基于渤中A區塊氣云區目標體的采集參數優化設計

吳 堯， 周 濱， 張建峰， 李 江， 王志亮

(中海石油(中國)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影響反映在縱波地震剖面上的特殊現象。由于構造運動等因素影響，地層深度的油氣沿著斷層、砂體運移到淺層，在地震剖面上整體表現為弱振幅、弱連續性的特點，對成像效果十分不利，有效地發現和識別氣云區是尋找中大型油氣藏的重要方法。

渤海油田勘探開發日益向精細化發展，油氣勘探的重點已轉向更深、更復雜和更隱蔽的區域，常規海上三維地震勘探技術已經不能滿足勘探開發研究需求，海底電纜高密度地震資料采集技術，是渤海一次三維全覆蓋完成之際針對復雜地區進行的一次二次三維地震采集探索[1-4]，通過優化觀測系統，優化震源組合，升級水下接收設備，改進施工工藝等方法，成功地解決了氣云弱反射區地震成像的問題[5-7]。

筆者主要對渤中地區已有地震資料深入分析，針對氣云區的問題提出合理的解決方案。為了提高淺層氣云區的照明度和成像質量，對目標采集技術進行了研究，提出了利用較高密度、較寬方位的觀測系統，解決目標區的成像問題，該方法對淺層氣云區等特殊地質目標起到借鑒作用。

1 工區勘探現狀

渤中A區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，成藏背景十分優越。其南部渤中T油田已經投產，勘探和開發實踐表明，該油田具有復式成藏的特征，在古近系沙河街組、東營組和新近系館陶組、明化鎮組均有油氣層發現，但油層主要富集在明下段III-V油組。經儲量復算，渤中A區已發現三級石油地質儲量七千九百多萬噸。

該區域受淺層氣云影響，氣云內部的斷層識別不清, 同相軸無規律, 造成構造解釋的不確定性，嚴重影響儲層研究。 針對該區域的資料品質問題，開展了多輪攻關處理工作，處理后資料成像質量和信噪比略有提升，仍無法滿足需要。

2 目標采集技術

2.1 資料分析

不同的觀測系統對地下目標體的照明程度是不同的，目標采集技術主要是針對提高復雜目標地質體的成像質量，進而開展觀測系統的設計以及野外施工。第一步是針對首要地質目標，找出問題的關鍵所在，圍繞目標進行有目的性的炮點和檢波點排布，設計出有利于目標地質體準確成像的觀測系統。

渤中A區三維地震資料為2002年采集采用拖纜作業方式進行采集的，先后于2007年、2009年和2011年進行了三次疊前時間偏移處理，2013年疊前深度偏移共4次處理，但隨著勘探開發研究的深入，現有地震資料仍然不能滿足研究的需求，主要由于氣云區的存在嚴重影響地震資料的構造解釋，造成構造無法落實，嚴重影響儲層研究，無法滿足儲層預測的要求[8-10]。從表1已有資料采集參數可以看出，總覆蓋次數只有42次，在0 m～1 000 m偏移距的淺層覆蓋次數只有9次，低覆蓋次數是造成地質目標體信噪比低、能量弱的主要原因。原拖纜觀測系統方位角窄，橫向信息少(圖1)，震源能量低，不利于氣云區的照明成像。

2.2 主要技術方法

20世紀末，人們提出在“氣云”區采用多波勘探方法，筆者也在渤海油田其他工區利用三分量地震資料做過轉換波處理的嘗試，但是縱波和橫波剖面的波組很難對應，相位對比更加困難。橫波地震勘探技術目前還存在著比較大的挑戰，依靠縱波的目標采集技術是目前解決氣云區的主要方法[11]。

目標采集設計技術主要是以地質目的為導向，對目標區地震和地質充分分析的基礎上進行論證的綜合方法，包括基于地球物理模型的觀測系統參數分析設計技術和基于地下模型的正演模擬照明技術。

野外地震采集是地球物理勘探的基礎，觀測系統的準確設計是野外采集成功的關鍵[12]。針對氣云區主體位置及下伏地層成像差、能量弱、信噪比低的特點，在觀測系統設計上增加目的層的覆蓋次數、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，是提高觀測系統探測能力的關鍵。

以地質目的為導向的正演模擬照明技術，是對觀測系統定量描述的有效手段，主要包括地質建模和正演照明兩個環節。針對目標區域的地震資料和地質資料進行充分分析的基礎上，建立地質模型，綜合數值模型設計和屬性分析進行正演模擬。

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

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

圖2 主測線方向正演成像對比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比Fig.4 Forward imaging of horizontal slice(a)4線；(b)5線；(c)6線

較高的覆蓋次數、較寬的方位角是提高氣云區資料品質的關鍵所在[13-14]，以往拖纜老資料無法滿足這些要求[15]，而高密度海底電纜采集具備這些優勢。針對目標體的采集參數優化，主要從不同觀測系統主測線方向剖面、聯絡測線方向剖面和時間切片的正演成像品質進行對比。根據以往的經驗，此次重點分析接收線數和覆蓋次數的對于提高資料品質的作用。選取4線、5線和6線3種海底電纜束線型觀測系統，其覆蓋次數分別為400次、500次和600次。從主測線方向剖面對比，隨著橫向覆蓋次數的增加，目的層的斷層及細節成像逐步提高，5線較4線有顯著改善，6線較5線變化不大(圖2)。聯絡測線方向剖面與時間切片上的對比效果，5線較4線有顯著改善，6線較5線變化不大(圖3、圖4)。

通過對老資料的整體分析和不同觀測系統間的對比，同時考慮野外作業費用、時效等多方面因素，設計出5線8炮400道的正交觀測系統進行氣云區采集，表2為海底電纜觀測系統參數。

復雜氣云區各種噪聲極其發育，地震波場復雜，使得原始資料信噪比極低。本次目標采集采用了高密度寬方位的三維觀測系統設計思想(圖5)，①提高目的層的覆蓋次數，此套觀測系統的總覆蓋次數500次，偏移距小于1 000 m的淺層覆蓋次數達到97次，能夠有效壓制噪聲，改善復雜地質體的成像；②根據偏移處理的需要，針對目標地質體開展炮道密度的設計，氣云區最高炮道密度達到了320×104道/km2,能夠確保復雜地質體的成像品質；③增加氣槍震源能量，通過新老兩套震源在子波形態和頻譜的對比可以發現，海底電纜震源子波從能量的各個方面明顯優于拖纜震源。從頻譜對比上同樣可以看出，海底電纜震源各個頻段能量較拖纜震源都有一個顯著地提升[20](圖6)。

表2 海底電纜觀測系統采集參數Tab.2 Acquisition parameters of OBC data

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

圖6 拖纜與海底電纜觀測系統震源頻譜對比Fig.6 Comparison of towed cable and OBC in seismic wavelet spectrum

圖7 拖纜觀測系統波動方程照明Fig.7 Illumination of wave equation in towed cable

圖8 海底電纜觀測系統波動方程照明Fig.8 Illumination of wave equation in OBC

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

圖10 老資料氣云區剖面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觀測系統的照明能力進行充分的評估，可降低海上采集項目的風險和勘探投資。根據地震波場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采集的復雜介質中的照明比較困難，該方法屬于幾何地震學，主要考慮地震波傳播的運動學信息，而缺少地震波的動力學特征，對復雜目標的模擬結果將產生較大誤差。本次采用的波動方程照明方法，可以描述不同頻率地震波對照明的影響，提供復雜介質的更精確的波場信息[16-19]。

通過波動方程模擬，以25 Hz的雷克子波模擬照明，證明此套海底電纜觀測系統可以較大幅度提高目標區域的照明效果(圖7、圖8)。

3 應用效果

從目標采集資料剖面(圖9)與老資料剖面(圖10)進行對比，海底電纜目標采集較原拖纜采集方法在復雜氣云區成像清晰、同相軸連續、信噪比大幅提高，資料品質明顯改善，構造形態落實。應用新三維地震資料，結合鉆、測井資料綜合精細研究，進一步明確了氣云區的地質結構和斷裂系統，為該區下一步勘探提供了借鑒。

4 結論

筆者闡述了復雜地質體目標采集技術，并結合了渤海油田的應用實例，進行研究探討，得到以下結論：

1)目標采集技術在渤海油田復雜淺層氣云區應用效果較好，新采集得到的資料信噪比高、波組特征豐富、成像清晰，資料品質顯著提高。

2)目標采集技術是針對提高特定地質目標體來設計和施工的，對非目標區成像效果提升不明顯。

3)目標采集技術對目標地質體進行照明分析后優化觀測系統設計，是目前采集設計發展的一個發展方向，具有一定的推廣性。