高密度海底電纜地震資料后SED評(píng)估分析
——以渤海X油田為例

李君君，姜 丹，焦敘明，王子秋

(中海油服物探事業(yè)部，天津 300451)

0 引言

海上地震資料在采集前需要開展SED設(shè)計(jì)，根據(jù)要求制定合適的采集參數(shù)。隨著油田勘探開發(fā)的不斷推進(jìn)，對(duì)地震資料的精度要求越來越高，地震采集也向著小面元、高覆蓋次數(shù)的方向發(fā)展[1-3]。但小面元、高覆蓋次數(shù)直接導(dǎo)致采集時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本成倍的增長。在目前現(xiàn)有的條件下，選取合適參數(shù)最小面元及高覆蓋次數(shù)成為難題。針對(duì)這一問題，筆者提出利用已采集到的珍貴的高密度海底電纜地震資料，開展后SED評(píng)估分析，從定性和定量兩方面來評(píng)價(jià)不同方案地震資料的差異，獲得相應(yīng)的結(jié)論及認(rèn)識(shí)，研究成果為未來其他類似區(qū)塊優(yōu)選最佳采集方案提供借鑒。

1 研究背景

渤海X油田位于渤中西南海域，斷裂系統(tǒng)發(fā)育，淺層屬于河流相沉積，深層屬于扇三角洲沉積，此次高密度海纜地震資料采集的目的層在1 s～1.7 s 時(shí)間段內(nèi),復(fù)雜的構(gòu)造及沉積特征造就了渤海X油田的儲(chǔ)層復(fù)雜性[4]。在油田開發(fā)生產(chǎn)過程中遇到了諸如個(gè)別井深度誤差較大、個(gè)別砂體生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表明該砂體實(shí)際大小要遠(yuǎn)大于砂描范圍、目前資料不能真實(shí)反映部分儲(chǔ)層的厚度、隔夾層難以識(shí)別、儲(chǔ)層連通性難以識(shí)別、薄儲(chǔ)層難以識(shí)別(<4 m)、氣云區(qū)影響儲(chǔ)層及構(gòu)造認(rèn)識(shí)等問題。近年來，新的勘探設(shè)備和采集方法的應(yīng)用，在分辨率、信噪比等方面得到了很大改善，渤海X油田采用覆蓋次數(shù)高、小面元的海底電纜采集方案來解決上述勘探開發(fā)中的地質(zhì)問題。筆者利用渤海X油田實(shí)際已采的海底電纜數(shù)據(jù)，按三套評(píng)估方案來對(duì)比分析，為渤海海域其他區(qū)塊地震資料采集方案設(shè)計(jì)提供借鑒。

2 評(píng)估方案及對(duì)比分析

2.1 評(píng)估方案

渤海X油田新采集地震資料面元網(wǎng)格大小為12.5 m×12.5 m，覆蓋次數(shù)高達(dá)320次。設(shè)計(jì)三種方案開展后SED評(píng)估工作，具體評(píng)估方案如圖1所示，圖中數(shù)字為炮線編號(hào)。方案1為4條接收線，16條炮線，方案2為4條接收線，8條炮線，方案3為4條接收線，4條炮線。面元大小改變，覆蓋次數(shù)不變。

圖1 評(píng)估方案Fig.1 Evaluation plan

2.2 地震資料處理

三套方案按照相同的流程進(jìn)行地震資料處理(圖2)。在面元規(guī)則化前用相同的地震數(shù)據(jù)體，抽稀炮線對(duì)比疊加剖面，面元規(guī)則化之后按照三套方案對(duì)地震資料進(jìn)行炮線抽稀，并分別處理。為了保持可對(duì)比性，處理過程中，采用同一套處理模塊，同一套處理參數(shù)。

圖2 三套方案處理流程圖Fig.2 Processing flow of three plans

2.3 定性分析

對(duì)于地震資料品質(zhì)分析及評(píng)價(jià)主要圍繞分辨率、信噪比及保真度開展。具體定性分析主要從地震資料疊加剖面、頻譜、自相關(guān)、道集、切片、相干體等方面進(jìn)行分析。

2.3.1 疊加剖面及頻譜

對(duì)比分析疊加剖面及頻譜可知：淺層約1 s以上 地震剖面及頻譜有差別，方案1較方案2、方案3分辨率高；中層約1 s～2 s 地震剖面及頻譜差別較小，方案1、方案2、方案3分辨率大致一致；深層約2 s以下 地震剖面及頻譜(三套方案頻譜幾乎重合)差別甚微，方案1、方案2、方案3分辨率幾乎一致(圖3)。由此可知，隨著深度的增加，炮線抽稀對(duì)地震資料分辨率影響程度降低。在其他條件不變的情況下，目的層超過2 s，炮線距離可適當(dāng)放大。

圖3 三套評(píng)估方案疊加剖面Fig.3 Stacked section of three programs

2.3.2 自相關(guān)

利用疊加剖面制作自相關(guān)圖件，檢驗(yàn)三套方案中多次波壓制情況。對(duì)比分析三套方案自相關(guān)，可得出以下結(jié)論：方案1、方案2、方案3主瓣窄，能量強(qiáng)；旁瓣少，能量弱；能量集中在主瓣附近；水平變化連續(xù)。方案2、方案3較方案1主瓣稍有變化(圖4)。由此可知，炮線抽稀對(duì)地震資料自相關(guān)影響甚小。

圖4 三套方案自相關(guān)Fig.4 Autocorrelation of three plans

2.3.3 道集分析

從直觀分析，淺層1 s以上三套方案CRP道集變化大，方案1較其他方案更利于AVO分析，(圖5)，中層1 s～2 s三套方案CRP道集變化小，深層2 s以下三套方案CRP道集變化甚小。由此可知，炮線抽稀對(duì)道集的影響較大。面向開發(fā)時(shí)0 s～2 s時(shí)間段可選擇面元12.5 m×12.5 m，若0 s～1 s內(nèi)面元可以更小，2 s以下可選擇面元12.5 m×25 m。

圖5 三套方案疊前時(shí)間偏移CRP道集Fig.5 PSTM CRP gather of three plans

2.3.4 切片分析

由圖6可看出，三套方案時(shí)間由淺到深，差別逐漸減小，方案2、方案1差別小，方案3與前兩個(gè)方案差別大。由此可知，炮線抽稀對(duì)水平分辨率的影響隨著深度增加而減小。

圖6 三套方案時(shí)間切片F(xiàn)ig.6 Time slice of three plans

2.3.5 相干體分析

三套方案在0 s～2 s 的淺層差別大，方案1小面元分辨率高，斷裂清晰，方案2次之；2 s以下三套方案有較小差別，方案2較方案3斷裂清晰度高(圖7)。由此可知，炮線抽稀對(duì)淺層水平分辨率影響較大，對(duì)深層水平分辨率影響較小。

圖7 三套方案相干體切片F(xiàn)ig.7 Coherent slice of three plans

2.4 定量分析

2.4.1 分辨率

早期Ricker和Widess對(duì)地震分辨率進(jìn)行了初步討論[5-6]，Sheriff[7]對(duì)垂直分辨率和水平分辨率進(jìn)行了初步研究,定義分辨率是分兩個(gè)十分靠近的物體的能力，通常用距離表示；Denham等[8]對(duì)偏移和未偏移的地震剖面水平分辨率進(jìn)行了細(xì)致研究；Beylkin[9]首先提出了地震成像分辨力的概念；馬在田[10]做了3D廣義空間分辨率表達(dá)式。

1)垂直分辨率是指在垂直方向上分辨地層厚度的能力，Δh表示可識(shí)別地層的厚度，λ表示子波波長，Knapp(1990)[11]認(rèn)為波形分辨率Δh=nλ/2,n=1，Δh=λ/2，時(shí)間分辨率Δh=λ/4(Rayleigh準(zhǔn)則[12]，該分辨率極限是λ/4)，Δh=λ/4.6(Ricker準(zhǔn)則[5]，該分辨率極限是λ/4.6),振幅分辨率:Δh=nλ/4。

目前地震勘探中，普遍將Rayleigh準(zhǔn)則λ/4定義為分辨率的極限。λ/4恰好在地層頂?shù)追瓷洳òl(fā)生振幅調(diào)諧的位置，更容易識(shí)別；Rayleigh準(zhǔn)則不受反射界面極性的影響，具有普遍適用性。

影響分辨率的因素有頻率(主頻和頻寬)、相位、深度、炮檢距、地層的吸收作用及信噪比，忽略其他因素，僅從頻率角度分析不同時(shí)間深度不同采集方案的分辨率。統(tǒng)計(jì)分析實(shí)際地震資料不同時(shí)間段的有效頻帶及主頻(表1)，三套方案的有效頻帶基本一致，主頻不變。利用dix公式將均方根速度(表2)轉(zhuǎn)化成層速度(表3)。根據(jù)頻率與速度計(jì)算波長，分析垂直、水平分辨率(表3)。

表1 三套方案有效頻帶與主頻統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of effective frequency band and main frequency of three plans

表2 均方根速度統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of root mean square velocity

表3 實(shí)際地震資料參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of actual seismic data parameters

由表3可知，在1 s～1.5 s時(shí)段縱、水平分辨率為13 m，是方案1與方案2的分界點(diǎn)；在1.5 s～2 s時(shí)段縱、水平分辨率為20 m，是方案2與方案3分界點(diǎn)。與最初采集設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)(表4)對(duì)比分析可知，0 s～3 s內(nèi)實(shí)際地震資料基本達(dá)到了采集設(shè)計(jì)要求，采集設(shè)計(jì)與實(shí)際地震資料分辨率差別較小。3 s以下，實(shí)際地震資料受地質(zhì)因素影響，存在強(qiáng)吸收層，分辨率較最初采集設(shè)計(jì)的分辨率低。

表4 初始采集設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistics of initial acquisition design parameters

定性分析中三套方案地震剖面在淺層是有差別的，但定量分析中三套方案，雖然面元不同，縱、水平分辨率是不變的,定性分析與定量分析結(jié)論存在差別。分析對(duì)比中淺層信噪比(圖8)，圖8上為0.5 s～1.5 s三套方案信噪比，圖8下為1.5 s～3 s信噪比。對(duì)比分析可知，在淺層1.5 s以上，方案3信噪比低。在70 Hz以內(nèi)，方案2與方案1差別小。70 Hz以上，方案1較方案2信噪比高。小面元并不會(huì)提高垂直分辨率，通過面元疊加提高高頻端信噪比,進(jìn)而提高垂直分辨率，是水平疊加多次覆蓋優(yōu)勢的隱含體現(xiàn)，且貢獻(xiàn)有限，與文獻(xiàn)[14]中結(jié)論認(rèn)識(shí)吻合。

圖8 三套方案信噪比圖Fig.8 Signal to noise ratio of three plans

2.4.2 面元對(duì)探測地質(zhì)體的影響

研究區(qū)淺層屬于河流相沉積，以曲流河為例，曲流河主要儲(chǔ)層沉積微相為點(diǎn)壩，參考曲流河儲(chǔ)層基本參數(shù)[15-17]，制作概念模型定量分析面元對(duì)水平分辨率的影響(圖9)。當(dāng)點(diǎn)壩面積占單個(gè)面元面積≧50%，即認(rèn)為該面元可識(shí)別出點(diǎn)壩。

圖9 曲流河點(diǎn)壩模型及方案1地質(zhì)體探測情況分析圖Fig.9 Meandering stream point bar model and plan 1 geology body detection analysis diagram

筆者僅對(duì)方案1與方案2分析面元改變對(duì)探測地質(zhì)體情況進(jìn)行對(duì)比分析。當(dāng)面元變化時(shí)，方案2不同情況下，能夠識(shí)別的點(diǎn)壩面積和點(diǎn)壩邊界是不同的(圖10)。將方案1與方案2四種情況下點(diǎn)壩的探測邊界疊合起來(圖11)，并統(tǒng)計(jì)方案1與方案2能夠識(shí)別出來的點(diǎn)壩面積及邊界差值(表5)，分析可知點(diǎn)壩包絡(luò)相似，面積變化范圍為-4.4%到0%，探測邊界差值最大為12.5 m。

圖10 方案2地質(zhì)體探測情況分析圖Fig.10 Plan 2 geology body detection analysis diagram(a)面元變化情況1;(b)面元變化情況2;(c)面元變化情況3;(d)面元變化情況4

圖11 方案1、2地質(zhì)體探測邊界疊合圖Fig.11 Superposition diagram of geological body detection boundary in plan 1 &plan 2

表5 方案1與方案2四種情況點(diǎn)壩探測面積及邊界差值統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Statistical table of point bar detection area and boundary difference in four cases of plan 1 &plan 2

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1)其他因素不變，僅面元不同，地震資料垂直分辨率不改變。

2)小面元多次覆蓋水平疊加提高了信噪比，從而提高了垂直分辨率，但小面元對(duì)提高垂直分辨率貢獻(xiàn)有限。

3)不考慮其他因素，僅面元不同，地震資料水平分辨率改變，但面元從12.5 m×12.5 m到12.5 m×25 m ，理論與實(shí)際例子證明其差別很小，且差別主要在淺層。

4)從道集上對(duì)比分析認(rèn)為，方案1與方案2、方案3在淺層差別大，中層有差別，深層差別小，因此，不同方案對(duì)疊前AVO反演有影響。

5)對(duì)于不同勘探開發(fā)的要求、不同目的層深度，應(yīng)選擇相應(yīng)的采集參數(shù)，渤海X油田群主要目的層位于淺層，且需要開展疊前AVO反演，因此其采集設(shè)計(jì)是科學(xué)合理的。

6)面向開發(fā)時(shí)0 s～2 s時(shí)間段可選擇面元12.5 m×12.5 m，若0 s～1 s內(nèi)面元可以更小，2 s以下可選擇面元12.5 m×25 m。

7)從定性和定量兩方面進(jìn)行評(píng)估分析，研究成果為其他海上區(qū)塊的地震資料采集設(shè)計(jì)提供借鑒。