東海西湖凹陷深層三維地震采集技術探討

陳茂根，牛華偉，劉 苗，朱寶衡，李玉劍，蔣 涔

（中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司，上海 200120）

西湖凹陷是東海陸架盆地油氣勘探的重點地區，油氣勘探潛力巨大，目前已發現的油氣田主要集中在保俶斜坡帶和中央背斜帶（圖1）。早期以淺部構造勘探為主。隨著勘探開發進程不斷深入，勘探對象逐漸轉向中深層巖性、構造-巖性復合圈閉以及潛山目標，面向深層開展“二次勘探”，取得了重大突破[1-3]。

圖1 研究區在東海西湖凹陷位置縮略圖Fig.1 Location map of study area in Xihu Sag,East China Sea

西湖凹陷主體部位實現了常規單船窄方位拖纜（Narrow Azimuth Towed Streamer，簡稱 NATS）三維地震的全覆蓋。NATS 三維采集具有電纜短、沉放淺、覆蓋次數低、方位窄等特點，難以滿足對深層復雜目標刻畫和地質評價的需求。2015 年起，在一些重點油氣田區開展了多種拖纜寬方位（Wide Azimuth Towed Streamer，簡稱 WATS）二次三維地震采集探索，期待通過減小面元、增加覆蓋次數和方位等優化采集參數手段，增強對深層復雜地質體照明度，以進一步提升深層資料品質[4-6]。HY 區采用三船四源雙航次斜纜采集方式，采集方位較寬。在BT 區采用小面元、長偏移距的雙船四源單航次平纜采集方式，采集方位較窄。針對兩種典型WATS 采集方式，開展觀測系統屬性對比分析，通過不同方位數據對深層成像貢獻對比分析，揭示其優勢和不足。同時與三維海底節點（Ocean Bottom Node，簡稱OBN)采集新技術進行類比分析，提出下步西湖凹陷深層三維地震采集技術建議。

1 深層地質特征及挑戰

保俶斜坡帶（圖2）深層勘探對象有：（1）始新統平湖組構造-巖性復合圈閉；（2）始新統寶石組構造、巖性圈閉；（3）基底潛山圈閉。前者是目前勘探開發的主要對象，后兩者是勘探潛力方向。鉆井證實，斜坡帶平湖構造帶平湖組具有發育橫向連片、縱向疊置大型巖性油氣藏群的潛力。平湖組下段主要為邊緣海半封閉海灣沉積環境，發育受潮汐作用影響的潮坪、三角洲沉積體系。巖性以砂泥煤互層為主。砂巖厚度多小于15 m，局部夾有厚層砂，厚度達30 m。薄煤層頻繁分布，厚度僅為1～3 m。目的層埋深3 500～4 500 m。深層壓實效應明顯，儲層物性相對較差，孔隙度平均10%，滲透率1 ×10?3μm2，局部發育甜點。

中央背斜帶主要目的層系為漸新統花港組，發育大型辮狀河及三角洲復合沉積體系，砂體厚度大。經歷了拗陷期強烈擠壓反轉，形成了壓扭反轉斷層和大型反轉背斜，發育大型構造-巖性復合圈閉（圖3）。儲層物性復雜。以中央背斜帶HY 氣田為例，花港組H3-H4 為中孔-中滲儲層；H5 及以下為中低孔-低滲儲層；低滲儲層非均質性強，多期復合河道砂體遷移疊置。

已有NATS 三維地震資料品質較差，深層信噪比低，能量弱，波組特征不明顯，頻帶窄，分辨率不足（圖2、圖3），給深層儲層描述、目標刻畫和評價等帶來很大不確定性，進而成為制約深層油氣勘探開發成效主要困難之一。面臨的主要地球物理挑戰是：（1）深層不同序級復雜斷裂成像質量提升；（2）斜坡帶平湖組含煤薄互層儲層預測，巖性圈閉（側封、尖滅）有效識別和落實；（3）斜坡帶深層寶石組儲層物性預測、構造-巖性復合圈閉識別；基底潛山內幕成像精度提升，探索基底潛山勘探潛力；（4）中央背斜帶花港組多期復合河道疊置砂體識別、不同類型“甜點”儲層預測。

2 西湖凹陷典型WATS 案例分析

2.1 觀測系統

2015 年起，面向深層復雜地質目標，在一些重點油氣田區開展了多樣的WATS 二次三維地震采集探索。觀測系統從復雜到簡單，對投入的船只、航次、震源數、斜/平電纜類型、主輔船位置、面元大小、覆蓋次數、方位等不斷進行調整[4]，目的是探索有效的面向深層的WATS 三維地震采集技術。

首先在中央背斜帶HY 開發區開展了二次三維WATS 先導試驗，采用斜纜寬頻寬方位方式，動用船只較多[5]。后來，不斷減少船只以及航次，逐步形成雙船寬方位采集模式。近年來，在斜坡帶BT 開發區，采用小面元、長偏移距，實施了新的雙船高密度寬方位采集。

表1是HY區、BT區二次WATS以及原一次NATS三維的采集參數。圖4 是HY 區、BT 區二次WATS采集觀測系統示意圖，以及采集到的所有數據的偏移距-方位角分布玫瑰圖。

表1 HY 區、BT 區二次WATS 與原一次2009-NATS 采集參數Table 1 Seismic acquisition parameters of HY-WATS,BT-WATS and 2009-NATS

圖4 HY 區、BT 區二次WATS 采集觀測系統和偏移距-方位角分布玫瑰圖Fig.4 Acquisition geometries and rose diagram of HY-WATS and BT-WATS

HY-WATS 采用的觀測方式是三船四源雙航次寬頻寬方位，采用了業界經典的斜纜寬頻三維采集。主船拖帶10 纜，單纜長度為 6 000 m，纜間距為 100 m，采用全曲斜纜沉放，沉放深度為7～40 m。每航次采用四組震源，主船采用雙震源、兩條輔船各一組，四源交替激發，放炮間距為18.75 m。為了得到更寬的方位數據，每條線施工兩次。輔船震源縱向距離約為3.2～3.3 km，接近電纜中間部位。

從方位-偏移距玫瑰圖上，HY-WATS 方位分布較寬，縱橫比達0.72，炮道密度102 萬道/km2，達到陸地油田單點高密三維的縱橫比大于0.5、炮道密度大于100 萬/km2的經驗指標[7]，但其不足是偏移距-方位地震道分布不均，主要集中在30°方位左右，其它方位的偏移距分布很少，呈現寬而不密特征。

BT-WATS 采用雙船四源單航次高密度寬方位觀測系統。主船拖帶10 根水平電纜，電纜沉放深度12 m，單條電纜長度加長至7 050 m，電纜間距從常規的100 m 減至50 m，由此采集的面元從常規的6.25 m×25 m 減至6.25 m×12.5 m，覆蓋次數從原一次NATS 三維的49 次增加到140 次。主輔船橫向間距為1 000 m，輔船震源與主船震源平行，各有雙震源，四源交替激發，炮間距為 12.5 m。由于采用了小面元和長纜觀測，BT-WATS 炮道密度高達180.48 萬道/km2，但方位分布很有限，橫縱比僅0.17，總體呈現密而不寬的窄方位特征。

綜上所述，與工業界采用的動用更多設備及多次航行的經典WATS 采集觀測系統（如BP 模式）相比[8-9]，從方位和偏移距分布上看，目前西湖凹陷采用的WATS 觀測方式總體方位不夠寬，除了主船方位外，其它方位數據比較稀疏，是非典型簡化版WATS。

2.2 不同方位數據的成像貢獻分析

在HY-WATS 處理中，采用相同的處理流程，對新采集主輔船、原NATS 采集數據進行正交各向異性克?；舴虔B前深度偏移處理（PSDM），然后對偏移數據進行不同方位數據組合，考察不同方位組合對深層成像的貢獻。

圖5 和圖6 分別是HY-WATS 不同方位數據PSDM 疊加對比及信噪比分析圖。與僅包含主船的NAZ 數據相比，加入第一航次的輔船1（NAZ+Gun3）后的信噪比提高明顯，提高約33%；再加上第一航次輔船2（NAZ+Gun3、4），噪聲得到進一步壓制，信噪比再次提高約15%；最后加上第二航次兩條輔船（WAZ=NAZ+Gun3、4、5 & 6），其信噪比提升較小，約5%左右，表明第二航次兩條輔船的性價比較有限（圖6）。但總的來說，比較主船NAZ 數據，隨著輔船帶來的方位增加，數據質量不斷提升。

圖5 HY-WATS 不同方位PSDM 疊加Fig.5 PSDM stacks with different azimuthal combination from HY-WATS

圖6 對應于圖5 中2～4 s 時窗內信噪比分析Fig.6 Signal to noise ratio analysis within time window 2～4 s on Fig.5

對于PSDM 速度建模（包括各向異性模型），長偏移距很重要；但對最終反射波成像的貢獻，不同偏移距是不同的。圖7 是HY-WATS 中不同偏移距的PSDM 成像效果對比，可以看出斷層成像主要來自于偏移距1 000～2 000 m 之間的貢獻。第一航次輔船數據的橫向偏移距OFFSETY 范圍剛好為500～2 500 m；而第二航次輔船數據的OFFSETY 則為2 500～4 500 m，是第二航次輔船數據對最終成像貢獻較小的主要原因。

圖7 HY 區不同偏移距PSDM 成像效果對比Fig.7 PSDM imaging comparisons with different offsets from HY-WATS

針對BT 區WATS 資料處理，采用業界較先進的寬頻寬方位處理技術。針對性技術有：去混波處理（de-blending）、三維線性噪聲壓制、基于3D 稀疏Tau-P 反演的三維鬼波去除和零相位化聯合處理、基于水底模型的三維淺水多次波去除（MWD）和三維水面相關多次波去除（SRME）、時延全波形反演（TL-FWI）、層析成像速度模型更新和多方位各向異性建模、Q 建模、最小二乘Q 正交各向異性PSDM 等。

圖8 是BT 區原NATS 的PSTM 數據以及經上述流程處理后得到的老、新數據PSDM 疊加的對比。與原PSTM 數據相比，應用新處理技術得到的老數據重處理結果在斷層和基底成像、信噪比、頻譜寬度等方面提升較明顯，顯示出先進處理技術的應用有助于進一步挖掘老資料潛力。在深部時窗3～3.5 s 內，對應?10 dB 處，頻譜寬度由原PSTM 的10～50 Hz 拓展到5～50 Hz，信噪比從6～10 提升到14 左右（圖9）。而對比老資料重處理結果，僅包含新采集主船數據PSDM 疊加結果，深部時窗內信噪比略高一些，斷裂成像效果略有改善；加入輔船及新老數據融合處理后，信噪比略有提升，但總體提升程度有限。

圖9 BT 區不同數據組合深層頻譜及信噪比分析（時窗見圖8-d 中黑色框）Fig.9 Spectral and S/N analysis on deep targets of BT-WATS (time window being black box on Fig.8-d)

綜上所述，對于BT-WATS，橫縱比為0.17，總體呈現窄方位特征，在此條件下通過增加電纜長度、減小面元等提高采集數據密度的措施對深層資料質量改善效果較有限。而HY-WATS 資料不同方位組合深部成像結果對比顯示更寬方位有助于深層資料質量改善。

2.3 WATS 應用存在的不足

WATS 采集很難得到生產設施周邊的新數據。在HY-WATS 采集中，盡管在觀測系統方面采取了一些優化措施[10]，但在生產平臺及周邊仍存在數據空洞。在BT-WATS 采集中，平臺周邊空洞達1.4 km×2.8 km。開發調整井目標研究、鉆井軌跡優化設計等亟需在生產平臺及周邊獲取更新更高質量地震數據。

比較原一次NATS 采集，二次WATS 三維地震資料質量總體有所提升，特別是HY-WATS，信噪比有較大提高，同相軸連續性增強，斷層成像更加清晰。厚砂巖頂底反射特征清晰，但對薄層/薄互層、多期河道疊置關系和厚砂巖內部“甜點”刻畫和描述仍較困難。以HY-WATS 為例，圖10 是過多口鉆井的PSDM疊加及疊前同時反演得到的Vp/Vs 剖面。在PSDM剖面上花港組上段反射特征清晰，但花港組下段信噪比有待提升。井上H3、H5 等厚砂巖頂底在地震剖面上可清晰追蹤；HY-B、HY-C 井點處深部H8 厚層地震反射特征也較清晰，但橫向連續性欠佳； H6 以下薄儲層（單砂體厚度小于15 m）的反射特征不清。從兩口井Vp/Vs 反演數據看，大于15 m 厚層砂的預測吻合度高達80%，而花下段薄層預測結果與實鉆情況差異大，在HY-B 井深部反演結果呈現“厚儲層”假象，這與WATS 數據在深部信噪比及分辨率低有關。

3 OBN 技術優勢

三維海底節點（OBN）集成了檢波器、存儲器、電池和各種傳感器，獨立工作，接收震源信號。OBN 觀測系統靈活，更容易得到全方位數據，是面向復雜地質目標的關鍵手段，是近十年來海洋三維地震革命性技術[11-16]。OBN 三維地震技術優勢如下：

（1）高覆蓋、富低頻。數百到數千次覆蓋次數，有利于提高資料信噪比；相較拖纜資料有更豐富的低頻信息。

（2）全方位。有利于更穩健的速度分析、更好的照明和成像、裂縫研究。

（3）多波/多分量。P、Z 分量合并有利于接收點鬼波壓制；X、Y 分量記錄轉換波，可以挖掘更多儲層和流體信息。

（4）超長偏移距。更有利于通過FWI 獲得更準確的速度模型；有利于深層、潛山內幕的成像。

（5）受海上平臺和障礙物影響小，利于獲得障礙物周邊數據；更利于四維（時延）地震觀測。

OBN 三維采集的主要劣勢是作業效率較低，價格偏高。

由于數據質量更高，OBN 已成為目前主流海洋地震技術，其市場份額大于拖纜三維項目。目前OBN 合同主要分布在美國墨西哥灣、歐洲北海、南美巴西、中東、西非和東南亞等主要產油區[14-18]。在我國OBN 采集尚屬于先導試驗采集階段。在南海、渤海等海域，針對部分復雜油氣藏目標區，開展了一些小面積采集。如在南海珠江口盆地惠州某油田，OBN 資料上潛山內幕成像更加清晰、斷層陰影帶成像明顯改善[6]。

4 西湖凹陷深層三維地震采集技術建議

基于前述對已有WATS 采集對比分析，借鑒陸地“兩寬一高”三維地震技術以及國內外海域OBN 案例，西湖凹陷深層三維地震采集技術方向是大幅增加方位、覆蓋次數，實現更寬方位/全方位三維地震采集。

優先考慮在勘探開發有利區（如中央背斜帶的玉泉北、斜坡帶武-寶地區等）開展OBN 先導采集，面積以100～200 km2為宜?？蓞⒖糂P 印尼Tangguh OBN案例[17-18]，開展觀測系統設計，盡量得到全方位數據。通過OBN 先導采集，提升深層分辨率和成像質量，提高深層目標刻畫精度，同時進一步評估OBN 在西湖凹陷深層應用的技術經濟可行性。

5 結論

（1）東海西湖凹陷現有WATS 三維，方位分布是比較稀疏的；HY-WATS 呈現寬而不密特征，而BT-WATS 呈現密而不寬特征。

（2）在窄方位采集背景下，通過減小面元、加長電纜長度、提高覆蓋次數等得到的高密度WATS對研究區深部成像改善是較有限的；更寬方位數據有利于深部儲層成像改善；對深部小于15 m 厚度的薄儲層及甜點識別、描述等方面，現有的WATS 應用效果仍欠佳。

（3）建議優先選擇重點含油氣有利區開展全方位三維OBN 新技術先導采集，提升深層分辨率和成像質量，提高深層目標刻畫精度，同時進一步評估OBN 在西湖凹陷深層應用的技術經濟可行性。