黃福強(qiáng)，李斌，張異彪，胡斌，馮奇坤

(中石化海洋石油工程有限公司 上海物探分公司，上海 201208)

0 引言

西湖凹陷位于東海陸架盆地東北部，面積約 5.18×104km2，是東海最大的含油氣凹陷，具有巨大的勘探潛力[1-2]。研究區(qū)位于西湖凹陷西側(cè)，緊鄰平湖油氣田，距已開發(fā)的平湖油氣田約21 km，距南部的天外天氣田約53 km，是潛在的千億方大氣田，儲(chǔ)量規(guī)模大，但探明率低。研究區(qū)斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，主力儲(chǔ)層埋藏較深(3 500～4 700 m)，并且儲(chǔ)層橫向變化較大，儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大。2010年在研究區(qū)開展過常規(guī)水平纜的地震采集，具有如下缺點(diǎn)：①電纜長(zhǎng)度較短(5 100 m)、覆蓋次數(shù)較低(51次)、震源容量較小(3 760 in3)，導(dǎo)致中深層反射能量不足，信噪比偏低；②電纜沉放深度單一且較淺(8 m)，頻帶較窄，低頻能量不足，不利于中深層成像和特定厚度的儲(chǔ)層描述。

為了實(shí)現(xiàn)研究區(qū)油氣勘探的突破，增加低頻信息是解決主要地質(zhì)問題的核心之一。由于海面虛反射的存在，會(huì)產(chǎn)生鬼波陷波效應(yīng)，影響資料的頻帶寬度。Bearnth等和Amundsen曾對(duì)拖纜沉放深度與鬼波陷波頻率的變化關(guān)系做過早期研究，拖纜沉放深度越深，鬼波陷波頻率越低，沉放深度越淺，鬼波陷波頻率越高[3-4]。Soubaras和Dowle提出了“BroadSeis(寬頻地震)”的概念，從最近的檢波點(diǎn)開始，檢波點(diǎn)的深度隨偏移距的增加而加深，淺部接收的高頻豐富，深部接收的低頻豐富，通過寬頻處理，進(jìn)而拓寬地震信號(hào)的頻帶,即斜纜地震采集技術(shù)[5]。隨后，Soubaras詳細(xì)介紹了基于鏡像偏移的聯(lián)合反褶積衰減鬼波技術(shù)，并進(jìn)一步發(fā)展和完善了該技術(shù)[6-9]。Lin等提出了一套優(yōu)化的斜纜數(shù)據(jù)處理技術(shù)流程，更有利于消除電纜接收端的鬼波，并介紹了CGG在澳大利亞等地區(qū)斜纜成效的對(duì)比[10-11]。Poole發(fā)展了Radon 域斜纜衰減鬼波的方法，利用斜纜和水平纜檢波器幾何關(guān)系，得到適用于斜纜數(shù)據(jù)的 Radon 域正反變換算子，針對(duì)預(yù)測(cè)出的鬼波記錄進(jìn)行匹配相減[12]。斜纜寬頻地震勘探技術(shù)自2012年首次在中國(guó)近海成功實(shí)施以來，國(guó)內(nèi)也開展了相關(guān)的研究，并在南海、東海都得到了應(yīng)用。張振波等介紹了斜纜寬頻采集技術(shù)和處理技術(shù)在珠江口盆地的應(yīng)用進(jìn)展情況，認(rèn)為斜纜技術(shù)可以拓寬地震資料頻帶，明顯改善中深層的成像質(zhì)量[13-14]。唐進(jìn)等基于斜纜沉放深度特點(diǎn)以及纜深鬼波濾波算子分析了斜纜采集的寬頻機(jī)理[15]。周含蕊等基于正演模擬數(shù)據(jù)對(duì)線性斜纜和弧形斜纜的虛反射壓制效果進(jìn)行了對(duì)比分析，認(rèn)為弧形斜纜采集觀測(cè)系統(tǒng)優(yōu)于線形斜纜，不僅在波場(chǎng)模擬中表現(xiàn)出較好的特征，而且在虛反射消除的過程中，引入了較小的噪聲，能夠獲得較高信噪比的地震資料[16]。姜雨等分析了斜纜采集在東海西湖凹陷的作業(yè)難點(diǎn)和解決方案[17]。劉春成等分析論證了“犁式”斜纜的最深沉放深度、斜纜與水平纜分配比例等關(guān)鍵采集參數(shù)，并將分析結(jié)果應(yīng)用到了實(shí)際采集中，拓寬了地震資料的高頻和低頻信息[18]。王建花等介紹了基于波場(chǎng)延拓和反演的斜纜鬼波壓制方法，模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)表明，該方法可以較好地壓制鬼波，提高中深層資料成像的品質(zhì)[19]。李志鵬等提出了基于粗糙海面的最小二乘殘差法來壓制斜纜的鬼波，認(rèn)為此方法更符合野外采集中的實(shí)際情況，壓制鬼波的精度更高[20]。

斜纜地震采集技術(shù)可以有效地壓制鬼波，拓寬頻帶，尤其是低頻成分，并且，具有野外操作簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)，有利于解決西湖凹陷深部成像和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的難題。本文在唐進(jìn)等的研究基礎(chǔ)上，基于斜纜平均鬼波濾波特性，對(duì)纜型、沉放深度范圍等關(guān)鍵采集參數(shù)進(jìn)行理論分析。通過二維野外試驗(yàn)，對(duì)不同斜纜采集模式的單炮記錄、偏移剖面開展進(jìn)一步的對(duì)比研究，以指導(dǎo)斜纜地震采集技術(shù)在西湖凹陷實(shí)際工區(qū)的應(yīng)用。

1 斜纜采集關(guān)鍵參數(shù)理論優(yōu)選

由于海面的存在，地震記錄上會(huì)存在鬼波，產(chǎn)生陷波效應(yīng)，相當(dāng)于對(duì)一次波進(jìn)行濾波作用，濾波器為鬼波濾波算子。鬼波濾波算子的頻帶越窄，對(duì)一次波頻譜的陷波作用越嚴(yán)重；反之，陷波作用越弱，更有利于接收到寬頻地震信號(hào)。

在二維水平層狀均勻介質(zhì)情況下，根據(jù)地震幾何射線的鏡像路徑可知，斜纜某一檢波點(diǎn)接收到的一次波時(shí)間t1和鬼波t2時(shí)間分別為：

(1)

(2)

那么，同一檢波點(diǎn)鬼波和一次波的時(shí)差為：

τ=t2-t1，

(3)

該檢波點(diǎn)鬼波濾波算子的振幅譜為：

G(xi，hr，f)=2|sin(πfτ)| 。

(4)

把各檢波點(diǎn)的鬼波濾波算子的振幅譜疊加可以得到斜纜平均鬼波濾波特性，表達(dá)式為：

(5)

式中，H為反射界面的深度，hs為炮點(diǎn)深度，hr為檢波點(diǎn)深度，xi為某一檢波點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏移距，V為地震波在水中的傳播速度，f為頻率，n為斜纜的檢波點(diǎn)個(gè)數(shù)。

基于式(1)～(5)可知，在H、V和hs一定的情況下，斜纜平均鬼波濾波特性與每個(gè)檢波器深度hr和偏移距xi有關(guān)。

地震采集參數(shù)是影響地震資料成像品質(zhì)的重要因素，海上傳統(tǒng)水平纜地震采集作業(yè)前，根據(jù)地質(zhì)目的，需要對(duì)覆蓋次數(shù)、電纜長(zhǎng)度、電纜數(shù)、電纜間距、沉放深度、震源性能、炮間距等進(jìn)行論證。斜纜地震采集的電纜布設(shè)方式多樣，除了水平纜論證的一些參數(shù)外，還有必要針對(duì)斜纜采集的纜型、不同沉放深度范圍等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選。

1.1 纜型優(yōu)選分析

圖1 不同纜型示意(a)及其平均振幅譜(b)Fig.1 Different streamer modes(a) and the average amplitude spectrum(b)

1.2 沉放深度范圍優(yōu)選分析

圖2 不同最淺沉放深度直線型斜纜示意(a)及其平均振幅譜(b)Fig.2 Linear variable-depth streamers with different minimum sinking depths(a) and the average amplitude spectrum(b)

圖3 不同最淺沉放深度拋物線型斜纜示意(a)及其平均振幅譜(b)Fig.3 Parabolic variable-depth streamers with different minimum sinking depths(a) and the average amplitude spectrum(b)

圖4 不同最深沉放深度直線型斜纜示意(a)及其平均振幅譜(b)Fig.4 Linear variable-depth streamers with different maximum sinking depths(a) and the average amplitude spectrum(b)

圖5 不同最深沉放深度拋物線型斜纜示意(a)及其平均振幅譜(b)Fig.5 Parabolic variable-depth streamers with different maximum sinking depths(a) and the average amplitude spectrum(b)

斜纜最深沉放深度的選取除了要考慮平均鬼波濾波特性外，還需要結(jié)合斜纜硬件沉放能力、勘探工區(qū)水深和目的層埋深等。目前，主流斜纜設(shè)備最深沉放深度一般為50 m，當(dāng)沉放深度大于50 m時(shí)，地震采集系統(tǒng)就停止工作，所以斜纜最深沉放深度要小于50 m。海洋地震資料采集，多次波是最主要的噪音干擾，特別是淺水區(qū)的多次波影響極其嚴(yán)重，斜纜寬頻采集的目的在于拓展低頻段信息。對(duì)于淺水區(qū)斜纜寬頻地震采集，受海水深度的影響，一次有效反射波與鬼波、一階多次波往往難以很好地區(qū)分，這樣采用斜纜寬頻采集，不同沉放深度位置的檢波器的鬼波陷波不同，淺水區(qū)寬頻采集接收到的低頻信號(hào)往往受海底多次干擾難以實(shí)現(xiàn)一次波和鬼波的有效區(qū)分，不利于后續(xù)處理中去除多次波和電纜鬼波。對(duì)于淺水區(qū)寬頻地震采集來說，為了更好地區(qū)分有效波、鬼波和一階多次波，脈沖主瓣的寬度要大于1/4波長(zhǎng)，即：

h-hs-hr?V/8f,

(6)

式中，h為海底深度，hs為炮點(diǎn)深度，hr為檢波點(diǎn)深度，V為地震波在水中的傳播速度(1 500 m·s-1)，f為頻率。

2 原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

斜纜平均鬼波濾波特性是從理論頻寬的角度分析不同斜纜采集參數(shù)對(duì)資料的影響，為了從實(shí)際資料角度進(jìn)一步優(yōu)選斜纜關(guān)鍵采集參數(shù)，開展了野外試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方案見表1。

表1 西湖凹陷某靶區(qū)斜纜野外試驗(yàn)參數(shù)表

圖6是同一位置以上3種方案的原始單炮記錄對(duì)比，圖7是其頻譜及信噪比對(duì)比(分析時(shí)窗2.5～4.5 s)。通過對(duì)比可以看出：頻譜上，相較于方案1(拋物線型斜纜：9～30 m)和方案2(拋物線型斜纜：9～40 m)，方案3(直線型斜纜：9～40 m)的有效頻寬最寬，高頻成分最豐富，但是方案2的低頻成分更強(qiáng)；信噪比上，在低頻段(<10 Hz)方案2的信噪比最強(qiáng)，中高頻段方案3的信噪比最強(qiáng)。從原始單炮記錄的分析來看，只考慮低頻信息，應(yīng)選方案2；如果既要低頻信息又要兼顧高頻信息應(yīng)選方案3。

a—拋物線型9～30 m;b—拋物線型9～40 m;c—直線型9～40 ma—9～30 m parabolic streamer;b—9～40 m parabolic streamer;c—9～40 m linear streamer

圖7 原始單炮頻譜對(duì)比(a)及信噪比對(duì)比(b)(分析時(shí)窗：2.5～4.5 s)Fig.7 Specrtum (a) and S/N ratio (b) of the raw shots (Analysis windows:2.5～4.5 s)

3 成像剖面對(duì)比

斜纜采集的地震數(shù)據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的寬頻處理，才能達(dá)到最佳的效果。以下是西湖凹陷研究區(qū)斜纜試驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵處理步驟：

1)子波處理：消除氣泡影響，壓制震源端鬼波，零相位化處理；

2)電纜端鬼波壓制：2D稀疏τ-p域反演去斜纜鬼波；

3)波場(chǎng)延拓基準(zhǔn)面校正：將斜纜各檢波器沉放深度以f-k域波場(chǎng)延拓方法向上延拓到同一水平基準(zhǔn)面，以便后續(xù)處理；

4)多次波組合衰減：淺水去多次(SWD)、SRME、高精度拉東變換去多次波、多道預(yù)測(cè)反褶積；

5)時(shí)變Q補(bǔ)償和疊前時(shí)間偏移。

圖8是同一處理流程下，同一纜型(拋物線型)不同沉放深度范圍的偏移剖面對(duì)比?？梢钥闯觯瑴\、中部地層兩者的成像質(zhì)量相差不大；但在深部地層(2.8～4 s)，9～40 m沉放范圍的資料的信噪比和分辨率都要優(yōu)于9～30 m的資料。這是由于在最淺沉放深度一致的情況下，加大斜纜的最深沉放深度，即加大斜纜沉放深度差，在原始采集資料上可以獲取更多的低頻信息，并且野外受環(huán)境噪聲的干擾更小，信噪比更高，所以9～40 m的沉放深度范圍要優(yōu)于9～30 m。

圖8 不同沉放深度范圍斜纜偏移剖面對(duì)比Fig.8 Compared with different variable-depth streamer depth range migration

圖9是同一處理流程下，同一沉放深度范圍不同纜型的偏移剖面及其頻譜對(duì)比?？梢钥闯觯?.8～4 s的深部時(shí)窗，直線型斜纜比拋物線型斜纜成像更清晰，同相軸連續(xù)性更好；但是拋物線型斜纜的信噪比和低頻能量要優(yōu)于直線型，低頻可低至3～8 Hz(-6 dB)。這是由于拋物線型斜纜相較于直線型，前半段電纜沉放深度隨偏移距變化較快，電纜沉放深度快速地降至較深的范圍，后半段電纜基本都處在較深的深度上，拋物線型斜纜各道的平均深度要大于直線型，能接收更多的低頻信息。

圖9 拋物線型斜纜(a)與直線型斜纜(b)偏移剖面及其頻譜(c)對(duì)比Fig.9 The PSTM of parabolic variable-depth streamer(a) and linear variable-depth streamer(b),comparison of their spectrum(c)

圖10是同一位置，斜纜(覆蓋次數(shù)96次)與經(jīng)過寬頻處理后的水平纜老數(shù)據(jù)(覆蓋次數(shù)51次)的偏移剖面及其對(duì)比?？梢钥闯?，在2.8～4 s的深部時(shí)窗，相較于老資料，斜纜資料的構(gòu)造形態(tài)更加清晰，不僅得益于覆蓋次數(shù)的提高，而且也得益于低頻和高頻信息的拓寬，拓頻達(dá)15 Hz左右，信噪比也有所增強(qiáng)，更有利于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

圖10 直線型斜纜(a)與水平纜老資料(b)偏移剖面及其頻譜(c)對(duì)比Fig.10 The PSTM of linear variable-depth streamer(a)and horizontal streamer(b),comparison of their spectrum(c)

4 結(jié)論

可以利用斜纜平均鬼波濾波特性優(yōu)選纜型、沉放深度范圍等斜纜關(guān)鍵采集參數(shù)。直線型斜纜和拋物線型斜纜在平均鬼波濾波特性上各有利弊，直線型斜纜的陷波補(bǔ)償效應(yīng)更好，頻譜更光滑，但是，低頻能量不如拋物線型斜纜強(qiáng)。在斜纜纜型、纜長(zhǎng)和最淺沉放深度固定的情況下，增加斜纜的最深沉放深度有利于補(bǔ)償陷波效應(yīng)，斜纜的最深沉放深度越深，低頻能量越強(qiáng)。

野外試驗(yàn)資料表明，在西湖凹陷深部?jī)?chǔ)層，相較于傳統(tǒng)平纜，斜纜資料的頻帶更寬，構(gòu)造刻畫更清晰，是解決西湖凹陷深部?jī)?chǔ)層刻畫等主要地質(zhì)問題的有利技術(shù)。直線型斜纜的分辨率略優(yōu)于拋物線型斜纜，但是拋物線型斜纜具有更多的低頻，更高的信噪比。在斜纜最淺沉放深度固定時(shí)，加大斜纜沉放深度差，有利于獲取更多的低頻信息。