共炮檢距矢量域海底電纜數(shù)據(jù)規(guī)則化技術及應用

張興巖,潘冬明,李　列,袁全社,李　林,史文英

(1.中國礦業(yè)大學,江蘇徐州221116;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司物探技術研究所,廣東湛江524057;3.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江524057)

共炮檢距矢量域海底電纜數(shù)據(jù)規(guī)則化技術及應用

張興巖1,2,潘冬明1,李列3,袁全社3,李林3,史文英2

(1.中國礦業(yè)大學,江蘇徐州221116;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司物探技術研究所,廣東湛江524057;3.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江524057)

摘要:受采集因素制約,實際海底電纜地震數(shù)據(jù)覆蓋次數(shù)是不均勻的,需要進行規(guī)則化處理。海洋地震數(shù)據(jù)的規(guī)則化處理通常在共偏移距數(shù)據(jù)體上進行,會丟失方位角信息,如果使用扇區(qū)劃分的方式保留方位角信息,則面臨覆蓋次數(shù)不足的問題。海底電纜數(shù)據(jù)方位較寬,不適合使用這種方法進行規(guī)則化,為此將海底電纜數(shù)據(jù)劃分成共炮檢距矢量數(shù)據(jù)體進行數(shù)據(jù)規(guī)則化,共炮檢距矢量數(shù)據(jù)體是在offset-x和offset-y兩個方向按照矩形劃分的數(shù)據(jù)體,這種劃分方式在限定偏移距和方位角范圍條件下定義了地下面元的一次覆蓋。相對于共偏移距數(shù)據(jù)體和分扇區(qū)劃分,共炮檢距矢量體面元內(nèi)覆蓋次數(shù)更均勻,方位角更接近,對共炮檢距矢量數(shù)據(jù)體進行面元中心化處理,能有效保留方位信息,同時插值精度更高。烏石工區(qū)三維海底電纜數(shù)據(jù)COV插值實際應用結果證明了該方法對海底電纜數(shù)據(jù)插值的可靠性。

關鍵詞：海底電纜;共炮檢距;矢量體;數(shù)據(jù)規(guī)則化

隨著海洋油氣勘探的不斷深入,勘探重心逐漸向復雜構造、小構造油氣藏和巖性油氣藏轉(zhuǎn)移,窄方位角地震勘探顯得有些力不從心[1-2]。近年來,海底電纜(OBC)這種寬方位角采集在海洋地震勘探中得到了廣泛應用,并在改善復雜斷塊成像效果和進行巖性、裂隙研究分析中都取得了較好的效果[3-4]。OBC采集成本較高,實際采集時一般采用施工效率較高的正交片狀(PATCH)觀測系統(tǒng)[5],這種采集方式相對于拖纜要規(guī)則許多,但是由于實際采集中炮線和接收線間距過大、炮檢點深度差過大[6]及障礙物等因素的影響,OBC地震數(shù)據(jù)仍然具有不規(guī)則性,如近、遠道缺失嚴重等現(xiàn)象。不規(guī)則性會降低地震數(shù)據(jù)的信噪比,由于多次波衰減、波動方程成像都是建立在數(shù)據(jù)規(guī)則的假設基礎上[7],所以數(shù)據(jù)不規(guī)則也會影響多次波的衰減和成像。為了避免不規(guī)則性對地震數(shù)據(jù)處理的影響,需要對地震數(shù)據(jù)進行規(guī)則化重建。

常規(guī)拖纜數(shù)據(jù)通常在共偏移距數(shù)據(jù)體上進行規(guī)則化重建,在同一偏移距數(shù)據(jù)體內(nèi)進行數(shù)據(jù)道的刪除、復制或插值等處理[8-10],達到一個面元只有一道的規(guī)則化數(shù)據(jù);這種基于共偏移距數(shù)據(jù)體的數(shù)據(jù)規(guī)則化,只考慮了該道與定義面元中心點的距離而沒有考慮該道的方位信息,造成了數(shù)據(jù)規(guī)則化后方位角信息的缺失[11]。對于拖纜這種窄方位地震數(shù)據(jù)來說,不會造成太大的影響,但是對于OBC這種寬方位數(shù)據(jù),方位角信息的缺失會使后續(xù)的全方位資料處理技術無法使用,使得OBC數(shù)據(jù)的寬方位優(yōu)勢喪失。對于寬方位數(shù)據(jù)的規(guī)則化處理,目前常用的做法是將數(shù)據(jù)劃分成不同扇區(qū)進行處理[12-16],然而劃分的扇區(qū)使得單偏移距數(shù)據(jù)體的空間采樣率大大降低,插值效果不好,成像也很差;若將扇區(qū)角度擴大,則會影響各向異性參數(shù)分析;若將面元擴大形成超道集,則處理精度又會降低。近年來,隨著高密度寬方位采集技術的快速發(fā)展,作為高密度寬方位處理的一項重要技術,基于共炮檢距矢量域的相關處理技術也得到了極大的關注。

共炮檢距矢量域的概念由VERMEER[17]在1998年研究采集工區(qū)的最小數(shù)據(jù)集表達時提出,稱為偏移距矢量片(OVT);CARY[18]在1999年研究寬方位數(shù)據(jù)處理時也提出了共炮檢距矢量的概念,稱其為共偏移距矢量(COV);STARR[19]隱式描述了COV道集的創(chuàng)建和偏移;VERMEER[20]詳細論述了基于OVT的處理方法后,這一技術陸續(xù)在工業(yè)界得到應用[21-23]。這些文獻資料大多研究方位各向異性。本文針對OBC數(shù)據(jù)采集的特點,利用共炮檢距矢量域技術進行數(shù)據(jù)規(guī)則化,對OBC數(shù)據(jù)有效規(guī)則化的同時保留了其寬方位特性,為OBC數(shù)據(jù)的寬方位處理奠定了基礎。

1COV技術基本原理

共偏移距矢量數(shù)據(jù)體(COV)與共偏移距體類似,也是以CDP面元為基礎的地震數(shù)據(jù)子單元。共偏移距數(shù)據(jù)體按照偏移距絕對值(offset)進行分組,十字排列的炮檢距分布是一系列標準的同心圓,沒有考慮方位角信息,為標量(圖1)。COV數(shù)據(jù)體則是把偏移距絕對值分解到炮線、接收線兩個方向,在十字排列域按照矩形劃分,用兩個方向的標量值表示一個矢量,COV數(shù)據(jù)體在十字交叉域抽取,是十字交叉排列的進一步劃分。把正交觀測系統(tǒng)中的同一炮線與同一接收線的數(shù)據(jù)抽取出來,就形成了一個十字交叉排列道集,在炮線方向和接收線方向分別按照x方向的偏移距間隔和y方向的偏移距間隔劃分偏移距組(圖2),形成大小相等的矩形,每個矩形就是一個COV單元。矢量體x方向和y方向的尺寸分別為炮線和接收線間距的兩倍,這個范圍把COV數(shù)據(jù)的取值限制在一個小的區(qū)域,即每個COV數(shù)據(jù)體有限定范圍的偏移距和方位角。一個COV數(shù)據(jù)體定義了地下面元矢量體表面的一次覆蓋,COV的個數(shù)等于CDP面元的覆蓋次數(shù)。

在一個嚴格規(guī)則的十字交叉排列中,一個COV數(shù)據(jù)體已經(jīng)是規(guī)則的單次覆蓋數(shù)據(jù)體,雖然由于各種因素的影響規(guī)則性遭到破壞,但是相對于共偏移距數(shù)據(jù)體,其規(guī)則性仍然要好很多。同一個COV數(shù)據(jù)體中偏移距接近,方位角接近,在同一個COV數(shù)據(jù)體中插值,插值精度更高,同時避免了不同方位角信息混淆。而在共偏移距道集中,近、遠偏移距的共偏移距道集有明顯的空洞,遠遠不是單次覆蓋,而中炮檢距的共偏移距道集覆蓋次數(shù)過多,并且分布不均勻。對于OBC的正交片狀(PATCH)采集方式,即使在不考慮方位信息的前提下,在COV數(shù)據(jù)體中插值也比在共偏移距數(shù)據(jù)體中精確得多。

圖1　偏移距劃分方式示意圖解

圖2　十字排列及共炮檢距矢量單元示意圖解

2數(shù)據(jù)規(guī)則化技術原理

本文使用面元中心化技術對COV數(shù)據(jù)體進行插值。該技術最初是在拖纜數(shù)據(jù)的共偏移距域進行數(shù)據(jù)規(guī)則化,本文將該技術應用到OBC數(shù)據(jù)的COV體中,能有效減少偏移畫弧,消除空間成像誤差。面元中心化技術是在Inline與Crossline兩個方向進行插值,將不規(guī)則的CMP點移至面元中心,最終達到數(shù)據(jù)規(guī)則化的目的。對于OBC數(shù)據(jù),COV域比偏移距域面元覆蓋更均勻,所以在COV域進行面元中心化,地震數(shù)據(jù)的保真度更高,同時保護了方位角和炮點、接收點坐標等方位信息。插值前先進行動校正,插值的效果會更好。面元中心化的實現(xiàn)過程主要分為4個步驟：①在Inline方向面元中心化;②去除冗余道;③在f-x-y域插值缺失道;④在Crossline方向面元中心化[8]。

在Inline方向進行面元中心化時,使用SINC函數(shù)進行插值[24-26]：

(1)

式中：x代表時間軸上的樣點。SINC函數(shù)的插值公式為：

(2)

式中：τ代表步長;t代表時間;s(t)代表周期函數(shù)。

Inline方向面元中心化后,使用靜態(tài)面元均化去除冗余道,然后在每個COV體中,使用f-x-y域空間插值技術插出COV體中缺失的地震道。

在Crossline方向的面元中心化,使用高精度Radon變換進行,其欠定方程為：

(3)

超定方程為：

(4)

式中：d表示輸入數(shù)據(jù),此處為COV數(shù)據(jù)體;m表示Radon域模型(由截距τ和曲率q確定);G表示Radon模型算子;W表示加權矩陣,依賴于每次迭代后的m,其表達式為：

(5)

式中：ξ表示計算精度?？稍跁r間域迭代求解Radon變換方程實現(xiàn)規(guī)則化采樣。

3實際資料應用效果分析

本文使用烏石地區(qū)三維OBC地震數(shù)據(jù)對COV域數(shù)據(jù)規(guī)則化效果進行驗證。該工區(qū)觀測系統(tǒng)采用正交片狀觀測系統(tǒng),如圖3所示。紅色代表炮線,藍色代表接收線,接收線為南北方向,炮線為東西方向,二者相互垂直。炮線區(qū)覆蓋電纜區(qū),依靠海上放炮效率高的特點,減少電纜搬遷工作量,一次采集覆蓋一個片狀區(qū)域,作業(yè)時主要采用電纜整體搬遷的模式,效率相對較高。每一個patch觀測系統(tǒng)共48條炮線,8條接收線,炮點間距25m,炮線間距250m,接收點間距25m,接收線間距400m。接收點檢波器放在海底,海底平坦,工區(qū)水深20m左右。面元尺寸12.5m×12.5m,覆蓋次數(shù)192次,橫縱比約為0.67,屬于寬方位采集。COV針對寬方位資料更能充分體現(xiàn)其優(yōu)勢,在每個十字交叉排列中,COV的尺寸為東西方向800m,南北方向500m,如圖4所示。

圖3　烏石工區(qū)海底電纜觀測系統(tǒng)

首先將數(shù)據(jù)抽成十字交叉排列道集,然后進行COV單元的劃分,按照炮線距離(250m)和接收線距離(400m)的2倍進行COV單元的劃分,每個COV為800m×500m的矩形。

理論上,嚴格規(guī)則的正交觀測系統(tǒng)的每個COV數(shù)據(jù)體都是覆蓋整個工區(qū)的單次覆蓋數(shù)據(jù)體,由于實際上OBC采集過程中的一些原因造成的不規(guī)則性,使得COV道集的面元覆蓋次數(shù)不規(guī)則,會出現(xiàn)重復或者空道現(xiàn)象,但是這種不規(guī)則性相對于共偏移距數(shù)據(jù)體要好許多。圖5為共偏移距數(shù)據(jù)體(偏移距范圍為675～825m)與COV數(shù)據(jù)體面元覆蓋次數(shù)對比。顏色代表覆蓋次數(shù),可以看到,共偏移距數(shù)據(jù)體覆蓋次數(shù)極度不均勻,數(shù)據(jù)

圖4　烏石工區(qū)偏移距分解示意圖解

圖5　共偏移距數(shù)據(jù)體(a)與COV數(shù)據(jù)體(b)面元覆蓋次數(shù)對比

缺失較多,COV數(shù)據(jù)體覆蓋次數(shù)相對均勻而且具有大致相同的炮檢距和方位角,所以在COV數(shù)據(jù)體上進行插值要精確很多。

圖6為COV數(shù)據(jù)體數(shù)據(jù)規(guī)則化前、后的面元覆蓋次數(shù)圖。COV數(shù)據(jù)體規(guī)則化之后得到了嚴格的單次覆蓋COV道集。共偏移距數(shù)據(jù)體由于其不規(guī)則性過強,不容易做到這一點,還容易丟失大量的有用信息,如甩掉過多冗余道,丟失方位角信息等。圖7和圖8分別給出了COV數(shù)據(jù)體規(guī)則化前、后的面元方位角和偏移距的分布。由圖7和圖8 可見,規(guī)則化后方位角和偏移距分布的一致性都很好,方位角范圍為117°～127°,偏移距范圍為4250～5180m,二者都在一個較小的限定范圍之內(nèi)。

圖9為COV數(shù)據(jù)體規(guī)則化前、后的剖面。可以看到,數(shù)據(jù)規(guī)則化前COV數(shù)據(jù)體有空道現(xiàn)象,數(shù)據(jù)規(guī)則化后丟失數(shù)據(jù)被插值出來,并且保真性較好。圖10a和圖10b分別給出了采用共偏移距數(shù)據(jù)體和COV數(shù)據(jù)體進行規(guī)則化后的疊加剖面。由圖10可見,由于淺層(2s以上)較平,各向異性較弱,二者差別不大;中深部地層構造較為復雜,斷層較多,各向異性較強,規(guī)則化后COV數(shù)據(jù)體剖面的信噪比明顯高于共偏移距數(shù)據(jù)體的剖面,大斷裂部位更為明顯(圖10中藍色箭頭所示位置)。圖11a 和圖11b分別給出了共偏移距數(shù)據(jù)體與共COV數(shù)據(jù)體規(guī)則化后的疊前時間偏移單次覆蓋剖面?？梢钥吹?共偏移距數(shù)據(jù)體的單次覆蓋剖面由于畫弧,數(shù)據(jù)信噪比較低;共COV數(shù)據(jù)體由于規(guī)則化后覆蓋次數(shù)均勻,偏移后畫弧較少,數(shù)據(jù)信噪比較高。圖12a和圖12b分別給出了共偏移距數(shù)據(jù)體和共COV數(shù)據(jù)體的疊前時間偏移疊加剖面。由圖12可見,COV數(shù)據(jù)體偏移疊加剖面的信噪比較高,波組特征明顯;另外由于COV數(shù)據(jù)體保留了方位角信息,在構造變化較大處,斷裂構造較為清晰(圖12中藍色箭頭所示位置)。

圖6　COV數(shù)據(jù)體規(guī)則化前(a)、后(b)面元覆蓋次數(shù)

圖7　COV數(shù)據(jù)體規(guī)則化前(a)、后(b)面元方位角分布

圖8　COV數(shù)據(jù)體規(guī)則化前(a)、后(b)面元偏移距分布

圖9　COV數(shù)據(jù)體規(guī)則化前(a)、后(b)剖面

圖10　共偏移距數(shù)據(jù)體(a)與COV數(shù)據(jù)體(b)規(guī)則化后疊加剖面

圖11　共偏移距數(shù)據(jù)體(a)與共COV數(shù)據(jù)體(b)規(guī)則化后疊前時間偏移單次覆蓋剖面

圖12　共偏移距數(shù)據(jù)體(a)與共COV數(shù)據(jù)體(b)規(guī)則化后疊前時間偏移疊加剖面

4結束語

OBC是海洋寬方位地震勘探的重要方法之一。COV道集是寬方位三維地震數(shù)據(jù)理想的子集,非常適合寬方位地震資料處理。

本文針對正交片狀OBC觀測系統(tǒng),在十字交叉域抽取COV數(shù)據(jù)體,COV數(shù)據(jù)體具有數(shù)據(jù)空間不連續(xù)、幅度和跳躍性都較小等特點,同時在同一個COV數(shù)據(jù)體內(nèi)偏移距和方位角相對穩(wěn)定,各向異性現(xiàn)象不強,所以在COV數(shù)據(jù)體中進行數(shù)據(jù)規(guī)則化,數(shù)據(jù)的保真度、信噪比較高,同時規(guī)則化后的COV數(shù)據(jù)體能夠更好地保持地震數(shù)據(jù)的方位角信息。數(shù)據(jù)規(guī)則化后的COV數(shù)據(jù)體可直接進行偏移,偏移后的CRP道集具有方位角信息,有利于開展疊前反演、方位各向異性分析、裂縫檢測等研究。

對于OBC地震數(shù)據(jù)的處理,COV數(shù)據(jù)體相對于共偏移距數(shù)據(jù)體有著明顯的優(yōu)勢,對于方位各向異性強、構造變化大的地震數(shù)據(jù)更是如此。隨著OBC技術的發(fā)展,作為面向?qū)挿轿坏奶幚矸椒?COV技術的應用會更加廣泛,并在寬方位地震資料處理中發(fā)揮更重要的作用。

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(編輯：陳杰)

The regularization of ocean bottom cable data in common offset vector domain and its application

ZHANG Xingyan1,2,PAN Dongming1,LI Lie3,YUAN Quanshe3,LI Lin3,SHI Wenying2

(1.ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China;2.Development&ProspectingGeophysicalInstitute,CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,ZhanJiang524057,China;3.ZhanjiangBranchofCNOOCLtd.,Zhanjiang524057,China)

Abstract:Because of the acquisition factors,the fold of ocean bottom cable (OBC) seismic data is uneven,and it needs to be regularized.Conventional regularization of marine seismic data was processed in common offset volume,but which will lose azimuth information;if the sector division was used to keep azimuth information,the fold is lacking.The azimuth of OBC seismic data is wider,and is not suitable to be regularized by the above conventional method.Therefore,we propose a new method which should divide the OBC seismic data into common offset vector (COV) volume and then to be regularized.The division of COV volume is according to the rectangle in offset-x and offset-y,common offset vector domain defined one fold of subsurface covering bin under the condition of limited offset and azimuth range.Relative to the common offset data volume and sector division,the fold of this method is more even and the azimuth angle is more approximate.Our method can effectively keep the azimuth information to be regularized by common offset vector volume,and has highly interpolating accuracy.The application of COV interpolation in Wushi 3D OBC seismic data shows that the new method is suitable for OBC seismic data.

Keywords:ocean bottom cable,common offset,vector volume,seismic data regularization

收稿日期：2015-07-20;改回日期：2015-10-09。

作者簡介：張興巖(1982—),男,工程師,博士在讀,現(xiàn)主要從事海洋地震數(shù)據(jù)處理工作。

基金項目：國家科技重大專項(20011ZX05023-003-002)和中海油總公司科研項目(C/KJF JDCJF 006-2009)共同資助。

中圖分類號：P631

文獻標識碼：A

文章編號：1000-1441(2016)03-0357-08

DOI:10.3969/j.issn.1000-1441.2016.03.006

This research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China (Grant No.20011ZX05023-003-002) and the Research Project of CNOOC (C/KJF JDCJF 006-2009).