斜、平纜數(shù)據(jù)融合處理在珠江口盆地的應用

關鍵詞： 中深層，拖纜采集，斜纜采集，融合處理，鬼波壓制

0 引言

為了提高中深層成像質量，需從地震采集著手，增強深層照明強度，提高地震穿透力。有效的低頻信息是提高中深層信噪比的重要手段之一[1]。近年來，海洋寬頻地震采集和處理技術已經成為海洋地球物理勘探研究熱點，并且取得豐碩的成果。海洋寬頻地震采集處理技術區(qū)別于常規(guī)等深度拖纜（平纜），它主要通過改變檢波器或震源的種類、數(shù)量以及沉放深度達到壓制鬼波的目的[2]。海洋拖纜采集普遍存在虛反射現(xiàn)象，如何精準壓制鬼波，補償有效頻率成分，提高信噪比，是改善地震成像的重要環(huán)節(jié)。早在20 世紀60 年代，Lindsey[3]、 Schneider 等[4]發(fā)表了關于傳統(tǒng)的水平電纜去鬼波方法的文章，具體做法是結合線性濾波法壓制鬼波效應，達到拓寬頻譜頻帶的目的。Du?shan[5]提出了應用反褶積算子壓制鬼波，但由于鬼波算子在頻譜中表現(xiàn)為正弦函數(shù)，不可避免地造成了有效波能量缺失?；诙尾ê凸聿ù嬖跁r延這一特征，Aytun[6]和Fang[7]提出了頻率波數(shù)域的鬼波壓制算法，但是由于鬼波時延難以獲取，所以壓制效果并不理想。隨后，Weglein 等[8]和Ikelle[9]提出基于逆散射級數(shù)法對多次波和鬼波進行壓制。中國許多專家也豐富了此理論基礎，金德剛等[10]對應用逆散射級數(shù)理論壓制鬼波效應的方法進行了更深層次的研究，并對其中一些具體的處理細節(jié)進行了完善，證明了應用該理論壓制鬼波是可行的。與此同時，通過改變傳統(tǒng)采集方式的寬頻采集也逐漸興起。Haggerty[11]于1956年提出使用上、下纜采集技術進行海上地震勘探，并對該方法做了詳細的介紹和解釋說明。斜纜采集興起于20 世紀90 年代，Bearnth 等[12]和Sablon 等[13]先、后對這一方法做了細致的研究。Soubaras[14]根據(jù)鬼波頻率隨檢波器深度變化特性，發(fā)表了利用聯(lián)合反褶積去除鬼波的理論，成功拓展了地震資料頻寬。

本文以珠江口盆地惠州凹陷惠州25 過渡帶實際靶區(qū)為例，重點闡述了平纜采集寬頻處理和斜纜二次采集成效對比，創(chuàng)新性提出了平纜和斜纜數(shù)據(jù)匹配融合思路，并成功應用于惠州25 構造帶中深層成像。其主要思想是利用平纜數(shù)據(jù)中深層地震信號衰減慢的特征來彌補斜纜數(shù)據(jù)深部的高頻缺失，最終達到寬頻成像效果。本匹配融合技術具有三方面的優(yōu)勢：①分階段求取多維度匹配因子，平纜和斜纜兩種地震數(shù)據(jù)在相位、頻率、時差和能量四方面得到較好的匹配，成果數(shù)據(jù)保真度得到了保證；②在疊前融合，得到的共中心點（Common Middle Point，CMP）道集兼具了平纜和斜纜兩種地震數(shù)據(jù)的炮檢距，保留了地震資料的振幅隨炮檢距的變化（Amplitude Versus Offset，AVO）特征，可以用此數(shù)據(jù)進行AVO 分析及疊前反演，提高油氣預測的準確性；③兼具斜纜地震數(shù)據(jù)的低頻信息和平纜地震數(shù)據(jù)的高頻信息，中深層成像得到改善，構造內幕細節(jié)更加豐富。

1 研究背景

圍繞惠南半地塹惠州25 過渡帶X 構造先、后鉆探多口井，證實了古近系文昌組存在規(guī)模油氣藏。但受限于平纜采集常規(guī)處理地震數(shù)據(jù)低頻信息嚴重缺失，深部成像信噪比低，斷面波不清晰。陸相地層橫向非均質性強，地震資料難以滿足構造內幕精細刻畫。為進一步改善成像質量，獲得高分辨率高保真地震數(shù)據(jù)，2012 年首次在該靶區(qū)使用斜纜寬頻地震采集處理技術。通過新、老成果頻譜資料對比，斜纜采集拓寬了中淺層頻帶，低頻信息的增加減小了子波旁瓣，而高頻信息則銳化了子波波峰，極大地提高地震資料分辨率。水平切片指示斷層刻畫能力也顯著增強[15]。但是，分時窗地震頻譜信息表明，中深層段斜纜高頻信息相比平纜資料衰減更快（圖1），導致古近系內幕分辨率低、能量弱（圖2）。另外，由于該技術尚處于起步階段，殘余多次波仍然影響嚴重，給地質解釋帶來很大困難。鑒于此，針對性開展了斜纜資料新一輪攻關成像處理。

為了最大化利用已有地震信息，增加深層照明強度，提高覆蓋次數(shù)，補充內幕高頻信息，開創(chuàng)性地提出了斜平纜匹配融合方案。由于兩次采集方位角一致，不存在方位各向異性，為速度建模提供有利可靠先決條件。

2 斜、平纜匹配融合關鍵技術

為更好地開展數(shù)據(jù)融合，必須消除斜、平纜資料間的信噪比、頻率、波組特征等巨大差異，寬頻保幅處理是前提，有效匹配拼接技術是核心?；谫Y料間的差異性，本文提出了多維度匹配因子，并建立了一套有效質控流程。

2. 1 寬頻保幅處理技術

2. 1. 1 寬頻去噪技術

本文的平纜和斜纜三維地震數(shù)據(jù)，由于采集時間窗口和采集方式的改變，原始地震數(shù)據(jù)干擾波類型相似，但其特征存在差異。在去噪過程中，針對不同三維地震數(shù)據(jù)的特征和分布規(guī)律開展針對性去噪，有效保護好原始地震數(shù)據(jù)的低頻信號是關鍵。本文提出一種保護弱信號的寬頻疊前去噪綜合技術，通過分析不同工區(qū)的采集參數(shù)及噪聲特點，采用“六分法”（分區(qū)、分類、分頻、分時、分域、分步）[16]的處理方式，對干擾波實現(xiàn)有效壓制。針對不同噪聲類型，所采用的去噪技術包括：三維多域分頻去噪、奇異值分解降秩去噪、自適應高頻噪聲衰減、高保真Radon 變換去線性噪聲[17-18]、T-X 域保真去線性、三維相干噪聲壓制[19-21]、基于時差的有源干擾去除等（表1）。

海洋平纜和斜纜采集三維地震數(shù)據(jù)中，涌浪噪聲都較為發(fā)育。由于槍纜沉放的差異，涌浪的特征差異較大。對于本文斜纜采集三維數(shù)據(jù)，涌浪干擾較強，采用常規(guī)的涌浪噪聲壓制處理很難在不損失有效信號的前提下有效去除噪聲。因此，采用了四步串聯(lián)方式對涌浪噪聲進行分解并逐步去除（圖3）。每步采用了不同的去噪參數(shù)（表2）。低頻信息對于深層及巖性儲層成像極其重要。單炮上5 Hz 以下的頻率成分雖然信噪比較低，但依然存在有效信號。因此，在壓制涌浪干擾過程中，不僅要關注全頻帶噪聲的壓制效果，更要加強對低頻端（尤其是低通5 Hz）信噪分離的質控。

淺水區(qū)淺層線性噪聲主要是折射波以及折射多次波，以往這部分噪聲在偏移前直接切除，忽視了這一區(qū)域內遠炮檢距存在的有效信號。淺層折射線性噪聲的去除對CRP 道集形態(tài)有明顯的影響，去除后淺層線性噪聲得到凈化，遠炮檢距保留了更多的有效信號。另外，地震記錄上存在一些不規(guī)則外源干擾，也表現(xiàn)為線性特征。本次主要利用有效信號和噪聲間的相干差異性，基于高保真Radon 變換，在三維空間對線性噪聲進行有效去除（圖4）。

部分側反射及有源干擾表現(xiàn)為類似雙曲線特征，當弧形噪聲頻率、能量和有效信號差異較小時，采用三維相干噪聲壓制技術很難去除干凈。固定源F-K域防假頻側反射及大船干擾壓制技術通過交互手段，首先對噪聲源準確定位，然后通過模擬曲率法將弧形干擾轉變成線性噪聲再進行衰減。該技術可將噪聲去除干凈且能夠避免去噪產生的假頻，去噪過程中一次波沒有受到傷害，具有較好的保幅性（圖5）。綜合去噪后，目的層有效信號得到恢復，15 Hz 以下整體信噪比得到明顯提高（圖6）。

2. 1. 2 斜、平纜鬼波壓制技術

海上拖纜采集時，震源和電纜均置于海平面下某一深度，造成檢波器記錄到的地震波包含了鬼波信息。鬼波能產生陷頻，造成地震資料低頻和高頻信息的缺失，嚴重影響了地震資料的成像質量，增加了后期地震資料解釋和儲層反演的難度。在以往以構造成像為主的研究中，鬼波的影響沒有受到重視。近幾年，隨著深層勘探力度的加大，拖纜采集也在不斷嘗試更有利于深層信號的獲取，比如增大震源容量、增大纜深。隨著電纜深度的增加，包含鬼波的遠場子波已經不再是單峰的近似零相位子波，而是變成了多峰子波，因此鬼波的影響變得更加突出。在大多數(shù)能夠應用于實際生產的鬼波壓制算法中，鬼波的壓制效果在很大程度上取決于對鬼波算子參數(shù)（鬼波延遲時間、海水表面反射系數(shù)）估計的精準度。基于稀疏Tau?p 反演的自適應鬼波壓制技術能夠針對起伏海平面問題帶來的纜深浮動及海水面反射系數(shù)變化進行參數(shù)優(yōu)化，獲得更好的鬼波壓制效果，減少參數(shù)不準確造成的伴隨噪聲問題[22-23]。

本次主要采用基于稀疏Tau?p 反演的自適應鬼波壓制技術[24]。針對源鬼波，根據(jù)源、檢的互易性，采用基于稀疏Tau?p 反演的自適應鬼波壓制技術進行去除；除了常規(guī)對單炮、單次剖面、疊加剖面、頻譜及自相關進行定性質控外，本文利用一種確定性的振幅變化量質控方法，基于遠場子波計算出含鬼波與不含鬼波的子波振幅變化量（去除纜鬼波后，子波能量衰減至原來的70%），對實際數(shù)據(jù)去鬼波前、后的單炮及疊加剖面開展振幅變化量化標定（圖7），確保鬼波壓制前、后振幅變化與子波振幅變化具有較為一致的相關性。

2. 2 多維度匹配融合技術

由于平纜和斜纜地震數(shù)據(jù)的野外采集作業(yè)方式不同，導致地震數(shù)據(jù)在相位、頻率、時差和能量上差異較大[25-28]。常規(guī)融合處理結果在中深層同相軸連續(xù)性較差，很難解決實際問題。本文提出了通過分階段多維度匹配因子求取，建立地震數(shù)據(jù)匹配質控流程（圖8）。首先，選擇靶區(qū)井旁小塊三維統(tǒng)一進行全流程寬頻處理，產生疊后時間偏移數(shù)據(jù)、疊前時間偏移數(shù)據(jù)和CRP 道集，利用道集及剖面的相似度分析、井震標定、AVO 分析和分頻掃描等手段進行對比質控；然后，分別對兩種不同采集方式得到的三維數(shù)據(jù)，在初始疊加、去噪、去鬼波、去多次波等幾個關鍵處理階段，分別開展數(shù)據(jù)規(guī)則化處理及偏移處理。選擇相同炮檢距范圍內的數(shù)據(jù)完成疊加，結合RMS 振幅提取、相位分析、頻率分析等方法，分析兩種采集方式地震數(shù)據(jù)間的差異，利用互相關技術求取匹配因子，經過反復迭代，直到平纜、斜纜和融合地震數(shù)據(jù)相位、頻率、時差和能量趨于一致；最后，利用所求取的匹配因子開展全工區(qū)數(shù)據(jù)寬頻處理與多維度匹配融合。

通過對比斜纜與平纜資料原始疊加，兩套資料差異較大。斜纜資料環(huán)境噪聲嚴重、低頻豐富，沒有纜鬼波的陷波點；平纜資料環(huán)境噪聲弱、低頻不足，平纜疊加有明顯的纜鬼波陷波點（圖9）。通過寬頻處理全流程迭代質控，最終保證兩套資料縱、橫向波組特征接近，信噪比趨于一致（圖10）。

3 實際應用效果分析

融合后數(shù)據(jù)在地震分辨率、信噪比及成像方面有了較大改善。從惠州25 靶區(qū)疊加剖面（圖11）上可以看到，平纜寬頻處理結果在2 s 之下較斜纜處理結果同相軸增多，內幕細節(jié)更豐富，視分辨率提高。但斷面成像，特別是基底之下先存斷裂體系成像模糊。斜纜結果對深大斷裂刻畫比較清晰，但低頻能量占比太高，掩蓋了內幕細節(jié)，分辨率受限，且深部能量也較弱。融合處理之后兼顧二者優(yōu)勢，既保留深層豐富內幕細節(jié)，又突顯關鍵斷層成像。從頻譜特征對比（圖12）來看：平纜資料受限采集方式影響，低頻能量相對欠缺，但高頻抗衰減能力強。斜纜數(shù)據(jù)低頻能量較豐富，但高頻缺失。融合處理保證相對寬頻結果，既保留斜纜低頻又拓展平纜高頻，真正實現(xiàn)了寬頻處理，在提高數(shù)據(jù)信噪比前提下提高了分辨率。

由于斜纜數(shù)據(jù)低頻能量太強，在應用斜纜數(shù)據(jù)進行古近系內幕解釋時，進行了低切濾波。從過構造惠州25?X 的剖面（圖13）來看，對2013 年斜纜采集資料進行濾波后，雖然內幕信息更多，但產狀變化較為雜亂（藍框），隱約可見兩組產狀交匯，殘余多次波影響嚴重，資料信噪比較低。經本研究匹配融合處理后，基底之上反射特征清晰，相位特征近似平行于Tg界面，反映了早期地層沉積充填坡角較緩，體現(xiàn)了后期沉降過程。經過本研究匹配融合處理，地震相指示內幕反射結構更清晰，有力指導了該區(qū)構造控沉積作用研究。

此外，斷裂成像改善效果也較明顯。從剖面成像對比結果（圖14）來看，2013 年資料濾波后深層（2. 5 s之下）斷面波不聚焦，斷裂兩側地震相差異小，小斷層以及潛山內幕斷裂識別較困難。本次匹配融合處理后，斷面成像特征更清晰，潛山內幕斷面波能量明顯增強。從2500 ms 地震水平切片（圖15）上也可以看出：匹配融合處理資料高頻隨機噪聲壓制較好，信噪比提高；波組變化邊緣信息增強，斷面位置特別是潛山內幕斷裂指示作用更明顯。

通過各方面綜合對比認為，斜、平纜地震數(shù)據(jù)匹配融合處理極大改善了該區(qū)地震資料成像品質，為古近系及潛山內幕儲層研究提供高保真數(shù)據(jù)基礎，提高了解釋精度。

4 結論

針對惠州25 構造帶古近系信噪比低、內幕反射結構不清晰問題，首次在中國海域實施斜、平纜數(shù)據(jù)匹配融合處理試驗。經過實際資料對比，效果改善明顯。主要認識有：

（1）通過平纜和斜纜數(shù)據(jù)匹配融合處理，最大化挖掘研究區(qū)內現(xiàn)有地震數(shù)據(jù)的潛力，增加了面元覆蓋次數(shù)，提高資料信噪比，在淺、中、深層獲得了更好的成像、更寬的頻帶、更豐富的內幕反射細節(jié)；（2）使用保護弱信號的寬頻疊前干擾波壓制技術，有效壓制了各類復雜干擾波，保護了高頻和低頻弱反射信號，地震反射信號是寬頻處理的數(shù)據(jù)基礎；（3）針對平纜和斜纜資料分別采用了有效的鬼波壓制技術，平纜鬼波及斜纜鬼波均得到較好的壓制，對低頻信號的補償及斜、平纜資料一致性的改善起到了關鍵作用；（4）分階段開展多維度匹配因子求取，對平纜和斜纜數(shù)據(jù)的匹配和融合過程進行了有效質控，保證數(shù)據(jù)在相位、頻率、時差和能量四方面得到了很好的匹配，使成果數(shù)據(jù)可靠性得到保證。