海洋地震资料相位控制处理——东海研究实例

陈茂根，郝晓红，赵秀莲，刘 苗

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司研究院，上海 200120）

海洋地震资料相位控制处理
——东海研究实例

陈茂根，郝晓红，赵秀莲，刘 苗

（中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司研究院，上海 200120）

为了满足定量解释的需要，地震资料处理必须是高分辨率、振幅保持和相位控制的。面向海洋地震资料的相位控制处理技术包括利用远场信号进行确定性零相位化、Q补偿、预测反褶积及剩余相位校正等。利用模拟远场信号求取确定性去气泡及零相位化算子。此文基于相位控制处理，讨论了海洋地震资料的相位和极性判别方法，探讨了大于24 ms算子长度的预测反褶积对于保持信号形状的必要性，介绍了东海三维地震资料相位控制流程。

海洋地震资料；相位控制处理；远场信号；确定性零相位化：极性

地震资料定量解释要求理想的数据是零相位的[1]。零相位的数据对于地震资料解释中的井震标定、反演中的子波估算以及对反演结果的解释很有益处。

相位控制处理的目的是得到零相位的地震资料。对于陆地和海洋地震资料，相位控制处理实现的方法技术有较大不同。对于陆地地震资料采集而言，由于复杂近地表引起震源信号的差异性，陆地地震资料的相位控制处理常采用统计方法；而海洋地震采集的震源阵列配置方式致使得到的信号相位稳定，一般采用确定性的方法[2]。

用于解释的地震资料可以看成一个复杂的褶积模型[3]。海洋地震子波是一个串联的线性滤波器组合，包含有震源信号、震源虚反射、水底多次波、地层吸收、层间多次波、接收器虚反射、检波器组合、记录仪响应以及处理滤波器（每步处理模块产生的效应）。每一个滤波器都会给相位带来影响。

一般情况下，在海洋地震信号（子波）的褶积模型中，震源信号、震源虚反射、检波器组合、记录仪和接收器虚反射的综合响应可以看作是已知的、可确定的[3,4]，可以通过确定性零相位化处理予以消除。Q补偿可对地层吸收引起的相位发散进行补偿，预测反褶积的目的是为了压制多次波，剩余相位校正则为了消除其它未知因素以及一些处理滤波器造成的相位影响。

地震资料解释人员常常感到迷惑，难以确定到手的地震数据属于何种相位和极性。应用气枪震源远场信号加上电缆虚反射的模拟结果及其零相位化处理过程可以帮助解释人员很方便地了解地震子波相位及其极性的变化，进而帮助分析用于解释的地震数据的极性和相位。

在预测反褶积处理中，有时会采用脉冲或较短的如10 ms左右的预测间距以提高资料分辨率。但经过这样的预测反褶积处理后地震信号（子波）波形是否能较好地保持需要予以关注。

长期以来，东海地震资料处理采用的常规处理流程一般不作相位控制处理,最后得到的成果数据保留了原始资料的相位特点，它不是解释人员想要的零相位数据，这不但对解释人员层位的辨识和追踪有影响，而且更不利于资料的定量解释。

在东海三维地震资料处理中，我们建立了一套与常规处理思路不同的工作流程，包括面向海洋地震资料的相位控制处理、高保真的去噪和高精度成像技术等，取得了良好的效果。在对不同时期采集的海洋三维地震资料连片处理中[5]，各数据块先分别进行确定性零相位化处理，然后在零相位化的数据块间进行匹配处理更方便。

1 相位控制处理

面向海洋地震资料的相位控制处理包括：确定性零相位化算子的应用、Q补偿、长预测间距的预测反褶积应用和剩余相位校正等。

1.1 确定性零相位化算子

不同的远场信号反映了不同的响应。一般情况下，数据采集承包商提供的初始野外远场信号通常是利用行业软件（如PGS公司的Nucleus）模拟得到的，反映了电缆沉放深度为零米时的地震远场子波，它是震源信号、震源虚反射、检波器组合和接收仪器的综合响应[6]。通过模拟计算可以得到电缆沉放深度等于实际沉放深度时的电缆虚反射效应，原始远场信号与电缆虚反射的褶积结果可称为“加虚反射的远场信号”，它包含了野外地震子波的主要成分。

利用确定性方法求取一个滤波算子把“加虚反射的远场信号”转换为零相位，以消除由震源、仪器以及炮缆虚反射引起的相位影响。图1是利用原始远场信号求取其确定性零相位化加去气泡效应算子的过程。

图1 确定性零相位化加去气泡效应算子求取过程

首先得到加虚反射远场信号。模拟远场信号的曲线是A，采样率0.5 ms。A经反极性、时移至起跳点，并进行2 ms重采样得到B。B对应的电缆沉放深度是0 m， SEG标准正常极性（正压负跳），其形态是最小相位子波形状。电缆沉放深度（6± 1）m的虚反射响应C与B的褶积结果是D，即加虚反射的远场信号。

气枪阵列产生的远场信号中包含气泡，需要进行去气泡处理。针对D，设计一个预测间距为48 ms的预测反褶积来实现去气泡处理。预测反褶积的算子响应是E。加虚反射的远场信号D经过去气泡效应处理后得到F。

接下来求得使F变为零相位子波的算子G。该算子的振幅谱为1，相位谱是F相位谱的负值。

最后零相位化算子G和去气泡算子E的褶积结果得到零相位化加去气泡效应算子H，应用它可把加虚反射的远场信号D变为零相位子波I。

该过程是海洋地震资料利用模拟远场信号确定性去气泡及零相位化处理算子求取过程。

值得注意的是：加虚反射的远场信号D的形状常常被很多人误认为零相位子波，但实际上它是最小相位的，通过比较其等价的最小相位子波可得到证实。它与常见的最小相位子波（如B）形状之所以有较大差异，其根本原因是在于两者振幅谱的差异：B的振幅谱加上缆虚反射陷波效应后得到D的振幅谱，后者高频段变窄了。

海底反射（对应正反射系数）在原始的地震记录见到的波形与D一致，经过上述确定性去气泡零相位化算子H应用后，在地震记录上见到的波形与I一样。但在很多情况下，业界常在上述算子应用基础上再乘上-1得到海底反射波形是与I反向的波形。

关于地震资料的相位和极性，常引起混淆[7,8]。从上述零相位化过程看，与D一致的原始地震记录等价于最小相位，且为正常极性。而经过去气泡和零相位化处理得到的I及其反向的波形均是零相位的，I的反向波形通常被称为正常极性，而I波形被称为反极性。

1.2 反Q滤波

大地吸收引起振幅衰减和相位发散，用Q模型来表示大地吸收的响应。反Q滤波可单独或同时针对相位或振幅进行补偿。在Q值给定的情况下，正、反Q滤波处理都是确定性的。在实际应用中，关键在于如何求取Q值。目前业界广泛应用的有两种方法，一是单值Q，围绕目标层，利用地震资料或VSP下行波的浅、深时窗数据的频谱比值求取目标层段的Q值。二是求取时空变的Q，如应用与均方根速度有关的经验公式。应用单值Q补偿的优点是如果在资料解释中发现处理中反Q滤波的Q值不尽合理，可以应用Q滤波去除原来的Q补偿效应，再用正确的Q值重新进行反Q滤波。本次地震资料处理采用了单值Q补偿。利用地震资料浅深时窗谱比法求得目的层的Q值等于156（图2）。

在资料信噪比不高时，针对振幅补偿的反Q滤波算子常不稳定。因此，对于叠前道集数据，我们采用了仅针对相位的Q补偿。

1.3 预测反褶积

图2 浅深时窗振幅谱比法求得Q=156

在常规处理中，人们常常设计较短的预测间距（gap）来进行预测反褶积，试图通过压缩地震子波以提高分辨率。但较短的预测间距会极大地破坏地震子波的波形。图3是算子长度（oper）为240 ms时应用不同预测间距（2～32 ms）对加虚反射的地震子波进行预测反褶积处理的结果。图中表明当预测间距小于24 ms时，子波的波形遭到严重破坏。预测反褶积的预测间距需大于地震子波主能量区的长度。

在海洋地震资料叠前道集的处理中，应用长预测间距的预测反褶积的目的主要是压制多次波，而不是提高分辨率。我们选用的预测间距为32 ms。

1.4 剩余相位校正

尽管经过前述的各项处理，但最终地震数据可能存在剩余相位。这些剩余相位来源于采集中未知不稳定因素（如反射系数、噪声等）以及后续部分处理模块引起的相位畸变，因此需要进行剩余相位校正。我们采用了p/f相位滤波方法，通过p/f相位滤波扫描，求得地震数据的峭度（Kurtosis），峭度最大值对应的相位角是使得地震数据更接近零相位化的理想参数[9]。

频率通放带的中心频率取40 Hz，在-90°～90°范围内对地震数据进行相位滤波扫描，计算得到相位滤波后地震数据目标层段的峭度曲线（图4），峭度最大值对应的相位角仅为10°，这从一定程度上说明经过前述相位控制处理后的数据较接近于零相位。相位角10°的p/f相位滤波前后数据对比见图5，总体看起来两者差不多，在滤波后剖面上箭头所指处同相轴显得更尖锐化一些。图6是10°相位滤波后地震数据与合成记录（利用25 Hz零相位Ricker子波制作）的对比图，两者的相关性较好，说明地震数据具有零相位特征。

图3 加虚反射的远场信号预测反褶积结果

图4 相位扫描求得的峭度曲线（频率= 40 Hz）

2 处理流程

基于相位控制处理技术，我们设计了以下的综合处理流程，其中加粗部分是对子波相位的控制处理。

·原始地震数据转格式

·地震-导航资料合并

· 球面扩散补偿

· 地震道编辑

图5 p/f相位滤波（频率= 40 Hz，相位角= 10°）前（右）后（左）剖面对比

图6 p/f相位滤波后地震数据与零相位合成记录对比

· 涌浪噪音压制（F-X域投影滤波）

·炮/道一致性振幅校正

· 确定性子波零相位化

·反Q滤波（仅针对相位，Q=156）

·叠前预测反褶积（gap=32 ms）

·速度分析

· 高精度Radon去多次

· 克希霍夫叠前时间偏移速度分析

·克希霍夫叠前时间偏移输出道集

·剩余时差校正

·克希霍夫叠前时间偏移道集叠加

·反Q滤波（针对振幅，Q=156）

· 剩余相位校正（p/f相位滤波）

·成果数据输出

图7是应用上述相位控制综合处理流程的结果与常规流程的结果之间的对比，两者之间的相位存在差异，前者优于后者。

图7 应用相位控制综合处理流程结果（左）与常规流程结果（右）的对比

3 结论

面向海洋地震资料的相位控制处理是一个系统处理流程，以确定性子波零相位化、Q补偿、预测反褶积以及剩余相位校正为主要内容。相位控制处理要求预测反褶积的预测间距较长，一般大于24 ms。海洋地震资料的相位及极性判别仅从地震剖面本身是很难判断的，需要考察对地震信号（子波）具体的处理过程。

相位控制处理综合技术流程也是一个高保真、高分辨率处理流程，在东海以及其它海域的地震资料处理以及连片处理中可借鉴使用。

参考文献：

[1] Per A, Tapan M, Gary M. Quantitative seismic interpretation: Applying Rock Physics Tools to Reduce Interpretation Risk[M]. the United Kingdom:Cambridge University Press，2005:168-172.

[2] Trantham E C. Controlled-phase acquisition and processing[C]// Soc. Explor. Geophys., 64th Ann. Mtg., Expanded Abstracts.1994: 890–894.

[3] N S奈德尔，等.褶积模型[M]. 牛毓荃译.北京：石油工业出版社，1986：1-10.

[4] Connelly D, Hart D. Model-based wavelet processing of deconvolved seismic data[C]// Soc. Expl. Geophys.，55th Ann. Internat. Mtg.,Expanded Abstracts. 1985:491-495.

[5] 陈茂根，范毅华，杨新菊，等.东海西湖凹陷三维地震连片处理[J]. 海洋石油，2003，23（S1）：45-50.

[6] 李绪宣，王建花.海上气枪阵列震源子波数值模拟研究与应用[C]// 第四届中国石油地质年会学术委员会.第四届中国石油地质年会论文集. 北京：石油工业出版社，2012：482-495.

[7] 李庆忠.走向精确勘探道路[M].北京：石油工业出版社，1993.

[8] 王金铎，路慎强，于建国，等.地震资料解释中的极性判别技术[J].石油物探，2001，40（2）：77-83.

[9] Cambois G, Hargreaves ND. Zero-phase conversion of marine data using one-parameter phase filters and Kurtosis maximization[C]// Soc. Explor. Geophys., 64th Ann. Mtg., Expanded Abstracts.1994:1591-1594.

发现号完成集团首次南极地震勘探

当地时间3月9日晚，随着最后一声炮响，收枪、收电缆，上海海洋石油局发现号物探船全速驶往智利蓬塔雷纳斯港，南极地震勘探项目画上圆满句号。

该项目历时27 d，共完成二维地震满覆盖3004.32 km，以及重力、磁力测量和7个CTD站位测量。期间，发现号克服南极地区气温较低，冰山和浮冰密布，气象条件恶劣等各种不利自然条件，攻克水温较低影响气枪同步稳定和水鸟信号传输不稳定等技术难题，最终完成了中国石化集团首次极具挑战性和探索性的南极地震勘探项目，并创出了中石化单日二维地震243.41 km的高产新纪录，施工安全、资料质量和施工效率都得到了甲方GXT公司的高度好评。这是发现号继2009年征服北冰洋，创造石化集团海洋物探极地作业历史后，又一次征服极地海域。

摘编自《中国石化新闻网》2014年3月11日

南黄海勘探先导通过立项审查

3月6日，由上海海洋油气分公司承担的勘探先导向项目《南黄海苏北盆地东部中区块油气资源评价及勘探部署研究》在北京顺利通过立项审查。此项目是集团公司于去年底竞标获得该区块勘查权后的首个先导项目，总部要求完成该区块的基础地质研究和资源初评，为勘探决策部署提供依据。此外，从现有的资料看，同一盆地内紧邻该区块已有钻井发现了低产油气流，预示着该区块可能成为中石化海域勘探新的亮点，在“十三五”实现油气突破。

摘编自《上海海洋石油》报2014年3月20日

国勘Addax喀麦隆海上RDR区块获新发现

5月8日，从国勘Addax公司喀麦隆海上RDR区块INM钻采平台传来喜讯：今年初在该平台部署的两口近油田勘探井MIB001井和MIB002井相继完钻，经过测井、MDT和取芯验证，分别发现18米和38米厚油层，初步计算可新增石油地质储量1亿桶。经济评价结果也表明，这些新增储量具有良好的商业开发价值。两口井近期可完井并投产。

Addax公司喀麦隆海上RDR区块是开发30多年的老油田，已进入高含水递减期。此次新发现不仅扩大了Addax公司喀麦隆海上老油田周缘的勘探开发潜力，而且对成熟盆地的复杂构造带勘探工作具有指导意义。

摘编自《中国石化报》2014年5月28日

Controlled Phase Processing on Marine Seismic Data——A Case Study of East China Sea

CHEN Maogen, HAO Xiaohong, ZHAO Xiulian, LIU Miao
（Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China）

To meet the requirement for quantitative seismic data interpretation, the seismic data to be processed should be high resolution, preserve relative amplitude and controlled phase. The controlled phase processing techniques on marine seismic data include deterministic zero-phasing with far field signals, Q compensation, predictive deconvolution, residual phase correction and etc. The operator for zero-phasing plus de-bubble is estimated using a modeled far field signals. The identification methods of phase and polarity of marine seismic data are discussed based on the controlled phase processing. A long gap of more than 24 ms for predictive deconvolution is necessary for keeping the shape of the signature. In addition, the controlled phase processing on the seismic data from East China Sea has been discussed in this paper.

marine seismic data; controlled phase processing; far field signature; deterministic zero-phasing; polarity

P631.4+6

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.02.001

1008-2336（2014）02-0001-06

2013-12-26；改回日期：2014-01-10

陈茂根，男，1966年生，硕士，高级工程师，主要从事海洋地震及非地震技术研究及管理工作。E-mail：maogen.shhy@sinopec.com.cn。