吳 堯， 周 濱， 張建峰， 李 江， 王志亮

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司勘探部，天津 300452)

0 引言

“氣云”是一種受天然氣的聚集和活動(dòng)影響反映在縱波地震剖面上的特殊現(xiàn)象。由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素影響，地層深度的油氣沿著斷層、砂體運(yùn)移到淺層，在地震剖面上整體表現(xiàn)為弱振幅、弱連續(xù)性的特點(diǎn)，對(duì)成像效果十分不利，有效地發(fā)現(xiàn)和識(shí)別氣云區(qū)是尋找中大型油氣藏的重要方法。

渤海油田勘探開(kāi)發(fā)日益向精細(xì)化發(fā)展，油氣勘探的重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向更深、更復(fù)雜和更隱蔽的區(qū)域，常規(guī)海上三維地震勘探技術(shù)已經(jīng)不能滿足勘探開(kāi)發(fā)研究需求，海底電纜高密度地震資料采集技術(shù)，是渤海一次三維全覆蓋完成之際針對(duì)復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行的一次二次三維地震采集探索[1-4]，通過(guò)優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)，優(yōu)化震源組合，升級(jí)水下接收設(shè)備，改進(jìn)施工工藝等方法，成功地解決了氣云弱反射區(qū)地震成像的問(wèn)題[5-7]。

筆者主要對(duì)渤中地區(qū)已有地震資料深入分析，針對(duì)氣云區(qū)的問(wèn)題提出合理的解決方案。為了提高淺層氣云區(qū)的照明度和成像質(zhì)量，對(duì)目標(biāo)采集技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了利用較高密度、較寬方位的觀測(cè)系統(tǒng)，解決目標(biāo)區(qū)的成像問(wèn)題，該方法對(duì)淺層氣云區(qū)等特殊地質(zhì)目標(biāo)起到借鑒作用。

1 工區(qū)勘探現(xiàn)狀

渤中A區(qū)位于渤南低凸起中段，南北夾持于黃河口凹陷和渤中凹陷兩大富烴凹陷之間，成藏背景十分優(yōu)越。其南部渤中T油田已經(jīng)投產(chǎn)，勘探和開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，該油田具有復(fù)式成藏的特征，在古近系沙河街組、東營(yíng)組和新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組均有油氣層發(fā)現(xiàn)，但油層主要富集在明下段III-V油組。經(jīng)儲(chǔ)量復(fù)算，渤中A區(qū)已發(fā)現(xiàn)三級(jí)石油地質(zhì)儲(chǔ)量七千九百多萬(wàn)噸。

該區(qū)域受淺層氣云影響，氣云內(nèi)部的斷層識(shí)別不清, 同相軸無(wú)規(guī)律, 造成構(gòu)造解釋的不確定性，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層研究。 針對(duì)該區(qū)域的資料品質(zhì)問(wèn)題，開(kāi)展了多輪攻關(guān)處理工作，處理后資料成像質(zhì)量和信噪比略有提升，仍無(wú)法滿足需要。

2 目標(biāo)采集技術(shù)

2.1 資料分析

不同的觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)地下目標(biāo)體的照明程度是不同的，目標(biāo)采集技術(shù)主要是針對(duì)提高復(fù)雜目標(biāo)地質(zhì)體的成像質(zhì)量，進(jìn)而開(kāi)展觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及野外施工。第一步是針對(duì)首要地質(zhì)目標(biāo)，找出問(wèn)題的關(guān)鍵所在，圍繞目標(biāo)進(jìn)行有目的性的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)排布，設(shè)計(jì)出有利于目標(biāo)地質(zhì)體準(zhǔn)確成像的觀測(cè)系統(tǒng)。

渤中A區(qū)三維地震資料為2002年采集采用拖纜作業(yè)方式進(jìn)行采集的，先后于2007年、2009年和2011年進(jìn)行了三次疊前時(shí)間偏移處理，2013年疊前深度偏移共4次處理，但隨著勘探開(kāi)發(fā)研究的深入，現(xiàn)有地震資料仍然不能滿足研究的需求，主要由于氣云區(qū)的存在嚴(yán)重影響地震資料的構(gòu)造解釋，造成構(gòu)造無(wú)法落實(shí)，嚴(yán)重影響儲(chǔ)層研究，無(wú)法滿足儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求[8-10]。從表1已有資料采集參數(shù)可以看出，總覆蓋次數(shù)只有42次，在0 m～1 000 m偏移距的淺層覆蓋次數(shù)只有9次，低覆蓋次數(shù)是造成地質(zhì)目標(biāo)體信噪比低、能量弱的主要原因。原拖纜觀測(cè)系統(tǒng)方位角窄，橫向信息少(圖1)，震源能量低，不利于氣云區(qū)的照明成像。

2.2 主要技術(shù)方法

20世紀(jì)末，人們提出在“氣云”區(qū)采用多波勘探方法，筆者也在渤海油田其他工區(qū)利用三分量地震資料做過(guò)轉(zhuǎn)換波處理的嘗試，但是縱波和橫波剖面的波組很難對(duì)應(yīng)，相位對(duì)比更加困難。橫波地震勘探技術(shù)目前還存在著比較大的挑戰(zhàn)，依靠縱波的目標(biāo)采集技術(shù)是目前解決氣云區(qū)的主要方法[11]。

目標(biāo)采集設(shè)計(jì)技術(shù)主要是以地質(zhì)目的為導(dǎo)向，對(duì)目標(biāo)區(qū)地震和地質(zhì)充分分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行論證的綜合方法，包括基于地球物理模型的觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)分析設(shè)計(jì)技術(shù)和基于地下模型的正演模擬照明技術(shù)。

野外地震采集是地球物理勘探的基礎(chǔ)，觀測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)是野外采集成功的關(guān)鍵[12]。針對(duì)氣云區(qū)主體位置及下伏地層成像差、能量弱、信噪比低的特點(diǎn)，在觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上增加目的層的覆蓋次數(shù)、加寬方位角、加大震源能量，提高信噪比并增加橫向覆蓋次數(shù)，是提高觀測(cè)系統(tǒng)探測(cè)能力的關(guān)鍵。

以地質(zhì)目的為導(dǎo)向的正演模擬照明技術(shù)，是對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)定量描述的有效手段，主要包括地質(zhì)建模和正演照明兩個(gè)環(huán)節(jié)。針對(duì)目標(biāo)區(qū)域的地震資料和地質(zhì)資料進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，建立地質(zhì)模型，綜合數(shù)值模型設(shè)計(jì)和屬性分析進(jìn)行正演模擬。

表1 已有資料采集參數(shù)Tab.1 Acquisition parameters of conventional data

圖1 拖纜觀測(cè)系統(tǒng)示意圖及面元屬性Fig.1 Geometry and bin attribute of towed cable(a)觀測(cè)系統(tǒng)；(b)面元屬性

圖2 主測(cè)線方向正演成像對(duì)比Fig.2 Forward imaging of inline(a)4線；(b)5線；(c)6線

圖4 水平切片正演成像對(duì)比Fig.4 Forward imaging of horizontal slice(a)4線；(b)5線；(c)6線

較高的覆蓋次數(shù)、較寬的方位角是提高氣云區(qū)資料品質(zhì)的關(guān)鍵所在[13-14]，以往拖纜老資料無(wú)法滿足這些要求[15]，而高密度海底電纜采集具備這些優(yōu)勢(shì)。針對(duì)目標(biāo)體的采集參數(shù)優(yōu)化，主要從不同觀測(cè)系統(tǒng)主測(cè)線方向剖面、聯(lián)絡(luò)測(cè)線方向剖面和時(shí)間切片的正演成像品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，此次重點(diǎn)分析接收線數(shù)和覆蓋次數(shù)的對(duì)于提高資料品質(zhì)的作用。選取4線、5線和6線3種海底電纜束線型觀測(cè)系統(tǒng)，其覆蓋次數(shù)分別為400次、500次和600次。從主測(cè)線方向剖面對(duì)比，隨著橫向覆蓋次數(shù)的增加，目的層的斷層及細(xì)節(jié)成像逐步提高，5線較4線有顯著改善，6線較5線變化不大(圖2)。聯(lián)絡(luò)測(cè)線方向剖面與時(shí)間切片上的對(duì)比效果，5線較4線有顯著改善，6線較5線變化不大(圖3、圖4)。

通過(guò)對(duì)老資料的整體分析和不同觀測(cè)系統(tǒng)間的對(duì)比，同時(shí)考慮野外作業(yè)費(fèi)用、時(shí)效等多方面因素，設(shè)計(jì)出5線8炮400道的正交觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行氣云區(qū)采集，表2為海底電纜觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)。

復(fù)雜氣云區(qū)各種噪聲極其發(fā)育，地震波場(chǎng)復(fù)雜，使得原始資料信噪比極低。本次目標(biāo)采集采用了高密度寬方位的三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想(圖5)，①提高目的層的覆蓋次數(shù)，此套觀測(cè)系統(tǒng)的總覆蓋次數(shù)500次，偏移距小于1 000 m的淺層覆蓋次數(shù)達(dá)到97次，能夠有效壓制噪聲，改善復(fù)雜地質(zhì)體的成像；②根據(jù)偏移處理的需要，針對(duì)目標(biāo)地質(zhì)體開(kāi)展炮道密度的設(shè)計(jì)，氣云區(qū)最高炮道密度達(dá)到了320×104道/km2,能夠確保復(fù)雜地質(zhì)體的成像品質(zhì)；③增加氣槍震源能量，通過(guò)新老兩套震源在子波形態(tài)和頻譜的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，海底電纜震源子波從能量的各個(gè)方面明顯優(yōu)于拖纜震源。從頻譜對(duì)比上同樣可以看出，海底電纜震源各個(gè)頻段能量較拖纜震源都有一個(gè)顯著地提升[20](圖6)。

表2 海底電纜觀測(cè)系統(tǒng)采集參數(shù)Tab.2 Acquisition parameters of OBC data

圖5 海底電纜觀測(cè)系統(tǒng)示意圖及面元屬性Fig.5 Geometry and bin attribute of OBC(a)觀測(cè)系統(tǒng);(b)面元屬性

圖6 拖纜與海底電纜觀測(cè)系統(tǒng)震源頻譜對(duì)比Fig.6 Comparison of towed cable and OBC in seismic wavelet spectrum

圖7 拖纜觀測(cè)系統(tǒng)波動(dòng)方程照明Fig.7 Illumination of wave equation in towed cable

圖8 海底電纜觀測(cè)系統(tǒng)波動(dòng)方程照明Fig.8 Illumination of wave equation in OBC

圖9 新采集資料氣云區(qū)剖面Fig.9 The gas cloud section of new data

圖10 老資料氣云區(qū)剖面Fig.10 The gas cloud section of conventional data

由于海上地震資料采集和處理成本比較高昂，若能在野外采集之前對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的照明能力進(jìn)行充分的評(píng)估，可降低海上采集項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)和勘探投資。根據(jù)地震波場(chǎng)模擬方法的不同一般可以把照明分析分為兩類：①基于射線追蹤的方法；②基于波動(dòng)方程的方法。由于射線追蹤理論本身固有的缺陷，使其處理類似本次目標(biāo)采集的復(fù)雜介質(zhì)中的照明比較困難，該方法屬于幾何地震學(xué)，主要考慮地震波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息，而缺少地震波的動(dòng)力學(xué)特征，對(duì)復(fù)雜目標(biāo)的模擬結(jié)果將產(chǎn)生較大誤差。本次采用的波動(dòng)方程照明方法，可以描述不同頻率地震波對(duì)照明的影響，提供復(fù)雜介質(zhì)的更精確的波場(chǎng)信息[16-19]。

通過(guò)波動(dòng)方程模擬，以25 Hz的雷克子波模擬照明，證明此套海底電纜觀測(cè)系統(tǒng)可以較大幅度提高目標(biāo)區(qū)域的照明效果(圖7、圖8)。

3 應(yīng)用效果

從目標(biāo)采集資料剖面(圖9)與老資料剖面(圖10)進(jìn)行對(duì)比，海底電纜目標(biāo)采集較原拖纜采集方法在復(fù)雜氣云區(qū)成像清晰、同相軸連續(xù)、信噪比大幅提高，資料品質(zhì)明顯改善，構(gòu)造形態(tài)落實(shí)。應(yīng)用新三維地震資料，結(jié)合鉆、測(cè)井資料綜合精細(xì)研究，進(jìn)一步明確了氣云區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和斷裂系統(tǒng)，為該區(qū)下一步勘探提供了借鑒。

4 結(jié)論

筆者闡述了復(fù)雜地質(zhì)體目標(biāo)采集技術(shù)，并結(jié)合了渤海油田的應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)行研究探討，得到以下結(jié)論：

1)目標(biāo)采集技術(shù)在渤海油田復(fù)雜淺層氣云區(qū)應(yīng)用效果較好，新采集得到的資料信噪比高、波組特征豐富、成像清晰，資料品質(zhì)顯著提高。

2)目標(biāo)采集技術(shù)是針對(duì)提高特定地質(zhì)目標(biāo)體來(lái)設(shè)計(jì)和施工的，對(duì)非目標(biāo)區(qū)成像效果提升不明顯。

3)目標(biāo)采集技術(shù)對(duì)目標(biāo)地質(zhì)體進(jìn)行照明分析后優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是目前采集設(shè)計(jì)發(fā)展的一個(gè)發(fā)展方向，具有一定的推廣性。