海洋寬線地震成像方法及效果分析

陳茂根，牛華偉，趙秀蓮

（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）

海洋寬線地震成像方法及效果分析

陳茂根，牛華偉，趙秀蓮

（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）

摘 要：寬線地震勘探技術因其性價比優(yōu)勢在復雜陸地探區(qū)油氣資源勘探中應用廣泛，成功案例較多，但在我國海洋地震勘探領域的成功應用并不多見。此文利用南海北部灣盆地某三維探區(qū)的二源三纜一束航海線，結合地下共深度點（CDP）面元的合理定義，系統(tǒng)地進行了基于二維、三維疊前深度偏移算法的多種寬線成像試驗，并從成像效果、信噪比等方面進行了詳細的對比分析。試驗表明海洋寬線的成像處理選取二維算法成像效果較三維算法的成像結果好。對比以前的二維疊前時間偏移結果，工區(qū)區(qū)域寬線地震資料疊前深度偏移處理取得了較好的應用效果。

關鍵詞：海洋寬線；疊前深度偏移；成像效果

Analysis on the Effects of Imaging Methods with Offshore Wide-Line Seismic Data

CHEN Maogen, NIU Huawei, ZHAO Xiulian
（Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil and Gas Company, Shanghai 200120, China）

Abstract:The wide-line seismic survey has been used successfully and widely in onshore petroleum exploration because of the low cost and good effect. However, offshore wide-line seismic survey application cases have not been reported in China. In order to compare the effects of offshore wide-line data acquired with different configuration, a sail line with 2 sources and 3 streamers was selected from a 3D seismic survey in Baibu Gulf Basin, South China Sea. Combined with the CDP definition, imaging testing has been conducted systematically with 2D/3D Pre-stack Depth Migration (PSDM) on the chosen data. In addition, comparison analysis has been finished about imaging results and S/N ratio. The testing results show that the 2D Kirchhoff PSDM algorithm can achieve better results than 3D Kirchhoff PSDM algorithm in imaging processing of offshore wide-line seismic data. Compared with vintage 2D Prestack time migration data, the application results with 2D PSDM data by regional wide-line survey in the study area are better.

Keywords:offshore wide-line; prestack depth migration; imaging effect

寬線地震勘探技術首先由法國CGG公司提出，并迅速在世界各地推廣應用[1-2]。上世紀70年代末，我國石油工業(yè)界開始進行陸地寬線地震勘探試驗[3-6]。2003年以來，在一些地表、地下地震地質條件比較復雜、常規(guī)二維地震勘探成果難以滿足地質解釋的需要而三維地震勘探又無法實現或成本巨大的地區(qū)，如在遼河盆地、酒西盆地、桂中山區(qū)等實施了寬線地震勘探[7-20]，取得了明顯效果。海洋寬線地震勘探實踐及研究相對較少。針對南黃海海相油氣勘探，有研究者提出了一些寬線技術設想[21]。為了解決地震能量穿透有限、目的層反射信號弱、多次波及其它噪聲干擾突出等問題，2009年在珠江口盆地潮汕坳陷開展了海上“單源雙纜”寬線勘探技術的試驗[22-23]。由于

采集的觀測系統(tǒng)和陸地相比有很大不同，地下地震地質條件也千差萬別，有時會導致海洋寬線地震勘探的效果不明顯，從而引起對海洋寬線地震勘探有效性的質疑。為了驗證寬線地震勘探的效果，本文以我國南海北部灣盆地某三維地震勘探的一束航海線為基礎，模擬不同的海洋寬線地震勘探觀測系統(tǒng)，采用不同的偏移成像技術思路，從成像效果、信噪比等方面進行詳細的對比分析，探索海洋寬線有效性影響因素以及成像方法的合理選取。作者期望通過這些研究，客觀地評價海洋拖纜寬線地震技術的效果和適用性，為優(yōu)化寬線采集設計、制定合理的寬線地震資料疊前深度偏移流程提供借鑒。

1　地震觀測系統(tǒng)與地下面元定義

1.1 地震采集參數

從南海北部灣盆地以雙源三纜采集的三維地震數據中選取一條航海線作為本次試驗數據，用于模擬常規(guī)二維（單源單纜）和不同寬線地震勘探觀測系統(tǒng)（單源雙纜、單源三纜、雙源雙纜、雙源三纜）情況。

采集基本參數：纜間距100 m，纜長6 000 m，纜沉放深度為7 m，每纜480道，道間距12.5 m，最小偏移距165 m；震源深度為6 m，雙源交替放炮，炮點間隔25 m。采集面元6.25 m×25 m，三維面元名義覆蓋次數為60。

1.2 共深度點面元定義

對于二維海洋拖纜地震資料，處理時一般不考慮炮點和檢波點位置的漂移，把它們假定放在理想的直線上進行偏移距和CMP點計算。對于三維海洋地震資料，根據每個接收道的炮點和檢波點的實際坐標進行地下面元劃分，每個面元滿足一定的覆蓋次數，保證在三維偏移處理孔徑范圍內，有足夠的縱向和橫向道數據。海洋寬線是介于海洋二維地震與三維地震之間，縱向上與二維一致，但橫向上具有極有限的道數據。顯然，海洋寬線地震資料處理不能直接沿用二維或三維地震數據處理流程。

對于寬線地下面元劃分，我們先按照三維觀測系統(tǒng)進行地下面元定義，處理面元大小定義為12.5 m×25 m。對于CDP線方向的定義，由于羽角的影響，各道CDP點偏離采集方位，遠偏移距道偏離較大。采用了兩種方案，一種是按整塊三維采集方位角定義CDP線方向，另一種是根據本航海線實際炮點坐標直線擬合結果定義CDP線方向，兩者略有差異，但后者可以確保大部分近道CDP點分布在該線上。

在處理流程與參數一致的條件下，兩種方式的偏移結果見圖1和圖2。第二種線方向定義方式更合理，在淺部偏移成像效果更好。按照此網格參數進行地震-導航合并以及地下面元劃分處理后，各接收道具有精確的炮點、檢波點坐標、偏移距以及線道信息。

圖1　根據采集方位定義CDP面元方向后的成像結果

圖2　根據炮點位置直線擬合定義CDP面元方向的成像結果

2　 寬線地震資料疊前深度偏移處理研究

2.1 二維偏移算法處理試驗

采用二維Kirchhoff積分法疊前深度偏移算法，進行兩組試驗。

試驗一：基于一源二纜地震數據，采用二維Kirchhoff積分法疊前深度偏移算法進行兩種不同流程的試驗。

流程1：對一源二纜所獲得的兩條CDP線，分別進行二維疊前深度偏移處理，然后再進行疊加。

流程2：兩條CDP線數據合并在一起直接進行二維疊前深度偏移成像。

圖3是兩種流程的偏移成像剖面，其成像結果一致。

這里需要說明的是寬線處理的偏移距取值不同于常規(guī)二維處理。常規(guī)二維偏移的偏移距一般是根據道間距與最小偏移距按直線推算出來的。本次處理是根據炮點與接收點的位置計算得到的真實準確偏移距值。兩者計算出的地下反射點和旅行時存在較大差異，且這種差異隨著拖纜長度的增加而增大。準確的偏移距有利于PSDM處理旅行時的正確計算。

圖3　一源二纜寬線地震數據二維疊前深度偏移不同流程成像結果對比（左：流程1，右：流程2）

圖4　不同輸入數據的2D疊前深度偏移寬線疊加成像結果(時間域局部顯示)

試驗二：不斷增加輸入數據量，從一源一纜單線（60次覆蓋）增加到二源三纜寬線（360次覆蓋），來自不同源纜的數據合并在一起進行二維深度偏移處理，以考察疊加次數對成像結果的影響。

輸入數據：一源一纜（S1C1），一源二纜（S1C2），一源三纜（S1C3），二源二纜（S2C2），二源三纜（S2C3）。

不同輸入數據量的二維成像結果（圖4）顯示：隨著輸入疊加次數的增加，剖面信噪比越來越高，反射界面（包括基底）與斷層成像越來越清晰。信噪比曲線（圖5）也可以看出，成像結果的信噪比隨著輸入疊加次數的增加而增加，二源二纜及以上數據量的成像結果信噪比改善明顯。

本試驗顯示成倍增加覆蓋次數可以改善剖面質量，這一定程度上反映了海洋寬線的有效性。

2.2 三維偏移算法處理試驗

采用三維Kirchhoff積分法疊前深度偏移算法，設置兩組試驗（試驗三、試驗四）。

試驗三：輸入同樣的一源二纜寬線地震道集，

采用三維疊前深度偏移算法，按大小網格參數進行成像輸出。

參數一：按三維處理網格參數（12.5 m×25 m），輸出多條共成像點（CIP）單線再疊加。

參數二：考慮到拖纜的漂移，按宏面元參數（12.5 m×600 m），輸出一條成像線。

圖6是兩種輸出方式三維偏移成像剖面。顯而易見，按宏面元輸出到一條CIP線在淺層產生假頻噪音，深層的成像效果也不夠理想。

圖5　不同輸入數據2D疊前深度偏移寬線疊加成像剖面的信噪比分析

圖6　一源二纜寬線地震數據3D疊前深度偏移不同輸出方式成像結果對比（左：宏面元輸出單一CIP線，右：小網格偏移輸出多線再疊加）

圖7　不同輸入數據的3D疊前深度偏移寬線疊加成像結果(時間域局部顯示)

試驗四：輸入不同數據量，從單源雙纜到雙源三纜數據逐步增加，按正常三維網格參數（12.5 m×25 m）輸出多條CIP線，然后將它們疊加形成寬線成像結果。目的是考查不同輸入數據量對三維偏移結果的影響。

圖7、圖8分別是四組不同輸入數據三維寬線成像剖面及其對應的信噪比曲線。對比這些圖件可以得出與二維疊前深度偏移處理試驗相似的結論，即隨著輸入數據量的增加，信噪比越來越高，

整體成像效果越來越好，顯示海洋寬線與陸地寬線一樣可以通過成倍增加覆蓋次數改善數據質量。

2.3 二維與三維算法處理試驗

試驗五：輸入二源三纜地震數據，對比二維與三維疊前深度偏移處理的成像結果。

二維處理：來自不同源和纜的數據合并在一起進行二維疊前深度偏移處理。

圖8　不同輸入數據的3D疊前深度偏移寬線成像剖面的信噪比分析

三維處理：按小網格參數進行三維偏移處理，輸出多條CIP線，然后再疊加，形成寬線成像剖面。

圖9、圖10、圖11分別是兩種處理的結果剖面、相應的信噪比曲線以及頻譜圖。從剖面上看，兩者成像效果比較接近，三維疊前深度偏移處理剖面上在一些局部看起來稍清晰，但從信噪比曲線上看，二維疊前深度偏移成像結果更高。

圖9　二源三纜數據二維/三維疊前深度偏移成像結果對比

圖10　二源三纜數據二維/三維疊前深度偏移成像剖面信噪比分析

圖11　二源三纜數據不同方式疊前深度偏移成像剖面頻譜分析

綜合以上試驗，在海洋寬線成像處理中，選取二維疊前深度偏移處理結果優(yōu)于三維處理結果，宏面元輸出的三維疊前深度偏移處理結果欠佳。

3　區(qū)域寬線深度偏移處理效果

南海北部灣盆地以往采集的區(qū)域二維地震資料大多數信噪比較低，地震資料質量難以滿足區(qū)域地質條件研究的需要。2013年在北部灣盆地實施了“一源雙纜”海洋寬線地震資料采集。

圖12是采用前述的二維Kirchhoff積分法疊前深度偏移處理進行成像處理的結果。對比相同位置疊前時間偏移老資料（圖13），可以看出寬線處理結果在三個方面改善明顯：（1）信噪比明顯提高，不論從剖面對比還是從定量信噪比分析圖（圖14）上都顯示出寬線結果的信噪比改善明顯，尤其是小于15 Hz低頻段；（2）中深層有效反射能量增強，同相軸連續(xù)性變好，波組特征清晰；（3）成像效果改善明顯，斷點歸位效果好，斷層清楚，基底成像清晰。從頻譜對比圖（圖14）上可以看出寬線結果振幅譜帶寬明顯高于以往資料。

4　結束語

圖12　寬線地震PSDM（比例到時間域）剖面

考慮到洋流引起的纜線漂移，根據實際炮點位置進行直線擬合是確定寬線地震資料CDP面元

線方向的一種有效而合理的方式。

在海洋寬線成像處理中，選取二維Kirchhoff疊前深度偏移是適合海洋寬線地震數據特點的疊前深度偏移處理方式，優(yōu)于宏面元三維深度偏移處理結果。

海洋寬線成倍地增加輸入數據量（覆蓋次數）可以改善疊前深度偏移成像剖面質量和信噪比。

南海北部灣盆地海洋寬線應用實踐表明在復雜構造、低信噪比海域，二維地震勘探效果不佳情況下，海洋寬線地震勘探技術是值得優(yōu)先考慮的一種地震勘探方式。

圖13　老二維地震PSTM剖面

圖14　時窗1.5～3.5 s信噪比(左)及頻譜(右)對比圖

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作者簡介：第一陳茂根，男，1966年生，碩士，高級工程師，主要從事海洋地震、非地震技術研究及管理工作。E-mail：maogen.shhy@sinopec.com。

收稿日期：2014-03-14；改回日期：2014-12-03

文章編號：1008-2336（2015）01-0001-08

中圖分類號：P631.4

文獻標識碼：A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.01.001