海洋地震資料相位控制處理
——東海研究實例

陳茂根，郝曉紅，趙秀蓮，劉 苗

（中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120）

海洋地震資料相位控制處理
——東海研究實例

陳茂根，郝曉紅，趙秀蓮，劉 苗

（中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120）

為了滿足定量解釋的需要，地震資料處理必須是高分辨率、振幅保持和相位控制的。面向海洋地震資料的相位控制處理技術(shù)包括利用遠場信號進行確定性零相位化、Q補償、預測反褶積及剩余相位校正等。利用模擬遠場信號求取確定性去氣泡及零相位化算子。此文基于相位控制處理，討論了海洋地震資料的相位和極性判別方法，探討了大于24 ms算子長度的預測反褶積對于保持信號形狀的必要性，介紹了東海三維地震資料相位控制流程。

海洋地震資料；相位控制處理；遠場信號；確定性零相位化：極性

地震資料定量解釋要求理想的數(shù)據(jù)是零相位的[1]。零相位的數(shù)據(jù)對于地震資料解釋中的井震標定、反演中的子波估算以及對反演結(jié)果的解釋很有益處。

相位控制處理的目的是得到零相位的地震資料。對于陸地和海洋地震資料，相位控制處理實現(xiàn)的方法技術(shù)有較大不同。對于陸地地震資料采集而言，由于復雜近地表引起震源信號的差異性，陸地地震資料的相位控制處理常采用統(tǒng)計方法；而海洋地震采集的震源陣列配置方式致使得到的信號相位穩(wěn)定，一般采用確定性的方法[2]。

用于解釋的地震資料可以看成一個復雜的褶積模型[3]。海洋地震子波是一個串聯(lián)的線性濾波器組合，包含有震源信號、震源虛反射、水底多次波、地層吸收、層間多次波、接收器虛反射、檢波器組合、記錄儀響應以及處理濾波器（每步處理模塊產(chǎn)生的效應）。每一個濾波器都會給相位帶來影響。

一般情況下，在海洋地震信號（子波）的褶積模型中，震源信號、震源虛反射、檢波器組合、記錄儀和接收器虛反射的綜合響應可以看作是已知的、可確定的[3,4]，可以通過確定性零相位化處理予以消除。Q補償可對地層吸收引起的相位發(fā)散進行補償，預測反褶積的目的是為了壓制多次波，剩余相位校正則為了消除其它未知因素以及一些處理濾波器造成的相位影響。

地震資料解釋人員常常感到迷惑，難以確定到手的地震數(shù)據(jù)屬于何種相位和極性。應用氣槍震源遠場信號加上電纜虛反射的模擬結(jié)果及其零相位化處理過程可以幫助解釋人員很方便地了解地震子波相位及其極性的變化，進而幫助分析用于解釋的地震數(shù)據(jù)的極性和相位。

在預測反褶積處理中，有時會采用脈沖或較短的如10 ms左右的預測間距以提高資料分辨率。但經(jīng)過這樣的預測反褶積處理后地震信號（子波）波形是否能較好地保持需要予以關(guān)注。

長期以來，東海地震資料處理采用的常規(guī)處理流程一般不作相位控制處理,最后得到的成果數(shù)據(jù)保留了原始資料的相位特點，它不是解釋人員想要的零相位數(shù)據(jù)，這不但對解釋人員層位的辨識和追蹤有影響，而且更不利于資料的定量解釋。

在東海三維地震資料處理中，我們建立了一套與常規(guī)處理思路不同的工作流程，包括面向海洋地震資料的相位控制處理、高保真的去噪和高精度成像技術(shù)等，取得了良好的效果。在對不同時期采集的海洋三維地震資料連片處理中[5]，各數(shù)據(jù)塊先分別進行確定性零相位化處理，然后在零相位化的數(shù)據(jù)塊間進行匹配處理更方便。

1 相位控制處理

面向海洋地震資料的相位控制處理包括：確定性零相位化算子的應用、Q補償、長預測間距的預測反褶積應用和剩余相位校正等。

1.1 確定性零相位化算子

不同的遠場信號反映了不同的響應。一般情況下，數(shù)據(jù)采集承包商提供的初始野外遠場信號通常是利用行業(yè)軟件（如PGS公司的Nucleus）模擬得到的，反映了電纜沉放深度為零米時的地震遠場子波，它是震源信號、震源虛反射、檢波器組合和接收儀器的綜合響應[6]。通過模擬計算可以得到電纜沉放深度等于實際沉放深度時的電纜虛反射效應，原始遠場信號與電纜虛反射的褶積結(jié)果可稱為“加虛反射的遠場信號”，它包含了野外地震子波的主要成分。

利用確定性方法求取一個濾波算子把“加虛反射的遠場信號”轉(zhuǎn)換為零相位，以消除由震源、儀器以及炮纜虛反射引起的相位影響。圖1是利用原始遠場信號求取其確定性零相位化加去氣泡效應算子的過程。

圖1 確定性零相位化加去氣泡效應算子求取過程

首先得到加虛反射遠場信號。模擬遠場信號的曲線是A，采樣率0.5 ms。A經(jīng)反極性、時移至起跳點，并進行2 ms重采樣得到B。B對應的電纜沉放深度是0 m， SEG標準正常極性（正壓負跳），其形態(tài)是最小相位子波形狀。電纜沉放深度（6± 1）m的虛反射響應C與B的褶積結(jié)果是D，即加虛反射的遠場信號。

氣槍陣列產(chǎn)生的遠場信號中包含氣泡，需要進行去氣泡處理。針對D，設計一個預測間距為48 ms的預測反褶積來實現(xiàn)去氣泡處理。預測反褶積的算子響應是E。加虛反射的遠場信號D經(jīng)過去氣泡效應處理后得到F。

接下來求得使F變?yōu)榱阆辔蛔硬ǖ乃阕覩。該算子的振幅譜為1，相位譜是F相位譜的負值。

最后零相位化算子G和去氣泡算子E的褶積結(jié)果得到零相位化加去氣泡效應算子H，應用它可把加虛反射的遠場信號D變?yōu)榱阆辔蛔硬↖。

該過程是海洋地震資料利用模擬遠場信號確定性去氣泡及零相位化處理算子求取過程。

值得注意的是：加虛反射的遠場信號D的形狀常常被很多人誤認為零相位子波，但實際上它是最小相位的，通過比較其等價的最小相位子波可得到證實。它與常見的最小相位子波（如B）形狀之所以有較大差異，其根本原因是在于兩者振幅譜的差異：B的振幅譜加上纜虛反射陷波效應后得到D的振幅譜，后者高頻段變窄了。

海底反射（對應正反射系數(shù)）在原始的地震記錄見到的波形與D一致，經(jīng)過上述確定性去氣泡零相位化算子H應用后，在地震記錄上見到的波形與I一樣。但在很多情況下，業(yè)界常在上述算子應用基礎上再乘上-1得到海底反射波形是與I反向的波形。

關(guān)于地震資料的相位和極性，常引起混淆[7,8]。從上述零相位化過程看，與D一致的原始地震記錄等價于最小相位，且為正常極性。而經(jīng)過去氣泡和零相位化處理得到的I及其反向的波形均是零相位的，I的反向波形通常被稱為正常極性，而I波形被稱為反極性。

1.2 反Q濾波

大地吸收引起振幅衰減和相位發(fā)散，用Q模型來表示大地吸收的響應。反Q濾波可單獨或同時針對相位或振幅進行補償。在Q值給定的情況下，正、反Q濾波處理都是確定性的。在實際應用中，關(guān)鍵在于如何求取Q值。目前業(yè)界廣泛應用的有兩種方法，一是單值Q，圍繞目標層，利用地震資料或VSP下行波的淺、深時窗數(shù)據(jù)的頻譜比值求取目標層段的Q值。二是求取時空變的Q，如應用與均方根速度有關(guān)的經(jīng)驗公式。應用單值Q補償?shù)膬?yōu)點是如果在資料解釋中發(fā)現(xiàn)處理中反Q濾波的Q值不盡合理，可以應用Q濾波去除原來的Q補償效應，再用正確的Q值重新進行反Q濾波。本次地震資料處理采用了單值Q補償。利用地震資料淺深時窗譜比法求得目的層的Q值等于156（圖2）。

在資料信噪比不高時，針對振幅補償?shù)姆碤濾波算子常不穩(wěn)定。因此，對于疊前道集數(shù)據(jù)，我們采用了僅針對相位的Q補償。

1.3 預測反褶積

圖2 淺深時窗振幅譜比法求得Q=156

在常規(guī)處理中，人們常常設計較短的預測間距（gap）來進行預測反褶積，試圖通過壓縮地震子波以提高分辨率。但較短的預測間距會極大地破壞地震子波的波形。圖3是算子長度（oper）為240 ms時應用不同預測間距（2～32 ms）對加虛反射的地震子波進行預測反褶積處理的結(jié)果。圖中表明當預測間距小于24 ms時，子波的波形遭到嚴重破壞。預測反褶積的預測間距需大于地震子波主能量區(qū)的長度。

在海洋地震資料疊前道集的處理中，應用長預測間距的預測反褶積的目的主要是壓制多次波，而不是提高分辨率。我們選用的預測間距為32 ms。

1.4 剩余相位校正

盡管經(jīng)過前述的各項處理，但最終地震數(shù)據(jù)可能存在剩余相位。這些剩余相位來源于采集中未知不穩(wěn)定因素（如反射系數(shù)、噪聲等）以及后續(xù)部分處理模塊引起的相位畸變，因此需要進行剩余相位校正。我們采用了p/f相位濾波方法，通過p/f相位濾波掃描，求得地震數(shù)據(jù)的峭度（Kurtosis），峭度最大值對應的相位角是使得地震數(shù)據(jù)更接近零相位化的理想?yún)?shù)[9]。

頻率通放帶的中心頻率取40 Hz，在-90°～90°范圍內(nèi)對地震數(shù)據(jù)進行相位濾波掃描，計算得到相位濾波后地震數(shù)據(jù)目標層段的峭度曲線（圖4），峭度最大值對應的相位角僅為10°，這從一定程度上說明經(jīng)過前述相位控制處理后的數(shù)據(jù)較接近于零相位。相位角10°的p/f相位濾波前后數(shù)據(jù)對比見圖5，總體看起來兩者差不多，在濾波后剖面上箭頭所指處同相軸顯得更尖銳化一些。圖6是10°相位濾波后地震數(shù)據(jù)與合成記錄（利用25 Hz零相位Ricker子波制作）的對比圖，兩者的相關(guān)性較好，說明地震數(shù)據(jù)具有零相位特征。

圖3 加虛反射的遠場信號預測反褶積結(jié)果

圖4 相位掃描求得的峭度曲線（頻率= 40 Hz）

2 處理流程

基于相位控制處理技術(shù)，我們設計了以下的綜合處理流程，其中加粗部分是對子波相位的控制處理。

·原始地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)格式

·地震-導航資料合并

· 球面擴散補償

· 地震道編輯

圖5 p/f相位濾波（頻率= 40 Hz，相位角= 10°）前（右）后（左）剖面對比

圖6 p/f相位濾波后地震數(shù)據(jù)與零相位合成記錄對比

· 涌浪噪音壓制（F-X域投影濾波）

·炮/道一致性振幅校正

· 確定性子波零相位化

·反Q濾波（僅針對相位，Q=156）

·疊前預測反褶積（gap=32 ms）

·速度分析

· 高精度Radon去多次

· 克?；舴虔B前時間偏移速度分析

·克?；舴虔B前時間偏移輸出道集

·剩余時差校正

·克?；舴虔B前時間偏移道集疊加

·反Q濾波（針對振幅，Q=156）

· 剩余相位校正（p/f相位濾波）

·成果數(shù)據(jù)輸出

圖7是應用上述相位控制綜合處理流程的結(jié)果與常規(guī)流程的結(jié)果之間的對比，兩者之間的相位存在差異，前者優(yōu)于后者。

圖7 應用相位控制綜合處理流程結(jié)果（左）與常規(guī)流程結(jié)果（右）的對比

3 結(jié)論

面向海洋地震資料的相位控制處理是一個系統(tǒng)處理流程，以確定性子波零相位化、Q補償、預測反褶積以及剩余相位校正為主要內(nèi)容。相位控制處理要求預測反褶積的預測間距較長，一般大于24 ms。海洋地震資料的相位及極性判別僅從地震剖面本身是很難判斷的，需要考察對地震信號（子波）具體的處理過程。

相位控制處理綜合技術(shù)流程也是一個高保真、高分辨率處理流程，在東海以及其它海域的地震資料處理以及連片處理中可借鑒使用。

參考文獻：

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[5] 陳茂根，范毅華，楊新菊，等.東海西湖凹陷三維地震連片處理[J]. 海洋石油，2003，23（S1）：45-50.

[6] 李緒宣，王建花.海上氣槍陣列震源子波數(shù)值模擬研究與應用[C]// 第四屆中國石油地質(zhì)年會學術(shù)委員會.第四屆中國石油地質(zhì)年會論文集. 北京：石油工業(yè)出版社，2012：482-495.

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[9] Cambois G, Hargreaves ND. Zero-phase conversion of marine data using one-parameter phase filters and Kurtosis maximization[C]// Soc. Explor. Geophys., 64th Ann. Mtg., Expanded Abstracts.1994:1591-1594.

發(fā)現(xiàn)號完成集團首次南極地震勘探

當?shù)貢r間3月9日晚，隨著最后一聲炮響，收槍、收電纜，上海海洋石油局發(fā)現(xiàn)號物探船全速駛往智利蓬塔雷納斯港，南極地震勘探項目畫上圓滿句號。

該項目歷時27 d，共完成二維地震滿覆蓋3004.32 km，以及重力、磁力測量和7個CTD站位測量。期間，發(fā)現(xiàn)號克服南極地區(qū)氣溫較低，冰山和浮冰密布，氣象條件惡劣等各種不利自然條件，攻克水溫較低影響氣槍同步穩(wěn)定和水鳥信號傳輸不穩(wěn)定等技術(shù)難題，最終完成了中國石化集團首次極具挑戰(zhàn)性和探索性的南極地震勘探項目，并創(chuàng)出了中石化單日二維地震243.41 km的高產(chǎn)新紀錄，施工安全、資料質(zhì)量和施工效率都得到了甲方GXT公司的高度好評。這是發(fā)現(xiàn)號繼2009年征服北冰洋，創(chuàng)造石化集團海洋物探極地作業(yè)歷史后，又一次征服極地海域。

摘編自《中國石化新聞網(wǎng)》2014年3月11日

南黃?？碧较葘ㄟ^立項審查

3月6日，由上海海洋油氣分公司承擔的勘探先導向項目《南黃海蘇北盆地東部中區(qū)塊油氣資源評價及勘探部署研究》在北京順利通過立項審查。此項目是集團公司于去年底競標獲得該區(qū)塊勘查權(quán)后的首個先導項目，總部要求完成該區(qū)塊的基礎地質(zhì)研究和資源初評，為勘探?jīng)Q策部署提供依據(jù)。此外，從現(xiàn)有的資料看，同一盆地內(nèi)緊鄰該區(qū)塊已有鉆井發(fā)現(xiàn)了低產(chǎn)油氣流，預示著該區(qū)塊可能成為中石化海域勘探新的亮點，在“十三五”實現(xiàn)油氣突破。

摘編自《上海海洋石油》報2014年3月20日

國勘Addax喀麥隆海上RDR區(qū)塊獲新發(fā)現(xiàn)

5月8日，從國勘Addax公司喀麥隆海上RDR區(qū)塊INM鉆采平臺傳來喜訊：今年初在該平臺部署的兩口近油田勘探井MIB001井和MIB002井相繼完鉆，經(jīng)過測井、MDT和取芯驗證，分別發(fā)現(xiàn)18米和38米厚油層，初步計算可新增石油地質(zhì)儲量1億桶。經(jīng)濟評價結(jié)果也表明，這些新增儲量具有良好的商業(yè)開發(fā)價值。兩口井近期可完井并投產(chǎn)。

Addax公司喀麥隆海上RDR區(qū)塊是開發(fā)30多年的老油田，已進入高含水遞減期。此次新發(fā)現(xiàn)不僅擴大了Addax公司喀麥隆海上老油田周緣的勘探開發(fā)潛力，而且對成熟盆地的復雜構(gòu)造帶勘探工作具有指導意義。

摘編自《中國石化報》2014年5月28日

Controlled Phase Processing on Marine Seismic Data——A Case Study of East China Sea

CHEN Maogen, HAO Xiaohong, ZHAO Xiulian, LIU Miao
（Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China）

To meet the requirement for quantitative seismic data interpretation, the seismic data to be processed should be high resolution, preserve relative amplitude and controlled phase. The controlled phase processing techniques on marine seismic data include deterministic zero-phasing with far field signals, Q compensation, predictive deconvolution, residual phase correction and etc. The operator for zero-phasing plus de-bubble is estimated using a modeled far field signals. The identification methods of phase and polarity of marine seismic data are discussed based on the controlled phase processing. A long gap of more than 24 ms for predictive deconvolution is necessary for keeping the shape of the signature. In addition, the controlled phase processing on the seismic data from East China Sea has been discussed in this paper.

marine seismic data; controlled phase processing; far field signature; deterministic zero-phasing; polarity

P631.4+6

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.02.001

1008-2336（2014）02-0001-06

2013-12-26；改回日期：2014-01-10

陳茂根，男，1966年生，碩士，高級工程師，主要從事海洋地震及非地震技術(shù)研究及管理工作。E-mail：maogen.shhy@sinopec.com.cn。