海洋论坛▏高密度宽方位深拖地震采集技术在西湖凹陷的应用
西湖凹陷是东海陆架盆地主要的含油气凹陷。研究区位于西湖凹陷西次凹，紧邻平湖油气田，是典型的凹中隆构造，油气勘探潜力巨大。研究区主力储层埋藏较深（2.8～3.5s），断层发育，储层横向变化较大，导致勘探难度较大。
海上常规拖缆地震采集的方位角较窄，电缆沉放深度较浅（10m以内），采集面元一般为6.25m×25m。高密度地震采集一般是通过缩短电缆间距或者增加震源数的方法实现小面元采集，常为6.25m×18.75m，有的甚至小到6.25m×12.5m、3.125m×12.5m，增加横向采样率，有利于对小地质体的精准成像。宽方位地震采集是指采用多船同时进行采集作业，一般由一艘或两艘主船（拖缆船）和若干艘辅船（震源船）组成，主船和辅船横向上具有一定的距离。相较于传统的海上窄方位地震采集，宽方位采集可以增加横向偏移距和横向采集密度，改善横向的能量照明，提高复杂构造的成像质量。深拖地震采集相较于常规采集，电缆沉放深度较深，低频能量增强并且受涌浪噪音影响较小，有利于提高中深部地层的反射能量和信噪比。因此，可以综合高密度、宽方位、深拖地震采集的优点，形成高密度宽方位深拖地震采集技术，以提高研究区中深部地层的成像质量，进一步落实断层，为下一步勘探开发提供高品质的数据。
一、地震老资料分析
研究区2010年常规三维的采集方式为双源三缆，主要参数见表1。
表1 研究区2010年采集主要参数表
5100×3 | |
100 | |
8 | |
12.5 | |
3 760×2 | |
7 | |
25（交替放炮） | |
51 | |
6.25×25 |
地震老资料存在中深部地层反射能量弱、信噪比低、断点断面不清晰、横向连续性差、储层预测难度大等问题。此次采集可能存在以下几个方面的问题：
⑴覆盖次数较低，只有51次，导致资料整体信噪比偏低；
⑵电缆沉放深度过浅，低频能量不足，影响中深层成像和反演的稳定性；
⑶方位角较窄，导致照明不均匀。
二、高密度宽方位深拖地震采集关键参数设计
针对研究区前述可能存在的问题，进行新的采集参数论证。从三个方面来改善资料品质：⑴小面元、长电缆，以提高覆盖次数、信噪比和横向采集密度；⑵宽方位采集，以增加横向方位角和偏移距信息，以改善横向照明；⑶电缆深沉放，不仅有利于接收低频端的信息，而且受涌浪噪音影响较小，可以有效提高信噪比。综合以上考虑，论证了在研究区采用高密度宽方位深拖地震采集技术，施工模式为双船3源10缆深拖单航次采集。下面是对关键采集参数的论证分析。
海上拖缆采集面元的确定主要考虑满足最高无混叠频率法则公式⑴和横向分辨率公式⑵的要求，论证点各目的层所需面元论证参数表见表2。
b≤V层/(4×fmax×sinθ) ⑴
RL≤V层/fmax ⑵
式中：b为面元尺寸，m2；RL为反射层横向分辨率，m；fmax为最大有效波频率，Hz；V层为反射层层速度，m/s；θ为地层最大倾角。
表2 面元尺寸理论计算表
反射层 | T21 | T30 | T34 |
双程时间/ms | 2480 | 2830 | 3520 |
深度/m | 3111 | 3806 | 5366 |
层速度/（m/s） | 3505 | 3968 | 4521 |
最大频率/Hz | 75 | 65 | 60 |
地层最大倾角/（°） | 30 | 30 | 30 |
最高无混叠频率要求面元尺寸/m2 | 23.4 | 30.5 | 37.7 |
横向最大分辨率要求面元尺寸/m2 | 46.7 | 61.0 | 75.4 |
从满足最浅目的层T21最高无混叠频率和横向分辨率的角度考虑，面元尺寸小于23.4m2可以满足要求。当电缆间距为75m时，面元尺寸为6.25m×18.75m，满足面元尺寸小于23.4m2的要求，并且相较于2010年面元缩小了25%，道密度是2010年的2.2倍，提高纵横比，有利于精确成像。
电缆长度的增加有利于深层反射信息的接收，同时可以提高覆盖次数和信噪比。其与目的层埋深、动较拉伸、多次波剩余时差、速度分析精度、绕射波能量收敛和满足AVO分析等都有关系。综合各因素（表3），选择电缆长度在6 300 m，相较于2010年电缆长度增加了24%，单源覆盖次数达到84次，增加了65%。
表3 电缆长度选择的影响因素
影响因素 | 最深目的层T34 |
目的层埋深/m | ≥5 366 |
动较拉伸/m | ≤6 000 |
多次波剩余时差/m | ≥4 351 |
速度分析精度/m | ≥5 908 |
绕射波能量收敛/m | ≥5 814 |
满足AVO分析/m | ≥6 196 |
⒊宽方位采集
设计采用双船单航次宽方位施工模式，辅船的纵向位置以及与主船的横向距离是重要的论证参数。常用的辅船纵向位置主要有两种，分别位于电缆前部和电缆中部。辅船放在电缆前部的好处是可以减少因为电缆羽角过大所带来的安全问题，进而提升作业效率，并且最大偏移距有很大提升，更利于中深层成像；辅船放在电缆中部的好处是能够获取两个方向的方位角信息，方位角更丰富。考虑到本次采集的目的主要是提高中深层成像质量，所以采用辅船位于电缆前部的方案。
确定辅船的纵向位置后，再进一步论证辅船与主船的横向距离，分别对横向偏移距为1125m、1500m和2250m的三种方案进行了论证分析。从玫瑰图（图1）来看，横向偏移距1125 m的方案玫瑰图在近中远偏移距面元更为连续，1500m方案开始近偏移距有部分缺失但不太明显，当横向偏移距扩大到2250m时近偏移距段缺失部分较大，因此横向偏移距为1125 和1500m的方案要优于2250m的方案；从横纵比的角度，1500m方案要优于1125m的方案。综上所述，辅船与主船的横向距离1500m左右为宜。
（a）为1125m；（b）为1500m；（c）为2250m
图1 不同横向偏移距宽方位采集的玫瑰图及覆盖次数随偏移距分布图
电缆沉放深度的增加有利于接收低频端的信息，并且受涌浪噪音影响较小，理论上可以有效提高信噪比。表4是震源沉放0m，电缆沉放7～22m时的模拟远场子波频谱特性。电缆沉放在20m时，低频可达到6Hz左右，能够接收更为丰富的低频端信息，有利于提高深部储层的反演精度。
表4 震源沉放0m，电缆沉放7～22m时的模拟远场子波频谱特性
电缆沉放深度/m | 主频率/Hz | 低截止频率/（Hz，-6dB） | 高截止频率/（Hz，-6dB） | 频带宽度/Hz | 陷波点/Hz |
7 | 53.6 | 17.9 | 89.3 | 71.4 | 107.1 |
8 | 46.9 | 15.6 | 78.1 | 62.5 | 93.8 |
9 | 41.7 | 13.9 | 69.4 | 55.6 | 83.3 |
10 | 37.5 | 12.5 | 62.5 | 50.0 | 75.0 |
11 | 34.1 | 11.4 | 56.8 | 45.5 | 68.2 |
12 | 31.3 | 10.4 | 52.1 | 41.7 | 62.5 |
13 | 28.8 | 9.6 | 48.1 | 38.5 | 57.7 |
14 | 26.8 | 8.9 | 44.6 | 35.7 | 53.6 |
15 | 25.0 | 8.3 | 41.7 | 33.3 | 50.0 |
16 | 23.4 | 7.8 | 39.1 | 31.3 | 46.9 |
17 | 22.1 | 7.4 | 36.8 | 29.4 | 44.1 |
18 | 20.8 | 6.9 | 34.7 | 27.8 | 41.7 |
19 | 19.7 | 6.6 | 32.9 | 26.3 | 39.5 |
20 | 18.8 | 6.3 | 31.3 | 25.0 | 37.5 |
21 | 17.9 | 6.0 | 29.8 | 23.8 | 35.7 |
22 | 17.0 | 5.7 | 28.4 | 22.7 | 34.1 |
三、应用效果分析
图2是高密度宽方位深拖采集和2010年采集的方位角玫瑰图对比，可以看出，高密度宽方位深拖采集的资料比老资料具有更宽的方位角。
（a）2010年采集
（b）本次高密度宽方位深拖采集
图2 研究区高密度宽方位深拖采集和2010年采集的方位角玫瑰图对比
图3是高密度宽方位深拖采集和2010年采集的低频段（小于27Hz）叠加的噪信比RMS对比，通过比较噪信比的中值，可以看出高密度宽方位深拖数据相较于老数据，低频段的信噪比提高了约22.3%，即20m缆深确实有利于提供更好的低频分量。
（a）2010年采集
（b）本次高密度宽方位深拖采集
图3 研究区高密度宽方位深拖采集和2010年采集的低频段叠加的噪信比RMS对比
本次高密度宽方位深拖数据相较于2010年老资料，从最终的处理效果（图4、图5）可以看出，高密度宽方位深拖资料数据的整体信噪比、分辨率、深部的断层成像及目标区同相轴连续性上均有显著提高。Crossline方向新数据的品质改善程度好于Inline方向，这是因为本次高密度宽方位深拖采集的辅船提供了额外的方位角信息，改善了Crossline方向的照明，并且中-远偏移距覆盖次数增加提高了信噪比，使之成像更加清晰。
（a）2010年老资料 （b）本次高密度宽方位深拖资料
图4 Inline方向新老资料偏移剖面对比
（a）2010年老资料（b）本次高密度宽方位深拖资料
图5 Crossline方向新老资料偏移剖面对比
四、结论
海上高密度宽方位深拖地震采集可以提供更小的面元、更高的覆盖次数、更多的低频信息和更宽的方位角，有利于改善东海西湖凹陷断裂系统以及中深部地层的成像质量。
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END
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【作者简介】文/黄福强 张异彪 李斌 冯奇坤 胡斌，王付洁，均来自中石化海洋石油工程有限公司上海物探分公司；第一作者黄福强，男，1988年生，学士，工程师，2012年毕业于中国石油大学（北京）勘查技术与工程专业，主要从事海洋地质、地球物理方面的研究；本文为基金项目，国家专项科研项目《东海深层低渗-致密天然气勘探开发技术》课题二《深层大中型气田勘探评价技术集成及应用》任务4《深层立体震源-斜缆-OBS联合二维地震采集处理技术》（2016ZX05027-002-004）；本文来自《海洋石油》（2019年第4期），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有。
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