南海北部深水地震勘探所遇到的挑戰(zhàn)與對策

張振波

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067）

南海北部深水地震勘探所遇到的挑戰(zhàn)與對策

張振波

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067）

摘 要：總結(jié)了近年來南海北部深水區(qū)地震勘探中遇到的挑戰(zhàn)，包括海水深度大、海底崎嶇、硬質(zhì)海底產(chǎn)生的強(qiáng)烈多次波和地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等。從采集和處理入手，分析研究了其影響地震資料品質(zhì)的根本原因，提出了解決這些問題的對策，采集方面包括選擇更有利的采集方向、優(yōu)化震源設(shè)計(jì)、改變拖纜方式、縮小炮間距和增加電纜長度等；處理方面包括三維SRME技術(shù)、各向異性速度分析及高階動(dòng)校正技術(shù)、傾角共反射面疊加技術(shù)、疊前深度偏移技術(shù)等。此研究為今后深水地震采集和處理提供了參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：南海北部；深水；崎嶇海底；采集方向；3D SRME；各向異性高階動(dòng)校正；傾角共反射面元疊加；疊前深度偏移

Challenges and Measures in Seismic Exploration in Northern Deepwater Area of South China Sea

ZHANG Zhenbo
（Shenzhen Branch of CNOOC Ltd., Shenzhen 518067, China）

Abstract:The challenges in seismic exploration in northern deepwater area of South China Sea are summarized in this paper, including deeper water depth, rugged seafloor, strong multiples generated by hard seafloor, complicated geological structures and so on. The main reasons influencing the quality of seismic data have been analyzed through analyzing seismic data acquisition and processing process. The measures to solve these problems have been proposed. In seismic data acquisition, more favorable acquisition direction, optimization source design, changing the streamer mode, shorter shot space, longer streamer should be taken into consideration. The seismic data processing, advanced processing techniques such as 3D SRME, anisotropic velocity analysis, high order NMO correction, dip angle CRS, PSDM should be used. This study provides a reference and experience for future deepwater seismic data acquisition and processing.

Keywords:Northern South China Sea; deep water; rugged seafloor; acquisition direction; 3D SRME; anisotropic high order NMO; dip angle CRS; PSDM

近年來，南海北部深水海域石油勘探力度越來越大，逐漸成為中國海上石油勘探的重要地區(qū)[1-4]。該區(qū)水深從300 m到3 000 m，水深變化大，海底崎嶇，地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。國內(nèi)海洋深水地震勘探，尤其是深水三維地震勘探起步晚，導(dǎo)致深水勘探程度非常低。目前地震資料普遍存在中深層信噪比低、成像品質(zhì)差等問題，特別是凹陷內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基底成像差，制約了凹陷沉積特征分析和烴源研究的精度，增加了勘探難度。

因此，針對南海北部深水地震勘探中遇到的問題和挑戰(zhàn)，進(jìn)行采集和處理技術(shù)研究，提高地震資料成像品質(zhì)，對降低勘探風(fēng)險(xiǎn)尤為重要。

1　 南海北部深水地震勘探遇到的挑戰(zhàn)

南海北部深水勘探海域遇到的挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在海水深度大、海底崎嶇和地下地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜三個(gè)方面。

現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和室內(nèi)物理模擬結(jié)果揭示，隨著水深增大，繞射波能量增強(qiáng)，有效波能量減弱，地層成像變差，尤其是中深層受到的影響更大。圖1是王建花等人用同一個(gè)物理模型，在800 m、1 350 m和1 850 m三種水深情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室采集的疊加剖面。當(dāng)水深達(dá)到1 850 m時(shí)，水平地層的地震波信號被崎嶇海底和斷層產(chǎn)生的繞射波湮沒，給后期室內(nèi)處理帶來了挑戰(zhàn)。

圖1　物理模擬不同水深情況下的繞射波

多次波是海洋地震勘探普遍存在的問題，南海北部深水勘探海域很多地方存在硬質(zhì)海底，更加加劇了海底多次波的產(chǎn)生。圖2是南海北部某地震測線的單道疊加剖面，測線水深500 m左右，硬質(zhì)海底產(chǎn)生的強(qiáng)烈多次波達(dá)到7個(gè)周期，嚴(yán)重影響了地震資料的質(zhì)量。

當(dāng)水深增加時(shí)，這種硬質(zhì)海底對資料的影響更加嚴(yán)重。圖3是2010年在南海北部某超深水海域采集時(shí)得到的炮集數(shù)據(jù)，該海域水深已達(dá)3 000 m。該炮記錄已經(jīng)受到了前一炮的長周期海底多次波影響，初至波已經(jīng)與前一炮的長周期海底多次波混疊在了一起。按照采集標(biāo)準(zhǔn)，這種資料只能做廢炮處理。

圖2　硬質(zhì)海底產(chǎn)生的強(qiáng)烈多次波

圖3　超深水產(chǎn)生的長周期海底多次波

海底崎嶇伴隨下伏地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致地震波能量散射，地震資料中深層能量弱、信噪比低、成像差，是南海北部深水地震勘探面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)。圖4是過南海深水某潛力構(gòu)造的疊前時(shí)間偏移成果剖面。該海域水深1 500 m左右，海底起伏最高達(dá)300 m，地震資料受崎嶇海底的影響嚴(yán)重，很難解釋出真實(shí)的構(gòu)造情況。另一種情況是海底存在陡坡時(shí)，下伏傾斜地層的覆蓋次數(shù)會(huì)變得不均勻，影響地震成像，尤其是基底和斷面成像更差[5]。圖5是橫切南海北部某凹陷的疊前時(shí)間偏移成果剖面。該海域水深從200 m迅速變化到1 700 m，海底傾角達(dá)到18 o，控凹斷層、凹陷內(nèi)幕和基底的成像精度都達(dá)不到凹陷沉積特征分析和烴源研究的要求。

海上深水勘探目的層越來越深，地震采集使用的電纜越來越長，導(dǎo)致遠(yuǎn)偏移距動(dòng)校拉伸畸變、速度譜分析各向異性等挑戰(zhàn)越來越突出。

圖4　崎嶇海底導(dǎo)致下伏地層隨海底變化

圖5　海底陡坡導(dǎo)致下伏地層成像差

2　地震采集處理中的對策

南海北部深水地震勘探面臨的挑戰(zhàn)往往是多種因素造成的綜合性問題，所以解決這些問題需要從采集到處理一體化考慮。

2.1 優(yōu)化采集方案

海上地震采集中，由于受物探采集船拖力、水下設(shè)備拖帶方式和電纜長度等因素的限制，觀測系統(tǒng)的優(yōu)化也受到局限。近年來，針對南海北部深水地震勘探面臨的挑戰(zhàn)，與同行們進(jìn)行了多方面的研究，在采集方案優(yōu)化方面取得了一些成果。

（1）選擇更有利的采集方向，改善崎嶇海底、陡坡海底海域地下構(gòu)造地震成像效果。

對于深水陡坡海底、大傾斜地層和高角度斷層，理論上，沿其下傾方向采集更有利于提高地震波覆蓋次數(shù)，從而提高地震成像效果[6]。圖6和圖7分別為沿海底陡坡上傾和下傾方向?qū)嶋H采集的疊前時(shí)間偏移剖面，箭頭指出了幾處大傾角地層，很明顯沿地層下傾方向采集的數(shù)據(jù)成像效果較好。

圖6　沿上傾方向采集疊前時(shí)間偏移剖面

圖7　沿下傾方向采集疊前時(shí)間偏移剖面

對于深水崎嶇海底，沿著斜交海溝走向的方向進(jìn)行采集，相對于平行或垂直海溝走向，更有利于降低崎嶇海底對下伏地層成像的影響[7]。

（2）優(yōu)化震源設(shè)計(jì)，提高中深層有效的震波信號能量，從而提高地震資料信噪比。

在深水海域，地震資料的中深層通常表現(xiàn)為能量弱、信噪比低、成像差。針對這種情況，國內(nèi)外專家在震源優(yōu)化方面做了很多研究，比較顯著的成果有：高分辨率氣槍陣列梯形立體組合技術(shù)[8-9]、中深層大容量平行四邊形立體組合技術(shù)[10]、上下源去震源鬼波技術(shù)[11]、GeoSource[12]、BroadSource[13]等。在實(shí)際海上地震采集作業(yè)中，大震源深沉放技術(shù)是增加中深層地震信號能量，提高信噪比的簡單適用的方法。圖8是大容量平行四邊形立體六子陣列組合震源配合長電纜深沉放的采集效果，相對于圖9的常規(guī)采集剖面，其深層成像改善明顯。

圖8　大震源深沉放疊前時(shí)間偏移剖面

圖9　常規(guī)采集疊前時(shí)間偏移剖面

（3）改變拖纜方式，降低鬼波影響，拓展地震資料頻寬，改善中深層地震成像。

近幾年，在南海北部深水海域，先后嘗試了上下纜[14]、拖纜寬線[15]和斜纜寬頻[16]等改變拖纜方式的地震采集技術(shù)，深層地震成像得到了改善，尤其是斜纜寬頻地震采集對深層地震成像改善效果明顯。圖10和圖11是南海北部某深水海域常規(guī)拖纜采集和斜纜寬頻采集三維疊前時(shí)間偏移剖面，斜纜寬頻資料的低頻和高頻都更加豐富，地質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)幕更加清晰，尤其是深層地震成像改善較大。

（4）縮小炮間距和增加電纜長度也可以在一定程度上增加大角度傾斜地層和斷面的覆蓋次數(shù)，改善深層地震資料成像效果。

圖10　常規(guī)采集疊前時(shí)間偏移剖面

圖11　斜纜寬頻疊前時(shí)間偏移剖面

（5）對于圖3中的長周期海底多次波，如果在采集時(shí)避免其被記錄到后一炮地震數(shù)據(jù)中，只能采取增大炮間距，加大放炮時(shí)間間隔的方式。

后兩點(diǎn)看起來似乎有點(diǎn)矛盾，這就需要在實(shí)際生產(chǎn)中針對每個(gè)地震工區(qū)的具體情況，有針對性的進(jìn)行采集方案設(shè)計(jì)。

2.2 優(yōu)化處理流程

實(shí)驗(yàn)室物理模擬和實(shí)際野外采集都證實(shí)，深水海域多次波更發(fā)育，海底下伏地層的繞射更強(qiáng)，嚴(yán)重影響有效波成像。因此，在深水海域地震資料處理中，需要采用有針對性地地震資料處理手段，優(yōu)化地震資料處理流程，改善地震資料成像。

（1）利用三維SRME技術(shù)有效壓制海底和層間多次波[16]。

目前，海上深水地震資料處理中最常用的壓制多次波方法就是業(yè)界公認(rèn)的三維SRME多次波壓制技術(shù)。該技術(shù)采用純數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，不需要考慮多次波的傳播路徑。它利用相鄰道的卷積生成預(yù)測多次波，再通過減除方法有效壓制表面多次波和層間多次波。實(shí)際生產(chǎn)證明，該技術(shù)使用方便，多次波壓制效果較好。

（2）利用各向異性速度分析及高階動(dòng)校正技術(shù)消弱長電纜遠(yuǎn)偏移距動(dòng)校拉伸畸變[17-18]。

目前南海北部已經(jīng)鉆探的構(gòu)造所在海域水深

已經(jīng)超過2 500 m，勘探目的層也越來越深，甚至開始向中生界發(fā)展。針對深水深層三維地震采集使用的電纜長度已經(jīng)達(dá)到8 000 m，各向異性問題開始凸顯，常規(guī)速度分析和動(dòng)校正后，遠(yuǎn)偏移距同相軸無法校平、動(dòng)校拉伸畸變嚴(yán)重。為保證地震資料分辨率，常規(guī)的做法是在疊加時(shí)切除未拉平的遠(yuǎn)偏移距有效信息，這樣就降低了深層地震成像效果，破壞了AVO信息。各向異性速度分析及高階動(dòng)校正技術(shù)引入了Thomsen各向異性參數(shù)，發(fā)展了基于VTI介質(zhì)的各向異性速度分析及高階動(dòng)校正技術(shù)，使速度譜更加聚焦，有效降低了遠(yuǎn)偏移距動(dòng)校拉伸畸變，在切除時(shí)保留了更多的遠(yuǎn)偏移距信息，改善了深層地震成像。圖12b是利用各向異性速度分析及高階動(dòng)校正技術(shù)后的道集，相對于圖12a常規(guī)均勻各向同性速度分析及動(dòng)校正后的道集，中、遠(yuǎn)偏移距同相軸明顯校平，在切除時(shí)可以保留大部分中、遠(yuǎn)偏移距信息，從而可以得到信噪比更高的中深層地震資料。

圖12　各向同性和各向異性高階動(dòng)校正及切除

（3）使用傾角共反射面疊加技術(shù)提高深水中深層地震資料信噪比[19-20]，改善地震成像效果。

南海北部深水勘探中，主要目的層基本集中在中深層，其成像品質(zhì)決定了勘探的成功率。因此，我們開發(fā)了多種地震資料處理技術(shù)，來提高深水中深層地震成像。傾角共反射面疊加技術(shù)是效果比較明顯的一種地震資料處理方法。該技術(shù)對地層傾角不做限定假設(shè)，地下反射面可以是任意角度，相比共中心點(diǎn)疊加理論更接近實(shí)際地質(zhì)情況。它是共反射點(diǎn)及其附近第一菲涅爾帶內(nèi)全部反射波的疊加，因此形成超級覆蓋次數(shù)，能顯著提高信噪比。實(shí)際地震資料處理結(jié)果表明傾角共反射面疊加技術(shù)適用于深水復(fù)雜地層地質(zhì)條件，能夠有效提高深水中深層地震資料信噪比，改善地震成像效果，提高地震資料的可解釋性。圖13是常規(guī)疊加疊前時(shí)間偏移剖面，圖14是傾角共反射面疊加疊前時(shí)間偏移剖面。后者基底及上覆地層信噪比更高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更清楚，剖面波組特征明顯，波形活躍適中，凹陷內(nèi)反射波同相軸可解釋性更強(qiáng)。

圖13　常規(guī)疊加時(shí)間偏移剖面

圖14　傾角共反射面疊加時(shí)間偏移剖面

（4）疊前深度偏移技術(shù)可以解決由于橫向速度變化大而引起的地震成像變差問題[21-22]。

隨著計(jì)算機(jī)速度的提升，疊前深度偏移技術(shù)在海洋深水復(fù)雜構(gòu)造區(qū)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。它可以解決由于海底崎嶇、斷裂復(fù)雜、地質(zhì)異常體發(fā)育等地層速度橫向劇烈變化原因引起的地震成像較差、信噪比較低等問題[21-22]。相比疊前時(shí)間偏移技術(shù)，疊前深度偏移技術(shù)可以較大地提高地震資料成像質(zhì)量，更真實(shí)地落實(shí)構(gòu)造形態(tài)。圖15和圖16分

別是南海北部某深水海域同一位置的疊前時(shí)間偏移剖面和疊前深度偏移剖面。通過對比不難發(fā)現(xiàn)，疊前深度偏移消弱了崎嶇海底對下伏地層成像的影響，中深層地震同相軸不再隨海底起伏，地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)更加趨于合理。

圖15　崎嶇海底區(qū)PSTM剖面

圖16　崎嶇海底區(qū)PSDM剖面

（5）針對上下纜和斜纜寬頻地震采集方式的去鬼波處理技術(shù)，做到了采集處理一體化，近幾年發(fā)展較快，在提高深水中深層地震資料分辨率上起到一定作用。

3　結(jié)論

（1）選擇與海溝斜交的方向進(jìn)行采集，可以減小崎嶇海底對其下伏地層成像的影響；沿大傾角地層和大角度斷層下傾方向采集可以提高目的層的地震覆蓋次數(shù)。

（2）優(yōu)化震源設(shè)計(jì)，增大震源能量，同時(shí)加大震源和電纜沉放深度，可以增強(qiáng)中深層地震信號能量，提高信噪比。

（3）采用上下纜和斜纜等特殊拖纜采集方式，可以提高中深層地震資料信噪比，拓寬頻帶，同時(shí)增強(qiáng)低頻和高頻信號能量。

（4）使用三維SRME地震資料處理技術(shù)可以有效地壓制海洋深水地震資料中普遍存在的海底多次波和層間多次波。

（5）使用各向異性速度分析及高階動(dòng)校正技術(shù)，可以降低長電纜遠(yuǎn)偏移距動(dòng)校拉伸畸變，保留更多的遠(yuǎn)偏移距地震信息。

（6）使用傾角共反射面疊加處理技術(shù)，可以提高中深層地震資料信噪比，改善地震成像效果，加強(qiáng)地震資料的可解釋性。

（7）使用疊前深度偏移技術(shù)，可以解決由海底崎嶇、斷裂復(fù)雜和地質(zhì)異常體發(fā)育等地層速度橫向劇烈變化引起的地震波散射問題，正確歸位繞射波，提高地震資料信噪比。

（8）上下纜和斜纜等海上寬頻地震采集處理技術(shù)，可以一定程度的消除鬼波，提高中深層地震資料分辨率，可能是今后深水地震采集處理發(fā)展方向之一。

實(shí)際生產(chǎn)中需要針對每個(gè)工區(qū)的具體情況，有針對性的進(jìn)行采集方案設(shè)計(jì)和處理流程優(yōu)化。

本文編寫過程中，得到李緒宣、王建花等同仁的指導(dǎo)和幫助，在此一并表示感謝！

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作者簡介：張振波，男，1973年生，1995年畢業(yè)于西南石油學(xué)院（現(xiàn)西南石油大學(xué)）勘探系，高級工程師，主要從事海洋地震采集處理工作。E-mail: zhangzhb@cnooc.com.cn。

收稿日期：2013-11-06；改回日期：2014-10-28

基金項(xiàng)目：國家973項(xiàng)目課題“南海深水區(qū)復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)地震采集基礎(chǔ)理論研究”（2009CB219403）。

文章編號：1008-2336（2015）01-0009-07

中圖分類號：P631.4+6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.01.009