拖纜前后源雙向同時(shí)激發(fā)采集新技術(shù)探索

陳昌旭，周 濱，張建峰，李 江，王志亮，吳 堯

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

拖纜前后源雙向同時(shí)激發(fā)采集新技術(shù)探索

陳昌旭，周 濱，張建峰，李 江，王志亮，吳 堯

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津300452）

常規(guī)拖纜采集時(shí)其單邊激發(fā)、單邊接收的作業(yè)模式會(huì)導(dǎo)致采集方位角單一。在潛山或高陡傾角構(gòu)造區(qū)采用此方式采集地震數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)造成一側(cè)照明不足、成像模糊。在分析常規(guī)拖纜采集作業(yè)局限性的基礎(chǔ)上，提出了拖纜前后源雙向同時(shí)激發(fā)采集技術(shù)，該技術(shù)可有效提升高陡傾角構(gòu)造兩側(cè)的照明度。對(duì)比不同的實(shí)現(xiàn)方式，優(yōu)選輔助震源船追隨尾標(biāo)航行激發(fā)的作業(yè)模式，首次在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了拖纜前后源雙向同時(shí)激發(fā)采集。渤海油田JZ區(qū)塊實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，與常規(guī)拖纜采集相比，該方法有效提高了潛山面的成像效果，提升了高陡傾角構(gòu)造區(qū)拖纜作業(yè)潛力；其技術(shù)流程可行，作業(yè)模式合理，對(duì)挖掘拖纜作業(yè)潛力有一定的借鑒意義。

拖纜采集；前后源雙向；同時(shí)激發(fā)；追隨尾標(biāo)航行激發(fā)；高陡傾角；潛山

渤海灣盆地、北部灣盆地和珠江口盆地是中國(guó)近海油氣富集區(qū)，其中渤海灣盆地是中國(guó)北方重要的油氣產(chǎn)區(qū)，盆地內(nèi)圈閉類型多樣，油氣藏類型豐富［14］。隨著油氣勘探程度不斷提高，勘探的難度和復(fù)雜性越來越大。地震勘探目標(biāo)開始向?qū)ふ倚鄬印⑿鄩K及巖性地層等隱蔽油氣藏轉(zhuǎn)變［5］。此類勘探目標(biāo)對(duì)高陡傾角構(gòu)造、復(fù)雜斷塊、復(fù)雜潛山等的成像精度要求越來越高。常規(guī)拖纜地震資料采集的觀測(cè)系統(tǒng)單一，其單邊激發(fā)、單邊接收的作業(yè)模式使得采集方位角單一，在潛山或高陡傾角構(gòu)造區(qū)采集時(shí)，會(huì)造成構(gòu)造一側(cè)照明不足、成像模糊。海底電纜采集一般采用中間激發(fā)、兩邊接收的觀測(cè)系統(tǒng)，具有豐富的方位信息和較高的覆蓋次數(shù)，相比常規(guī)拖纜采集優(yōu)勢(shì)明顯，特別是高陡傾角構(gòu)造成像效果顯著。但是，海底電纜采集的作業(yè)效率只有拖纜采集作業(yè)的1／3，勘探投資卻遠(yuǎn)高于拖纜作業(yè)，且無法在深水區(qū)開展作業(yè)。

國(guó)際上各大地球物理公司都在積極挖掘拖纜的作業(yè)潛力，提出了許多新的做法，如上下纜、斜纜、環(huán)形電纜采集等。同步激發(fā)采集、多船聯(lián)合作業(yè)等亦逐漸被海上地震勘探所采用，以期解決特定的問題。最初的多震源掃描技術(shù)是為了壓制可控震源產(chǎn)生的諧波，BEASLEY介紹了脈沖型震源同時(shí)激發(fā)采集技術(shù)［6］，BAGAINI［7］對(duì)比討論了各種不同可控震源同時(shí)激發(fā)采集方法?；旌霞ぐl(fā)采集是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的。國(guó)內(nèi)學(xué)者也做了許多工作，佘德平［8］、陳生昌等［9－10］研究了多震源混合炮記錄的數(shù)值模擬、多震源數(shù)據(jù)的合成及超炮道集的偏移成像，但國(guó)內(nèi)海上拖纜多震源同步激發(fā)采集技術(shù)卻處于初期探索階段。

本文分析了渤海油田JZ區(qū)塊某區(qū)域常規(guī)拖纜采集與海底電纜采集的地震資料，剖析了常規(guī)拖纜采集的局限性；為提升高陡傾角構(gòu)造兩側(cè)的成像效果，提出了拖纜前后源雙向激發(fā)采集設(shè)計(jì)方案；對(duì)比了幾種實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)選輔助震源船追隨尾標(biāo)航行激發(fā)的作業(yè)模式。在渤海油田JZ區(qū)塊開展了試驗(yàn)采集，并成功處理了波場(chǎng)相互干涉的混合炮記錄，利用成本較低的拖纜作業(yè)實(shí)現(xiàn)了海底電纜觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，提高了潛山面的成像效果。

1 常規(guī)拖纜采集的局限

傳統(tǒng)地震采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的基本假設(shè)是介質(zhì)均勻或水平層狀［11－13］。地層的高陡傾角構(gòu)造引起地震波傳播速度的橫向劇變，且傳播的射線路徑變得復(fù)雜（其時(shí)距曲線為非雙曲線），影響了地震資料成像品質(zhì)，甚至造成構(gòu)造形態(tài)的嚴(yán)重畸變，影響了勘探目標(biāo)的評(píng)價(jià)精度。對(duì)比分析渤海油田JZ區(qū)塊某區(qū)域常規(guī)拖纜和海底電纜采集的資料（圖1）可以看出，海底電纜中間激發(fā)、兩邊接收的觀測(cè)系統(tǒng)更有利于高陡傾角構(gòu)造兩側(cè)的成像。

將海底電纜原始單炮記錄（圖2）從正中間切分成兩個(gè)單炮記錄，切分后的單炮記錄相當(dāng)于常規(guī)拖纜在相反的兩個(gè)方向采集的單炮記錄。切分后的左單邊單炮記錄相當(dāng)于拖纜從左往右航行采集的，右單邊單炮記錄相當(dāng)于拖纜從右往左航行采集的（圖3），這樣的單炮記錄只是采集方向相反，其它因素完全一致。

圖1 常規(guī)拖纜資料（a）與海底電纜資料（b）

圖2 海底電纜采集的單炮記錄

圖3 切分后的左單邊單炮記錄（a）與右單邊單炮記錄（b）

按照一致的流程和參數(shù)對(duì)切分后的炮集進(jìn)行處理，得到的剖面在陡傾角構(gòu)造兩側(cè)成像差異較大（圖4），表明常規(guī)拖纜采集的航行方向?qū)Χ竷A角構(gòu)造成像有直接影響。常規(guī)拖纜單邊激發(fā)、單邊接收的作業(yè)模式會(huì)造成高陡傾角構(gòu)造的一側(cè)照明不足、成像模糊，不利于高陡傾角構(gòu)造區(qū)的勘探。

圖4 切分后左單邊單炮記錄（a）和右單邊單炮記錄（b）處理后的剖面

2 拖纜前后源雙向激發(fā)采集設(shè)計(jì)

為了保證高陡傾角構(gòu)造兩側(cè)都能得到良好照明，減少由于常規(guī)拖纜采集時(shí)航行方向不同對(duì)高陡傾角構(gòu)造兩側(cè)成像的影響，宜采用中間激發(fā)、兩邊接收的觀測(cè)系統(tǒng)。但由于拖纜作業(yè)方式的限制，無法將震源置于電纜中間，只能按照炮檢互換的原理，通過增加震源在電纜兩端進(jìn)行激發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)類似的觀測(cè)系統(tǒng)。在海上有3種實(shí)現(xiàn)方式（圖5）。①常規(guī)拖纜船沿著設(shè)計(jì)測(cè)線按相反方向施工兩次。該施工方法工期和費(fèi)用至少是常規(guī)拖纜作業(yè)的兩倍，并且由于潮流、漁業(yè)、航運(yùn)和障礙物等影響，兩次施工的資料在方位匹配上存在較大困難，經(jīng)濟(jì)性和施工效率較低。②兩艘拖纜船一前一后保持一定距離，沿著設(shè)計(jì)測(cè)線同步航行施工。該方法費(fèi)用是常規(guī)拖纜作業(yè)的兩倍以上，護(hù)航困難、轉(zhuǎn)線困難、兩船配合作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)增大，潮流、航運(yùn)、漁業(yè)對(duì)其影響更大，不利于安全作業(yè)；③常規(guī)拖纜船的尾標(biāo)后一定距離跟隨另一艘輔助震源船同步航行并激發(fā)。前后震源同時(shí)激發(fā)，提高了一倍的覆蓋次數(shù)，增加了另一個(gè)方向的方位信息（圖6），這種前后源雙向激發(fā)采集模式將得到一個(gè)包含前后雙源信息的混合炮記錄。該方法僅增加一艘震源船，投資增加有限，作業(yè)難度、施工組織、作業(yè)效率、外界影響均與常規(guī)拖纜作業(yè)接近，是最適合的采集設(shè)計(jì)［14－19］。

為了模擬前后源雙向激發(fā)采集，利用JZ地區(qū)已有的地震、地質(zhì)資料建立相應(yīng)的模型（圖7），并采用常規(guī)拖纜單邊激發(fā)、單邊接收的觀測(cè)系統(tǒng)和前后源雙向激發(fā)的觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)該模型進(jìn)行波動(dòng)方程照明模擬。對(duì)比照明模擬結(jié)果可知：從左側(cè)往右側(cè)航行采集時(shí)，陡構(gòu)造右側(cè)比左側(cè)照明信息豐富；從右側(cè)往左側(cè)航行采集時(shí)，陡構(gòu)造左側(cè)比右側(cè)照明信息豐富（圖8）。采用前后源雙向激發(fā)的方式使得高陡傾角構(gòu)造的兩側(cè)均能得到較好的照明（圖9）。利用波動(dòng)方程照明模擬不僅可以提高解決復(fù)雜勘探目標(biāo)采集的能力，而且能避免盲目試驗(yàn)造成的浪費(fèi)，模擬結(jié)果驗(yàn)證了前后源雙向激發(fā)采集設(shè)計(jì)的可行性［20－27］。

圖5 3種拖纜雙向激發(fā)采集方式

圖6 常規(guī)拖纜（a）與前后源雙向激發(fā)采集（b）觀測(cè)系統(tǒng)的方位角

圖7 根據(jù)JZ工區(qū)地震、地質(zhì)資料建立的物理模型

圖8 模擬從左往右航行激發(fā)（a）與從右往左航行激發(fā)（b）照明結(jié)果

圖9 拖纜前后源雙向激發(fā)采集模擬照明結(jié)果

3 拖纜前后源雙向激發(fā)采集作業(yè)模式

按照前后源雙向激發(fā)采集設(shè)計(jì)，在渤海油田JZ區(qū)塊進(jìn)行了采集試驗(yàn)，表1給出了配置的采集參數(shù)。常規(guī)拖纜采集時(shí)，拖纜船拖曳著空氣槍震源和幾條數(shù)千米長(zhǎng)的電纜按照設(shè)計(jì)測(cè)線航行采集，在相鄰激發(fā)點(diǎn)之間設(shè)置足夠的間隔，以避免接收記錄相互干涉。而前后源雙向激發(fā)采集是在常規(guī)拖纜采集物探船的尾標(biāo)后一定距離跟隨另一艘輔助震源船同步航行并激發(fā)（圖10），記錄的雙源地震數(shù)據(jù)在室內(nèi)進(jìn)行分離處理再合并，相當(dāng)于常規(guī)拖纜在同一測(cè)線按照不同方向施工兩遍的疊加。這種采集模式將得到一個(gè)包含前后兩個(gè)震源信息的混合炮記錄，提高了一倍的覆蓋次數(shù)，增加了另一個(gè)方向的方位信息。

圖10 拖纜前后源雙向激發(fā)采集作業(yè)示意

海上作業(yè)受到潮流影響，物探船拖帶的電纜并不是完全沿著設(shè)計(jì)測(cè)線呈直線排列狀態(tài)，而是電纜首尾連線與設(shè)計(jì)測(cè)線方位之間有一個(gè)夾角，稱之為羽角。不同海域、不同季節(jié)，拖纜作業(yè)羽角差別較大，有些地方甚至超過15°。偏移量隨羽角變化量的計(jì)算公式為：

式中：O為尾標(biāo)與設(shè)計(jì)測(cè)線的直線偏移量；L為拖帶的電纜長(zhǎng)度；Φ為羽角。

表1 采集參數(shù)

表2給出了電纜長(zhǎng)度為4 200m時(shí)，拖纜尾標(biāo)偏移量隨羽角的變化量，尾標(biāo)偏移量隨羽角增大而增大。拖纜羽角的存在，導(dǎo)致前后源雙向激發(fā)采集作業(yè)中輔助震源船有兩種航行作業(yè)模式：一種模式是跟隨拖纜船沿設(shè)計(jì)測(cè)線航行，到達(dá)前繪的炮點(diǎn)位置時(shí)激發(fā)；另一種模式是追隨電纜尾標(biāo)航行，按照前面航行的拖纜船導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)送的觸發(fā)指令激發(fā)。兩種作業(yè)模式中輔助震源船與電纜的距離不同，面元屬性必定存在差異，并且羽角越大差異越明顯。

表2 尾標(biāo)偏移量隨羽角的變化量

當(dāng)羽角為5°時(shí)，尾標(biāo)偏移量366m，輔助震源船沿設(shè)計(jì)炮線激發(fā)和追隨尾標(biāo)航行激發(fā)的分偏移距面元覆蓋情況如圖11到圖13所示。

對(duì)比圖11到圖13可知，在5°羽角時(shí)兩種作業(yè)模式的中、遠(yuǎn)偏移距面元覆蓋情況基本一致，但追隨尾標(biāo)航行激發(fā)的采集方式近偏移距信息更豐富，覆蓋次數(shù)更均勻。

當(dāng)羽角為10°時(shí)，尾標(biāo)偏移量為729m，輔助震源船沿設(shè)計(jì)炮線激發(fā)和追隨尾標(biāo)航行激發(fā)的分偏移距面元覆蓋情況如圖14到圖16所示。

對(duì)比圖14到圖16可知，在10°羽角時(shí)兩種作業(yè)模式中、遠(yuǎn)偏移距面元覆蓋情況基本一致，但追隨尾標(biāo)航行激發(fā)的采集方式近偏移距信息更豐富，覆蓋次數(shù)更均勻。

對(duì)比不同羽角兩種作業(yè)模式的面元覆蓋情況可知：兩種作業(yè)模式的中、遠(yuǎn)偏移距面元覆蓋情況基本一致，但追隨尾標(biāo)航行激發(fā)的采集方式近偏移距信息更豐富，覆蓋次數(shù)更均勻。在前后源雙向激發(fā)采集作業(yè)時(shí)，輔助震源船追隨尾標(biāo)航行激發(fā)更有利于保持近偏移距的面元屬性信息，宜采取該作業(yè)模式。

圖11 5°羽角時(shí)輔助震源船沿設(shè)計(jì)炮線（a）和追隨尾標(biāo)航行（b）激發(fā)在偏移距小于500m時(shí)的面元覆蓋情況

圖12 5°羽角時(shí)輔助震源船沿設(shè)計(jì)炮線（a）和追隨尾標(biāo)航行（b）激發(fā)在偏移距小于3 000m時(shí)的面元覆蓋情況

圖13 5°羽角時(shí)輔助震源船沿設(shè)計(jì)炮線（a）和追隨尾標(biāo)航行（b）激發(fā)的全偏移距面元覆蓋情況

圖14 10°羽角時(shí)輔助震源船沿設(shè)計(jì)炮線（a）和追隨尾標(biāo)航行（b）激發(fā)在偏移距小于500m時(shí)的面元覆蓋情況

圖15 10°羽角時(shí)輔助震源船沿設(shè)計(jì)炮線（a）和追隨尾標(biāo)航行（b）激發(fā)在偏移距小于3 000m時(shí)的面元覆蓋情況

圖16 10°羽角時(shí)輔助震源船沿設(shè)計(jì)炮線（a）和追隨尾標(biāo)航行（b）激發(fā)的全偏移距面元覆蓋情況

4 應(yīng)用實(shí)例

圖17 常規(guī)拖纜（a）與前后源雙向激發(fā)（b）采集單炮記錄

傳統(tǒng)地震采集在相鄰震源之間設(shè)置足夠的激發(fā)間隔，以避免接收記錄相互干涉。拖纜前后源雙向激發(fā)采集是海上地震數(shù)據(jù)采集的變革，兩個(gè)不同空間位置的震源以一定編碼方式同時(shí)激發(fā)，獲得波場(chǎng)相互干涉的混合炮記錄（圖17）。前后源雙向激發(fā)采集技術(shù)能否有效應(yīng)用，關(guān)鍵在于能否對(duì)這種波場(chǎng)混合的特殊炮記錄進(jìn)行處理。如果能夠?qū)⑦@種特殊的混合炮記錄轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)單炮記錄，那么就能進(jìn)行常規(guī)的后續(xù)處理。本次拖纜前后源雙向激發(fā)采集單炮波場(chǎng)分離是以其中一個(gè)震源激發(fā)采集的數(shù)據(jù)作為有效信號(hào)，經(jīng)過動(dòng)校正處理，采用高精度拉東域去除線性噪聲的方式去除另一個(gè)震源激發(fā)采集的數(shù)據(jù)，再反動(dòng)校。確?；旌吓谟涗洸▓?chǎng)分離徹底、具有較好的保幅性和一致性。

圖18 前后源雙向激發(fā)波場(chǎng)分離后的單炮記錄

前后源雙向激發(fā)采集的地震資料波場(chǎng)分離后的單炮記錄（圖18）與常規(guī)拖纜采集的單炮記錄基本一致。由于前后兩個(gè)震源激發(fā)及分離誤差的存在，需要對(duì)分離后的兩套數(shù)據(jù)進(jìn)行振幅一致性檢查和必要的校正，再按照常規(guī)流程分別進(jìn)行反褶積、多次波衰減、速度分析、偏移等處理，最后將兩套數(shù)據(jù)合并［28－30］。

對(duì)比波場(chǎng)分離后分別處理的剖面（圖19）可以看出，拖纜采集的航行方向?qū)Χ竷A角構(gòu)造成像有直接影響，在下傾方向激發(fā)有利于傾斜界面的成像。從右側(cè)往左側(cè)航行放炮時(shí)，潛山左側(cè)比右側(cè)照明信息豐富；從左側(cè)往右側(cè)航行放炮時(shí)，潛山右側(cè)比左側(cè)照明信息豐富。前后源雙向激發(fā)的方式使得高陡傾角構(gòu)造兩側(cè)均能得到較好的反射信息，與老資料對(duì)比，極大提高了潛山的成像效果（圖20）。

圖19 前后源雙向激發(fā)波場(chǎng)分離后分別處理的剖面

圖20 常規(guī)拖纜（a）與前后源雙向激發(fā)（b）處理后剖面

5 結(jié)束語

本文介紹了拖纜前后源雙向激發(fā)采集技術(shù)，并結(jié)合渤海油田JZ區(qū)塊前后源雙向激發(fā)采集的實(shí)例，進(jìn)行了分析研究，得到如下結(jié)論與認(rèn)識(shí)。

1）拖纜前后源雙向激發(fā)采集優(yōu)化了常規(guī)拖纜作業(yè)的觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了類似海底電纜中間激發(fā)、兩邊接收的觀測(cè)系統(tǒng)。與常規(guī)拖纜采集相比，有效提高了潛山和陡傾角構(gòu)造的成像效果，提升了拖纜在高陡傾角構(gòu)造區(qū)的作業(yè)潛力。

2）在拖纜前后源雙向激發(fā)采集作業(yè)時(shí)輔助震源船追隨尾標(biāo)航行激發(fā)的作業(yè)模式最為合理有效。

3）拖纜前后源雙向激發(fā)采集比常規(guī)拖纜采集增加了一艘輔助震源船，卻能有效提升高陡傾角構(gòu)造區(qū)的成像效果，利用較低的投資大幅提升了資料品質(zhì)，有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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（編輯：陳 杰）

Testing of fore and after source double－way simultaneous shooting technology on offshore seismic acquisition

CHEN Changxu，ZHOU Bin，ZHANG Jianfeng，LI Jiang，WANG Zhiliang，WU Yao

（Tianjin Branch，CNOOC China Limited，Tianjin300452，China）

Conventional towed cable seismic acquisition operational mode causes unilateral sufficient illumination and blur image at buried hill or high－steep structure area due to its single－side shooting and single－side receiving with single azimuth．We put forward acquisition design of fore and after source double－way simultaneous shooting through analyzing limitation of conventional towed cable to improve illumination of both sides for the high－steep structure．In China，fore and after source double－way simultaneous shooting operation is firstly carried out with optimal selection the operation mode，in which the assistant seismic vessel is shooting by chasing the tail－buoy by comparing the different implementations．The application in JZ block proves that：compared to conventional towed cable seismic acquisition，the new method can improve the imaging of buried hill and fully promote the operational potentiality in buried hill and high－steep structure area．The technical process is feasible and the operation mode is reasonable，which is of significant reference for potentiality exploitation of towed cable seismic operation．

towed cable seismic acquisition，fore and after source double－way shooting，simultaneous shooting，shooting by chasing the tail－buoy，high－steep structure dip，buried hill

P631

A

1000－1441（2017）03－0309－10

10．3969／j．issn．1000－1441．2017．03．001

陳昌旭，周濱，張建峰，等．拖纜前后源雙向同時(shí)激發(fā)采集新技術(shù)探索［J］．石油物探，2017，56（3）：309－318

CHEN Changxu，ZHOU Bin，ZHANG Jianfeng，et al．Testing of fore and after source double－way simultaneous shooting technology on offshore seismic acquisition［J］．Geophysical Prospecting for Petroleum，2017，56（3）：309－318

2016－01－14；改回日期：2016－07－08。

陳昌旭（1985—），男，工程師，現(xiàn)主要從事海上地震資料采集項(xiàng)目管理及采集技術(shù)研究工作。