東海西湖Y地區(qū)三維地震采集設(shè)計及應(yīng)用效果

周靜毅,劉宏揚,陳茂根,徐翠娥

(1.中國石化上海海洋油氣分公司勘探開發(fā)研究院,上海 200120;2.中國石化海洋石油工程有限公司物探分公司,上海 200135)

0 引言

西湖凹陷Y地區(qū)主體位于西湖凹陷東部斷階帶中部,主要含蓋白堤深凹和東部斷階帶兩個構(gòu)造區(qū)帶(圖1),緊鄰生烴中心,為油氣運移的有利指向區(qū),具備良好的的石油地質(zhì)條件,目前仍存在以下地質(zhì)問題:①Y地區(qū)地震測網(wǎng)稀,資料少,地質(zhì)認識存在一定分歧;②采集資料多為二十世紀七十年代末至八十年代末資料,地震資料品質(zhì)差;③晚期正斷層和火山巖體發(fā)育,改造強烈。西湖凹陷平湖組沉積時期是海灣還是開闊海,長期存在兩種不同觀點與認識[1-3],前期通過重大專項研究認為釣魚島巖漿弧為早期隆升產(chǎn)生,明確了西湖凹陷平湖組存在東部物源,提出釣魚島隆褶帶是在漸新統(tǒng)以來才遭受隆升、剝蝕,并受到大規(guī)模巖漿巖改造的觀點。Y地區(qū)地震測網(wǎng)稀,資料少,且有限資料也多為二十世紀八十年代老資料,需通過二維地震老資料重處理和部署新三維采集資料相結(jié)合,開展綜合地質(zhì)研究。整體解剖凹陷結(jié)構(gòu),搞清構(gòu)造、沉積、演化規(guī)律,深化認識,厘清沉積體系,分析主控因素,明確勘探方向,為此開展了Y地區(qū)的三維地震采集設(shè)計論證。

圖1 西湖凹陷Y地區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of Y area in Xihu depression

1 采集參數(shù)論證

根據(jù)Y地區(qū)的地質(zhì)任務(wù),本次三維地震采集方式仍采用三維拖纜采集。根據(jù)目前海域現(xiàn)有的采集參數(shù),基于Y地區(qū)物性模型,進行采集參數(shù)的論證和優(yōu)化[4-8]。采集參數(shù)論證主要包括以下9個方面:①選取論證點;②建立地球物理模型;③分辨率計算;④面元尺寸;⑤時間采樣率;⑥記錄長度;⑦偏移孔徑;⑧最小最大炮檢距;⑨震源、電纜沉放深度分析。

1.1 建立地球物理模型

結(jié)合收集到的鄰區(qū)地震地質(zhì)資料,對反射層位進行了標定,自海底(sf)往下分別是:三潭組底(T20)、玉泉組底(T23)、龍井組底(T24)、花港組上段底(T25)、花港組下段底(T30)、平湖組底(T34)。其中龍井組底(T24)～花港組下段底(T30)為目的層段。三維地層模型見圖2。

圖2 Y地區(qū)三維地層模型Fig.2 3D stratigraphic model of Y area

圖3 不同纜長T25目的層照明圖Fig.3 Lighting diagram of T25 target floor with different cable lengths

參考鄰區(qū)地震地質(zhì)資料建立了各反射層層速度和層密度,根據(jù)地震剖面估算了地層傾角、反射層主頻(表1)。

表1 地球物理模型參數(shù)Tab.1 Geophysical model parameters

1.2 分辨率計算

分辨率包括縱向分辨率和橫向分辨率[9],主要分析現(xiàn)有地震資料縱向和橫向最大分辨能力,以及想要達到一定的縱向和橫向分辨率所要求的反射層段地震波的主頻或最高頻率。縱向分辨率表示分辨地質(zhì)體厚度的能力,它與地層層速度、反射波頻率有關(guān):

(1)

式中:Rv為反射層縱向分辨率,V層為反射層層速度,f高為反射層最高頻率。

通過計算得到了論證點處各層位縱向分辨率在10 m、15 m、20 m時所需要的主頻(表2)。

表2 縱向分辨率計算Tab.2 Vertical resolution calculation

由上表可知目的層T23如果要達到20 m縱向分辨率,則需要主頻為24 Hz;如果要達到15 m縱向分辨率,則需要主頻為31 Hz。提高主頻是提高縱向分辨率的關(guān)鍵。

橫向分辨率即水平分辨率,是指能分辨地下兩個繞射點距離的能力,有兩種計算方法。

1)兩個繞射點的距離若小于最高頻率的一個空間波長,它們就不能分開,即最高頻率的一個空間波長定義為橫向分辨率。根據(jù)各目的層的最大頻率和地震波的層速度,橫向分辨率為:

(2)

式中:Rl為反射層橫向分辨率,V層為反射層層速度,f高為反射層最高頻率。

2)偏移是提高橫向分辨率的有效手段。在理想狀態(tài)下,偏移結(jié)果可以看作把炮點和檢波點延拓到反射界面上,在不同時間或深度,把炮點和檢波點所在的反射界面數(shù)據(jù)進行集合而成,此時菲涅爾帶半徑為反射波的四分之一波長,橫向分辨率為:

(3)

式中:Rl為反射層橫向分辨率,V層為反射層層速度,f主為反射層主頻。

具體分析參數(shù)時選用保守的計算結(jié)果。

通過計算得到了論證點處各層位橫向分辨率在20 m、40 m、60 m時所需要的頻率(表3)。

表3 橫向分辨率計算Tab.3 Lateral resolution calculation

由上表可知目的層T23如果要達到40 m橫向分辨率,則需要最高頻為66 Hz;如果要達到60 m橫向分辨率,則需要最高頻為44 Hz。保護最高頻或提高主頻是提高橫向分辨率的關(guān)鍵。

1.3 面元尺寸

面元尺寸是指設(shè)計CDP網(wǎng)格的邊長大小,主要考慮目標體大小、最高無混疊頻率和橫向分辨率。

1)目標地質(zhì)體大小。按照經(jīng)驗,面元邊長可選為目標地質(zhì)體大小的三分之一。

2)最高無混疊頻率。每個傾斜同相軸在偏移前都有一個最高無混疊頻率fmax,如果頻率高于這個值就會發(fā)生混疊,造成同相軸不能連續(xù)追蹤。這個無混疊頻率與傾角、目的層速度和面元尺寸有關(guān):

(4)

(5)

式中:fmax為最大有效波頻率,V層為反射層層速度,b為面元尺寸,θ為地層傾角。

3)橫向分辨率。按照橫向分辨率第二種算法計算橫向分辨率偏大,用于限定面元尺寸也就更為保守,此時滿足每個反射波的波長取2個樣點:

(6)

式中:b為面元尺寸,V層為反射層層速度,f主為反射層主頻。

通過計算得到了論證點處各層位在以上約束條件下的所需滿足的面元尺寸大小(表4)。

表4 面元尺寸計算Tab.4 Bin size calculation

對應(yīng)最淺目的層T23采集面元尺寸≤55.4 m,即可滿足要求,同時兼顧T02采集面元尺寸應(yīng)≤36.6 m 。等浮電纜的道間距為12.5 m,采用雙源多纜施工時,如選左右震源中心距為50 m,相鄰電纜擴展間距為100 m,此時,相應(yīng)的面元尺寸6.25 m×25 m,完全滿足采集要求。

1.4 偏移孔徑

地震數(shù)據(jù)處理時,為了使傾斜層和斷層正確歸位,必須進行偏移。在部署勘探范圍時,必須考慮到偏移孔徑而擴大滿覆蓋面積[10]。

偏移孔徑主要考慮以下三個方面因素:

1)第一菲涅爾帶半徑:

(7)

偏移孔徑應(yīng)大于第一菲涅爾帶,式中:r為第一菲涅爾帶半徑,h層為反射層埋深,v層為反射層層速度,f主為反射層主頻。

2)使傾斜地層在偏移時能正確歸位的偏移孔徑:

L=h層×tanθ

(8)

式中:L為偏移孔徑,h層為反射層埋深,θ為地層最大傾角。

3)使地層目標邊界斷點繞射能正確歸位,要求偏移孔徑為:

L=h層×tan 30°

(9)

式中:L為偏移孔徑,h層為反射層埋深。

此時,能獲得邊界斷點繞射能量的95%。

偏移孔徑選取三者中較大者。

表5、表6為各層位的偏移孔徑范圍計算。

表5 偏移孔徑分析(30°)Tab.5 Offset aperture analysis (30 °)

表6 偏移孔徑分析(45°)Tab.6 Offset aperture analysis (45 °)

為了達到地質(zhì)滿覆蓋的要求,考慮繞射能量歸位傾角為30°,最深目的層T34需要2 605 m的偏移孔徑。考慮繞射能量歸位傾角為45°,最深目的層層T34需要4 512 m的偏移孔徑(表6)。

1.5 照明分析

從不同目地層的照明效果看,纜長6 000 m比纜長5 300 m對于目的層照明無論均勻性還是強度上都要好,結(jié)合最深目的層T30深度在5 500 m左右,綜合設(shè)計纜長6 000 m。

以往解釋結(jié)果顯示工區(qū)局部構(gòu)造的走向近北東南西向。

圖4是分別是0°/180°、90°/270°和120°/300°的照明,從照明分析結(jié)果來看,三種采集方向?qū)24、T25和T30三個目的層的照明區(qū)別不大,都能覆蓋到構(gòu)造,采用采集方向為0°/180°。

圖4 目的層T25不同采集方向的照明分析圖Fig.4 Lighting analysis diagram of different acquisition directions of target layer T25

根據(jù)三維地震采集設(shè)計論證,N地區(qū)的三維地震采集觀測系統(tǒng)參數(shù)如下:觀測系統(tǒng)采用雙源多纜;電纜長度6 000 m×10纜。道間距為12.5 m,采樣間隔為8 s ,記錄長度為1 ms;采集方向0°/180°;炮間距為25 m。面元尺寸為6.25m×25 m;覆蓋次數(shù)為60次。

2 震源技術(shù)

2.1 氣槍陣列設(shè)計

結(jié)合N地區(qū)周邊地震采集情況工區(qū)水深情況,確定所用震源容量4 000 CI左右。在二維地震采集震源基礎(chǔ)上,對氣槍型號進行了進一步優(yōu)化設(shè)計,最終設(shè)計出合適的氣槍陣列。

2.2 震源及沉放深度優(yōu)選

模擬主要參數(shù):氣槍工作壓力2 000 PSI,采樣間隔1 ms,海水溫度10 ℃,聲波速度1 490 m/s。模擬震源沉放4 m～8 m,電纜沉放0 m時的地震子波,比較主峰值、峰峰值、初泡比、低截頻、高截頻和優(yōu)勢頻寬(表7),看出震源沉放6 m(圖5～圖8)時,氣槍陣列激發(fā)的子波性能較優(yōu)。

表7 子波模擬參數(shù)統(tǒng)計(震源沉放4 m～8 m,電纜沉放0 m)Tab.7 Statistics of wavelet simulation parameters (source sinking 4-8 m,cable sinking 0 m)

圖5 震源沉放6 m電纜沉放0 m子波Fig.5 Wavelet when sinking depth of the source is 6 m and sinking depth of the cable is 0 m

圖6 震源沉放6 m電纜沉放0 m子波頻譜Fig.6 Wavelet spectrum when sinking depth of the source is 6 m and sinking depth of the cable is 0 m

圖7 震源沉放6 m電纜沉放0 m時0度方向性Fig.7 0° directionality when sinking depth of the source is 6m and sinking depth of the cable is 0m

圖8 震源沉放6 m電纜沉放0 m時0度方向性Fig.8 90°directionality when sinking depth of the source is 6m and sinking depth of the cable is 0 m

進一步模擬震源沉放6 m,電纜沉放5 m～10 m時的地震子波,比較主峰值、峰峰值、初泡比、低截頻、高截頻和優(yōu)勢頻寬(表8),可以看出震源沉放6 m、電纜沉放7 m時(圖9～圖12),氣槍陣列激發(fā)的子波性能較優(yōu)。

表8 子波模擬參數(shù)統(tǒng)計(震源沉放6 m,電纜沉放5～10 m )Tab.8 Statistics of wavelet simulation parameters (source sinking 6 m,cable sinking 5-10 m)

圖9 震源沉放6 m電纜沉放7 m子波Fig.9 Wavelet when sinking depth of the source is 6 m and sinking depth of the cable is 7 m

圖10 震源沉放6m電纜沉放7m子波頻譜Fig.10 Wavelet spectrum when sinking depth of the source is 6m and sinking depth of the cable is 7 m

圖11 震源沉放6 m電纜沉放7 m時0度方向性Fig.11 0°directionality when sinking depth of the source is 6m and sinking depth of the cable is 7 m

圖12 震源沉放6 m電纜沉放7 m時90度方向性Fig.12 90°directionality when sinking depth of the source is 6 m and sinking depth of the cable is 7 m

3 采集效果分析

從采集的三維地震數(shù)據(jù)與原二維地震剖面的對比來看,三維地震數(shù)據(jù)有效頻帶要寬約為6 Hz～50 Hz,二維地震數(shù)據(jù)的頻帶寬度約為8 Hz～42 Hz(圖13),三維地震數(shù)據(jù)在高頻部分較豐滿。而且三維地震資料具有較好的同相軸連續(xù)性、斷裂更清晰,信噪比更高(圖14)。

圖13 二維三維地震數(shù)據(jù)頻譜對比Fig.13 Comparison of seismic data spectrum

4 結(jié)論

針對西湖凹陷N地區(qū)的具體特點和地質(zhì)目標,通過三維地震采集設(shè)計采集參數(shù)的論證獲得N地區(qū)的合理采集參數(shù),取得了以下三點認識:

1)要獲得合理的采集參數(shù),要建立本地區(qū)合理三維地層地球物理模型。

2)面元尺寸、偏移孔徑和最大最小炮檢距要結(jié)合目的層段深度。

3)觀測系統(tǒng)的設(shè)計是一系統(tǒng)工程,要綜合考慮各種地質(zhì)因素才能得到最合理的觀測系統(tǒng)。

4)按照采集方案實施得到的三維地震數(shù)據(jù)較二維地震數(shù)據(jù)有較寬的頻帶,而且資料品質(zhì)得到較大提高,同相軸連續(xù)性、斷裂更清晰,信噪比更高。