0 引言

受郯庐断裂带影响，渤海湾浅层气云广泛发育，气云影响区在地震剖面上多表现为模糊带，无法准确描述构造和储层特征^[1]。学术界通过针对性的地震资料处理技术改善气云区成像的研究较多，其中陆上主要利用三分量地震数据开展气云区转换波成像，在柴达木盆地三湖等地区取得了较好的应用效果^[2-4]。海上气云区成像研究主要集中于气云区吸收衰减补偿、回转波层析反演速度建模、Q场建模等方面^[5-9]。地震资料处理是改善气云区成像的有效手段之一，但地震资料采集才是从源头上改善气云区成像的关键。然而，国内外很少有学者开展针对气云区的地震资料采集设计相关研究。徐德奎等^[10]通过不同采集观测系统的地震正演模拟，分析了采集方向、排列长度、面元尺寸、覆盖次数以及激发频率对气云下伏地层成像的影响，提出了针对海上气云区的采集建议，但其研究完全基于理论模型正演，并未基于实际采集地震数据分析不同采集参数对气云区成像的影响规律。

渤海湾X油田储层为浅层河流相，主要目的层系为新近系明化镇组和馆陶组，油田范围内发育不同形态和大小的气云区。该油田范围内先后开展了三次地震资料采集，分别为常规拖缆采集、高密度拖缆采集和海底电缆采集，三次采集的采集方向、面元尺寸、覆盖次数等关键参数存在比较大的差异。因此，本文分别针对采集方向、面元尺寸和覆盖次数三个关键采集参数，基于“观测系统退化”的思想，首先选择合适的工区开展观测系统退化设计，然后基于相同的地震数据处理流程进行偏移成像，最后通过比较成像结果分析单一采集参数对气云区成像的影响规律，得到能够指导气云区地震采集设计的研究成果。

1 观测系统退化方法

地震资料采集必须在完成预定地质任务的同时兼顾采集成本，因此，采集设计时需要对关键采集参数进行分析论证，得到最优的观测系统设计方案^[11]。为了更好地设计和优化观测系统，学术界提出了“观测系统退化”的方法，研究观测系统参数的变化对地震数据的信噪比、分辨率以及对地质目标成像的影响规律。Wloszczowski等^[12]最早利用北海的三维地震数据进行覆盖次数、最大炮检距、横向接收间距等采集参数的退化处理试验，分析其对地震数据信噪比、地震子波一致性、地震属性和深层反射成像的影响。张伟等^[13]利用准噶尔盆地的高分辨率三维地震数据，进行了面元、炮数、排列长度等采集参数的退化处理试验，探讨了这些参数的改变对地震数据信噪比、分辨率和反射能量的影响。屠世杰^[14]对高密度三维地震数据进行退化处理，探寻了炮道密度与成像、信噪比及成本的关系。徐辉等^[15]利用永新地区高精度三维地震数据，对细分面元的观测系统进行退化处理，分析了不同面元和覆盖次数对信噪比的影响。徐颖^[16]、张军华等^[17]、邸志欣等^[18]利用塔河油田高精度三维地震数据开展退化处理，探讨了不同面元、覆盖次数、炮检距对缝洞型储层成像的影响，提出了针对缝洞型储层的采集参数优化方案。崔庆辉等^[19]对高密度三维地震数据进行炮道密度退化处理，找出了地质任务与经济成本之间的平衡点。陈习峰等^[20]对沙埝宽方位三维地震数据进行观测系统退化，分析了不同采集方位和覆盖次数对火成岩下地层成像的影响。

借鉴上述学者在观测系统退化方面的研究成果，本文对观测系统退化这一方法进行了完善和定义。所谓观测系统退化，指的是对正演模拟或实际采集到的地震数据进行抽稀，比如，抽取原始炮记录中的第1、3、5、7、9、11、13 …炮，那么新数据对应的观测系统的炮间距就增大为原来的两倍，而抽取原始炮记录中的第1、5、9、13 …炮，那么新数据对应的观测系统的炮间距就增大为原来的四倍。同样，可以对地震道、炮线、接收线进行抽稀，从而分别增大道间距、炮线距、接收线距。由于数据抽稀后炮间距、道间距、炮线距、接收线距等参数发生改变，观测系统中对应的面元尺寸、覆盖次数等也会发生改变，从而得到一个退化后的新观测系统。据此可以对实际采集观测系统和退化后的观测系统的地震成像进行对比，分析关键采集参数对地震成像的影响规律。

2 气云区观测系统退化设计

X油田浅层气云广泛发育，油田范围内先后开展了三次地震采集，各次采集工区（称为工区1、工区2和工区3）位置及气云A、B的平面展布如图 1所示（工区位置有重叠）。采集工区观测系统参数如表 1所示。工区1为常规拖缆采集，采集方向为正南正北向；工区2为高密度拖缆采集，采集方向为北西—南东向，采集面元非常小；而工区3为海底电缆采集，采集方向与工区2一致，为北西—南东向，覆盖次数非常高。前期研究表明，工区浅层发育气云，其中气云A为条带状小型气云，而气云B为形状不规则的大型气云，气云平面展布位置见图 1。综合考虑不同工区采集特点以及气云的形态和大小，选择特征比较典型的气云A、气云B作为研究对象。

2.1 不同采集方向观测系统退化设计

工区1和工区2作业方式同为拖缆采集，工区1采集方向为正南正北向，而工区2与正北方向的夹角为121.3^o，两次采集方向夹角接近60^o。从图 1可以看到，气云A位于工区1和工区2采集范围的重叠区内，呈条带状分布，方向特征比较明显，其长轴方向接近工区2的采集方向，短轴方向则接近工区1的采集方向。因此，选择工区1、工区2以及气云A分析采集方向对气云区成像的影响。

为了使两个工区除采集方向之外的其他关键采集参数基本一致，需要对其中一个工区进行观测系统退化。由于工区2为高密度采集，面元更小，覆盖次数更高，因此对工区2实际采集观测系统进行退化。将工区2原始地震数据按照炮号和道号同时抽稀，炮间距由18.75 m增大为37.5 m，道间距由12.5 m增大为25 m，得到工区2退化观测系统（表 2）。工区2观测系统退化后，面元尺寸由12.5 m×6.25 m增大为12.5 m×12.5 m，覆盖次数则由64减小为32。与工区1实际采集观测系统相比，面元尺寸完全一致，覆盖次数基本一致，而其他采集参数如电缆长度、震源和电缆沉放深度、震源容量等也都差异不大。

2.2 不同面元尺寸观测系统退化设计

工区2为高密度拖缆采集，采集面元非常小，为12.5 m×6.25 m。从图 1可以看到，气云A位于工区2采集范围内。因此，选择工区2以及气云A来分析不同面元尺寸对气云区成像的影响。

由于面元尺寸与覆盖次数两个采集参数相互耦合，改变面元尺寸的同时必须保证覆盖次数不发生改变。首先将原始地震数据按照道号进行抽稀，使道间距由12.5 m分别增大为25 m和50 m，得到退化观测系统1和退化观测系统2。然后在退化观测系统2的基础上按照左、右源进行抽稀，抽取左源（或者右源）激发对应的炮号，得到退化观测系统3。这样对实际采集观测系统进行退化后，面元尺寸由12.5 m×6.25 m分别增大为12.5 m×12.5 m、12.5 m×25 m、25 m×25 m，但覆盖次数保持不变，均为64次（表 3）。

2.3 不同覆盖次数观测系统退化设计

工区3为海底电缆采集，覆盖次数非常高，达到400次。从图 1可以看出，气云B位于工区3采集范围内。因此，选择工区3以及气云B来分析不同覆盖次数对气云区成像的影响。

由于覆盖次数与面元尺寸两个采集参数相互耦合，改变覆盖次数的同时必须保证面元尺寸不发生改变。将原始地震数据按照炮号抽稀，使炮间距由50 m分别增大为100、150、200、300、400、500、1000 m，得到退化观测系统1~退化观测系统7。这样对实际采集观测系统进行退化后，覆盖次数由400分别减小到200、134、100、67、50、40、20，但面元尺寸保持不变，均为25 m×12.5 m（表 4）。作业方式均为4线8炮400道。

3 关键采集参数对气云区成像影响 3.1 采集方向对气云区成像影响

用相同的地震数据处理流程，对表 2中工区1实际采集观测系统和工区2退化观测系统对应的地震数据分别进行叠前时间偏移处理，分析沿气云短轴方向采集（工区1）和沿气云长轴方向采集（工区2）时气云区成像的差异。

在海上拖缆窄方位采集（横纵比普遍小于0.1）的条件下，对比过气云区某南北向地震剖面可以看到，沿不同方向采集时气云内部成像品质和气云影响范围均存在较大差异（图 2）。沿气云短轴方向采集时气云内部成像较好，地震剖面上表现为较连续低频弱反射；沿气云长轴方向采集时，气云内部成像较差，地震剖面上同相轴较为杂乱，接近空白反射。南北向地震剖面上，沿气云短轴方向采集时气云影响范围明显大于沿气云长轴方向采集（图 2黑色虚线框内）。由于气云影响范围在不同走向的地震剖面上存在差异，因此结合地震剖面在地震平面振幅属性图上圈定气云影响范围，如图 3黑色框所示。沿气云短轴方向采集时气云平面影响范围较大，达到2.92 km²，而沿气云长轴方向采集时气云平面影响范围仅为1.17 km²。

进一步选取不同采集方向相同位置的地震道集进行对比（图 4）。从左至右三个道集分别对应图 3中P1、P2、P3三点，其中P1位于气云北部，P2位于气云南部，而P3则位于气云内部。通过对比P1、P2两点的道集可以看到，沿气云短轴方向采集时，部分炮检距的道集成像受到气云影响，即P1、P2两点位于气云影响范围之内；而沿气云长轴方向采集时，所有道集的成像均不受气云影响，即P1、P2两点位于气云影响范围之外。通过对比P3点的道集可以看到，沿气云短轴方向采集时，除近炮检距的道集成像受到气云影响外，整体成像品质较好；而沿气云长轴方向采集时，几乎所有道集都受到气云影响，成像品质较差。

通过上述对比可以看出，沿气云短轴方向采集时气云内部成像品质相对较好，而沿气云长轴方向采集时气云平面影响范围相对较小，即不同采集方向对于气云区成像有不同的影响。因此，建议气云区地震采集时充分考虑工区内气云的形态，对于方向特征比较明显的条带状气云，根据其方向采用双方位采集，且两个方位尽量差异较大，最好为正交双方位。在后续地震数据处理时对双方位地震数据进行融合，以改善气云区成像品质。

3.2 面元尺寸对气云区成像影响

用相同的地震数据处理流程，对表 3中工区2实际采集观测系统及其退化观测系统对应的地震数据分别进行叠前时间偏移处理，分析不同面元尺寸气云区成像的差异。

通过不同面元尺寸过气云A的对比地震剖面(图 5)可以看到，随着面元尺寸的增大，气云区地震成像品质无明显变化，气云内部成像均较差，地震剖面上同相轴均较为杂乱，近似空白反射。进一步对比振幅属性(图 6)可以看到，不同面元尺寸整体面貌基本一致，气云内部振幅响应及气云平面影响范围差异均较小。但不同面元尺寸对地震资料横向分辨率影响较大，随着面元尺寸逐步增大，横向分辨率逐步降低。

通过上述对比可以看出，不同面元尺寸气云区成像品质及气云平面影响范围差异均较小，缩小面元尺寸对提高气云区成像品质作用不明显。因此，建议气云区地震采集时采用常规面元尺寸，不必过分追求小面元。

3.3 覆盖次数对气云区成像影响

用相同的地震数据处理流程，对表 4中工区3实际采集观测系统及其退化观测系统对应的地震数据分别进行叠前时间偏移处理，分析不同覆盖次数气云区成像的差异（图 7）。通过对比可以看到，随着覆盖次数的增加，地震资料成像品质明显提升，但气云区与非气云影响区地震资料成像的提升程度存在差异。由于信噪比是可以定量表征地震资料成像品质的一个重要指标，因此分别提取不同覆盖次数气云区与非气云影响区的信噪比曲线（此处仅展示其中四个），如图 8所示。为了显示更为直观，计算其平均信噪比，如图 9所示，可以看到当覆盖次数由20次逐步增加到200次，气云区与非气云影响区信噪比均明显提升，而当覆盖次数增加到200次之后，非气云影响区信噪比提升不再明显，但气云区信噪比仍呈线性增长。

通过上述对比可以看出，当覆盖次数增加到一定数值后，继续增加对非气云影响区成像影响较小，但对气云区成像仍然很有意义。因此，建议地震资料采集时增加气云区的有效覆盖次数，以改善气云区成像品质。

4 结论

本文以渤海湾X油田先后采集的三套关键采集参数存在较大差异的地震数据为基础，通过对实际采集观测系统进行退化处理，分别研究采集方向、面元尺寸、覆盖次数等单一采集参数对气云区地震资料成像的影响，最终得到以下三点认识。

（1）采集方向对条带状气云成像影响非常大，沿气云短轴方向采集时气云内部成像品质相对更好，而沿气云长轴方向采集时气云平面影响范围相对较小。建议地震采集时充分考虑气云的形态，对于方向特征比较明显的条带状气云，采用双方位采集及融合处理改善气云区成像。

（2）不同面元尺寸气云区成像品质及气云平面影响范围差异均较小，缩小面元尺寸对气云区成像贡献不明显。建议气云区地震资料采集时采用常规面元尺寸，不必过分追求小面元，以降低采集成本。

（3）当覆盖次数增加到一定程度后，继续增加对非气云影响区成像贡献较小，但对气云区成像仍然很有意义，建议地震资料采集时增加气云区的有效覆盖次数。