海洋宽线地震成像方法及效果分析

陈茂根，牛华伟，赵秀莲

（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）

海洋宽线地震成像方法及效果分析

陈茂根，牛华伟，赵秀莲

（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）

摘 要：宽线地震勘探技术因其性价比优势在复杂陆地探区油气资源勘探中应用广泛，成功案例较多，但在我国海洋地震勘探领域的成功应用并不多见。此文利用南海北部湾盆地某三维探区的二源三缆一束航海线，结合地下共深度点（CDP）面元的合理定义，系统地进行了基于二维、三维叠前深度偏移算法的多种宽线成像试验，并从成像效果、信噪比等方面进行了详细的对比分析。试验表明海洋宽线的成像处理选取二维算法成像效果较三维算法的成像结果好。对比以前的二维叠前时间偏移结果，工区区域宽线地震资料叠前深度偏移处理取得了较好的应用效果。

关键词：海洋宽线；叠前深度偏移；成像效果

Analysis on the Effects of Imaging Methods with Offshore Wide-Line Seismic Data

CHEN Maogen, NIU Huawei, ZHAO Xiulian
（Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil and Gas Company, Shanghai 200120, China）

Abstract:The wide-line seismic survey has been used successfully and widely in onshore petroleum exploration because of the low cost and good effect. However, offshore wide-line seismic survey application cases have not been reported in China. In order to compare the effects of offshore wide-line data acquired with different configuration, a sail line with 2 sources and 3 streamers was selected from a 3D seismic survey in Baibu Gulf Basin, South China Sea. Combined with the CDP definition, imaging testing has been conducted systematically with 2D/3D Pre-stack Depth Migration (PSDM) on the chosen data. In addition, comparison analysis has been finished about imaging results and S/N ratio. The testing results show that the 2D Kirchhoff PSDM algorithm can achieve better results than 3D Kirchhoff PSDM algorithm in imaging processing of offshore wide-line seismic data. Compared with vintage 2D Prestack time migration data, the application results with 2D PSDM data by regional wide-line survey in the study area are better.

Keywords:offshore wide-line; prestack depth migration; imaging effect

宽线地震勘探技术首先由法国CGG公司提出，并迅速在世界各地推广应用[1-2]。上世纪70年代末，我国石油工业界开始进行陆地宽线地震勘探试验[3-6]。2003年以来，在一些地表、地下地震地质条件比较复杂、常规二维地震勘探成果难以满足地质解释的需要而三维地震勘探又无法实现或成本巨大的地区，如在辽河盆地、酒西盆地、桂中山区等实施了宽线地震勘探[7-20]，取得了明显效果。海洋宽线地震勘探实践及研究相对较少。针对南黄海海相油气勘探，有研究者提出了一些宽线技术设想[21]。为了解决地震能量穿透有限、目的层反射信号弱、多次波及其它噪声干扰突出等问题，2009年在珠江口盆地潮汕坳陷开展了海上“单源双缆”宽线勘探技术的试验[22-23]。由于

采集的观测系统和陆地相比有很大不同，地下地震地质条件也千差万别，有时会导致海洋宽线地震勘探的效果不明显，从而引起对海洋宽线地震勘探有效性的质疑。为了验证宽线地震勘探的效果，本文以我国南海北部湾盆地某三维地震勘探的一束航海线为基础，模拟不同的海洋宽线地震勘探观测系统，采用不同的偏移成像技术思路，从成像效果、信噪比等方面进行详细的对比分析，探索海洋宽线有效性影响因素以及成像方法的合理选取。作者期望通过这些研究，客观地评价海洋拖缆宽线地震技术的效果和适用性，为优化宽线采集设计、制定合理的宽线地震资料叠前深度偏移流程提供借鉴。

1　地震观测系统与地下面元定义

1.1 地震采集参数

从南海北部湾盆地以双源三缆采集的三维地震数据中选取一条航海线作为本次试验数据，用于模拟常规二维（单源单缆）和不同宽线地震勘探观测系统（单源双缆、单源三缆、双源双缆、双源三缆）情况。

采集基本参数：缆间距100 m，缆长6 000 m，缆沉放深度为7 m，每缆480道，道间距12.5 m，最小偏移距165 m；震源深度为6 m，双源交替放炮，炮点间隔25 m。采集面元6.25 m×25 m，三维面元名义覆盖次数为60。

1.2 共深度点面元定义

对于二维海洋拖缆地震资料，处理时一般不考虑炮点和检波点位置的漂移，把它们假定放在理想的直线上进行偏移距和CMP点计算。对于三维海洋地震资料，根据每个接收道的炮点和检波点的实际坐标进行地下面元划分，每个面元满足一定的覆盖次数，保证在三维偏移处理孔径范围内，有足够的纵向和横向道数据。海洋宽线是介于海洋二维地震与三维地震之间，纵向上与二维一致，但横向上具有极有限的道数据。显然，海洋宽线地震资料处理不能直接沿用二维或三维地震数据处理流程。

对于宽线地下面元划分，我们先按照三维观测系统进行地下面元定义，处理面元大小定义为12.5 m×25 m。对于CDP线方向的定义，由于羽角的影响，各道CDP点偏离采集方位，远偏移距道偏离较大。采用了两种方案，一种是按整块三维采集方位角定义CDP线方向，另一种是根据本航海线实际炮点坐标直线拟合结果定义CDP线方向，两者略有差异，但后者可以确保大部分近道CDP点分布在该线上。

在处理流程与参数一致的条件下，两种方式的偏移结果见图1和图2。第二种线方向定义方式更合理，在浅部偏移成像效果更好。按照此网格参数进行地震-导航合并以及地下面元划分处理后，各接收道具有精确的炮点、检波点坐标、偏移距以及线道信息。

图1　根据采集方位定义CDP面元方向后的成像结果

图2　根据炮点位置直线拟合定义CDP面元方向的成像结果

2　 宽线地震资料叠前深度偏移处理研究

2.1 二维偏移算法处理试验

采用二维Kirchhoff积分法叠前深度偏移算法，进行两组试验。

试验一：基于一源二缆地震数据，采用二维Kirchhoff积分法叠前深度偏移算法进行两种不同流程的试验。

流程1：对一源二缆所获得的两条CDP线，分别进行二维叠前深度偏移处理，然后再进行叠加。

流程2：两条CDP线数据合并在一起直接进行二维叠前深度偏移成像。

图3是两种流程的偏移成像剖面，其成像结果一致。

这里需要说明的是宽线处理的偏移距取值不同于常规二维处理。常规二维偏移的偏移距一般是根据道间距与最小偏移距按直线推算出来的。本次处理是根据炮点与接收点的位置计算得到的真实准确偏移距值。两者计算出的地下反射点和旅行时存在较大差异，且这种差异随着拖缆长度的增加而增大。准确的偏移距有利于PSDM处理旅行时的正确计算。

图3　一源二缆宽线地震数据二维叠前深度偏移不同流程成像结果对比（左：流程1，右：流程2）

图4　不同输入数据的2D叠前深度偏移宽线叠加成像结果(时间域局部显示)

试验二：不断增加输入数据量，从一源一缆单线（60次覆盖）增加到二源三缆宽线（360次覆盖），来自不同源缆的数据合并在一起进行二维深度偏移处理，以考察叠加次数对成像结果的影响。

输入数据：一源一缆（S1C1），一源二缆（S1C2），一源三缆（S1C3），二源二缆（S2C2），二源三缆（S2C3）。

不同输入数据量的二维成像结果（图4）显示：随着输入叠加次数的增加，剖面信噪比越来越高，反射界面（包括基底）与断层成像越来越清晰。信噪比曲线（图5）也可以看出，成像结果的信噪比随着输入叠加次数的增加而增加，二源二缆及以上数据量的成像结果信噪比改善明显。

本试验显示成倍增加覆盖次数可以改善剖面质量，这一定程度上反映了海洋宽线的有效性。

2.2 三维偏移算法处理试验

采用三维Kirchhoff积分法叠前深度偏移算法，设置两组试验（试验三、试验四）。

试验三：输入同样的一源二缆宽线地震道集，

采用三维叠前深度偏移算法，按大小网格参数进行成像输出。

参数一：按三维处理网格参数（12.5 m×25 m），输出多条共成像点（CIP）单线再叠加。

参数二：考虑到拖缆的漂移，按宏面元参数（12.5 m×600 m），输出一条成像线。

图6是两种输出方式三维偏移成像剖面。显而易见，按宏面元输出到一条CIP线在浅层产生假频噪音，深层的成像效果也不够理想。

图5　不同输入数据2D叠前深度偏移宽线叠加成像剖面的信噪比分析

图6　一源二缆宽线地震数据3D叠前深度偏移不同输出方式成像结果对比（左：宏面元输出单一CIP线，右：小网格偏移输出多线再叠加）

图7　不同输入数据的3D叠前深度偏移宽线叠加成像结果(时间域局部显示)

试验四：输入不同数据量，从单源双缆到双源三缆数据逐步增加，按正常三维网格参数（12.5 m×25 m）输出多条CIP线，然后将它们叠加形成宽线成像结果。目的是考查不同输入数据量对三维偏移结果的影响。

图7、图8分别是四组不同输入数据三维宽线成像剖面及其对应的信噪比曲线。对比这些图件可以得出与二维叠前深度偏移处理试验相似的结论，即随着输入数据量的增加，信噪比越来越高，

整体成像效果越来越好，显示海洋宽线与陆地宽线一样可以通过成倍增加覆盖次数改善数据质量。

2.3 二维与三维算法处理试验

试验五：输入二源三缆地震数据，对比二维与三维叠前深度偏移处理的成像结果。

二维处理：来自不同源和缆的数据合并在一起进行二维叠前深度偏移处理。

图8　不同输入数据的3D叠前深度偏移宽线成像剖面的信噪比分析

三维处理：按小网格参数进行三维偏移处理，输出多条CIP线，然后再叠加，形成宽线成像剖面。

图9、图10、图11分别是两种处理的结果剖面、相应的信噪比曲线以及频谱图。从剖面上看，两者成像效果比较接近，三维叠前深度偏移处理剖面上在一些局部看起来稍清晰，但从信噪比曲线上看，二维叠前深度偏移成像结果更高。

图9　二源三缆数据二维/三维叠前深度偏移成像结果对比

图10　二源三缆数据二维/三维叠前深度偏移成像剖面信噪比分析

图11　二源三缆数据不同方式叠前深度偏移成像剖面频谱分析

综合以上试验，在海洋宽线成像处理中，选取二维叠前深度偏移处理结果优于三维处理结果，宏面元输出的三维叠前深度偏移处理结果欠佳。

3　区域宽线深度偏移处理效果

南海北部湾盆地以往采集的区域二维地震资料大多数信噪比较低，地震资料质量难以满足区域地质条件研究的需要。2013年在北部湾盆地实施了“一源双缆”海洋宽线地震资料采集。

图12是采用前述的二维Kirchhoff积分法叠前深度偏移处理进行成像处理的结果。对比相同位置叠前时间偏移老资料（图13），可以看出宽线处理结果在三个方面改善明显：（1）信噪比明显提高，不论从剖面对比还是从定量信噪比分析图（图14）上都显示出宽线结果的信噪比改善明显，尤其是小于15 Hz低频段；（2）中深层有效反射能量增强，同相轴连续性变好，波组特征清晰；（3）成像效果改善明显，断点归位效果好，断层清楚，基底成像清晰。从频谱对比图（图14）上可以看出宽线结果振幅谱带宽明显高于以往资料。

4　结束语

图12　宽线地震PSDM（比例到时间域）剖面

考虑到洋流引起的缆线漂移，根据实际炮点位置进行直线拟合是确定宽线地震资料CDP面元

线方向的一种有效而合理的方式。

在海洋宽线成像处理中，选取二维Kirchhoff叠前深度偏移是适合海洋宽线地震数据特点的叠前深度偏移处理方式，优于宏面元三维深度偏移处理结果。

海洋宽线成倍地增加输入数据量（覆盖次数）可以改善叠前深度偏移成像剖面质量和信噪比。

南海北部湾盆地海洋宽线应用实践表明在复杂构造、低信噪比海域，二维地震勘探效果不佳情况下，海洋宽线地震勘探技术是值得优先考虑的一种地震勘探方式。

图13　老二维地震PSTM剖面

图14　时窗1.5～3.5 s信噪比(左)及频谱(右)对比图

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作者简介：第一陈茂根，男，1966年生，硕士，高级工程师，主要从事海洋地震、非地震技术研究及管理工作。E-mail：maogen.shhy@sinopec.com。

收稿日期：2014-03-14；改回日期：2014-12-03

文章编号：1008-2336（2015）01-0001-08

中图分类号：P631.4

文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.01.001