉积体系,分析主控因素,明确勘探方向,为此开展了Y地区的三维地震采集设计论证。

图1 西湖凹陷Y地区位置示意图Fig.1 Location of Y area in Xihu depression

1 采集参数论证

根据Y地区的地质任务,本次三维地震采集方式仍采用三维拖缆采集。根据目前海域现有的采集参数,基于Y地区物性模型,进行采集参数的论证和优化[4-8]。采集参数论证主要包括以下9个方面:①选取论证点;②建立地球物理模型;③分辨率计算;④面元尺寸;⑤时间采样率;⑥记录长度;⑦偏移孔径;⑧最小最大炮检距;⑨震源、电缆沉放深度分析。

1.1 建立地球物理模型

结合收集到的邻区地震地质资料,对反射层位进行了标定,自海底(sf)往下分别是:三潭组底(T20)、玉泉组底(T23)、龙井组底(T24)、花港组上段底(T25)、花港组下段底(T30)、平湖组底(T34)。其中龙井组底(T24)～花港组下段底(T30)为目的层段。三维地层模型见图2。

图2 Y地区三维地层模型Fig.2 3D stratigraphic model of Y area

图3 不同缆长T25目的层照明图Fig.3 Lighting diagram of T25 target floor with different cable lengths

参考邻区地震地质资料建立了各反射层层速度和层密度,根据地震剖面估算了地层倾角、反射层主频(表1)。

表1 地球物理模型参数Tab.1 Geophysical model parameters

1.2 分辨率计算

分辨率包括纵向分辨率和横向分辨率[9],主要分析现有地震资料纵向和横向最大分辨能力,以及想要达到一定的纵向和横向分辨率所要求的反射层段地震波的主频或最高频率。纵向分辨率表示分辨地质体厚度的能力,它与地层层速度、反射波频率有关:

(1)

式中:Rv为反射层纵向分辨率,V层为反射层层速度,f高为反射层最高频率。

通过计算得到了论证点处各层位纵向分辨率在10 m、15 m、20 m时所需要的主频(表2)。

表2 纵向分辨率计算Tab.2 Vertical resolution calculation

由上表可知目的层T23如果要达到20 m纵向分辨率,则需要主频为24 Hz;如果要达到15 m纵向分辨率,则需要主频为31 Hz。提高主频是提高纵向分辨率的关键。

横向分辨率即水平分辨率,是指能分辨地下两个绕射点距离的能力,有两种计算方法。

1)两个绕射点的距离若小于最高频率的一个空间波长,它们就不能分开,即最高频率的一个空间波长定义为横向分辨率。根据各目的层的最大频率和地震波的层速度,横向分辨率为:

(2)

式中:Rl为反射层横向分辨率,V层为反射层层速度,f高为反射层最高频率。

2)偏移是提高横向分辨率的有效手段。在理想状态下,偏移结果可以看作把炮点和检波点延拓到反射界面上,在不同时间或深度,把炮点和检波点所在的反射界面数据进行集合而成,此时菲涅尔带半径为反射波的四分之一波长,横向分辨率为:

(3)

式中:Rl为反射层横向分辨率,V层为反射层层速度,f主为反射层主频。

具体分析参数时选用保守的计算结果。

通过计算得到了论证点处各层位横向分辨率在20 m、40 m、60 m时所需要的频率(表3)。

表3 横向分辨率计算Tab.3 Lateral resolution calculation

由上表可知目的层T23如果要达到40 m横向分辨率,则需要最高频为66 Hz;如果要达到60 m横向分辨率,则需要最高频为44 Hz。保护最高频或提高主频是提高横向分辨率的关键。

1.3 面元尺寸

面元尺寸是指设计CDP网格的边长大小,主要考虑目标体大小、最高无混叠频率和横向分辨率。

1)目标地质体大小。按照经验,面元边长可选为目标地质体大小的三分之一。

2)最高无混叠频率。每个倾斜同相轴在偏移前都有一个最高无混叠频率fmax,如果频率高于这个值就会发生混叠,造成同相轴不能连续追踪。这个无混叠频率与倾角、目的层速度和面元尺寸有关:

(4)

(5)

式中:fmax为最大有效波频率,V层为反射层层速度,b为面元尺寸,θ为地层倾角。

3)横向分辨率。按照横向分辨率第二种算法计算横向分辨率偏大,用于限定面元尺寸也就更为保守,此时满足每个反射波的波长取2个样点:

(6)

式中:b为面元尺寸,V层为反射层层速度,f主为反射层主频。

通过计算得到了论证点处各层位在以上约束条件下的所需满足的面元尺寸大小(表4)。

表4 面元尺寸计算Tab.4 Bin size calculation

对应最浅目的层T23采集面元尺寸≤55.4 m,即可满足要求,同时兼顾T02采集面元尺寸应≤36.6 m 。等浮电缆的道间距为12.5 m,采用双源多缆施工时,如选左右震源中心距为50 m,相邻电缆扩展间距为100 m,此时,相应的面元尺寸6.25 m×25 m,完全满足采集要求。

1.4 偏移孔径

地震数据处理时,为了使倾斜层和断层正确归位,必须进行偏移。在部署勘探范围时,必须考虑到偏移孔径而扩大满覆盖面积[10]。

偏移孔径主要考虑以下三个方面因素:

1)第一菲涅尔带半径:

(7)

偏移孔径应大于第一菲涅尔带,式中:r为第一菲涅尔带半径,h层为反射层埋深,v层为反射层层速度,f主为反射层主频。

2)使倾斜地层在偏移时能正确归位的偏移孔径:

L=h层×tanθ

(8)

式中:L为偏移孔径,h层为反射层埋深,θ为地层最大倾角。

3)使地层目标边界断点绕射能正确归位,要求偏移孔径为:

L=h层×tan 30°

(9)

式中:L为偏移孔径,h层为反射层埋深。

此时,能获得边界断点绕射能量的95%。

偏移孔径选取三者中较大者。

表5、表6为各层位的偏移孔径范围计算。

表5 偏移孔径分析(30°)Tab.5 Offset aperture analysis (30 °)

表6 偏移孔径分析(45°)Tab.6 Offset aperture analysis (45 °)

为了达到地质满覆盖的要求,考虑绕射能量归位倾角为30°,最深目的层T34需要2 605 m的偏移孔径。考虑绕射能量归位倾角为45°,最深目的层层T34需要4 512 m的偏移孔径(表6)。

1.5 照明分析

从不同目地层的照明效果看,缆长6 000 m比缆长5 300 m对于目的层照明无论均匀性还是强度上都要好,结合最深目的层T30深度在5 500 m左右,综合设计缆长6 000 m。

以往解释结果显示工区局部构造的走向近北东南西向。

图4是分别是0°/180°、90°/270°和120°/300°的照明,从照明分析结果来看,三种采集方向对T24、T25和T30三个目的层的照明区别不大,都能覆盖到构造,采用采集方向为0°/180°。

图4 目的层T25不同采集方向的照明分析图Fig.4 Lighting analysis diagram of different acquisition directions of target layer T25

根据三维地震采集设计论证,N地区的三维地震采集观测系统参数如下:观测系统采用双源多缆;电缆长度6 000 m×10缆。道间距为12.5 m,采样间隔为8 s ,记录长度为1 ms;采集方向0°/180°;炮间距为25 m。面元尺寸为6.25m×25 m;覆盖次数为60次。

2 震源技术

2.1 气枪阵列设计

结合N地区周边地震采集情况工区水深情况,确定所用震源容量4 000 CI左右。在二维地震采集震源基础上,对气枪型号进行了进一步优化设计,最终设计出合适的气枪阵列。

2.2 震源及沉放深度优选

模拟主要参数:气枪工作压力2 000 PSI,采样间隔1 ms,海水温度10 ℃,声波速度1 490 m/s。模拟震源沉放4 m～8 m,电缆沉放0 m时的地震子波,比较主峰值、峰峰值、初泡比、低截频、高截频和优势频宽(表7),看出震源沉放6 m(图5～图8)时,气枪阵列激发的子波性能较优。

表7 子波模拟参数统计(震源沉放4 m～8 m,电缆沉放0 m)Tab.7 Statistics of wavelet simulation parameters (source sinking 4-8 m,cable sinking 0 m)

图5 震源沉放6 m电缆沉放0 m子波Fig.5 Wavelet when sinking depth of the source is 6 m and sinking depth of the cable is 0 m

图6 震源沉放6 m电缆沉放0 m子波频谱Fig.6 Wavelet spectrum when sinking depth of the source is 6 m and sinking depth of the cable is 0 m

图7 震源沉放6 m电缆沉放0 m时0度方向性Fig.7 0° directionality when sinking depth of the source is 6m and sinking depth of the cable is 0m

图8 震源沉放6 m电缆沉放0 m时0度方向性Fig.8 90°directionality when sinking depth of the source is 6m and sinking depth of the cable is 0 m

进一步模拟震源沉放6 m,电缆沉放5 m～10 m时的地震子波,比较主峰值、峰峰值、初泡比、低截频、高截频和优势频宽(表8),可以看出震源沉放6 m、电缆沉放7 m时(图9～图12),气枪阵列激发的子波性能较优。

表8 子波模拟参数统计(震源沉放6 m,电缆沉放5～10 m )Tab.8 Statistics of wavelet simulation parameters (source sinking 6 m,cable sinking 5-10 m)

图9 震源沉放6 m电缆沉放7 m子波Fig.9 Wavelet when sinking depth of the source is 6 m and sinking depth of the cable is 7 m

图10 震源沉放6m电缆沉放7m子波频谱Fig.10 Wavelet spectrum when sinking depth of the source is 6m and sinking depth of the cable is 7 m

图11 震源沉放6 m电缆沉放7 m时0度方向性Fig.11 0°directionality when sinking depth of the source is 6m and sinking depth of the cable is 7 m

图12 震源沉放6 m电缆沉放7 m时90度方向性Fig.12 90°directionality when sinking depth of the source is 6 m and sinking depth of the cable is 7 m

3 采集效果分析

从采集的三维地震数据与原二维地震剖面的对比来看,三维地震数据有效频带要宽约为6 Hz～50 Hz,二维地震数据的频带宽度约为8 Hz～42 Hz(图13),三维地震数据在高频部分较丰满。而且三维地震资料具有较好的同相轴连续性、断裂更清晰,信噪比更高(图14)。

图13 二维三维地震数据频谱对比Fig.13 Comparison of seismic data spectrum

4 结论

针对西湖凹陷N地区的具体特点和地质目标,通过三维地震采集设计采集参数的论证获得N地区的合理采集参数,取得了以下三点认识:

1)要获得合理的采集参数,要建立本地区合理三维地层地球物理模型。

2)面元尺寸、偏移孔径和最大最小炮检距要结合目的层段深度。

3)观测系统的设计是一系统工程,要综合考虑各种地质因素才能得到最合理的观测系统。

4)按照采集方案实施得到的三维地震数据较二维地震数据有较宽的频带,而且资料品质得到较大提高,同相轴连续性、断裂更清晰,信噪比更高。