CN109239782B - 一种天然气水合物精细地震勘探系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气水合物精细地震勘探系统及方法，所述勘探系统包括物探船、至少包括一条长缆和若干条短缆组成的拖缆、控制模块和至少两个震源，各震源的主频相同，所述短缆分布设置在长缆两侧或分布设置在长缆一侧，长缆的长度大于短缆的长度，长缆能够进行速度分析和速度反演，能够获得勘探区域的地下构造速度结构；借用长缆获取的速度信息，短缆能够获得高分辨率的三维偏移成像结果。控制模块包括地震采集模块、时钟模块和授时模块；震源的每次激发，每条拖缆同时采集各个震源所激发的地震数据。本发明采用长缆和短缆组成的勘探系统，获得高分辨率、超小面元的地震采集数据，利于核心区天然气水合物的精细勘探。

Description

一种天然气水合物精细地震勘探系统及方法

技术领域

本发明涉及天然气水合物勘探技术领域，具体是一种天然气水合物精细地震勘探系统及方法。

背景技术

天然气水合物(简称水合物)是重要的能源，在对水合物进行开采之前，对水合物进行地质勘探是必要的，而常规的高分辨率拖缆多道地震勘探技术(主频65Hz、面元50*6.25m)在水合物分辨率、边界刻画、反演、含量估算等方面已不能满足当前水合物勘探形势的高要求，迫切需要新的技术来支撑。

现有的水合物地震勘探技术主要包括：多道2D/3D拖揽地震、单道地震以及国外的P缆技术，虽然高分辨率的多道2D/3D拖缆地震在水合物勘探中取得了巨大的成功，但因其受缆间距及野外施工的制约，存在主频低(65Hz左右)、面元大(50*6.25m)等问题，难以满足今后水合物储层精细评价的需求，而单道地震勘探技术，无法得到速度结构，也不利于噪音压制，P缆由美国Geometrics公司设计生产，2005年开始先后进行了多次测试，对水合物BSR、流体通道等细节刻画非常清晰(主频90-130Hz)，但依然无法得到速度结构。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一提供一种天然气水合物精细地震勘探系统，其能够解决水合物勘探的问题；

本发明的目的之二提供一种天然气水合物精细地震勘探系统及方法，其能够解决水合物勘探的问题；

实现本发明的目的之一的技术方案为：一种天然气水合物精细地震勘探系统，包括物探船、至少包括一条长缆和若干条短缆组成的拖缆、控制模块和至少两个震源，各震源的主频相同，所述短缆分布设置在长缆两侧或分布设置在长缆一侧，长缆的长度大于短缆的长度，控制模块包括地震采集模块、时钟模块和授时模块，地震采集模块的数量与震源、拖缆的数量相匹配，授时模块将时间信号输出到时钟模块，时钟模块和地震采集模块控制各震源的激发时刻、对应拖缆的记录时刻与时录时长；震源的每次激发，每条拖缆同时采集各个震源所激发的地震数据。

进一步地，所述震源的主频为120-300Hz。

进一步地，所述震源采用容量为240立方英寸或560立方英寸的气枪组成。

进一步地，所述长缆的缆长为2-2.5km，短缆的缆长为150-500m。

进一步地，所述震源的个数为3-4个。

进一步地，所述长缆和短缆组成的缆间距为12.5m-50m。

进一步地，所述长缆和短缆组成的道间距为3.125m-12.5m。

进一步地，所述震源形成的震源间距为6.25m-25m。

实现本发明的目的之二的技术方案为：一种天然气水合物精细地震勘探方法，包括采用所述的天然气水合物精细地震勘探系统对水合物进行勘探，长缆采集到的数据分为长缆数据和长缆近道数据，短缆采集到的数据为短缆数据；

对所述短缆数据及长缆近道数据进行处理，包括依次进行的背景噪音衰减、潮汐校正、船速校正、多次波压制、偏移成像、子波处理、采集脚印压制和叠后噪音压制，获得中浅层成像结果，然后对中浅层成像结果进行叠后反演，获得短缆数据及长缆近道数据对应的勘探结果；

对所述长缆数据进行处理，包括依次进行的背景噪音衰减、速度分析、多次波压制、速度分析和速度反演、反褶积、子波处理和5D插值，5D插值还包括对短缆数据及长缆近道数据的处理中的多次波压制后的输出进行处理，经过5D插值处理后，还包括依次进行的压缩感知、偏移成像和叠后噪音压制，获得中深层成像结果。

本发明的有益效果为：本发明采用长缆和短缆组成的勘探系统，能够获得高分辨率、超小面元的地震采集数据，更有利于核心区天然气水合物的精细勘探，为定向井设计提供更为精准的水合物矿体分布，且效率高而成本低。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：

首先，对涉及本发明有关以及有助于理解本发明技术的术语作个简要介绍：

震源：由单震源组成组合震源，震源个数越多，能量聚焦程度越高，震源的间距越小越好，本实施例中，震源个数选定为3-4个，震源基本决定着地震勘探的深度和分辨率，当激发能量大，则底层穿透能力会较强，同时地震信号的频率会较低，分辨率不高，反之亦然；

面元大小：面元的设计要与震源的主频相匹配，小面元观测不仅能提高横向分辨率还能提高纵向分辨率，面元大小除了考虑偏移时无假频、最小目标体宽度的要求，还要考虑目标区的地震地质条件所决定的储层可检测的极限值，具体地将，面元大小满足以下要求：1、小于目标体的三分之一长度；2、无空间假频，本实施例中，采用3.125*6.25m的小面元观测，更满足水合物的高分辨率要求；

主频：不同主频的震源对水合物储层的响应不同，对水合物相关特征的刻画能力不一样。地震成像的分辨率以及地震波的穿透深度也主要由震源的主频来决定。

基于以上的描述，为实现对水合物的勘探，提供一种天然气水合物精细地震勘探系统，包括在海洋地震勘探中使用的物探船、至少包括一条长缆和若干条短缆组成的拖缆、控制模块和至少两个震源，本实施例中，短缆分布设置在长缆两侧，当然在实际使用时，可以根据情况调整长缆和短缆的相对位置，比如将所有短缆均设置在长缆的一侧，控制模块包括中央处理器、地震采集模块、时钟模块和授时模块，地震采集模块的数量与震源、拖缆的数量相匹配，授时模块选用GPS授时系统，将时间信号输出到时钟模块，时钟模块和地震采集模块准确控制各震源的激发时刻、对应拖缆的记录时刻与时录时长，使得各震源激发、反射地层数据采集有序完成，直至完成数据采集任务。

震源的子波频谱影响地震勘探的探测深度和地层分辨能力。如表1所示，表1中的穿透深度为实际勘探得到的数据，不同的子波频谱主频，该主频也即震源的勘探主频，地层穿透也能力也不一样，分辨率也不同，对应的面元长度也不同：

主频	海底以下穿透深度/m	分辨率/m(1/4波长)	面元的长度/m
				120	＞1500米	3.3	5
150	＞1500米	2.6	4
				200	＞1000米	2	3
250	＞1000米	1.6	2.5
				300	500m-1000m	1.3	2

表1

针对水合物主要存在海底750-800m范围内，即是在地震记录海底以下1s以内，本实施例，选定震源的勘探主频为120-300Hz，当然，可以根据实际情况选择不同主频，本实施例采用至少两个震源，每个震源的主频相同，震源的每次激发，包括长缆和短缆在内的各拖缆同时进行数据采集，从而构成三维的地震采集系统，效率更高，能更高质量的反映地下三维构造特征。

本实施例，震源采用气枪震源，采用容量为240立方英寸或560立方英寸的GI气枪组成的气枪震源，震源形成的震源间距为6.25m-25m。

所述长缆的缆长为2-2.5km，短缆的缆长为150-500m，道间距为3.125m-12.5m，优选道间距为3.125m或6.25m，缆间距为12.5m-50m,因此组成最小尺寸为3.125*6.25m的面元，当然，缆间距越小越好，这样尺寸大小的面元能够更满足对水合物的高分辨率要求。对同一个震源而言，采用长缆意味着更多的接收道数、更深的勘探深度和更高的覆盖次数，短缆意味着较少的接收道数、较少的覆盖次数，以炮间距12.5m、接收道间距6.25m、长缆2km和短缆150m为例，则长缆的接收道数为320道，覆盖次数为80次。短缆的接收道数为24道，覆盖次数为6次。长缆由于覆盖次数高，能够进行速度分析和速度反演，能够获得勘探区域的地下构造速度结构，相比于P-cable而言，采用本发明能够获得与P-cable相同的分辨率，但多了速度结构信息；短缆覆盖次数低，不能进行速度分析，但借用长缆分析或反演出的速度信息，短缆能够获得高分辨率的偏移成像结果。

本发明还涉及一种天然气水合物精细地震勘探方法，采用上述天然气水合物精细地震勘探系统对水合物进行勘探后，长缆和短缆分别获得采集数据，长缆采集到的数据分为长缆数据和长缆近道数据两部分，长缆近道数据是指长缆与短缆相同长度部分采集到的数据，也即在实际勘探中，和短缆在海洋中相同深度重合位置所采集到的长缆数据，短缆采集到的数据称为短缆数据。

对短缆数据及长缆近道数据的处理，包括依次进行的背景噪音衰减、潮汐校正、船速校正、多次波压制、偏移成像、子波处理、采集脚印压制、叠后噪音压制，获得中浅层成像结果，然后对中浅层成像结果进行叠后反演，获得短缆数据及长缆近道数据对应的勘探结果；

对长缆数据的处理，包括依次进行的背景噪音衰减、速度分析、多次波压制、速度分析和速度反演、反褶积、子波处理和5D插值，5D插值还包括对短缆数据及长缆近道数据的处理中的多次波压制后的输出进行处理，经过5D插值处理后，还包括依次进行的压缩感知、偏移成像和叠后噪音压制，获得中深层成像结果；

速度分析和速度反演的输出可以得到三维的速度结构，速度分析和速度反演的输出也可以用以短缆数据及长缆近道数据的处理中的偏移成像。

其中，在对短缆数据及长缆近道数据的处理中的多次波压制后，将经过多次波压制后的输出结果，输入至5D插值，即从5D插值开始对包括长缆数据、长缆近道数据和短缆数据进行处理，获得的中浅层成像结果对应包括了长缆数据、长缆近道数据和短缆数据。

经过上述处理后，得到了包括浅、中、深层的成像结果；且可以获取超高分辨率(150Hz-250Hz)、超小面元(3.125*6.25m)的地震数据，更有利于核心区天然气水合物的精细勘探，为定向井设计提供更为精准的水合物矿体分布。

以上相关处理算法均为现有技术，在相关文献均有体现，如：

1.申请号为CN201110170561.2的中国专利文献；

2.申请号为CN201210017116.7的中国专利文献；

3.何培，王余云等《内蒙古石油化工》，著《辽河西缘多次波认识及压制方法》，2015年第18期；

4.陈宝书，陶杰等《中国海上油气》，著《基于确定性子波处理的鬼波压制方法》，2017年第1期第29卷；

5.于平，赵震宇《世界地质》，著《勘探地震学数据处理中的三种反褶积技术》，2002年第2期第21卷；

6.袁三一，邓力等著的《基于压缩感知的地震反问题方法及在勘探地球物理中的应用》；

7.许卓，韩立国等《吉林大学学报(地球科学版)》2008年S1期，著《基于等效偏移距的偏移成像方法》；

8.万欢，陈瑜等《中国石油学会2010年物探技术研讨会》，著《海上地震采集脚印噪声分析及压制》。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种天然气水合物精细地震勘探系统，其特征在于：包括物探船、至少包括一条长缆和若干条短缆组成的拖缆、控制模块和至少两个震源，各震源的主频相同，震源与震源之间设置有震源间距；所述短缆分布设置在长缆两侧或分布设置在长缆一侧，长缆与短缆之间以及短缆与短缆之间设置有缆间距；每一条长缆和短缆上设置有道间距；长缆的缆长为2-2.5km，短缆的缆长为150-500m,缆间距为12.5-50m以构成小于等于3.125*6.25m的面元；长缆能够进行速度分析和速度反演，能够获得勘探区域的地下构造速度结构；借用长缆获取的速度信息，短缆能够获得高分辨率的三维偏移成像结果；控制模块包括地震采集模块、时钟模块和授时模块，地震采集模块的数量与震源、拖缆的数量相匹配，授时模块将时间信号输出到时钟模块，时钟模块和地震采集模块控制各震源的激发时刻、对应拖缆的记录时刻与时录时长；震源的每次激发，每条拖缆同时采集各个震源所激发的地震数据。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物精细地震勘探系统，其特征在于：所述震源的个数为3-4个。

3.根据权利要求1所述的天然气水合物精细地震勘探系统，其特征在于：所述震源形成的震源间距为6.25m-25m。

4.根据权利要求1所述的天然气水合物精细地震勘探系统，其特征在于：所述长缆和短缆组成的道间距为3.125m-12.5m。

5.根据权利要求1所述的天然气水合物精细地震勘探系统，其特征在于：所述震源的主频为120-300Hz。

6.根据权利要求1所述的天然气水合物精细地震勘探系统，其特征在于：所述震源采用容量为240立方英寸或560立方英寸的气枪组成。

7.一种天然气水合物精细地震勘探方法，其特征在于：包括采用如权利要求1-6任一项所述的天然气水合物精细地震勘探系统对水合物进行勘探，长缆采集到的数据分为长缆数据和长缆近道数据，短缆采集到的数据为短缆数据；

对所述短缆数据及长缆近道数据进行处理，包括依次进行的背景噪音衰减、潮汐校正、船速校正、多次波压制、偏移成像、子波处理、采集脚印压制和叠后噪音压制，获得中浅层成像结果，然后对中浅层成像结果进行叠后反演，获得短缆数据及长缆近道数据对应的勘探结果；

对所述长缆数据进行处理，包括依次进行的背景噪音衰减、速度分析、多次波压制、速度分析和速度反演、反褶积、子波处理和5D插值，5D插值还包括对短缆数据及长缆近道数据的处理中的多次波压制后的输出进行处理，经过5D插值处理后，还包括依次进行的压缩感知、偏移成像和叠后噪音压制，获得中深层成像结果。