南海北部深水地震勘探所遇到的挑战与对策

张振波

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067）

南海北部深水地震勘探所遇到的挑战与对策

张振波

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518067）

摘 要：总结了近年来南海北部深水区地震勘探中遇到的挑战，包括海水深度大、海底崎岖、硬质海底产生的强烈多次波和地下地质构造复杂等。从采集和处理入手，分析研究了其影响地震资料品质的根本原因，提出了解决这些问题的对策，采集方面包括选择更有利的采集方向、优化震源设计、改变拖缆方式、缩小炮间距和增加电缆长度等；处理方面包括三维SRME技术、各向异性速度分析及高阶动校正技术、倾角共反射面叠加技术、叠前深度偏移技术等。此研究为今后深水地震采集和处理提供了参考与借鉴。

关键词：南海北部；深水；崎岖海底；采集方向；3D SRME；各向异性高阶动校正；倾角共反射面元叠加；叠前深度偏移

Challenges and Measures in Seismic Exploration in Northern Deepwater Area of South China Sea

ZHANG Zhenbo
（Shenzhen Branch of CNOOC Ltd., Shenzhen 518067, China）

Abstract:The challenges in seismic exploration in northern deepwater area of South China Sea are summarized in this paper, including deeper water depth, rugged seafloor, strong multiples generated by hard seafloor, complicated geological structures and so on. The main reasons influencing the quality of seismic data have been analyzed through analyzing seismic data acquisition and processing process. The measures to solve these problems have been proposed. In seismic data acquisition, more favorable acquisition direction, optimization source design, changing the streamer mode, shorter shot space, longer streamer should be taken into consideration. The seismic data processing, advanced processing techniques such as 3D SRME, anisotropic velocity analysis, high order NMO correction, dip angle CRS, PSDM should be used. This study provides a reference and experience for future deepwater seismic data acquisition and processing.

Keywords:Northern South China Sea; deep water; rugged seafloor; acquisition direction; 3D SRME; anisotropic high order NMO; dip angle CRS; PSDM

近年来，南海北部深水海域石油勘探力度越来越大，逐渐成为中国海上石油勘探的重要地区[1-4]。该区水深从300 m到3 000 m，水深变化大，海底崎岖，地下地质构造复杂。国内海洋深水地震勘探，尤其是深水三维地震勘探起步晚，导致深水勘探程度非常低。目前地震资料普遍存在中深层信噪比低、成像品质差等问题，特别是凹陷内部结构和基底成像差，制约了凹陷沉积特征分析和烃源研究的精度，增加了勘探难度。

因此，针对南海北部深水地震勘探中遇到的问题和挑战，进行采集和处理技术研究，提高地震资料成像品质，对降低勘探风险尤为重要。

1　 南海北部深水地震勘探遇到的挑战

南海北部深水勘探海域遇到的挑战主要表现在海水深度大、海底崎岖和地下地质构造复杂三个方面。

现场经验和室内物理模拟结果揭示，随着水深增大，绕射波能量增强，有效波能量减弱，地层成像变差，尤其是中深层受到的影响更大。图1是王建花等人用同一个物理模型，在800 m、1 350 m和1 850 m三种水深情况下进行实验室采集的叠加剖面。当水深达到1 850 m时，水平地层的地震波信号被崎岖海底和断层产生的绕射波湮没，给后期室内处理带来了挑战。

图1　物理模拟不同水深情况下的绕射波

多次波是海洋地震勘探普遍存在的问题，南海北部深水勘探海域很多地方存在硬质海底，更加加剧了海底多次波的产生。图2是南海北部某地震测线的单道叠加剖面，测线水深500 m左右，硬质海底产生的强烈多次波达到7个周期，严重影响了地震资料的质量。

当水深增加时，这种硬质海底对资料的影响更加严重。图3是2010年在南海北部某超深水海域采集时得到的炮集数据，该海域水深已达3 000 m。该炮记录已经受到了前一炮的长周期海底多次波影响，初至波已经与前一炮的长周期海底多次波混叠在了一起。按照采集标准，这种资料只能做废炮处理。

图2　硬质海底产生的强烈多次波

图3　超深水产生的长周期海底多次波

海底崎岖伴随下伏地层地质结构复杂导致地震波能量散射，地震资料中深层能量弱、信噪比低、成像差，是南海北部深水地震勘探面临的另一个挑战。图4是过南海深水某潜力构造的叠前时间偏移成果剖面。该海域水深1 500 m左右，海底起伏最高达300 m，地震资料受崎岖海底的影响严重，很难解释出真实的构造情况。另一种情况是海底存在陡坡时，下伏倾斜地层的覆盖次数会变得不均匀，影响地震成像，尤其是基底和断面成像更差[5]。图5是横切南海北部某凹陷的叠前时间偏移成果剖面。该海域水深从200 m迅速变化到1 700 m，海底倾角达到18 º，控凹断层、凹陷内幕和基底的成像精度都达不到凹陷沉积特征分析和烃源研究的要求。

海上深水勘探目的层越来越深，地震采集使用的电缆越来越长，导致远偏移距动校拉伸畸变、速度谱分析各向异性等挑战越来越突出。

图4　崎岖海底导致下伏地层随海底变化

图5　海底陡坡导致下伏地层成像差

2　地震采集处理中的对策

南海北部深水地震勘探面临的挑战往往是多种因素造成的综合性问题，所以解决这些问题需要从采集到处理一体化考虑。

2.1 优化采集方案

海上地震采集中，由于受物探采集船拖力、水下设备拖带方式和电缆长度等因素的限制，观测系统的优化也受到局限。近年来，针对南海北部深水地震勘探面临的挑战，与同行们进行了多方面的研究，在采集方案优化方面取得了一些成果。

（1）选择更有利的采集方向，改善崎岖海底、陡坡海底海域地下构造地震成像效果。

对于深水陡坡海底、大倾斜地层和高角度断层，理论上，沿其下倾方向采集更有利于提高地震波覆盖次数，从而提高地震成像效果[6]。图6和图7分别为沿海底陡坡上倾和下倾方向实际采集的叠前时间偏移剖面，箭头指出了几处大倾角地层，很明显沿地层下倾方向采集的数据成像效果较好。

图6　沿上倾方向采集叠前时间偏移剖面

图7　沿下倾方向采集叠前时间偏移剖面

对于深水崎岖海底，沿着斜交海沟走向的方向进行采集，相对于平行或垂直海沟走向，更有利于降低崎岖海底对下伏地层成像的影响[7]。

（2）优化震源设计，提高中深层有效的震波信号能量，从而提高地震资料信噪比。

在深水海域，地震资料的中深层通常表现为能量弱、信噪比低、成像差。针对这种情况，国内外专家在震源优化方面做了很多研究，比较显著的成果有：高分辨率气枪阵列梯形立体组合技术[8-9]、中深层大容量平行四边形立体组合技术[10]、上下源去震源鬼波技术[11]、GeoSource[12]、BroadSource[13]等。在实际海上地震采集作业中，大震源深沉放技术是增加中深层地震信号能量，提高信噪比的简单适用的方法。图8是大容量平行四边形立体六子阵列组合震源配合长电缆深沉放的采集效果，相对于图9的常规采集剖面，其深层成像改善明显。

图8　大震源深沉放叠前时间偏移剖面

图9　常规采集叠前时间偏移剖面

（3）改变拖缆方式，降低鬼波影响，拓展地震资料频宽，改善中深层地震成像。

近几年，在南海北部深水海域，先后尝试了上下缆[14]、拖缆宽线[15]和斜缆宽频[16]等改变拖缆方式的地震采集技术，深层地震成像得到了改善，尤其是斜缆宽频地震采集对深层地震成像改善效果明显。图10和图11是南海北部某深水海域常规拖缆采集和斜缆宽频采集三维叠前时间偏移剖面，斜缆宽频资料的低频和高频都更加丰富，地质结构内幕更加清晰，尤其是深层地震成像改善较大。

（4）缩小炮间距和增加电缆长度也可以在一定程度上增加大角度倾斜地层和断面的覆盖次数，改善深层地震资料成像效果。

图10　常规采集叠前时间偏移剖面

图11　斜缆宽频叠前时间偏移剖面

（5）对于图3中的长周期海底多次波，如果在采集时避免其被记录到后一炮地震数据中，只能采取增大炮间距，加大放炮时间间隔的方式。

后两点看起来似乎有点矛盾，这就需要在实际生产中针对每个地震工区的具体情况，有针对性的进行采集方案设计。

2.2 优化处理流程

实验室物理模拟和实际野外采集都证实，深水海域多次波更发育，海底下伏地层的绕射更强，严重影响有效波成像。因此，在深水海域地震资料处理中，需要采用有针对性地地震资料处理手段，优化地震资料处理流程，改善地震资料成像。

（1）利用三维SRME技术有效压制海底和层间多次波[16]。

目前，海上深水地震资料处理中最常用的压制多次波方法就是业界公认的三维SRME多次波压制技术。该技术采用纯数据驱动，不需要考虑多次波的传播路径。它利用相邻道的卷积生成预测多次波，再通过减除方法有效压制表面多次波和层间多次波。实际生产证明，该技术使用方便，多次波压制效果较好。

（2）利用各向异性速度分析及高阶动校正技术消弱长电缆远偏移距动校拉伸畸变[17-18]。

目前南海北部已经钻探的构造所在海域水深

已经超过2 500 m，勘探目的层也越来越深，甚至开始向中生界发展。针对深水深层三维地震采集使用的电缆长度已经达到8 000 m，各向异性问题开始凸显，常规速度分析和动校正后，远偏移距同相轴无法校平、动校拉伸畸变严重。为保证地震资料分辨率，常规的做法是在叠加时切除未拉平的远偏移距有效信息，这样就降低了深层地震成像效果，破坏了AVO信息。各向异性速度分析及高阶动校正技术引入了Thomsen各向异性参数，发展了基于VTI介质的各向异性速度分析及高阶动校正技术，使速度谱更加聚焦，有效降低了远偏移距动校拉伸畸变，在切除时保留了更多的远偏移距信息，改善了深层地震成像。图12b是利用各向异性速度分析及高阶动校正技术后的道集，相对于图12a常规均匀各向同性速度分析及动校正后的道集，中、远偏移距同相轴明显校平，在切除时可以保留大部分中、远偏移距信息，从而可以得到信噪比更高的中深层地震资料。

图12　各向同性和各向异性高阶动校正及切除

（3）使用倾角共反射面叠加技术提高深水中深层地震资料信噪比[19-20]，改善地震成像效果。

南海北部深水勘探中，主要目的层基本集中在中深层，其成像品质决定了勘探的成功率。因此，我们开发了多种地震资料处理技术，来提高深水中深层地震成像。倾角共反射面叠加技术是效果比较明显的一种地震资料处理方法。该技术对地层倾角不做限定假设，地下反射面可以是任意角度，相比共中心点叠加理论更接近实际地质情况。它是共反射点及其附近第一菲涅尔带内全部反射波的叠加，因此形成超级覆盖次数，能显著提高信噪比。实际地震资料处理结果表明倾角共反射面叠加技术适用于深水复杂地层地质条件，能够有效提高深水中深层地震资料信噪比，改善地震成像效果，提高地震资料的可解释性。图13是常规叠加叠前时间偏移剖面，图14是倾角共反射面叠加叠前时间偏移剖面。后者基底及上覆地层信噪比更高，内部结构更清楚，剖面波组特征明显，波形活跃适中，凹陷内反射波同相轴可解释性更强。

图13　常规叠加时间偏移剖面

图14　倾角共反射面叠加时间偏移剖面

（4）叠前深度偏移技术可以解决由于横向速度变化大而引起的地震成像变差问题[21-22]。

随着计算机速度的提升，叠前深度偏移技术在海洋深水复杂构造区已经广泛应用。它可以解决由于海底崎岖、断裂复杂、地质异常体发育等地层速度横向剧烈变化原因引起的地震成像较差、信噪比较低等问题[21-22]。相比叠前时间偏移技术，叠前深度偏移技术可以较大地提高地震资料成像质量，更真实地落实构造形态。图15和图16分

别是南海北部某深水海域同一位置的叠前时间偏移剖面和叠前深度偏移剖面。通过对比不难发现，叠前深度偏移消弱了崎岖海底对下伏地层成像的影响，中深层地震同相轴不再随海底起伏，地质构造形态更加趋于合理。

图15　崎岖海底区PSTM剖面

图16　崎岖海底区PSDM剖面

（5）针对上下缆和斜缆宽频地震采集方式的去鬼波处理技术，做到了采集处理一体化，近几年发展较快，在提高深水中深层地震资料分辨率上起到一定作用。

3　结论

（1）选择与海沟斜交的方向进行采集，可以减小崎岖海底对其下伏地层成像的影响；沿大倾角地层和大角度断层下倾方向采集可以提高目的层的地震覆盖次数。

（2）优化震源设计，增大震源能量，同时加大震源和电缆沉放深度，可以增强中深层地震信号能量，提高信噪比。

（3）采用上下缆和斜缆等特殊拖缆采集方式，可以提高中深层地震资料信噪比，拓宽频带，同时增强低频和高频信号能量。

（4）使用三维SRME地震资料处理技术可以有效地压制海洋深水地震资料中普遍存在的海底多次波和层间多次波。

（5）使用各向异性速度分析及高阶动校正技术，可以降低长电缆远偏移距动校拉伸畸变，保留更多的远偏移距地震信息。

（6）使用倾角共反射面叠加处理技术，可以提高中深层地震资料信噪比，改善地震成像效果，加强地震资料的可解释性。

（7）使用叠前深度偏移技术，可以解决由海底崎岖、断裂复杂和地质异常体发育等地层速度横向剧烈变化引起的地震波散射问题，正确归位绕射波，提高地震资料信噪比。

（8）上下缆和斜缆等海上宽频地震采集处理技术，可以一定程度的消除鬼波，提高中深层地震资料分辨率，可能是今后深水地震采集处理发展方向之一。

实际生产中需要针对每个工区的具体情况，有针对性的进行采集方案设计和处理流程优化。

本文编写过程中，得到李绪宣、王建花等同仁的指导和帮助，在此一并表示感谢！

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作者简介：张振波，男，1973年生，1995年毕业于西南石油学院（现西南石油大学）勘探系，高级工程师，主要从事海洋地震采集处理工作。E-mail: zhangzhb@cnooc.com.cn。

收稿日期：2013-11-06；改回日期：2014-10-28

基金项目：国家973项目课题“南海深水区复杂地质结构地震采集基础理论研究”（2009CB219403）。

文章编号：1008-2336（2015）01-0009-07

中图分类号：P631.4+6

文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.01.009