海洋“犁式”电缆地震资料采集与处理方法*

刘春成 焦振华 管西竹 陶 杰

(中海油研究总院 北京 100028)

海洋“犁式”电缆地震资料采集与处理方法*

刘春成 焦振华 管西竹 陶 杰

(中海油研究总院 北京 100028)

刘春成,焦振华,管西竹，等.海洋“犁式”电缆地震资料采集与处理方法[J].中国海上油气，2016,28(5)：1-7.

Liu Chuncheng,Jiao Zhenhua,Guan Xizhu,et al.The acquisition and process method of marine plow cable streamer seismic data[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(5):1-7.

海洋宽频勘探技术是解决中深层构造成像问题、提高地震分辨率、实现高精度勘探的重要方法，但受海上地震采集方式的制约，宽频带地震数据比较难以获取，常规拖缆地震资料因受海水表面产生的鬼波影响，存在陷频问题。设计了一种“犁式”电缆采集技术，充分考虑了电缆沉放深度不同的特点，利用不同沉放深度具有不同陷波这一特征获取了宽频信息，达到了宽频采集的目的；提出了一种“犁式”电缆地震资料τ-p域鬼波压制方法，有效压制了鬼波影响，拓展了地震频带宽度，提高了地震资料分辨率。南海深水区实际资料应用效果表明，利用本文技术与方法得到的宽频地震资料在地震分辨率、波阻特征及中深层成像方面明显优于常规地震资料，且低频成分丰富，可以有效剔除鬼波导致的假象，使储层反演结果更加准确可信，这在一定程度上解决了南海深水区宽频地震信息获取的难题，填补了国内海洋深水宽频地震勘探技术的空白。

宽频地震；“犁式”电缆采集；τ-p域鬼波压制；南海深水区

近年来，深水区油气藏的勘探开发已逐渐成为海洋油气勘探的热点，勘探目标也逐渐走向深层和复杂部位，这对地震勘探技术提出了更高的要求。海洋宽频勘探技术是解决中深层构造成像、提高地震分辨率、实现高精度勘探的重要方法。地震数据有效反射信息频带越宽，地震成像处理的精度越高，主要体现在以下2个方面：增加高频成分的作用是缩短子波的延续时间，提高地震分辨率，进而提高地震解释和储层预测的精度；增加低频成分的作用主要是减少子波旁瓣，降低地震资料解释的多解性，进而提高解释成果的精度[1]。

目前，海洋地震数据频带宽度通常在8～70 Hz之间，要实现宽频地震勘探，就要增加地震频谱的低频信息和高频信息。受海上地震采集方式制约，宽频带地震数据比较难以获取，拖缆采集受海水表面影响，地震信号中会产生鬼波(又称为虚反射)[2]，在地震频谱上会产生陷波，从而使地震反射波频谱频带的宽度受到严重影响。目前电缆沉放深度为7～10 m，电缆鬼波陷频为80 Hz左右，该频带往往是地震勘探的优势频带。

海上采集以长拖缆采集为主，虽然在一定程度上解决了深层成像问题，但未能从根本上解决频谱陷波的影响。近几年，WesternGeco公司推出了海洋上下拖缆采集技术，通过上下缆合并处理技术压制海水面引起的鬼波；CGGVeritas公司推出了变深度拖缆采集，并通过镜像偏移处理技术有效压制了鬼波；PGS公司推出双传感器地震拖缆采集系统，将压力和速度传感器整合在一起，能够将上行、下行波场信号分离，并去除鬼波，得到宽频带地震数据[3]。相对于常规地震资料处理，宽频地震资料处理存在的主要问题之一是如何压制或削弱鬼波，从而获得更宽频带的地震数据[4-6]。

中国南海深水区是全球深水油气勘探热点区之一，但受到海水自由表面产生的鬼波影响，地震数据中低频缺失、中高频不足，频带宽度较窄，影响了中深层构造成像及薄层解释精度[7]。本文针对鬼波压制难题，设计了一种“犁式”电缆采集技术，提出了一种针对“犁式”电缆地震资料的τ-p域鬼波压制方法，并在南海深水区实际资料应用中取得了良好效果，解决了该地区宽频地震信息获取的难题，填补了我国海洋深水宽频地震勘探技术的空白。

1 “犁式”电缆采集技术

1.1 方法原理

受海底大陡坡、崎岖海底、火山发育等复杂地质条件影响，南海深水区地震资料绕射波能量强，地层成像差，中深层能量弱、信噪比低、成像差。针对南海深水区特殊地质问题，设计了“犁式”电缆采集技术(图1)，该技术将不同段的电缆沉放在不同深度，拖缆前段接收器深度随炮检距的增加而线性递增，拖缆后段近似处于同一深度，不同沉放深度的检波器接收到的地震资料具有频率多样性、丰富性的特点。因为“犁式”电缆后段呈水平状，所以可根据实际采集区地质情况调整水平段沉放深度及长度，施工中更具适应性，但在施工过程中拖缆需要保持固定的沉放角度和深度，这对拖缆沉放深度及控制技术有较高要求。“犁式”电缆采集技术采用国产“海亮”拖缆采集系统、“海燕”拖缆控制与定位系统，首次沉放深度为60 m水深，突破了西方国家对中国出售电缆的20 m水深的限制。

图1 “犁式”电缆采集技术示意图

“犁式”电缆采集技术因为前段电缆沉放深度不同，所以具有不同的陷波频率，“犁式”斜缆陷波频率随着拖缆沉放深度的增加而向低频方向移动，对于多个接收点(道)而言，接收点的频率是分散的。随着检波器沉放深度不断增加，虚反射与反射波的到达时差不断增大，地震记录同相轴呈现出不断分离的趋势，即延迟时间不一致。当延迟时间很短时，频谱陷波点频率较大；当延迟时间很长时，频谱陷波点频率较小。将各接收道的鬼波频谱叠加，得到鬼波平均振幅谱(剩余鬼波谱)，即叠加平均脉冲响应谱，以此来衡量“犁式”斜缆鬼波滤波特性。设“犁式”拖缆共n道，则叠加平均脉冲响应谱Gn(f)可表示为

(1)

式(1)中：f为陷波频率，Hz；X为偏移距，m；i为接收道序号。

1.2 采集效果

取“犁式”电缆最小沉放深度7.5 m，最大沉放深度50 m，倾斜电缆段长度4 000 m，水平电缆段长度2 000 m，震源沉放深度6 m，目的层为埋深2 000 m的反射界面，通过式(1)可求出“犁式”电缆的叠加平均脉冲响应谱。图2为“犁式”电缆采集不同深度的鬼波滤波算子频谱，其中红线为7.5～50 m之间得到叠加平均脉冲响应谱，拖缆平均深度35 m，在低频段与沉放深度35 m时相同(相当于保留了平均缆深的低频能量)；除0 Hz之外，没有其他陷波点。也就是说，叠加平均脉冲响应谱在3 Hz以上，鬼波作用相当于低截止频率为3 Hz的一个高通滤波器，即对一次波没有陷波作用，所以“犁式”电缆记录中包含了浅、中、深频谱，可采集到3～200 Hz 的宽频地震数据，具有宽频特征。

图3为南海北部深水区“犁式”电缆地震资料炮集及对应道集的频谱，其中黑轴为一次反射波，近偏移距电缆沉放深度与震源沉放深度一致均为7 m时，震源鬼波与电缆鬼波延迟时间近似为0 ms，远偏移距电缆沉放深度27 m时，震源鬼波与电缆鬼波延迟时间近似为20 ms，可以分开，所以近偏移距红轴为震源与电缆鬼波，远偏移距第1根红轴为震源鬼波，第2根红轴为电缆鬼波。对比一次反射波和鬼波可以看出，随着检波器沉放深度不断增加，电缆鬼波与一次波、震源鬼波逐渐分离。由不同偏移距道集对应的频谱可见，10 m水深电缆对应地震道频谱的第一陷波频率为75 Hz，25 m水深电缆对应地震道频谱的第一陷波频率为30 Hz，50 m水深电缆对应地震道频谱的第一陷波频率为15 Hz，因此“犁式”电缆地震资料的陷波频率具有显著的多样性，获取到了更多的低频和高频信息，达到了宽频地震采集的目的。

图2 “犁式”电缆采集不同深度的鬼波滤波算子频谱

图3 “犁式”电缆地震资料单炮记录及频谱

2 “犁式”电缆地震资料τ -p域鬼波压制方法

2.1 方法原理

受海水表面影响，拖缆采集地震信号中会产生鬼波(又称虚反射)。地震波由震源传播到海平面，再传播到海底并在海底发生反射，再次传播到检波器上形成震源鬼波；当一次反射波(上行波)由海底传播到检波器后，继续传播到海平面，由于海平面近似自由表面(反射系数近似为-1)，所以会经海平面反射再次传播到检波器形成电缆鬼波(下行波)。这种由震源和检波器造成的虚反射会减小频带宽度，降低垂向分辨率[8-10]。采用“犁式”电缆采集时，鬼波产生的陷波点会随电缆深度的变化而变化，地震资料频谱中有明显的陷波效应，具体推导如下：

一次反射信号为

h(t)=δ(t)

(2)

鬼波信号为

g(t)=-δ(t-Δt)

(3)

式(2)、(3)中：t为时间；δ为冲击响应；Δt为鬼波与一次反射信号的时差。

一次反射和鬼波共同作用后的信号为

H(t)=h(t)+g(t)

(4)

设ω为角频率，h(ω)为频率域一次反射信号，g(ω)为频率域鬼波信号，S(ω)为频率域震源信号，则信号的频率域表达式为

H(ω)=h(ω)+g(ω)=S(ω)(1-eiωΔt)

(5)

若设f为频率，则频谱特征关系为

|H(ω)|=|S(ω)||2sin(πfΔt)|

(6)

当f=1/Δt时，该频率为陷波点，第一陷波点为0 Hz。

(7)

式(7)中：τpr为变换算子；τgh为鬼波的变换算子；R为海平面反射系数。

图4 “犁式”电缆地震资料τ -p域鬼波压制方法原理示意图

2.2 处理效果

利用上述方法对“犁式”电缆采集到的地震资料进行处理，得到压制鬼波后的宽频地震数据。图5a为鬼波压制前的CDP道集，图5b为电缆鬼波压制后的CDP道集，图5c为电缆和震源鬼波压制后的CDP道集，可见压制后鬼波信息得到了明显消除。图6为“犁式”电缆采集地震资料压制鬼波前后的频谱对比，可以看到鬼波压制后，特别是震源鬼波压制后，频带在很大程度上得到了拓宽。

由此可见，基于τ-p域波场分离理论的鬼波压制方法能够很好地分离地震数据中的上、下行波，非常适合“犁式”电缆采集的宽频带地震数据，是一种不降低信噪比的保幅处理方法。由于该方法对噪声不敏感，对地震信号有保幅作用，这样得到的结果能在低频和高频段同时增加频谱宽度，可以极大地提高地震资料的分辨率，更加真实地反映来自地下地质体的地震响应。

图5 鬼波压制前后“犁式”电缆地震资料CDP道集对比

图6 “犁式”电缆采集地震资料鬼波压制前后频谱对比

3 应用效果

利用“犁式”电缆采集技术在南海深水区进行采集，再采用τ-p域鬼波压制方法对地震资料进行处理。对比荔湾深水区宽频地震资料与常规地震资料(图7)，宽频地震资料由于低频信息更丰富，有利于中深层成像;由于高频信息更丰富，断层清晰，地层成像更好，尤其是凹陷基底构造陡倾界面成像质量明显提高。相对于常规地震资料，宽频地震资料潜山内幕结构成像质量更高，反射同相轴连续，地层界面清晰。

对比白云深水区宽频地震数据与常规地震数据(图8)，宽频地震数据中同相轴锐化程度提高了，断层断点效果增强了，可以提供更多的地层结构及细节信息，突出了构造异常和沉积异常，更加适合层序地层分析，可为沉积体精细刻画和小层解释提供良好的数据基础。

实践表明，“犁式”电缆采集的宽频地震资料既拓宽了地震资料的低频成分，也拓宽了地震资料的高频成分，就反演技术而言，低频信息对反演结果至关重要。在宽频地震资料中，低频信息能量显著增强，地震频率可以低至3 Hz，可以从地震资料中获取更多的低频信息，减少了低频模型、地形结构等外界条件的影响，能够得到更加可靠的反演结果。从南海北部深水区常规地震资料与宽频地震资料反演结果对比(图9)可以看到，宽频地震资料对鬼波压制好，反演的地层层数变少，还原了储层厚度较大、连续性好的特点，使储层顶底特征更加明确，降低了反演的多解性。

图7 荔湾深水区常规地震资料与宽频地震资料对比

图8 白云深水区常规地震资料与宽频地震资料对比

图9 南海北部深水区常规地震资料与宽频地震资料反演结果对比

4 结论

1) 本文提出的“犁式”电缆采集技术充分考虑了电缆沉放深度不同的特点，利用不同沉放深度具有不同陷波这一特征获取了宽频信息，达到了宽频采集的目的。

2) 本文提出的“犁式”电缆地震资料τ-p域鬼波压制方法有效压制了鬼波的影响，拓展了地震频带宽度，提高了地震资料分辨率。

3) 应用效果表明，“犁式”电缆宽频地震资料在地震分辨率、波阻特征及中深层成像方面均明显优于常规地震资料，并且低频成分丰富，可以有效剔除鬼波导致的假象，使储层反演结果更加准确可信，这在一定程度上解决了南海深水区宽频地震信息获取的难题，填补了国内海洋深水宽频地震勘探技术的空白。

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(编辑：冯 娜)

The acquisition and process method of marine plow cable streamer seismic data

Liu Chuncheng Jiao Zhenhua Guan Xizhu Tao Jie

(CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China)

The broadband marine seismic exploration technology is an important method to solve medium-deep structural imaging, improve seismic resolution and realize high precision exploration. However, due to the constraints of the marine seismic acquisition mode, the broadband seismic data is difficult to be obtained. The traditional streamer seismic acquisition affected by the ghost of free surface causes the problem of frequency trap. In this paper, a plow cable acquisition technology is designed with full consideration of the character of cable with different depths. Using the feature of different frequency traps with different depths, the broadband seismic is obtained, thus achieving the purpose of broadband acquisition. Meanwhile, aτ-pdomain ghost suppression method of plow cable seismic data is developed, which effectively suppresses the ghost wave effect, expands the seismic frequency band width, and improves the resolution of seismic data. The application in deep water area of the South China Sea indicates that broadband seismic data obtained by this method is superior to the conventional seismic data in the seismic resolution, wave impedance characteristics and the medium-depth imaging, which can effectively eliminate the illusion caused by the ghost, obtaining more accurate and reliable results of reservoir inversion. This technology solves the problem of broadband seismic data obtaining, and fills a domestic gap in deep water broadband seismic exploration.

broadband seismic；plow cable acquisition；τ-pdomain ghost suppression；deep water area of the South China Sea

刘春成，男，教授级高级工程师，中国海洋石油总公司勘探专家，从事地球物理技术研究与应用。地址：北京市朝阳区太阳宫南街6号院(邮编：100028)。E-mail：liuchch@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)05-0001-07

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.05.001

TE132.1

A

2016-02-26 改回日期：2016-05-23

*“十二五”国家科技重大专项 “南海深水区油气勘探地球物理关键技术(编号：2011ZX0525-001)”部分研究成果。