海底電纜地震采集方案優(yōu)化及關(guān)鍵處理技術(shù)
——以北部灣盆地WS區(qū)為例

袁全社 李 列 張興巖 柴繼堂 李 林 王大為

(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 廣東湛江 524057)

海底電纜地震采集方案優(yōu)化及關(guān)鍵處理技術(shù)
——以北部灣盆地WS區(qū)為例

袁全社1李 列1張興巖2柴繼堂1李 林1王大為1

(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 廣東湛江 524057)

袁全社,李列,張興巖，等.海底電纜地震采集方案優(yōu)化及關(guān)鍵處理技術(shù)——以北部灣盆地WS區(qū)為例[J].中國(guó)海上油氣，2015,27(4)：54-60.

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北部灣盆地WS區(qū)中深層流沙港組具有很大的勘探潛力，但利用現(xiàn)有地震資料進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋和油藏描述非常困難，無(wú)法滿足勘探和開(kāi)發(fā)研究的要求。海底電纜地震采集和處理技術(shù)在改善中深層復(fù)雜構(gòu)造成像方面優(yōu)勢(shì)明顯，適用于復(fù)雜淺水區(qū)采集環(huán)境。針對(duì)WS區(qū)中深層勘探面臨的復(fù)雜構(gòu)造成像問(wèn)題，提出了高密度寬方位海底電纜地震勘探技術(shù)應(yīng)用思路，重新確定面元尺寸并優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)開(kāi)展Z分量高保真噪聲衰減、P-Z分量雙檢合并和寬方位控制射線束疊前深度偏移成像等3項(xiàng)關(guān)鍵處理技術(shù)研究。應(yīng)用效果表明，WS區(qū)地震資料品質(zhì)得到了明顯改善，有效提高了地震解釋研究的可靠性，促進(jìn)了該區(qū)后續(xù)勘探研究。

海底電纜地震勘探技術(shù)；面元尺寸；觀測(cè)系統(tǒng)；Z分量高保真噪音衰減；P-Z分量雙檢合并；寬方位控制射線束偏移；北部灣盆地

北部灣盆地WS區(qū)當(dāng)前原油勘探主要集中在中深層古近系流沙港組，已有研究顯示該區(qū)仍具有很大的勘探潛力[1-3]，但目前已發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量規(guī)模不足以支持該區(qū)的開(kāi)發(fā)，因此，迫切需要提升中深層地震資料的信噪比與成像精度，進(jìn)行復(fù)雜構(gòu)造圈閉研究，提高目的層解釋可靠程度，指導(dǎo)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層發(fā)育帶預(yù)測(cè)研究，進(jìn)而擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量規(guī)模，推動(dòng)油田開(kāi)發(fā)投產(chǎn)。

該區(qū)現(xiàn)有的地震資料為2003年對(duì)外合作采集的三維地震數(shù)據(jù)：采集面元(37.5 m×12.5 m)較稀疏，不利于小斷層成像和提高信噪比；雙源雙纜采集，方位角非常窄；排列長(zhǎng)度相對(duì)較小，不利于接收最深目的層的反射信息；震源總?cè)萘?1 760 in3)較小，中深層能量較弱。因此，現(xiàn)有的地震資料存在以下問(wèn)題：中深層頻率較低，主要目的層地震反射同相軸連續(xù)性較差，波組特征不明顯，分辨率低；斷裂發(fā)育區(qū)地震資料優(yōu)勢(shì)頻率較低，斷點(diǎn)不清，斷層歸位、成像差。為解決這些問(wèn)題，開(kāi)展了多輪次地震資料重處理攻關(guān)，取得了一定效果，但仍無(wú)法進(jìn)行精細(xì)的構(gòu)造解釋與油藏描述。所以，迫切需要開(kāi)展新的采集處理技術(shù)研究，提高地震資料品質(zhì)。

海底電纜(Ocean Bottom Cable，OBC)三維地震勘探技術(shù)具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)[4-6]，非常適用于解決北部灣盆地WS區(qū)地質(zhì)地球物理問(wèn)題，而且該區(qū)的采集環(huán)境也適合OBC地震采集作業(yè)。本文從地質(zhì)模型出發(fā)，優(yōu)化了OBC地震勘探主要采集參數(shù)和觀測(cè)系統(tǒng)，并結(jié)合地震資料特點(diǎn)開(kāi)展了關(guān)鍵處理技術(shù)的研究應(yīng)用，從而指導(dǎo)了該區(qū)油氣勘探研究工作，可為同類勘探開(kāi)發(fā)區(qū)OBC三維地震勘探技術(shù)的研究及應(yīng)用提供借鑒。

1 采集方案優(yōu)化

針對(duì)現(xiàn)有資料存在問(wèn)題和本次OBC地震勘探要求，對(duì)采集方案提出了如下優(yōu)化思路：設(shè)計(jì)基于成像的三維觀測(cè)系統(tǒng)，提高炮道密度及炮道均勻性，進(jìn)而提高信噪比；增加觀測(cè)方位，提高復(fù)雜小斷塊的成像精度[7-9]；增加排列長(zhǎng)度，提高火成巖下成像精度；增加覆蓋次數(shù)，提高能量和信噪比；加大震源總?cè)萘?，提高激發(fā)能量。

1.1 面元尺寸確定

面元尺寸的確定主要考慮不產(chǎn)生空間假頻和滿足橫向分辨率的要求。在所建立的地質(zhì)模型中，根據(jù)WS區(qū)構(gòu)造地質(zhì)特點(diǎn)和橫向速度變化規(guī)律，對(duì)該區(qū)主要目的層(T86)面元大小進(jìn)行計(jì)算，分析橫向面元分布規(guī)律。圖1為北部灣盆地WS區(qū)主要目的層面元計(jì)算結(jié)果，可以看出：在較為平緩的區(qū)域，所需面元可以較大；在斷層發(fā)育的區(qū)域，所需面元應(yīng)該較??；在局部斷裂發(fā)育區(qū)，面元小于15 m較為合適。由于正方形面元有利于落實(shí)構(gòu)造細(xì)節(jié)和識(shí)別小斷塊，因此確定本次地震采集的面元大小為12.5 m×12.5 m，即選擇道距為25 m、炮距為25 m的對(duì)稱規(guī)則小面元采集方式。

圖1 北部灣盆地WS區(qū)主要目的層(T86)面元計(jì)算結(jié)果

1.2 觀測(cè)系統(tǒng)優(yōu)選

能夠?qū)崿F(xiàn)寬方位采集的觀測(cè)系統(tǒng)主要有束狀和片狀2種[10]，其中正交束狀實(shí)現(xiàn)寬方位采集一般要求有足夠多的電纜，炮線短且分布在電纜區(qū)的中部，作業(yè)時(shí)主要為平行、縱向搬動(dòng)電纜的滾動(dòng)模式；而片狀是炮線區(qū)覆蓋電纜區(qū)，主要是靠海上放炮效率高的特點(diǎn)，減少電纜搬遷工作量，一次采集覆蓋一片狀區(qū)域，作業(yè)時(shí)主要為電纜整體搬遷的模式。從作業(yè)效率來(lái)講，片狀作業(yè)方式一般略高于正交束狀作業(yè)方式。除了考慮方位和偏移距分布規(guī)律外，本文就2種觀測(cè)系統(tǒng)針對(duì)WS區(qū)主要目的層(T86)進(jìn)行了正演照明分析[11]，對(duì)比目的層照明能量分布情況，選擇更有利于成像和提高信噪比的采集方式。

圖2為2種觀測(cè)系統(tǒng)模板的對(duì)比，其中圖2a為12纜12炮OBC正交束狀作業(yè)方式(縱向紅線為震源激發(fā)炮線，炮點(diǎn)間距25 m；橫向藍(lán)線為檢波點(diǎn)接收線,線間距300 m，檢波點(diǎn)相距25 m)，圖2b為8纜256炮OBC片狀作業(yè)方式(縱向紅線為震源激發(fā)炮線，炮點(diǎn)間距25 m，炮線間距250 m；橫向藍(lán)線為檢波點(diǎn)接收線,線間距400 m，檢波點(diǎn)相距25 m)。圖3為2種觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的方位角圖，可以看出，它們均能夠?qū)崿F(xiàn)寬方位采集，但片狀采集時(shí)優(yōu)勢(shì)偏移距主要集中在中部，且隨方位變化相對(duì)均勻。圖4為2種觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的目的層照明能量分布圖，可以看出片狀采集的照明能量分布更加均勻，構(gòu)造復(fù)雜的局部照明度要高于正交束狀采集方式。

圖2 OBC觀測(cè)系統(tǒng)模板對(duì)比

圖3 OBC觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的方位角圖

圖4 OBC觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的WS區(qū)目的層(T86)照明能量分布圖

綜合以上分析，最終在WS區(qū)確定的采集觀測(cè)系統(tǒng)為8纜片狀方式，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)空間采樣密且規(guī)則(12.5 m×12.5 m小面元)、寬方位(橫縱比0.516)采集、覆蓋次數(shù)高且主要集中在目的層深度附近，非常有利于改善復(fù)雜構(gòu)造成像質(zhì)量。

2 關(guān)鍵處理技術(shù)研究與應(yīng)用

WS區(qū)OBC地震資料為四分量采集，分別為縱波壓力分量P、縱波加速度分量Z、橫波分量X和橫波分量Y。由于海洋地震轉(zhuǎn)換橫波處理技術(shù)尚在發(fā)展完善階段[12]，本文主要研究了P、Z兩個(gè)縱波分量的數(shù)據(jù)處理問(wèn)題。通過(guò)分析原始資料品質(zhì)，針對(duì)該區(qū)地震資料特點(diǎn),確定了縱波處理流程(圖5)，其中Z分量高保真噪聲衰減技術(shù)﹑P-Z分量雙檢合并技術(shù)[13-14]和控制射線束疊前深度偏移成像技術(shù)[15-17]是關(guān)鍵技術(shù)。

圖5 北部灣盆地WS區(qū)OBC地震資料處理流程圖

2.1 Z分量高保真噪音衰減技術(shù)

由于不同類型的檢波器響應(yīng)特征及其采集環(huán)境不同,水檢P分量和陸檢Z分量地震資料信噪比有所差異。其中，水檢P分量原始資料整體信噪比較高，處理上主要是去大值和地滾波噪聲衰減，剩余噪音利用分頻處理技術(shù)在檢波點(diǎn)域進(jìn)一步壓制即可；而陸檢Z分量地震資料整體信噪比水平相對(duì)較低，其去噪效果直接關(guān)系到后期合并處理效果。Z分量除了接收到垂直分量數(shù)據(jù)外，還接收到了泄露的橫波分量數(shù)據(jù)，因此Z分量接收到的數(shù)據(jù)可以表示為

vvert(t)=vx(t)*f(t)+vz(t)

(1)

式(1)中：vvert(t)是Z分量接收到的數(shù)據(jù)；vz(t)是縱波分量；vx(t)為橫波分量；f(t)為濾波因子；t為記錄時(shí)間。

轉(zhuǎn)換橫波噪聲在縱波分量中的存在掩蓋了有效波信號(hào)，在Z分量的共檢波點(diǎn)道集上通過(guò)自適應(yīng)相減的方法可以消除橫波噪音的影響。圖6為WS區(qū)Z分量高保真去噪前后共檢波點(diǎn)道集對(duì)比，可以看出噪音得到了壓制，有效信號(hào)得到了保護(hù)，為后續(xù)合并處理奠定了基礎(chǔ)。

圖6 北部灣盆地WS區(qū)Z分量高保真去噪前后共檢波點(diǎn)道集對(duì)比

2.2 P-Z分量雙檢合并技術(shù)

水檢P分量記錄壓力變換，水檢波場(chǎng)等于上行波場(chǎng)加下行波場(chǎng)；陸檢Z分量記錄粒子垂直運(yùn)動(dòng)，陸檢波場(chǎng)等于上行波場(chǎng)減下行波場(chǎng)。對(duì)于一次反射波，P、Z分量接收到的方向是一致的，但對(duì)于海面反射回來(lái)的鬼波，這2個(gè)分量極性相反。因此，利用P-Z分量雙檢合并技術(shù)可以消除電纜鬼波，達(dá)到拓寬地震資料頻帶、壓制淺水多次波的目的。由于P、Z分量資料信噪比有所差別，P分量頻率較低、Z分量頻率較高，為了充分保護(hù)資料的有效頻率成分，本文采用P分量向Z分量合并求取匹配因子的處理方法，其計(jì)算過(guò)程(圖7)為：①求取交叉鬼波化的水檢、陸檢記錄；②對(duì)水檢、陸檢鬼波化數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配求得最佳匹配因子；③用最佳匹配因子對(duì)水檢記錄進(jìn)行標(biāo)定；④對(duì)標(biāo)定的水檢、陸檢記錄求和得到上行波，求差得到下行波。這樣，最終求得的數(shù)據(jù)既保存了陸檢數(shù)據(jù)(Z分量)的高分辨率，又加入了水檢數(shù)據(jù)(P分量)的高信噪比，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量與合并信息的豐富程度。

圖8為WS區(qū)P-Z分量雙檢合并前后炮集對(duì)比，可以看出，P-Z分量雙檢合并之后，鬼波旁瓣得到了有效壓制，子波壓縮效果顯著。圖9為WS區(qū)P-Z分量雙檢合并前后疊加剖面對(duì)比，可以看出，合并后的疊加剖面既保留了水檢資料中的低頻優(yōu)勢(shì)，又保留了陸檢資料中的細(xì)節(jié)信息。此外，頻譜對(duì)比效果表明，合并后疊加剖面的頻譜比P、Z分量的頻譜都有改善，P分量和Z分量頻譜的陷波均得到了補(bǔ)償(圖10)。

圖7 P-Z分量雙檢合并示意圖

圖8 北部灣盆地WS區(qū)P-Z分量雙檢合并前后炮集對(duì)比

圖9 北部灣盆地WS區(qū)P-Z分量雙檢合并前后疊加剖面對(duì)比

2.3 寬方位控制射線束疊前深度偏移技術(shù)

已有資料顯示，WS區(qū)各向異性特征較明顯，因該區(qū)鉆井資料相對(duì)較多，為了提升中深層復(fù)雜斷塊構(gòu)造區(qū)的成像精度，在常規(guī)疊前時(shí)間偏移處理基礎(chǔ)上，開(kāi)展了基于傾斜對(duì)稱軸(Tilted Transverse Isotropy，TTI)的各向異性模型建立和寬方位控制射線束深度偏移成像方法(Control Beam-ray Migration，CBM)研究。其計(jì)算過(guò)程為：①進(jìn)行各向同性的深度偏移，利用偏移結(jié)果拾取TTI構(gòu)造角度和方位場(chǎng)；②根據(jù)已知井深度和各向同性深度偏移的地震深度標(biāo)定求取各向異性參數(shù)場(chǎng)δ和ε，同時(shí)更新垂向?qū)铀俣饶Ｐ?；③進(jìn)行TTI各向異性的CBM疊前深度目標(biāo)線偏移；④利用網(wǎng)格層析成像方法修正各向異性參數(shù)ε。對(duì)比表明，由于寬方位偏移的道集保留了方位角的信息，針對(duì)偏移后的道集采用基于垂直對(duì)稱軸(Vertical Transverse Isotropy，VTI)的各向異性的高密度速度拾取方式進(jìn)一步拉平道集，可以為提高后續(xù)疊加成像精度奠定基礎(chǔ)(圖11)。

圖10 北部灣盆地WS區(qū)P-Z分量雙檢合并前后頻譜對(duì)比

圖12為WS區(qū)不同偏移數(shù)據(jù)效果對(duì)比，可以看出：與原拖纜數(shù)據(jù)相比，OBC疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)中深層信噪比更高，構(gòu)造成像清晰，斷層成像更加可靠，波組特征活躍，層間信息豐富；與OBC疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)相比，OBC寬方位控制射線束疊前深度偏移數(shù)據(jù)進(jìn)一步提升了大斷面成像質(zhì)量,小斷層歸位更加可靠，地層接觸關(guān)系更加清晰。

圖11 北部灣盆地WS區(qū)寬方位各向異性時(shí)差校正前后共中心點(diǎn)道集對(duì)比

圖12 北部灣盆地WS區(qū)不同偏移數(shù)據(jù)效果對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)北部灣盆地WS區(qū)中深層流沙港組面臨的復(fù)雜構(gòu)造成像問(wèn)題，開(kāi)展了OBC地震采集處理技術(shù)優(yōu)化研究，提出了高密度寬方位OBC地震勘探技術(shù)應(yīng)用思路。在地震資料采集方面，通過(guò)優(yōu)化采集參數(shù)和觀測(cè)系統(tǒng)，建立了小面元、高覆蓋、寬方位的片狀采集觀測(cè)系統(tǒng)；在地震資料處理方面，開(kāi)展了一系列關(guān)鍵處理技術(shù)的研究和應(yīng)用。應(yīng)用效果表明，WS區(qū)地震資料品質(zhì)得到了明顯改善，整體信噪比得以提升、斷層成像更加清晰、地層歸位效果更好，有效提高了地震解釋研究的可靠性，促進(jìn)了該區(qū)后續(xù)勘探研究。高密度寬方位OBC地震勘探技術(shù)在北部灣盆地具有推廣應(yīng)用前景，建議不同研究區(qū)開(kāi)展針對(duì)性的優(yōu)化和攻關(guān)研究，充分挖掘該項(xiàng)技術(shù)的潛力。

致謝：中海油服物探事業(yè)部濱海517船隊(duì)在優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)和野外作業(yè)中付出了辛苦努力，中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司物探技術(shù)研究所在本項(xiàng)目研究中也給予了技術(shù)支持，在此表示衷心感謝!

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(編輯：馮 娜)

Optimization design of seismic acquisition about ocean bottom cable and key processing technologies: a case study of WS area in Beibu Gulf basin

Yuan Quanshe1Li Lie1Zhang Xingyan2Chai Jitang1Li lin1Wang Dawei1

(1.ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang,Guangdong524057,China;2.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Zhanjiang,Guangdong524057,China)

Great oil exploration potential exists in mid-deep Liushagang Formation at WS area in Beibu Gulf basin. However, it is difficult to implement fine structure interpretation and reservoir description based on the existing seismic data, which cannot reach the requirements of exploration and development research. Ocean bottom cable seismic acquisition and processing technology have obvious advantages in improving the complex structure imaging in mid-deep formation, and are suitable for complex shallow water environment. To solve the problem of complex structure imaging in mid-deep formation in WS area, high-density and broad azimuth ocean bottom cable seismic exploration technology were proposed, in which bin size was refined and observation pattern was optimized. Such three key processing methods as high-fidelity noise attenuation in Z component, P-Z dual-sensor summation and broad control beam-ray migration were discussed. Application results indicate that seismic data quality and reliability of seismic interpretation of WS area are remarkably improved, enhancing future exploration study.

ocean bottom cable seismic exploration technology; bin size; geometry; high-fidelity noise attenuation in Z component; P-Z dual-sensor summation; broad control beam-ray migration; Beibu Gulf basin

袁全社，男，高級(jí)工程師,2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東),獲地球探測(cè)與信息技術(shù)碩士學(xué)位,現(xiàn)任中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司勘探開(kāi)發(fā)部物探主管,主要從事地震資料采集、處理技術(shù)研究和應(yīng)用工作。地址：廣東省湛江市坡頭區(qū)22號(hào)信箱(郵編：524057)。E-mail： yuanqsh@cnooc.com.cn。

1673-1506(2015)04-0054-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2015.04.007

TE5132.1+4

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2014-11-23 改回日期：2015-01-20