柴达木盆地尖顶山地区低频可控震源“两宽一高”地震资料处理关键技术应用研究

周锦钟,张金海,牛全兵,张惠瑜,王海峰,朱波,李丽，尹思,王娜

(1.中国石油青海油田分公司 勘探开发研究院,甘肃 敦煌 736202;2.中国石油测井有限公司生产测井中心,陕西 西安 710200)

0 引言

随着油气勘探开发节奏的加快，近年来地球物理勘探技术得到了长足的进步。但随着勘探开发工作的进一步深入，油气勘探开发面临的地质目标更加复杂、对象更加隐蔽，需要开展针对复杂油气藏的新一轮地震勘探技术攻关。地震勘探技术也由原来的常规三维发展到低频可控震源“两宽一高”三维[1-4]。“两宽一高”地震指宽方位、宽频带和高密度的地震采集。其中宽方位观测，可以提高成像精度，有利于识别小断裂；宽频地震，低频穿透能力较强，衰减慢，有利于深层和基底资料成像；高密度地震，炮道密度加大，资料覆盖次数增加，信噪比提高[5-7]。

尖顶山位于柴达木盆地阿尔金山前带油气有利带，东为东坪鼻隆构造，西邻南翼山、小梁山，北靠阿尔金山，南接大风山构造，工区整体地势比较平坦。但尖北构造主体部位资料品质相对较差，基底反射不清，基岩等主要目的层圈闭无法准确落实，侏罗系地层不能精细追踪，制约了勘探部署。2016年尖北钻探的尖探1井获得高产工业气流，油气来源于高—过成熟阶段的侏罗系煤型气，揭示了该区良好的勘探前景。为了进一步扩大阿尔金山前带勘探成果，2017年在柴达木盆地部署了采集史上最大的尖顶山三维，满覆盖面积501 km2。

前期尖顶山采集的地震资料覆盖次数低，组合大，排列短，造成中深层资料品质差，基底反射不清。随着“两宽一高”采集技术的不断成熟和推广，接收道数和排列增长，道距和面元缩小，覆盖次数增加，低频信息丰富，空间假频少，记录的波场信息更加完整。针对该区的特点以及目前技术的发展现状，为解决该区的地质问题，2017年采用了低频可控震源激发的三维地震勘探技术，获得了“两宽一高”的地震采集数据。本文以此为基础，分析了可控震源资料固有的特征和处理难点，采用了低频可控震源噪声压制技术、宽频处理技术以及偏移距矢量片(offset vector tile,OVT)域宽方位处理技术，基岩成像效果较好，为后续的高精度储层预测和含气性检测奠定了基础。

1 原始资料分析

2017年尖顶山三维可控震源采集参数为6炮28线，单只检波器接收，覆盖次数728次，面元尺寸为15 m×15 m，炮道密度大；邻区2007年采用常规的三维观测系统，炸药激发，组合检波器接收，8个排列接收，覆盖次数88次，面元尺寸为15 m×30 m。表1为常规观测系统和“两宽一高”观测系统具体采集参数的对比。

图1是低频可控震源“两宽一高”和常规三维地震采集的原始资料对比，从单炮和频谱图可以分析。

表1 “两宽一高”和常规三维地震观测系统对比Table 1 “Two-wide and one-high” and conventional three-dimensional seismic observation system comparison

a—常规三维原始单炮;b—“两宽一高”三维原始单炮;c—常规三维地震资料频谱;d—“两宽一高”三维地震资料频谱a—conventional three-dimensional original single shot;b—"two-wide and one-high" three-dimensional original single shot;c—conventional 3D seismic data spectrum;d—"two-wide and one-high" 3D seismic data spectrum图1 常规三维地震采集与“两宽一高”三维地震采集单炮及频谱对比Fig.1 Conventional 3D seismic data and “two-wide and one-high” 3D seismic data single shot and spectrum comparison

1)信噪比：从图1a和图1b单炮记录可以看出，邻区常规三维地震资料整体信噪比较高，仅发育面波及浅层折射，干扰波比较单一；而该区“两宽一高”的资料整体信噪比较低，除了发育面波及浅层折射外，还可见强能量异常振幅、强谐振干扰以及滑动扫描所导致的外源干扰，干扰波比较复杂。

2)频率：在1 500～2 000 ms的时窗范围内，针对原始资料单炮记录有效波频带范围进行了频谱分析。从图1c和图1d二者的频谱分析可以看出，在14 dB范围内，常规采集的单炮记录有效波频宽在7～23 Hz，低频可控震源采集的单炮记录有效波频宽在6～49 Hz。低频段两种方法采集的单炮记录相当，而高频段低频可控震源采集的资料有效频带更宽一些。

2 “两宽一高”地震数据处理关键技术及思路

针对“两宽一高”地震资料的特点和优势[8]，在处理中主要从低频保幅去噪、低频补偿及OVT域宽方位处理三方面考虑。基本思路是在保幅、保真、保护低频信号前提下，采用多域及串联去噪方法，对噪声逐步压制，提高信噪比；利用地表一致性反褶积尽可能消除子波的差异，预测反褶积拓宽频带、提高主频，在叠前时间偏移后进行低频补偿；开展OVT域宽方位处理，消除方位各向异性所引起的剩余时差，使波组特征成像更清晰，小断裂识别更清楚。

2.1 低频可控震源噪声压制技术

由于低频可控震源噪声异常发育，采用分频、分域的去噪[9-11]思路，利用叠前去噪与振幅处理合理搭配，反复迭代，保护低频有效信息不受损害。

该区主要存在低频低速的面波及浅层折射等线性相干噪声。三维地震数据相干噪声的衰减需要通过非纵距校正处理，消除非纵距对地震数据传播时差的影响，处理后的三维远排列相干噪声同相轴就变成了线性分布，类似于近排列相干噪声的分布。

三维地震数据由于远排列相干噪声同相轴大部分成抛物线分布，有效信号和相干噪声倾角很难准确选取。在去噪的过程中，首先，要分析不同类型相干噪音的波形特征，对去噪前地震数据进行分频处理，确定相干噪声的频率范围；然后，根据相干噪声在时间和空间上的分布范围，确定最大、最小炮检距及其对应的时间；最后，判断相干噪声的最小和最大视速度范围。经过反复试验，在保护去噪范围以外的地震数据波形特征前提下，确定了地震数据相干噪声的主频和视速度大小及范围。

从图2a和图2b噪声压制前后剖面对比可以看出，面波、线性干扰及异常振幅得到了很好地压制，信噪比明显提高，同相轴更加连续。在1 600～2 200 ms的时窗范围内，针对噪声压制前、后叠加剖面有效波频带范围进行了频谱分析。从图2c噪声压制前后频谱(其中蓝线代表噪声压制前频谱，红线代表噪声压制后频谱)对比可以看出，高低频曲线吻合较好，有效波频带范围在6～72 Hz，有效信号频率基本没有损失，噪声的能量得到了削减，较好地保护低频。

2.2 “两宽一高”资料的宽频处理

由于受激发接收及地层吸收衰减等因素的影响，尽管低频穿透能力强，但是反射的低频能量在接收过程中难免会有不同程度的损失，这不利于中深层及基底成像。对该区原始资料进行频率扫描分析，有效频带范围内，低频成分在3 Hz左右。而低频信息对后续的地震综合解释储层预测与含气性检测起到至关重要作用，因此，需对低频能量进行合理的补偿[12-13]。

本文宽频处理[14-15]主要体现对叠前时间偏移资料进行低频补偿。采用地震子波估计的地震数据驱动自适应补偿方法，该低频补偿方法可以保持高频成分不变，仅对低频信号进行拓宽。其补偿原理是：在进行低频补偿之前，需要先对叠前时间偏移资料做频谱分析，以确定低频补偿的起始频率和结束频率。起始频率一般为有效信号的最低频率，结束频率一般应大于地震数据的峰值频率。在资料信噪比较高的区域选取大时窗，以此来估算补偿算子。通过估算地震数据的地震子波、并拓宽其低频范围，达到补偿地震数据低频信号的目的。

图3a和图3b是对叠前时间偏移剖面进行低频补偿前后对比剖面；图3c和图3d是对叠前时间偏移数据进行低频补偿前后的频谱曲线。从低频补偿前后频谱曲线来看，低频补偿前的有效信号最小频率在6 Hz左右，低频补偿后，有效信号低频信息拓展到3 Hz。

2.3 OVT域宽方位处理

OVT是十字排列道集的自然延伸，是十字排列道集中的一个数据子集。每个OVT都有限定范围的偏移距和方位角[16-17]，能够得到更准确的方位速度，有利于方位各向异性分析、裂缝检测及方位相关的属性提取。在不考虑速度各向异性的情况下，各向同性OVT域叠前时间偏移就是限制了炮检距和方位角的常规叠前时间偏移，而这种常规的叠前时间偏移方法，分扇区处理没有方位信息，容易引起方位速度分析的不确定性，从而导致偏移后归位的不准确，小断层不能很好地刻画出来。另外OVT域叠前时间偏移形成的CRP道集道数多，整体能量比较均衡，近、中、远道能量趋于一致， 能够真实地反映AVO响应；而常规叠前时间偏移共反射点CRP道集道数少，中间能量强，近、远道能量弱，不能真实地反映地下反射能量的空间变化，这与炮检距分组有关，这是共炮检距方法固有的弊端。

经过OVT域叠前时间偏移后的CRP道集反射同相轴基本上是平的，但还存在一些波动或扰动扭曲(参考图4)，这种扰动是方位各向异性造成的剩余时差。通过求取剩余时差、相关系数及叠前时间偏移速度场，来估算方位各向异性参数，包括快波速度场、慢波速度场和慢波方位3个参数。

由方位各向异性反演出的快波速度场、慢波速度场以及慢波方位和成像速度，来消除同一共中心点道集内由于炮检方位角差异所造成的反射波剩余旅行时差，即将包含有方位各向异性剩余时差的地震道反射波旅行时校正为零炮检距处的反射波旅行时，完成方位各向异性剩余时差校正[18-20]。OVT域叠前时间偏移完成后所形成的道集即为蜗牛道集。因为这种道集按螺旋方式排列，每一圈都具有相同的偏移距，每旋转一周，方位角360°循环一次。因其形似蜗牛，因此将排序后的道集称为蜗牛道集。 图4a和图4b是OVT域叠前时间偏移后的方位各向异性校正前后蜗牛道集的对比。

图4中深蓝粗线表示偏移距的变化，浅蓝细线表示方位角的变化，偏移距从左到右依次递增，方位角在0～360°范围内变化。由于受方位各向异性的影响，在信噪比比较高的区域，校正前的蜗牛道集存在波浪形曲线形状，这种波浪形曲线的顶点和底点分别代表裂缝的走向和垂直方向。不同方位传播速度不一样，地震波平行裂缝传播速度最快，垂直裂缝传播速度最慢。在此，对裂缝的判断在处理上只能通过快慢波传播的方位定性判断。如果要对裂缝进行定量判断的话，还需通过频率、振幅等地震属性进行详细分析。 通过方位各向异性校正后，蜗牛道集扭曲抖动现象得到了消除，同相轴得到了校平，连续性明显改善。

a—噪声压制前叠加剖面;b—噪声压制后叠加剖面;c—噪声压制前后叠加剖面频谱对比分析a—stacking profile before noise attenuation;b—stacking profile after noise attenuation;c—comparative analysis of stacking profile spectrum before and after noise attenuation图2 噪声压制前后叠加剖面及频谱对比Fig.2 Stacking profile and spectrum comparison before and after noise attenuation

a—低频补偿前叠前时间偏移剖面;b—低频补偿后叠前时间偏移剖面;c—低频补偿前叠前时间偏移频谱;d—低频补偿后叠前时间偏移频谱a—prestack time migration profile before low frequency compensation;b—prestack time migration profile after low frequency compensation;c—prestack time migration spectrum before low frequency compensation;d—prestack time migration spectrum after low frequency compensation图3 低频补偿前后叠前时间偏移剖面及频谱对比Fig.3 Prestack time migration profile and spectrum comparison before and after low frequency compensation

a—方位各向异性校正前蜗牛道集;b—方位各向异性校正后蜗牛道集a—snail gather before azimuth anisotropy correction;b—snail gather after azimuth anisotropy correction图4 方位各向异性校正前后蜗牛道集Fig.4 Snail gather before and after azimuth anisotropy correction

3 “两宽一高”资料成像效果对比

图5a和图5b是该区常规叠前时间偏移剖面和OVT域叠前时间偏移剖面效果对比，图5c和图5d是该区常规叠前时间偏移切片和OVT域叠前时间偏移切片效果对比。从图5可以看出，OVT域叠前时间偏移成像效果在以下几方面得到提高，浅层反射波组特征明显改善，断裂面成像清晰，地层接触关系清楚。

a—常规叠前时间偏移剖面;b—OVT域叠前时间偏移剖面;c—常规叠前时间偏移切片;d—OVT域叠前时间偏移切片a—conventional prestack time migration profile;b—OVT domain prestack time migration profile;c—conventional prestack time migration slice;d—OVT domain prestack time migration slice图5 常规叠前时间偏移与OVT域叠前时间偏移剖面及切片对比Fig.5 Conventional prestack time migration and OVT domain prestack time migration profile and slice comparison

4 结论和认识

1)低频可控震源“两宽一高”采集的地震资料低频信息丰富，通过叠前保幅去噪技术、低频补偿的宽频带处理技术，有效频带得到拓宽，有利于提高叠前含气检测的准确率，提高了资料的纵向分辨率。

2)OVT域宽方位处理技术保留了偏移距和方位角信息，不但丰富了方位各向异性的属性分析，而且为后续的裂缝预测和AVO分析提供了基础数据。

3)采用了OVT域叠前时间偏移成像方法，提高了绕射波归位效果。尖顶山和尖北构造主体形态落实，构造细节较清楚，基底断点接触关系较合理，断裂展布明确。