南海南部深水区低品质地震资料处理关键技术

doi:10.11720/wtyht.2019.1007

南海南部深水区低品质地震资料处理关键技术

张治忠¹, 谢岚², 陈华¹, 覃殿明¹, 何秋寒³, 赵明¹, 常坤¹

1. 中海油田服务股份有限公司湛江分公司,广东湛江 524057

2. 中海油田服务股份有限公司油田技术事业部资料解释中心,河北燕郊 056001

3. 中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江 524057

The key technologies for the processing of low-quality deepwater block seismic data in southern South China Sea

ZHANG Zhi-Zhong¹, XIE Lan², CHEN Hua¹, QIN Dian-Min¹, HE Qiu-Han³, ZHAO Min¹, CHANG Kun¹

1. Zhanjiang Branch,China Oilfield Services Co.,Ltd.,Zhanjiang 524057,China

2. China Oilfield Services Limited Well Tech. Data Processing & Interpretation Center Dept.,Yanjiao 056001,China

3. Zhanjiang Branch,CNOOC Ltd.,Zhanjiang 524057,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2018-01-5 修回日期: 2019-04-22 网络出版日期: 2019-06-20

基金资助:

中国海洋石油总公司科技项目“莺歌海中深层气藏高分辨率储层预测应用研究”. CNOOC-KJ135KJXMNFGJ2017-06

Received: 2018-01-5 Revised: 2019-04-22 Online: 2019-06-20

作者简介 About authors

张治忠(1987-),男,硕士,主要研究方向为油气地球物理。Email:zhangzhzh7@cnooc.com.cn 。

摘要

中国南海南部深水区勘探前景广阔,但地震资料极其稀少且品质低。针对中国南海南部深水某区块原始地震资料采集于20世纪70年代、无导航文本、海底记录时间不确定、缺道严重及电缆短的品质限制,造成该区仅有的纸质成果剖面上多次波严重、信噪比低、地层构造形态模糊问题,探索出一套适合于工区地震资料处理的关键技术:采用导航重构技术解决无导航文本问题;采用自相关海底拾取技术解决海底记录不确定问题;采用限频F-K域插值技术解决缺道问题;采用组合法压制多次波技术解决因电缆短多次波难压制问题。最后处理效果表明关键技术的应用使该区地震资料处理取得了预期效果。这些技术成果不仅为我国南海南部深水的油气勘探提供较可靠的地震资料,同时为类似低品质地震资料的处理提供了可借鉴的思路和技术。

关键词： 南海 ; 深水勘探 ; 低品质地震资料 ; 导航 ; 插值

Abstract

The prospect of exploration in southern South China Sea is widest,but the seismic data are very rare and the quality is low.The deepwater block seismic data in southern South China Sea are constrained by low quality seismic data acquired in the 1970s,characterized by no navigation text,time uncertainty of record about seabed,serious lack of traces and very short cable,which results in unique seismic processing results with serious multiples,low signal-to-noise ratio and illegibility of stratigraphic structure record on paper.To solve these problems,the authors use and develop a set of key technologies that are suitable for seismic data processing in this area,such as using navigation reconstruction technique to solve the problem of lack of navigation text,using self-correlation technique to solve the problem of seabed records uncertainty,using the frequency limited F-K domain interpolation technique to solve the problem of lack of traces,using combination multiples suppression technique to solve the problem of multiples suppression caused by short cable.The final results show that the applications of key technologies make the seismic data achieve expected effect in this area.These technological achievements not only provide reliable seismic data for deepwater oil and gas exploration in southern South China Sea but also provide some ideas and techniques for similar low-quality seismic data processing.

Keywords： South China Sea ; deepwater exploration ; low-quality seismic data ; navigation processing ; trace interpolation

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本文引用格式

张治忠, 谢岚, 陈华, 覃殿明, 何秋寒, 赵明, 常坤. 南海南部深水区低品质地震资料处理关键技术. 物探与化探[J], 2019, 43(3): 576-583 doi:10.11720/wtyht.2019.1007

ZHANG Zhi-Zhong, XIE Lan, CHEN Hua, QIN Dian-Min, HE Qiu-Han, ZHAO Min, CHANG Kun. The key technologies for the processing of low-quality deepwater block seismic data in southern South China Sea. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2019, 43(3): 576-583 doi:10.11720/wtyht.2019.1007

0 引言

从近十年我国海洋石油勘探的趋势来看^[1],随着近海勘探程度逐步提高,大型油气田发现的难度越来越大,对国家油气储量增长贡献势头必将有所减缓。然而南海南部深水区油气资源蕴藏量大,其资源占有量相当于全国海洋所含油气总量的一半,约为南海北部海域油气总量的3倍^[2]。但南海南部深水勘探开发程度还远远低于南海北部。随着我国国民经济持续稳定发展,国家对能源的需求逐年增加,南海南部深水油气勘探也开始逐步提上议程。

文中所涉及的地震数据就是来自中国南海南部深水区域,该区域属于南海重要的新生代含油气盆地之一。盆地位于越东—万安断裂西侧,其地质演化特点为早期剪切拉张、中期剪切挤压、后期海域沉降,具有明显的多幕式构造沉降特征^[3,4],是我国南海较为典型的走滑拉张盆地。

从收集的资料整理发现,该区地震资料采集来自20世纪70年代,是该区域唯一有记录的地震资料,因此,这些地震资料显得弥足珍贵。但地震资料受深水崎岖海底、复杂构造影响本身品质极差^[5],主要存在以下四方面问题:

1)地震资料无直接导航数据或文本,且没有参考坐标,地震处理剖面难以闭合;

2)原始数据采集时,磁带记录没有记录海底反射之前的数据,造成处理结果剖面上的海底反射时间不对,而海底时间不对将使多次波压制时海底模型不准。

3)在数据转储过程中,磁带掉磁严重,造成缺炮、缺道;

4)观测系统设计存在缺陷,即电缆短,最大偏移距小,炮间距和道间距大,覆盖次数低,设计理论覆盖次数仅12次。这为噪声、多次波的分析及压制带来诸多困难,如空间采样(道间距、炮间距)大使多道模块应用受限。

如上所述,该区地震资料有品质低、信息缺失等问题,为解决这些问题,文中确立了一套深水低品质地震资料处理的关键技术,使老资料重新处理后获得了理想的应用效果。

1 低品质地震资料处理关键技术

针对南海南部深水区地震资料的特点,经过反复处理试验,建立了一套有导航数据重构、近道自相关求取海底、F-K域插值、组合法多次波衰减的地震资料处理关键技术和方法。

1.1 导航数据重构

由于收集到的地震资料缺失UKOOA P1/90格式的地震导航定位数据,在相关资料描述中也没有标注施工现场采用的大地坐标系等重要信息。能够找到与导航相关的资料只有三项:参考测线底图(图1a),从图上能分辨出测线形态;野外采集时船的航向;地震班报,从班报上能够读取少量经纬度信息,个别测线仅有一个经纬度点。以上信息无法正常得到地震导航数据,而没有导航的地震资料处理结果是毫无意义的,所以地震资料处理前必须根据少量导航相关资料重构导航信息。

图1

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图1 导航数据重构方法步骤

a—参考测线底图;b—初始导航测线图;c—剔除异常值后导航测线图;d—最终导航测线图

Fig. 1 Steps of navigation data reconstruction method

a—reference line base map;b—initial navigation line map;c—navigation line map after excluding outliers;d—final navigation line map

重构方法主要是确定三参数组:中央子午线、投影系及大地坐标系^[6]。确定的标准是绘出的测线位置图与参考测线底图匹配上,并且地震数据赋上导航后要能完全闭合。可仅有参考测线底图、采集航向、班报的情况下,确定出中央子午线、投影系及大地坐标系的工作是非常艰难的。首先,对有少量经纬度的测线进行导航重构:根据参考测线底图筛选三参数组参数,参数确定后用经纬度值绘出初始导航测线图(图1b)并再与参考测线底图进行比较,去掉异常的坐标值(图1c);异常值编辑后寻找拐点,通过参考测线底图测量出拐点前后测线长度的比例,将导航数据按比例划分,划分处即定为拐点坐标;拐点坐标确定后,由炮数确定前后炮坐标,经导航坐标内插外推后即可确定各炮点的平面坐标值(图1d)。然后,对仅有一个经纬度值的测线进行导航重构:依据原始地震班报标注的航向,以该点的坐标值为基础,进行其它各个坐标值推导计算;其后处理方法与前面少量经纬度测线导航处理方法一样。重复上述步骤,对各测线逐条逐点地进行坐标换算、对比和验证,得出该批地震资料UKOOA P1/90格式的地震导航定位数据文件。

最终生成的导航测线图与参考测线底图十分吻合(图1a、1d),其准确性得到了地震剖面数据闭合的验证(如图2)。图2中黄线所指测线闭合的位置,同相轴可连续追踪,说明地震剖面闭合良好,导航数据重构无误。

图2

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图2 导航信息重构后的地震处理剖面闭合图

Fig. 2 Seismic processing section closure diagrams after reconstruction of navigation information

1.2 海底反射界面的确定

原始数据采集时,为节省存储空间,数据在记录时没有记录海底反射旅行时以上的数据,而班报没有注明从何时开始记录,也没有海底深度值记录,所以也无法由深度值换算出海底反射旅行时。因此,初叠剖面的海底存在明显错断,造成垂直断层假象。如图3a中黑色箭头指位置,海底记录时间不准造成连续海底出现垂直错断现象,所以必须进行海底反射旅行时校正。

图3

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图3 海底界面反射时间校正前后叠加剖面对比

a—海底校正前初叠剖面;b—自相关海底校正后初叠剖面

Fig. 3 Comparison of stack sections before and after reflection time correction of sea bottom interface

a—Stack section before reflection time correction of sea bottom interface;b—Stack section after reflection time correction of sea bottom interface by autocorrelation

由地震波反射理论可知:在叠加剖面上,全程一次多次波旅行时正好为海底反射旅行时两倍,并且两倍关系在近道上表现更加准确,因此可由数据近道自相关分析^[7](如图4)来获得海底反射旅行时。在进行自相关时,最好选取两条交叉线,在交点处两条线各选择一段近道剖面做自相关,并且在自相关之前先用水速做动校使近道剖面变为零偏移距剖面,这样海底与一次全程多次波时间上更符合二倍关系;然后,再设定一个包含全程一次多次波在内的时窗进行自相关处理,该时窗不包含全程二次多次波;最后,在自相关剖面上拾取海底。

图4

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图4 近道地震数据自相关剖面

Fig. 4 Near-channel autocorrelation profile of seismic data

图4中连续性最好、能量最强的同相轴(图中箭头所指处),即海底与海底的一次全程多次波相关而得到的同相轴,它所表示的时间就是海底的双程反射时间。假设图4中箭头所指位置是第500炮,时间是300 ms,则300 ms就是该炮点对应的准确海底反射旅行时。如果之前该炮点海底记录时间是20 ms,那么应该将它的海底记录时间再向下校正280 ms。同样可将所有炮集记录的海底反射旅行时完成校正,最终得到正确的初叠加剖面(图3b)。

由于该方法由数据本身驱动计算海底反射旅行时,所以也可用于无班报、采集参数缺失的地震资料,其准确性远高于由直达波、海底速度分析方法所推算的海底反射旅行时。同时,该方法也可验证班报上枪深、缆深与延迟时记录的准确性。

1.3 F-K域插值处理

该区块数据采集时间久远,受采集技术的限制,原始数据缺炮较多。另外,储存至今,磁带上部分原始数据无法解编出来,并且在数据解编过程中产生了掉磁相关的噪声,致使数据坏炮增多。与此同时,地震数据采集设计时,道间距设定为50 m、炮间距也设定为50 m。可见该批地震资料炮间距、道间距相对常规资料空间采样较大,而空间采样较大对地震处理而言是不利的。如道间距过大,使多道模块应用受到限制, 给噪声、多次波识别及压制带来困难,同时还会造成地震数据信噪比低、空间假频严重^[8]等问题(如图5a)。

图5

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图5 不同道插值方法效果对比

a—原始炮集;b—F-X域插值后炮集;c—F-K域插值后炮集

Fig. 5 The effects of different channel interpolation methods

a—Initial shot gathers;b—Shot gathers after interpolation in F-X domain;c—Shot gathers after interpolation in F-K domain

为了弥补原始数据自身缺陷,对数据分别进行道间与炮间插值,缩小道间距与炮间距。首先对F-X域插值^[9]处理方法进行了测试,F-X域插值的前提是假设原始资料具有比较高的信噪比,测试结果是插值后中深层信号产生了假频化噪声,这些噪声严重干扰了有效波同相轴。产生噪声主要是因为该工区地震资料采集设计时将低截频定为12 Hz,致使低频缺失较多,这种带阻的地震资料信噪比较低,因此F-X域插值后的数据上出现了强噪声。然后对F-K域插值方法也进行了测试,其假设条件是地震数据信号频率控制在空间假频范围内^[10],本工区地震数据能够满足F-K域插值方法的假设条件,判断依据如下。

查班报可知,该工区地震资料采集的低截频为12 Hz,而分频扫描分析得到工区地震资料有效信号最高频率为50 Hz左右。由此可知工区地震数据信号频率范围为12~50 Hz。已知有效信号最大频率,可进一步求取工区产生空间假频时道间距最大值:

(1)

Δ x_{s} \leq v_{in} / (4 f_{\max} \sin θ),

式中:V_in表示地层速度,约4 500 m/s;f_max表示有效信号最大频率,约50 Hz;θ表示地震反射层倾角,约30°。将各参数代入式中,计算出产生空间假频时道间距最大值约为50 m。该值与工区地震数据道间距基本吻合,表明了本工区地震数据满足F-K域插值假设条件。

F-K域插值在工区实际应用中,为了满足假设条件可以适当调整地层速度、有效信号最大频率、反射层倾角三个关键参数。经这三个关键参数调整后,从如图5c的 F-K域插值结果分析,除深层产生有随机噪声外,并未出现图5b中的假频化噪声,而这些随机噪声对最终的叠加剖面几乎没有影响。因此炮间插值也同样选择F-K域插值。完成以上道间、炮间插值后使原始数据道间距缩小四倍,炮间距缩小两倍。最终道间插值后使多道模块能够有效应用,噪声、多次波的识别及衰减效果得到提高,同时炮间插值后增加了覆盖次数,在信噪比得到提高的同时也避免了空间假频影响偏移效果的问题。

1.4 组合法压制多次波

在插值后的炮集上,噪声、多次波能够很好地分辩。噪声处理可按常规处理进行,但多次波压制却不同于常规资料处理。因为原始资料采集时,电缆极短,较目前常用6 000 m电缆少4 700 m,所以远道位置有效波与多次波经动校之后时差很小,几乎不能区分开来。这表明,采用传统速度滤波方法^{[11,12,13,14,15,16]} Radon来压制多次波,将得不到理想效果,而采用基于声波波动方程的SRME方法来压制多次波,其效果较好。

SRME是通过地震数据褶积来预测多次波模型。数据褶积可预测出所有阶次的多次波模型。最后由均衡多道最小二乘自适应匹配滤波来衰减多次波。下列公式是Verschuur^[17]在Berkhout^[18]和Verschuur^[19]的基础上给出的海上二维采集的多次波预测和自适应相减所用公式:

(2)

M^{(n)} (ω, x_{γ}, x_{s}) = \sum_{x_{k}} p_{0}^{(n - 1)} (ω, x_{γ}, x_{k}) \times p (ω, x_{k}, x_{s}),

(3)

P_{0}^{(n)} (ω, x_{γ}, x_{s}) = P (ω, x_{k}, x_{s}) - A (ω) M^{(n)} (ω, x_{k}, x_{s}),

(4)

P_{0}^{(0)} (ω, x_{γ}, x_{s}) = P (ω, x_{k}, x_{s}) 。

这里,P(ω,x_γ,x_s)代表频率域地震数据; $P_{0}^{(n)}$ (ω,x_γ,x_s)代表经过n次迭代后的有效波数据;A(ω)代表自适应算子。第一次迭代中,原始数据作为有效波代入式(4)。通过将原始数据与自身进行时空褶积,所有的子反射就“被褶积”在一起,从而预测出多次波模型。

虽然SRME可以压制大部分多次波,但预测出的多次波模型由于缺少近偏移距信息,与数据上多次波在近偏移距上时间及振幅有微小差异,所以多次波衰减后会有残留。为此,引入了SWMA多次波压制技术与SRME组合来压制多次波,SWMA技术有效弥补了SRME的不足,它们的组合使压制多次波效果更佳。

SWMA技术是基于地震数据τ-ρ域周期性^[20]的波场延拓预测多次波模型。该技术预测多次波时不需要近偏移距信息,通过近偏移距地震数据延拓就可得到近偏移距地震数据多次波。因此SWMA多次波压制技术可与SRME多次波压制技术形成良好互补,使SRME多次波压制后残留多次波得到较为理想的衰减。

由于SWMA多次波压制技术多用于浅水多次波压制,而在深水应用中,需将浅水水层常水速 1 500 m/s改为深水水层平均速度,深水水层平均速度是应用海底校平法求取的,本工区求取到的平均水速为1 485 m/s,这与深水水层速度实际情况更加吻合。通过水速的调整,使SWMA多次波压制技术很好地适应于深水区多次波压制,这种方法称为改进后的SWMA多次波压制技术,该技术的核心依旧是应用水速与海底计算出水层反射时间,对地震数据按水层反射时间延拓而得到多次波模型。

将改进后的SWMA多次波压制技术与SRME多次波压制技术组合应用,既克服了工区地震资料电缆短、偏移距小多次波难压制问题,又较好地解决了多次波残留问题。图6a和图6b是应用SRME方法压制多次波前后的叠加剖面和道集,图6b中多次波衰减明显,叠加剖面信噪比提高,有效波波组特征清楚;从速度谱上看,大部分多次波得到明显衰减。之后,再应用SRME与改进后SWMA组合方法进行多次波压制(图6c),从叠加剖面和道集上分析,剖面信噪比进一步提高,说明残留多次波减少;从速度谱上看残留多次波(图6b中ⅱ)得到了很好的衰减,突出了有效波反射波组。同时在图6b中ⅰ不易察觉的残余多次波也进一步得到了压制,因此,图6c中ⅰ的能量团变得更聚焦。

图6

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图6 SRME与改进后SWMA组合压制多次波

a—多次波压制前叠加剖面(左)、道集(中)、速度谱(右);b—应用SRME多次波压制后叠加剖面(左)、道集(中)、速度谱(右);c—应用SRME与改进后SWMA组合法压制多次波后叠加剖面(左)、道集(中)、速度谱(右)

Fig. 6 SRME combined with improved SWMA for multiple suppression

a—Stack section(left)、CDP(mid)、velocity spectrum(right) before multiple waves suppression;b—Stack section(left)、CDP(mid)、velocity spectrum(right) after multiple waves suppression by the SRME;c—Stack section(left)、CDP(mid)、velocity spectrum(right) after multiple waves suppression by the SRME combined with improved SWMA

2 应用效果分析

对南海南部区块低品质地震资料处理应用上述关键技术,获得了很好的处理效果。图7和图8是新老成果对比剖面。

图7

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图7 新(b)老(a)成果剖面对比

Fig. 7 Comparison of new(b) and old(a) stack sections

图8

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图8 新(b)老(a)成果剖面对比

Fig. 8 Comparison of new(b) and old(a) stack sections

图7a是老的地震处理成果剖面,图7b是在导航重构、海底校正、道插值处理后的新成果剖面。可以看出,新处理剖面信噪比更高,地层接触关系、构造形态更明确(图7b中左侧圆圈所指),多次波压制效果明显,有效波同相轴更连续,波组特征更清楚,对有效层位识别更有利。

图8是另一条地震处理剖面。图8a是纸质老成果剖面,经扫描、拷贝已经部分失真,对该区地质构造研究意义仅有指示作用,满足不了勘探研究需要。而新处理的成果剖面(图8b)信噪比远高于老成果剖面(图中箭头所指),多次波压制更好(图中圆圈所指)。因此,新处理成果剖面能够为后续的解释、特殊处理、反演提供可靠的基础资料。

3 结论

针对南海深海海域早期所采集的无导航文本、海底位置错误、空间采样(道间距、炮间距)过大、电缆极短等前提条件下的地震数据,通过不断摸索和创新,确定出一套适合于该区的处理关键技术,并取得了较好的处理效果。

1)完善了缺失UKOOA P1/90格式的地震导航定位数据的处理。以参考测线底图为基石,以包含中央子午线、投影系及大地坐标系的参数组进行不同参数的试验、筛选,以测线闭合验证导航文本的正确性,最终保证室内处理数据与野外采集数据位置对应无误,使地震资料处理有实际意义;

2)自相关法确定海底反射时间。以近道地震数据海底时间与海底一次全程多次波时间倍数关系为基础,准确定位出了海底;

3)限频F-K域插值改善道距过大问题。调整F-K域插值技术关键参数:地层速度、有效信号最大频率、反射层倾角,使实际数据满足其应用假设条件,完成高保真插值。该技术应用为该区叠前去噪、多次波衰减打下了坚实基础;

4)改进后SWMA与SRME组合压制多次波。灵活应用两项技术的优势进行互补,有效压制近偏移距残留多次波。该组合法对电缆极短的地震资料数据处理有很强针对性,且对最终成像有举足轻重的作用。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

牛华伟, 郑军, 曾广东 .

深水油气勘探开发进展及启示

[J]. 海洋石油, 2012,32(4):1-6.