張 鵬，焦敘明，吳旭光，劉興達，張明強，陳 磅，劉旭明

(中海油田服務股份有限公司，天津 300451)

1 引 言

南黃海盆地是我國海相油氣勘探重要區(qū)域，在新生代大地構造格局上表現(xiàn)為“三隆兩拗”結構，由北向南分別為千里巖隆起、北部拗陷、中部隆起、南部拗陷和勿南沙隆起五大構造單元。其中，中部隆起除缺失上志留統(tǒng)和下泥盆統(tǒng)外，發(fā)育厚度超過6 000 m中生界、古生界海相地層，埋藏相對較淺，分布范圍廣，沉積較穩(wěn)定，有利于形成古生古儲或新生古儲型油氣藏，認為南黃海海相中生界、古生界具備多層系、多類型晚期成藏條件，需重點關注天然氣藏保存條件和儲層物性，油氣勘探前景良好[1-3]。中海油、中國地質海洋局青島海洋地質研究所等單位開展多輪次，富低頻震源、立體震源、長纜、海底電纜等二維試驗攻關，中古生界地層內幕反射特征有一定程度改善，但資料品質仍舊無法滿足勘探需求，制約勘探進程。因此，有必要從地質、采集、處理等多個角度系統(tǒng)開展地震地質條件機理研究，分析影響地震資料品質關鍵因素，尋找針對性采集和處理的解決方案，為后續(xù)開展三維地震采集提供借鑒思路。

2 地震波場反射特征模擬分析

2.1 地震地質條件分析

南黃海盆地為古生界、中生界、新生界疊合盆地，在漫長地質演化過程中受到多期次構造運動改造，地層疊置與逆掩斷裂發(fā)育，形成復雜構造格局。南黃海中古生界發(fā)育四套反射層，第三系沉積地層直接覆蓋中生界三疊系海相灰?guī)r地層，上覆新近系地層為2 200 m/s，灰?guī)r地層速度高達5 700 m/s[4,5]，對下伏地層有較強屏蔽作用，能量變弱，只有10 %能量透射過界面向下傳播；由于年代及壓實等因素影響，中古生界內部海相灰?guī)r地層速度差異較小，阻抗差異小，如圖1所示。

圖1 合成地震記錄Fig.1 Synthetic seismogram

2.2 地球物理模型

根據(jù)南黃海盆地中生界、古生界已鉆遇中生界、古生界地層探井資料，得到海相中生界、古生界地層速度與密度參數(shù)，充填合適速度與密度值，建立中部隆起區(qū)典型二維地質地球物理模型，研究表明南黃海海域新近系底界T0為區(qū)域不整合面，該界面埋深不足千米，中部隆起大部分區(qū)域缺失侏羅系、白堊系和古近系。 針對新近系底界面粗糙度、散射、多次波、偏移成像等對波場特征進行分析[6]。正演時采用基于有限差分二維波動方程方法，觀測系統(tǒng)采用最大偏移距為12 km排列長度。

2.3 高速層頂界面粗糙度影響

地震波在地下介質中傳播時，其地震波衰減類型可以分為與地震波傳播有關的衰減和與介質內在屬性相關的地層本征衰減。地下非均質性帶來的繞射屬于與地震波傳播有關的衰減。模擬新 近系底界面為不同粗糙度(光滑度)地震地質模型，從正演模擬原始單炮數(shù)據(jù)可以看到，兩種模型在單炮上都存在不同程度散射，且粗糙度越高影響越大，有效反射信號相對較弱，淹沒在繞射和多次波中，嚴重影響了地震資料品質。從柯西霍夫深度 偏移成像來看，當粗糙度較大時，繞射波影響凸起區(qū)成像，甚至帶來構造假象，繞射波能量偏移后未完全收斂，中生界內幕地層波組連續(xù)性變差，甚至無反射特征，影響構造落實。

2.4 多次波影響

有效反射被強多次波能量淹沒，每個有效反射界面后面跟隨著海底多次同相軸，發(fā)育海底多次波、強屏蔽下層間多次波，繞射多次波等，導致反射信號信噪比低，無法識別出主要地層反射界面。圖3為多次波壓制之后再做單道疊加剖面，去多次后信噪比有所提高，但有效信號能量級別遠小于多次波。除了海底多次波以外，發(fā)育大量層間多次波，有效信號淹沒在多次波中，導致有效信號能量弱，反射同相軸連續(xù)性差，甚至不成像[7-9]。

圖3 多次波分析Fig.3 Multiple wave analysis

3 地震采集處理技術攻關

中海油、青島海洋地質研究所等經過采集技術攻關手段包括加大排列長度，增加覆蓋次數(shù)、震源容量、沉放深度等黃海中、古生界地震地質條件復雜，成像方面沒有明顯性改善，必須從采集和處理等多方面開展系統(tǒng)攻關，從多個角度進行新技術組合，重點克服高速屏蔽層效應，增加中深層有效反射能量，壓制多次波干擾，提高中、古生界地層地震信噪比，改善成像質量[10-12]。

3.1 富低頻震源激發(fā)

海上常規(guī)震源激發(fā)，主要兼顧低頻和高頻兩個方面，中深層普遍震源在4 000～5 000 cu.in。南黃海地區(qū)震源容量普遍在5 000 cu.in以上，最大達到7 340 cu.in，但是單槍最大容量為250 cu.in。 根據(jù)以往研究表明，在保持總容量一定基礎上，更應該關注低頻占比，在空氣槍震源設計時考慮380 cu.in以上具有低頻優(yōu)勢容量氣槍，既可以保證高速屏蔽層以下反射波能量穿透，克服散射波影響，衰減慢等特點。圖4所示，從波動方程正演可以看到，遠偏移距端低頻10 Hz散射波更聚焦，增強波組連續(xù)性。新設計7 620 cu.in震源容量，含有380 cu.in容量富低頻氣槍，從子波模擬來看，低頻成分占比高，主脈沖能量強，參見圖5所示。

圖4 不同主頻單炮對散射響應Fig.4 Dominant frequency single gun response to scattering

3.2 高密度寬方位廣角地震采集

針對南黃海海相目標層內幕反射層，高密度寬方位廣角地震是獲得強反射界面下弱反射信號的有效途徑。根據(jù)地震地質模型模擬主要地層界面的炮集特征上可以看出入射角較小時，海相地層界面反射波能量微弱，入射角大于45°后，振幅明顯增強，中遠偏移距能夠辨別出深部反射波同相軸信息，在遠偏移距處接收到地下更深部地層界面的強能量有效廣角地震信息，為深部構造成像提供數(shù)據(jù)基礎。本工區(qū)發(fā)育有高速屏蔽層，發(fā)育大量多次波。理論上強反射界面越多，層間多次波越發(fā)育，其對下伏地層影響越嚴重。寬方位地震采集由于接收到不同方位波場信息，多次波走時特征不一致，對于地下同一個反射點，通過多方位疊加可以一定程度上消除多次波影響。海底節(jié)點地震采集技術具有全方位、高覆蓋、高密度、超長偏移距特點，覆蓋次數(shù)可以達到1 000次以上，偏移距可以達到10多公里以上，在復雜構造成像以及油藏監(jiān)測等方面受到廣泛青睞。建議在本工區(qū)開展基于海底節(jié)點兩寬一高地震采集，夯實地震資料基礎[13-16]。

3.3 多域組合壓制多次波

多次波壓制方法主要分為兩大類: 濾波方法和預測相減法。南黃海中部隆起區(qū)地震資料多次波類型十分復雜，研究區(qū)水深較淺，平均水深 50 m，除了海底相關多次波外，還存在新生界底界面產生的層間多次波。針對南黃海地震資料多次波的特殊性，對與海底相關多次波采用兩步法來衰減:第一步采用SWD(Shallow Water Demultiple,SWD)方法，通過對原始數(shù)據(jù)進行互相關處理模擬出反射子波,與原始數(shù)據(jù)進行褶積而得到多次波模型。去除短周期海底相關多次波；第二步采用SRME(Surface Related Multiple Attenuation,SRME)方法壓制剩余長周期自由表面多次波。第三步采用Radon法壓制剩余的層間多次波。如圖6所示，采用組合法有效壓制多次波，有效波的能量信息得到很大提升，深部有效反射同相軸更加清晰。

圖6 多域組合壓制多次波Fig.6 Multiple domain combination suppression multiple

3.4 逆時偏移成像

逆時偏移(RTM,Reverse Time Migration)已廣泛應用于復雜構造成像中，對于復雜構造的油氣勘探起到了較大的促進作用[17-20]。其中逆時偏移方法是一種有效的成像手段?；诓▌永碚摰碾p層波算子，包含了全波場信息，具有良好成像結果。本工區(qū)發(fā)育大量繞射波，常規(guī)偏移方法難以解決。

通過二維正演模型測試可以看到，高速層上有一定粗糙度，柯西霍夫深度偏移產生構造假象，逆時偏移方法使得繞射波有很好的收斂，下覆有效波弱反射地層反射能量加強。

圖7 逆時偏移成像Fig.7 RTM image

4 結論與建議

通過地震波場數(shù)值模擬技術對南黃海中古生界地震資料成像難題進行理論分析，明確中部隆起地震資料信噪比低、品質差的主要原因，針對性提出以下地震采集處理建議：

1)中部隆起淺層新近系底界為強反射區(qū)域不整合面，下伏地層為海相地層，反射系數(shù)小。地震波能量產生強烈屏蔽作用，強反射界面多次波、層間多次波、長周期多次波等各種類型多次波能量強，導致中深層地震反射能量微弱；高速層上覆不同程度粗糙度界面，導致繞射波發(fā)育，嚴重降低目的層地震數(shù)據(jù)的信噪比。

2)采集技術上提出富低頻、寬方位、高密度廣角地震采集。富低頻震源有利于穿透高速屏蔽層，克服散射波影響。高密度采集有利于提高中深層弱反射信號信噪比，寬方位采集有利于壓制多次波，廣角反射有利于深部目的層在更遠偏移距處接收到地下更深部地層界面強能量。

3)處理技術上提出組合法壓制多次波，采用SWD壓制短周期海底多次波，SRME壓制自由表面長周期多次波，最后采用Radon變換衰減層間多次波，深部有效反射清晰。在偏移方法上，逆時偏移成像可較好解決繞射波對下伏地層成像影響，克服柯西霍夫偏移不足，提高了構造成像精度。

4)落實盆地結構、沉積充填、構造與地層序列為目標，重點改善中生界、古生界大套地層反射界面和深層斷裂成像，進一步加強采集處理一體化攻關，在本工區(qū)開展海底節(jié)點高密度、寬方位三維地震采集先導試驗，夯實資料基礎，提高成像質量，破解制約勘探瓶頸問題。早日實現(xiàn)南黃海中生界、古生界海相油氣勘探突破。