基于觀測系統退化的氣云區地震資料采集參數分析與建議

關鍵詞：氣云區，觀測系統退化，采集方向，面元尺寸，覆蓋次數

0引言

受郯廬斷裂帶影響，渤海灣淺層氣云廣泛發育，氣云影響區在地震剖面上多表現為模糊帶，無法準確描述構造和儲層特征[1]。學術界通過針對性的地震資料處理技術改善氣云區成像的研究較多，其中陸上主要利用三分量地震數據開展氣云區轉換波成像，在柴達木盆地三湖等地區取得了較好的應用效果[2?4]。海上氣云區成像研究主要集中于氣云區吸收衰減補償、回轉波層析反演速度建模、Q場建模等方面[5?9]。地震資料處理是改善氣云區成像的有效手段之一，但地震資料采集才是從源頭上改善氣云區成像的關鍵。然而，國內外很少有學者開展針對氣云區的地震資料采集設計相關研究。徐德奎等[10]通過不同采集觀測系統的地震正演模擬，分析了采集方向、排列長度、面元尺寸、覆蓋次數以及激發頻率對氣云下伏地層成像的影響，提出了針對海上氣云區的采集建議，但其研究完全基于理論模型正演，并未基于實際采集地震數據分析不同采集參數對氣云區成像的影響規律。

渤海灣X油田儲層為淺層河流相，主要目的層系為新近系明化鎮組和館陶組，油田范圍內發育不同形態和大小的氣云區。該油田范圍內先后開展了三次地震資料采集，分別為常規拖纜采集、高密度拖纜采集和海底電纜采集，三次采集的采集方向、面元尺寸、覆蓋次數等關鍵參數存在比較大的差異。因此，本文分別針對采集方向、面元尺寸和覆蓋次數三個關鍵采集參數，基于“觀測系統退化”的思想，首先選擇合適的工區開展觀測系統退化設計，然后基于相同的地震數據處理流程進行偏移成像，最后通過比較成像結果分析單一采集參數對氣云區成像的影響規律，得到能夠指導氣云區地震采集設計的研究成果。

1觀測系統退化方法

地震資料采集必須在完成預定地質任務的同時兼顧采集成本，因此，采集設計時需要對關鍵采集參數進行分析論證，得到最優的觀測系統設計方案[11]。為了更好地設計和優化觀測系統，學術界提出了“觀測系統退化”的方法，研究觀測系統參數的變化對地震數據的信噪比、分辨率以及對地質目標成像的影響規律。Wloszczowski等[12]最早利用北海的三維地震數據進行覆蓋次數、最大炮檢距、橫向接收間距等采集參數的退化處理試驗，分析其對地震數據信噪比、地震子波一致性、地震屬性和深層反射成像的影響。張偉等[13]利用準噶爾盆地的高分辨率三維地震數據，進行了面元、炮數、排列長度等采集參數的退化處理試驗，探討了這些參數的改變對地震數據信噪比、分辨率和反射能量的影響。屠世杰[14]對高密度三維地震數據進行退化處理，探尋了炮道密度與成像、信噪比及成本的關系。徐輝等[15]利用永新地區高精度三維地震數據，對細分面元的觀測系統進行退化處理，分析了不同面元和覆蓋次數對信噪比的影響。徐穎[16]、張軍華等[17]、邸志欣等[18]利用塔河油田高精度三維地震數據開展退化處理，探討了不同面元、覆蓋次數、炮檢距對縫洞型儲層成像的影響，提出了針對縫洞型儲層的采集參數優化方案。崔慶輝等[19]對高密度三維地震數據進行炮道密度退化處理，找出了地質任務與經濟成本之間的平衡點。陳習峰等[20]對沙埝寬方位三維地震數據進行觀測系統退化，分析了不同采集方位和覆蓋次數對火成巖下地層成像的影響。

借鑒上述學者在觀測系統退化方面的研究成果，本文對觀測系統退化這一方法進行了完善和定義。所謂觀測系統退化，指的是對正演模擬或實際采集到的地震數據進行抽稀，比如，抽取原始炮記錄中的第1、3、5、7、9、11、13…炮，那么新數據對應的觀測系統的炮間距就增大為原來的兩倍，而抽取原始炮記錄中的第1、5、9、13…炮，那么新數據對應的觀測系統的炮間距就增大為原來的四倍。同樣，可以對地震道、炮線、接收線進行抽稀，從而分別增大道間距、炮線距、接收線距。由于數據抽稀后炮間距、道間距、炮線距、接收線距等參數發生改變，觀測系統中對應的面元尺寸、覆蓋次數等也會發生改變，從而得到一個退化后的新觀測系統。據此可以對實際采集觀測系統和退化后的觀測系統的地震成像進行對比，分析關鍵采集參數對地震成像的影響規律。

2氣云區觀測系統退化設計

X油田淺層氣云廣泛發育，油田范圍內先后開展了三次地震采集，各次采集工區（稱為工區1、工區2和工區3）位置及氣云A、B的平面展布如圖1所示（工區位置有重疊）。采集工區觀測系統參數如表1所示。工區1為常規拖纜采集，采集方向為正南正北向；工區2為高密度拖纜采集，采集方向為北西—南東向，采集面元非常小；而工區3為海底電纜采集，采集方向與工區2一致，為北西—南東向，覆蓋次數非常高。前期研究表明，工區淺層發育氣云，其中氣云A為條帶狀小型氣云，而氣云B為形狀不規則的大型氣云，氣云平面展布位置見圖1。綜合考慮不同工區采集特點以及氣云的形態和大小，選擇特征比較典型的氣云A、氣云B作為研究對象。

2.1不同采集方向觀測系統退化設計

工區1和工區2作業方式同為拖纜采集，工區1采集方向為正南正北向，而工區2與正北方向的夾角為121.3o，兩次采集方向夾角接近60o。從圖1可以看到，氣云A位于工區1和工區2采集范圍的重疊區內，呈條帶狀分布，方向特征比較明顯，其長軸方向接近工區2的采集方向，短軸方向則接近工區1的采集方向。因此，選擇工區1、工區2以及氣云A分析采集方向對氣云區成像的影響。

為了使兩個工區除采集方向之外的其他關鍵采集參數基本一致，需要對其中一個工區進行觀測系統退化。由于工區2為高密度采集，面元更小，覆蓋次數更高，因此對工區2實際采集觀測系統進行退化。將工區2原始地震數據按照炮號和道號同時抽稀，炮間距由18.75m增大為37.5m，道間距由12.5m增大為25m，得到工區2退化觀測系統（表2）。工區2觀測系統退化后，面元尺寸由12.5m×6.25m增大為12.5m×12.5m，覆蓋次數則由64減小為32。與工區1實際采集觀測系統相比，面元尺寸完全一致，覆蓋次數基本一致，而其他采集參數如電纜長度、震源和電纜沉放深度、震源容量等也都差異不大。

2.2不同面元尺寸觀測系統退化設計

工區2為高密度拖纜采集，采集面元非常小，為12.5m×6.25m。從圖1可以看到，氣云A位于工區2采集范圍內。因此，選擇工區2以及氣云A來分析不同面元尺寸對氣云區成像的影響。

由于面元尺寸與覆蓋次數兩個采集參數相互耦合，改變面元尺寸的同時必須保證覆蓋次數不發生改變。首先將原始地震數據按照道號進行抽稀，使道間距由12.5m分別增大為25m和50m，得到退化觀測系統1和退化觀測系統2。然后在退化觀測系統2的基礎上按照左、右源進行抽稀，抽取左源（或者右源）激發對應的炮號，得到退化觀測系統3。這樣對實際采集觀測系統進行退化后，面元尺寸由12.5m×6.25m分別增大為12.5m×12.5m、12.5m×25m、25m×25m，但覆蓋次數保持不變，均為64次（表3）。

2.3不同覆蓋次數觀測系統退化設計

工區3為海底電纜采集，覆蓋次數非常高，達到400次。從圖1可以看出，氣云B位于工區3采集范圍內。因此，選擇工區3以及氣云B來分析不同覆蓋次數對氣云區成像的影響。

由于覆蓋次數與面元尺寸兩個采集參數相互耦合，改變覆蓋次數的同時必須保證面元尺寸不發生改變。將原始地震數據按照炮號抽稀，使炮間距由50m分別增大為100、150、200、300、400、500、1000m，得到退化觀測系統1～退化觀測系統7。這樣對實際采集觀測系統進行退化后，覆蓋次數由400分別減小到200、134、100、67、50、40、20，但面元尺寸保持不變，均為25m×12.5m（表4）。作業方式均為4線8炮400道。

3關鍵采集參數對氣云區成像影響

3.1采集方向對氣云區成像影響

用相同的地震數據處理流程，對表2中工區1實際采集觀測系統和工區2退化觀測系統對應的地震數據分別進行疊前時間偏移處理，分析沿氣云短軸方向采集（工區1）和沿氣云長軸方向采集（工區2）時氣云區成像的差異。

在海上拖纜窄方位采集（橫縱比普遍小于0.1）的條件下，對比過氣云區某南北向地震剖面可以看到，沿不同方向采集時氣云內部成像品質和氣云影響范圍均存在較大差異（圖2）。沿氣云短軸方向采集時氣云內部成像較好，地震剖面上表現為較連續低頻弱反射；沿氣云長軸方向采集時，氣云內部成像較差，地震剖面上同相軸較為雜亂，接近空白反射。南北向地震剖面上，沿氣云短軸方向采集時氣云影響范圍明顯大于沿氣云長軸方向采集（圖2黑色虛線框內）。由于氣云影響范圍在不同走向的地震剖面上存在差異，因此結合地震剖面在地震平面振幅屬性圖上圈定氣云影響范圍，如圖3黑色框所示。沿氣云短軸方向采集時氣云平面影響范圍較大，達到2.92km2，而沿氣云長軸方向采集時氣云平面影響范圍僅為1.17km2。

進一步選取不同采集方向相同位置的地震道集進行對比（圖4）。從左至右三個道集分別對應圖3中P1、P2、P3三點，其中P1位于氣云北部，P2位于氣云南部，而P3則位于氣云內部。通過對比P1、P2兩點的道集可以看到，沿氣云短軸方向采集時，部分炮檢距的道集成像受到氣云影響，即P1、P2兩點位于氣云影響范圍之內；而沿氣云長軸方向采集時，所有道集的成像均不受氣云影響，即P1、P2兩點位于氣云影響范圍之外。通過對比P3點的道集可以看到，沿氣云短軸方向采集時，除近炮檢距的道集成像受到氣云影響外，整體成像品質較好；而沿氣云長軸方向采集時，幾乎所有道集都受到氣云影響，成像品質較差。

通過上述對比可以看出，沿氣云短軸方向采集時氣云內部成像品質相對較好，而沿氣云長軸方向采集時氣云平面影響范圍相對較小，即不同采集方向對于氣云區成像有不同的影響。因此，建議氣云區地震采集時充分考慮工區內氣云的形態，對于方向特征比較明顯的條帶狀氣云，根據其方向采用雙方位采集，且兩個方位盡量差異較大，最好為正交雙方位。在后續地震數據處理時對雙方位地震數據進行融合，以改善氣云區成像品質。

3.2面元尺寸對氣云區成像影響

用相同的地震數據處理流程，對表3中工區2實際采集觀測系統及其退化觀測系統對應的地震數據分別進行疊前時間偏移處理，分析不同面元尺寸氣云區成像的差異。

通過不同面元尺寸過氣云A的對比地震剖面（圖5）可以看到，隨著面元尺寸的增大，氣云區地震成像品質無明顯變化，氣云內部成像均較差，地震剖面上同相軸均較為雜亂，近似空白反射。進一步對比振幅屬性（圖6）可以看到，不同面元尺寸整體面貌基本一致，氣云內部振幅響應及氣云平面影響范圍差異均較小。但不同面元尺寸對地震資料橫向分辨率影響較大，隨著面元尺寸逐步增大，橫向分辨率逐步降低。

通過上述對比可以看出，不同面元尺寸氣云區成像品質及氣云平面影響范圍差異均較小，縮小面元尺寸對提高氣云區成像品質作用不明顯。因此，建議氣云區地震采集時采用常規面元尺寸，不必過分追求小面元。

3.3覆蓋次數對氣云區成像影響

用相同的地震數據處理流程，對表4中工區3實際采集觀測系統及其退化觀測系統對應的地震數據分別進行疊前時間偏移處理，分析不同覆蓋次數氣云區成像的差異（圖7）。通過對比可以看到，隨著覆蓋次數的增加，地震資料成像品質明顯提升，但氣云區與非氣云影響區地震資料成像的提升程度存在差異。由于信噪比是可以定量表征地震資料成像品質的一個重要指標，因此分別提取不同覆蓋次數氣云區與非氣云影響區的信噪比曲線（此處僅展示其中四個），如圖8所示。為了顯示更為直觀，計算其平均信噪比，如圖9所示，可以看到當覆蓋次數由20次逐步增加到200次，氣云區與非氣云影響區信噪比均明顯提升，而當覆蓋次數增加到200次之后，非氣云影響區信噪比提升不再明顯，但氣云區信噪比仍呈線性增長。

通過上述對比可以看出，當覆蓋次數增加到一定數值后，繼續增加對非氣云影響區成像影響較小，但對氣云區成像仍然很有意義。因此，建議地震資料采集時增加氣云區的有效覆蓋次數，以改善氣云區成像品質。

4結論

本文以渤海灣X油田先后采集的三套關鍵采集參數存在較大差異的地震數據為基礎，通過對實際采集觀測系統進行退化處理，分別研究采集方向、面元尺寸、覆蓋次數等單一采集參數對氣云區地震資料成像的影響，最終得到以下三點認識。

（1）采集方向對條帶狀氣云成像影響非常大，沿氣云短軸方向采集時氣云內部成像品質相對更好，而沿氣云長軸方向采集時氣云平面影響范圍相對較小。建議地震采集時充分考慮氣云的形態，對于方向特征比較明顯的條帶狀氣云，采用雙方位采集及融合處理改善氣云區成像。

（2）不同面元尺寸氣云區成像品質及氣云平面影響范圍差異均較小，縮小面元尺寸對氣云區成像貢獻不明顯。建議氣云區地震資料采集時采用常規面元尺寸，不必過分追求小面元，以降低采集成本。

（3）當覆蓋次數增加到一定程度后，繼續增加對非氣云影響區成像貢獻較小，但對氣云區成像仍然很有意義，建議地震資料采集時增加氣云區的有效覆蓋次數。