鐘廣見,張莉,鄧桂林,易海,馮常茂,孫鳴,趙靜,趙忠泉

(1.自然資源部 海底礦產資源重點實驗室，廣東 廣州 510760;2.廣州海洋地質調查局,廣東 廣州 510760)

0 引言

海域海相中生界是目前國家油氣勘探攻關的重要領域。南海北部中生代沉積區(qū)經歷了多次隆升剝蝕，現今殘留盆地面積超過10萬km2，是我國海域中生界油氣勘探實現突破的最有利地區(qū)[1-15]。南海北部由于強烈的隆升剝蝕，中生界中深層沉積結構普遍不夠清晰，制約了地質解釋，有必要進行地震采集、成像攻關處理，獲得清晰的中生界深層成像。海洋地震數據采集會受海洋洋流影響，使采集過程復雜化，因此，選擇合適的采集技術是很必要的。東沙海域以往地震資料多是單線拖纜的二維線，特點是線距大、道距小。對于地質構造復雜地區(qū)，二維地震成像效果很難保證，尤其是中深層構造成像。廣州海洋地質調查局通過高密度(線距小、道距小)二維地震采集數據，并對二維地震采集數據按照準三維地震數據進行相關處理研究，獲得了比較滿意的三維地震成像效果。

1 準三維地震采集系統(tǒng)

1.1 資料采集的海況背景

勘探突破離不開高品質的地震資料，南海北部東沙海域處于臺灣海峽沿岸流與巴士海峽黑潮兩股洋流的交匯處(圖1)，湍流異常發(fā)育，具有亂流強、形成時間及地點變化多端的特點。在該海區(qū)實施三維地震資料采集時，電纜容易纏裹在一起，造成設備損壞，目前條件下無法獲得三維地震資料。針對這種情況，通過單一組合震源放炮、單條長電纜接收的傳統(tǒng)二維采集方式下的高密度采集，然后采用五維插值方法進行面元均化處理，使得整個工區(qū)的覆蓋次數基本一致、不同炮檢距覆蓋分布較均勻，形成三維地震數據體。海上采集時電纜長度達到6 000 m，震源容量6 400 in3，稱之為“長排列大容量準三維地震技術”。該技術吸收了廣州海洋地質調查局天然氣水合物資源準三維地震調查技術[16]，但接收電纜更長、震源容量更大，在導航技術、定位技術、采集參數等方面提出了更高的要求[17]。

圖1 南海北部洋流分布Fig.1 Ocean current distribution in the northern of South China Sea

1.2 震源

作業(yè)船采用廣州海洋地質調查局的“探寶號”物探船，“探寶號”船的震源由四排氣槍子陣、40支單槍組成(圖2)，總容量為6 400 in3，震源中心距導航參考點為88 m，工作氣壓為2 000 psi。

1.3 電纜

使用480道數字固體電纜，電纜由以下單元組成：前導段(Lead-in)、短頭部彈性段(SHS)、頭部數據包(HAU)、頭部彈性段(HESE)、減震段(RVIM)、頭部彈性段適配器(HESA)、工作段(SSAS)、中繼數據包(LAUM)、尾部數據包(TAPU)、尾部彈性段(TES)、尾部鎧裝段(STIC)、尾標船及尾標RGPS組成(圖3)。

圖3 震源與電纜相對位置Fig.3 Relative position map of seismic source and cable

1.4 觀測方式

準三維地震數據采集采用束狀觀測系統(tǒng)，一條接收電纜，一個激發(fā)點，電纜480道。采用單邊放炮單邊接收，沿CMP線航行進行(即Inline 測線方向)，類似于穿過面元中心的二維地震觀測，設計的測線橫向間距為100 m，采集參數見表1。

表1 地震采集參數Table 1 Seismic acquisition parameters

1.5 面元均一化處理

野外采集設計面元大小為12.5 m(縱向)×100 m(橫向)，電纜分近段1-160道、中段161-320道、遠段321-480道。由于電纜羽角影響，電纜的遠、中、近不同偏移距道分別落在不同的Inline 測線上。在采集過程中，通過電纜首、尾定位和羅盤鳥進行了面元覆蓋次數的實時監(jiān)控，保證電纜近段、中段、遠段的面元覆蓋率。所有測線近、中、遠道均沒有空缺面元(圖4)；對相鄰面元近道、中道、遠道橫向擴展50%(向兩邊各擴展25%)，擴展之后面元為25 m(縱向)×50 m(橫向)，使面元近道、中道、遠道均勻覆蓋，近、中、遠道綜合覆蓋率超過80%(圖5)。

圖4 原始面元覆蓋率Fig.4 Original bin coverage map

圖5 擴展后面元覆蓋率Fig.5 Expanded bin coverage map

2 準三維地震處理關鍵技術

由于地震采集設計為二維觀測系統(tǒng)，按照準三維處理的處理方式，其基本處理思路是：先按照二維測線分別壓制各類噪聲；然后定義三維網格，按面元進行道集分選，并在此基礎上進行面元規(guī)則化處理、三維速度分析和三維疊前偏移成像處理等。在準三維地震資料處理中采用的主要技術有：鬼波壓制技術，提高地震剖面的分辨率；組合去噪和壓制多次波技術，提高道集的信噪比；五維插值技術，進行面元規(guī)則化處理，保證每個面元的覆蓋次數均勻；單源、單纜準三維地震資料處理在常規(guī)二維地震資料處理基礎上增加了三維疊前時間和深度成像處理，以便獲取準確的三維成像數據體[18-25]。基本處理流程如圖6。其中準三維處理的關鍵技術是三維面元規(guī)則化處理和鬼波壓制技術。

圖6 準三維地震資料處理流程Fig.6 Quasi-three-dimensional seismic data processing flow

2.1 鬼波壓制技術

在海洋地震數據采集過程中，鬼波也會被同時采集到，這嚴重影響了地震有效信號的保真度。震源和檢波點的鬼波會造成地震信號旁瓣變大，分辨率降低，在頻帶上產生與水深有關的陷波作用，使得有效頻率變窄，嚴重影響地震的分辨率和信噪比，進而影響地震信號對油氣聚集區(qū)域的細節(jié)刻畫(圖7)。

圖7 去鬼波原理Fig.7 Synoptic map of deghost

在地震數據處理過程中，去除鬼波影響，消除陷波作用，拓寬頻帶，使地震資料頻帶信息豐富，有利于開展寬頻反演技術，可為油氣勘探提供更精確的信息。

針對不同角度、不同空間響應的鬼波，筆者精確地估算出鬼波的延遲時間，有效地抑制了鬼波對一次反射成像的干擾，突出有效反射波同相軸，使地震剖面波組特征清晰，同時也提高了地震數據的分辨率，為后期的解釋工作提供可靠性基礎資料。如圖8、圖9、圖10所示，通過鬼波壓制處理成功地補償了數據的低頻成分，展寬了頻帶，豐富了數據的頻率信息。

圖8 去鬼波前后頻譜分析Fig.8 Frequency analysis before and after deghost

圖9 去鬼波前(a)后(b)道集對比Fig.9 Comparison of gather before(a) and after(b) deghost

2.2 面元規(guī)則化處理

由于是單源、單纜采集的地震資料，覆蓋次數、方位角等采集參數差異很大，對數據疊加成像、分辨率及橫向能量不均衡或成像空白影響很大，必須對野外采集到的數據進行三維空間插值處理。因此，面元規(guī)則化處理的目的就是使二維采集的數據，通過縱橫向數據插值，能夠適應三維地震采集數據處理要求。如何能做好插值及面元規(guī)則化工作是處理的關鍵。

常規(guī)插值技術只考慮炮點方向、檢波點方向、時間、偏移距4個參數，而五維插值引進了方位角信息，更加遵循了地震數據在時間、空間(x,y)、偏移距及方位角的振幅變化。

五維插值原理就是在5個不同域對不規(guī)則數據在頻率域做傅里葉正、反變換，利用五維信息沿著炮線及檢波線輸出規(guī)則網格的數據。五維插值可以保留原始采集的數據道，而不是簡單地把它用插值道替換，這樣可以對比插值道與原始道的情況，來驗證插值道的保真合理性。針對特別不規(guī)則的地震數據，五維插值內部還可以選用反遺漏傅里葉變換的方法，進一步避免輸入數據不規(guī)則造成的能量突變。圖11是五維插值前后疊加剖面對比，可以看出通過五維插值有效彌補了原始數據的缺失。

圖11 五維插值前(a)后(b)初始疊加剖面對比Fig.11 Comparison stacking profile before(a) and after(b) five-dimension interpolation

理論上講，面元網格越大，覆蓋次數越高；面元網格越小，覆蓋次數越低。但是增大面元往往會使得成像的分辨率降低。原始面元大小為12.5m×100m。根據野外采集參數綜合考慮實際處理情況，定義三維觀測系統(tǒng)時選擇處理面元為12.5m×25 m。

由于實際處理面元與采集面元不同，所以面元的覆蓋情況發(fā)生了變化。圖12為原始資料覆蓋次數，整個工區(qū)覆蓋次數不均勻，由于野外采集的測線間距為100 m，存在許多平行Inline方向的低覆蓋區(qū)域，很多位置覆蓋次數小于5次甚至覆蓋空白區(qū)，少部分位置覆蓋次數達到120次以上。覆蓋次數不均勻使得成像數據的分辨率會下降，同相軸橫向連續(xù)差、振幅特征跳躍。面元規(guī)則化可以使每個面元內覆蓋次數均勻，規(guī)則化后覆蓋次數見圖13，可以發(fā)現整個工區(qū)(除了邊緣不滿覆蓋的位置)的覆蓋次數均達到了120次，為后續(xù)三維體數據處理質量提供了保障。

圖12 原始資料覆蓋次數Fig.12 Coverage plot of initial data

圖13 規(guī)則化后覆蓋次數Fig.13 Coverage plot after interpolating

3 處理效果分析

在湍流海區(qū)域，針對長排列大容量三維采集數據進行準三維處理，采用本文的技術思路，做好關鍵技術的處理參數選擇和優(yōu)化，獲得了比較理想的偏移成像數據體。圖14是 2D處理與準3D處理的地震剖面結果。

圖14 2D(a)與準3D(b)地震剖面對比Fig.14 Comparison of 2D profile(a) with 3D profile(b)

對資料進行分析認為：信噪比增強。各種隨機干擾、線性干擾、不同類型的多次波干擾均有效壓制，尤其是本工區(qū)比較嚴重的亂流干擾也得到很好的壓制，多次波和強線性干擾被壓制，明顯突出了淺、中、深各層的有效信息，信噪比得到很大提升。對比二維和準三維地震剖面，二維剖面的信噪比較低，剖面上存在大量線性干擾、繞射波，反射同相軸成像比較模糊，而在準三維地震剖面上就清晰得多，分辨率提高。二維地震分辨率較低，準三維地震剖面的中、深層分辨率比二維明顯改善，構造特征清晰。特別是深部，在二維地震剖面上幾乎看不到的深部地層有效反射波組，在采用準三維地震勘查技術后獲得了比較好的成像效果，如：原來隱約存在的模糊同相軸都清晰展示出來，繞射波收斂歸位，斷點、斷面清晰，凹陷內部反射清晰展現，斷層邊界明確。

基于三維地震剖面，可以較好地刻畫重點構造的圈閉形態(tài)及重要目標層段的沉積特征分析。如上侏羅統(tǒng)海底扇在三維數據體內可持續(xù)追蹤。海底扇砂體底部與下伏厚層半深海相泥巖突變接觸，頂部與上覆厚層海陸過渡相泥巖呈漸變接觸，整體表現為一套穩(wěn)定的強振幅反射。其中，順物源方向(圖15)，地震剖面上為楔狀外形，可以明顯看到自SE往NW方向前積的下超特征。海底扇可以劃分為四期，其中，第二期和第三期是鼎盛期，推測其含砂率最大。

圖15 海底扇體地震反射特征Fig.15 Seismic reflection characteristics of submarine fan

4 結論

長排列大容量準三維地震勘查技術是通過單一組合震源放炮、單條長電纜接收的傳統(tǒng)二維采集方式的高密度采集，野外施工按照三維面元覆蓋進行現場質控，室內地震資料處理采用三維成像處理方法，形成三維地震數據體的地震勘查技術。它適用于湍流異常發(fā)育、無法進行三維地震采集作業(yè)的復雜海區(qū)，采用二維采集、三維成像的方法，尤其是采用五維插值技術進行數據規(guī)則化處理關鍵技術，成功獲得三維地震成像數據體，并且三維地震剖面成像效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)二維地震剖面，明顯改善了復雜地質構造中、深層的地震成像效果，滿足油氣勘探的需要。該項技術在南海北部海域中生界油氣勘探中取得了較好的應用效果。