渤海湾盆地、北部湾盆地和珠江口盆地是中国近海的油气富集区，其中渤海湾盆地是中国北方重要的油气产区，盆地圈闭类型多样，油气藏类型丰富^[1-2]。随着油气勘探程度不断加深，勘探的难度和复杂性越来越大。地震勘探目标开始向寻找小断层、小断块及岩性地层等隐蔽油气藏的方向转变^[3]。随着地震勘探向着更小尺度的地质体成像的推进和发展，对于复杂上覆介质下的小尺度目标体的地震成像日益受到关注。研究分析影响这些复杂小目标体成像的因素，可以更有针对性地进行面向地质目标的采集和成像^[3]。

目前，反射地震方法是获取地下结构的重要手段之一。海上地震勘探的基本方法是由空气枪震源激发出地震波传播到地下，遇到波阻抗界面后反射回地表。携带着地下结构信息的反射波被布设在海水中或者海底的电缆接收后传回仪器记录，再经相应的数据处理方法对地下结构进行成像，从而得到关于地下结构的描述。在这一过程中，对地下结构的实际探测会受到诸多因素的制约，其中最主要的影响来自野外观测系统设计，复杂地质结构对波传播的影响以及目标倾角等三项因素的作用^[4]。这三个因素中的地质结构和目标倾角都是地层的自然属性，人为无法干预，只能通过野外观测系统的合理设计来提升对地下目标的探测效果。

传统地震采集观测系统设计最重要的基本假设是介质均匀或水平层状^[4-5]，当地表和地下构造复杂时，容易引起地震波传播速度的横向剧变，使传播的射线路径变得复杂。这影响了地震资料成像品质，甚至造成构造形态的严重畸变，影响了勘探目标的评价精度。为了能够获得最佳野外采集数据，必须对不同的地质目标，采用合适的观测系统，才能够最大限度地获得地下地质信息^[6]。近年来，地震波动方程照明分析技术的发展较快，在复杂模型成像研究方面具有较高的计算精度，能够较为真实地反映地震波在地下介质传播过程中的能量分布，为合理地优化设计观测系统提供可靠的依据^[6-11]。

本文主要对渤海油田浅层复杂地区的已有资料进行深入分析，针对已有资料存在的问题提出合理的解决方案。为了提高浅层复杂地区地质目标的照明度和成像质量，对定向照明地震采集技术进行了研究，提出了利用局部加密覆盖的方法增强地震波照明能量，设计了适合的观测系统。实际应用表明：定向照明地震采集技术显著提高了地质目标的照明能量，大幅度提高浅层复杂地区地震资料的品质与勘探精度，该方法对复杂地区针对特定地质目标的观测系统优化设计具有一定的指导意义。

垦利A构造位于渤海莱州湾凹陷东部走滑构造带，是依附于郯庐走滑东支断层的断裂背斜。郯庐走滑带是黄河口、渤中以及辽东湾等凹陷油气聚集的主要构造带之一，2005年底邻区有较好的油气发现，从而证实了莱州湾凹陷东部走滑带同样具有较好的油气成藏条件。垦利A构造圈闭规模大，张性油源断层发育，储盖组合较好。2008年初在该构造进行钻探，主要目的层位是明下段、东二下段、沙三段，完钻于沙四段，完钻井深为2 670 m。该井油气显示活跃，显示层位浅、井段长，在井深308 m见到明显气测异常，在井深564 m发现油层，是莱州湾凹陷油气显示最浅的含油气构造（图 1）。

图 1(Figure 1)

图 1 垦利A构造地质构造图

通过对该区评价，垦利A含油气构造三级地质储量＞3 000×10⁴ m³，为有利含油气构造。但是该区地震资料信噪比低、反射杂乱，同相轴连续性差，边界及内部断层归位不好，断点不清。地震资料的品质不能满足研究需求，制约了该区的进一步评价（图 2）。

图 2(Figure 2)

图 2 过垦利A-1井的地震剖面

针对该区资料品质问题，开展了攻关处理工作，处理后的资料信噪比有所提升，同相轴连续性有所改善，但仍不能满足需求。在该区也开展了电火花浅层物探调查和钻孔取样分析，结果显示该区浅层复杂，海底底质和浅层气是造成下部反射杂乱的原因之一。

定向照明采集技术针对主要目标构造，以已有资料分析为依据，找出产生问题的关键，围绕目标构造在地表进行有针对性的炮点和检波点布设，实现目标构造高清成像。进行定向照明地震采集设计，第一步要了解和收集原工区地震地质条件、勘探概况、存在问题，详细分析老资料情况，同时要注意收集工区中已有的井资料以便更加准确地求取地球物理参数，这些是参数分析和模型正演的基础^[12]。

通过对已有资料进行分析，已有资料存在的问题主要表现为两方面：

（1）构造主体部位信噪比低，能量弱；

（2）复杂构造区、断裂发育区成像较差。

从已有资料可知垦利A构造复杂，断裂发育，埋藏很浅，主体部位在1 000 m以内。该区已有资料是采用拖缆方式进行采集（图 3）的，从表 1已有资料采集参数上可知总覆盖次数为45次，小于1 000 m的近偏移距有效覆盖次数不大于11次，低覆盖次数是造成构造主体部位信噪比低，能量弱的主要原因。如图 4所示，原拖缆采集炮检距虽分布均匀，但是炮检距分布范围较窄，横向信息不足；方位角非常窄且采集方位单一，因此该双源四缆观测系统不利于对该区部分复杂地下构造的照明。

图 3(Figure 3)

图 3 双源四缆观测系统图

表 1(Table 1)

表 1 已有资料采集参数

表 1 已有资料采集参数 船队 BH512 电缆沉放深度/m 6 记录长度/s 6 道间距/m 12.5 采样率/ms 1 电缆间距/m 100 最小偏移距/m 184 炮间距/m 25 电缆长度/m 4 500 震源数 2 电缆道数 360×4 电缆数量 4

图 4(Figure 4)

图 4 双源四缆观测系统炮检距分布图（左）和玫瑰图（右）

由于海上地震资料采集和处理成本非常高，复杂地区定向照明地震采集设计技术能在野外采集之前对观测系统的潜在探测能力进行充分评估，大大提升采集的资料品质，降低采集项目风险和勘探投资。

定向照明地震采集设计技术是以地质目的为导向，在给定观测系统和地质模型的情况下对观测系统探测能力提供定量描述的有效方法，主要包括地质建模、模型正演、照明分析三个环节。在对目标区地震和地质资料充分分析的基础上进行综合论证，包括基于地球物理模型进行采集参数分析的地震采集设计技术、基于数值模型设计的观测系统属性分析技术和基于地下介质模型进行的正演模拟。例如针对已有资料构造主体部位信噪比低，能量弱的问题，在观测系统设计上针对目的层增加覆盖次数，提高信噪比，提高照明度；针对已有资料复杂构造区、断裂发育区成像较差的问题，观测系统设计上增加宽方位角，增加横向信息，增加覆盖次数。

通过对已有资料分析，采集参数论证以及投入费用预算的综合考虑，设计了6线8炮360道的正交观测系统（图 5）用于全工区采集，表 2为观测系统参数。

图 5(Figure 5)

图 5 6L8S360R正交观测系统示意图

表 2(Table 2)

表 2 6L8S360R正交观测系统参数

表 2 6L8S360R正交观测系统参数 排列线距/m 200 总道数 360×6 道间距/m 25 炮线距/m 50 炮点距/m 100 覆盖次数 45纵×6横=270次 面元尺寸 12.5×25

该观测系统的总覆盖次数较高，达到了270次，炮检距分布均匀，方位角较宽（图 6）。波动方程照明分析表明该观测系统能满足全工区大部分区域的照明需求（图 7）。

图 6(Figure 6)

图 6 6L8S360R正交观测系统炮检距分布（左）和玫瑰图（右）

图 7(Figure 7)

图 7 6L8S360R观测系统照明分析

但是，在0~1 000 m偏移距的浅层，覆盖次数只有40次左右，对于埋深在500 m的垦利A构造来说，目标区的照明还是不足。针对这种情况，综合考虑技术需求和作业成本，又增加布设了近偏移距信息丰富的6线2炮240道的观测系统（图 8、9），通过波动方程照明模拟，证实该观测系统可大幅提高目标区的照明效果（图 10）。

图 8(Figure 8)

图 8 6L2S240R正交观测系统示意图

图 9(Figure 9)

图 9 6L2S240R正交观测系统炮检距分布（左）和玫瑰图（右）

表 3(Table 3)

表 3 6L2S240R正交观测系统参数

表 3 6L2S240R正交观测系统参数 排列线距/m 100 总道数 240×6 道间距/m 25 炮线距/m 50 炮点距/m 50 覆盖次数 60纵×3横=180次 面元尺寸 12.5×25

图 10(Figure 10)

图 10 6L2S240R观测系统与6L8S360R观测系统累加的照明分析

由于海上地震采集施工费用高昂，设计好的观测系统在海上采集时要综合考虑各方面因素，在获得较好地质效果的前提下需方便野外施工，降低采集费用。本项目在野外采集时全工区应用6L8S360R（图 11）正交观测系统采集，只在目标区域（图 11粉红框）增加应用6L2S240R观测系统的采集，进行局部加密覆盖。从原有资料剖面（图 12）与定向照明采集资料剖面（图 13）对比，定向照明采集的资料成像清晰，同相轴连续性较好，信噪比大幅提升，波组特征清楚丰富，特别是定向照明目标采集区成像效果明显好于原有资料。

图 11(Figure 11)

图 11 两种观测系统应用范围

图 12(Figure 12)

图 12 原有资料剖面

图 13(Figure 13)

图 13 定向照明采集资料剖面

本文阐述了定向照明地震采集技术，并结合渤海油田浅层复杂地区定向照明地震采集的示例，进行了分析研究，得到如下结论：

（1）定向照明地震采集技术在渤海油田浅层复杂地区应用效果较好，新采集的资料整体信噪比高，波组特征清楚丰富，横向连续性合理可靠，成像清晰，资料品质得到显著提升。

（2）定向照明地震采集技术是针对提高特定地质目标照明度和成像质量而进行的观测系统设计及施工，针对特定地质目标应用效果较好，而对于非目标区的成像效果提升有限。

（3）定向照明地震采集设计时要综合考虑技术需求和作业成本，在获得较好地质效果的前提下需方便野外施工，降低采集费用。

（4）定向照明地震采集技术针对地质目标进行照明分析，针对目标成像优化观测系统布设，提高地质目标的成像精度，使目的层得到最佳成像照明，是观测系统研究发展的一个方向，有较高的应用推广价值。