随着油气勘探开发工作的不断深入，地质目标变得越来越复杂，相关的研究也越来越精细，对现有的地震勘探技术提出了更高的要求。宽方位地震勘探作为一种能够明显提高勘探效果的技术，其应用也越来越普遍；并且伴随着地震采集设备的不断进步和地震资料处理水平的提高，宽方位地震勘探技术也得到了快速发展^[1-2]。特别是海上宽方位地震采集，相较于陆上勘探，其起步早、实现方式多、成本相对较低，因此发展也更快^[3]。

东海三维地震勘探以前大多采用单船斜缆窄方位的施工方式，采集参数存在缆长偏短、覆盖次数偏少、枪缆沉放偏浅、方位角过窄等问题，使得采集地震资料在中深层品质普遍不高，具体表现为信噪比偏低、分辨率不高，成像较差^[4]。近年来，随着目的层深度的增加以及勘探开发精细化的需求，加快了宽方位采集的步伐，创新应用了多种采集技术，地震采集参数也在不断优化提升，宽方位的采集和应用得到了快速发展。

与常规窄方位的地震资料相比，宽方位的地震资料采集覆盖次数多，信噪比、分辨率更高，大幅提高了地震资料的质量，并且宽方位地震资料的炮检距和方位角分布范围广且更均匀，能有效改善地下地质体的照明度、衰减多次并改善复杂构造的成像效果^[5]，能更好的分析地震波在地层中的各向异性特征，对断层、裂缝、复杂储层的识别更好。国内外许多专家学者在宽方位地震采集、处理、解释方面进行了大量的研究，并已取得一定的实践成效。

目前宽方位地震勘探主要应用于复杂构造的成像，以及通过纵波属性方位各向异性方法来进行裂缝预测^[6-10]，在储层预测方面的应用较少^[11-14]，并且现有研究方法多使用全方位地震的振幅属性或者反演来进行，虽然预测精度得到了提升，但是全部信息的应用压制了数据中包含的各向异性特征。本文从宽方位地震资料中分离出河道砂优势方位地震道集来进行河道砂体的预测，该方法增强了目标河道砂体的主要特征，提高了预测的有效性。

X气田位于东海陆架盆地主要的含油气凹陷，主力储层埋藏深、储层横向变化大并且断裂系统复杂，原有常规采集地震资料频带及方位角偏窄、信噪比低、多次波发育，无法为中深层储层预测提供科学依据^[4]。为了满足油气田进入开发以后对中深层精确成像和储层精细描述的需求，X气田进行了东海首次宽频宽方位（双宽）地震资料商业采集。

本文针对河道砂体的地质和储层特征，分析得出河道砂体的多个优势方位角，应用宽频宽方位地震资料，分别进行优势方位角叠前地震反演，求取河道砂体敏感弹性参数，从而进行储层的精细预测。结果表明，相比于常规地震资料，宽频宽方位地震对X气田的河道砂体预测与实际钻探更吻合，砂体刻画更清晰、细节更丰富，砂体平面展布特征更符合地质认识，能更好的指导东海X气田的滚动勘探与开发开采。

1.   地震资料品质分析

X气田地震资料采集将斜缆宽频技术与宽方位技术相结合，创新提出了三船四源斜缆宽频宽方位采集方案（图1），即双震源的主采集船A，外带两艘单源辅助震源船B和C，交替响炮，第一航次辅助震源船B和C分别距离主船A中间线1000 m和2000 m的位置，第二航次辅助震源船B和C分别距离主船A中间线3000 m和4000 m，主船A同向重复作业一次，但是主船A两次航迹线在Crossline方向错开12.5 m。主采集船A共10缆，缆长6000 m，沉放水深7～40 m，运用全曲斜缆的采集，不设置平缆段。通过这种采集方式，得到的地震资料兼具宽频和宽方位角的特征（图2），面元平均为12.5 m×12.5 m，覆盖次数161次，最小偏移距200 m，最大偏移距6200 m。

图  1  宽方位地震采集观测系统

Figure  1.  Observation system for wide azimuth seismic data acquisition

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  2  宽方位地震方位角玫瑰图

Figure  2.  Rose diagram of azimuth of wide azimuth seismic data

下载: 全尺寸图片 幻灯片

通过对采集的宽频宽方位地震频资料采用噪音剔除、鬼波及多次波压制等处理，充分发挥出了宽方位数据的潜力。斜缆宽频的采集方式以及有效的三维去鬼波提高了数据中低频信号的信噪比，对断层成像和反演稳定性的提高都有极大帮助，同时有效的拓展了数据频带，提升了数据分辨率。宽方位采集的高覆盖次数对于最终成像的信噪比提升效果显著，同时更丰富的中远道覆盖有效压制了数据中残余多次波。通过与常规地震资料对比可以看到，宽频宽方位地震资料品质得到了大幅提升（图3），断层刻画能力明显增强，断点干脆，具有更清晰的断裂成像，易于复杂构造解释。具有更高的信噪比与分辨率，同相轴更连续、更丰富，从时间切片来看（图4），对地质体的细节刻画更清晰。地震频带更宽（图5），低频和高频都得到一定程度的拓展，带宽由10～50 Hz拓宽为5～55 Hz，倍频程由2.3提高到3.5。高频能够提高薄层的识别能力，丰富的低频信息是稳定反演结果的主要因素，能够降低子波旁瓣效应的影响、降低储层预测结果的多解析以及提高岩性解释精度。

图  3  双宽地震资料与常规地震资料剖面对比

Figure  3.  Comparison of profiles between double width seismic data and conventional seismic data

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  4  双宽地震资料与常规地震资料时间切片对比

Figure  4.  Comparison of time slices between double width seismic data and conventional seismic data

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  5  双宽地震资料与常规地震资料频宽对比

Figure  5.  Comparison of bandwidth between double width seismic data and conventional seismic data

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图6为常规地震和宽频宽方位地震反演得到的储层敏感的纵横波速度比剖面，红色代表砂岩，青色代表泥岩，剖面上3口井曲线为GR，GR向左代表相对低值，指示砂岩。可以看到，基于宽频宽方位地震资料预测的岩性与井的吻合率更高，预测的砂体更连续、厚度更准确，砂体叠置关系以及尖灭点更清晰，更易于岩性解释。

图  6  双宽地震资料与常规地震资料反演对比

Figure  6.  Comparison of Inversion result between double width seismic data and conventional seismic data

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.   宽方位地震河道砂体预测方法

2.1   叠前同时反演原理

叠前同时反演是通过研究反射波振幅随炮检距（或入射角）的变化特征来研究反射系数响应随炮检距的变化，进而确定反射界面上覆、下伏介质的岩性特征及特性参数，Zoeppritz^[15]方程是它的理论基础。本文叠前同时反演基于的是Zoeppritz方程的近似公式Fatti^[16]方程：

式（1）中，$ R $为反射系数，$ \theta $为入射角，${V}_{{\rm{P}}}$、${V}_{{\rm{S}}}$和$ \rho $分别代表地层的纵波速度、横波速度和密度，${{\Delta I}_{{\rm{P}}}}/{{2 I}_{{\rm{P}}}}$为法向入射时的纵波反射系数，${\Delta {I}_{{\rm{S}}}}/{{2 I}_{{\rm{S}}}}$为横波反射系数，${\Delta \rho }/{2\rho }$为密度反射系数。假设横波阻抗、密度的对数与纵波阻抗的对数存在一定的线性关系，应用褶积原理，加入子波效应，把地震数据和反射系数连接起来，则Fatti方程可进一步转化为下面的形式：

式（2）中，$ \theta $为入射角，$ T\left(\theta \right) $为入射角$ \theta $的地震数据，$ {c}_{1}\mathrm{、}{c}_{2}{\mathrm{、}c}_{3} $为Fatti近似的拟合系数，$ W\left(\theta \right) $为入射角$ \theta $的地震子波，$ D $为差分矩阵，${L}_{{\rm{P}}}$、${L}_{{\rm{S}}}$、${L}_{{\rm{D}}}$分别为纵波阻抗、横波阻抗和密度的对数。

叠前同时反演以常规约束稀疏脉冲反演技术为基础，利用多个不同角度叠加的地震数据体，通过地震、测井、地质等多种信息的约束，结合式（2），同时反演生成纵波阻抗、横波阻抗、密度等多种弹性参数，利用这3个基本参数，组合得到多个弹性参数。综合利用这些弹性参数，进行储层预测^[17-20]。

本文对于河道砂体的预测就是基于叠前同时反演求取砂岩敏感的弹性参数纵横波速度比，预测结果与实钻井吻合较好，取得了较好的应用效果。

2.2   地震优势信息的河道砂体预测方法

地层和地质体由于埋深、成岩机制、储层成藏机制、空间分布形态的差异，导致地震反射特征是不一致的，并且不同地质勘探目标所对应的敏感炮检距和方位角参数也不同。常规的窄方位地震勘探均是从单一方位的敏感信息出发进行研究，很难可靠地表征地质体，识别精度较低；而对于宽方位地震数据的应用，往往通过全叠加方式来提高信噪比、加强振幅能量以及稳定性，虽然综合了地震所有方位的信息，但这种方式会湮灭目标地质体所具有的各向异性特征，降低原始资料的分辨能力和目标地质体的识别精度^[21]。

对于河道砂预测来说，地震资料中的炮检距信息与河道的发育规模、地层中的岩性和流体成分等具有相关性，方位角信息与地层中的断裂、河道的走向等发育特征相关^[22]。不同目的层河道的发育规模及河道的走向不同，因此，需要根据不同的河道优选出不同炮检距、方位角的地震数据来进行精细的储层预测。本文采用优势方位角地震反演加权的方法来进行河道砂的预测：即某一方位地震反演结果对其垂直方向的河道具有最佳的照明程度，如图7所示，四条河道砂体在不同的方位角下，照明程度不同；在60° 和 240° 方位角照明下（图7（a）），河道2和河道1的部分段能够最佳照明，而河道3和河道4照明效果较差。在120° 和 300° 方位角照明下（图7（b）），河道3、河道 4和河道1的部分段能够最佳照明，而河道2照明效果较差。把60°、120°、240°、300° 四个方位角地震反演结果叠加起来（图7（c）），能够增强照明结果，可同时有效刻画4支河道砂体的展布特征。

图  7  河道砂体预测示意图

Figure  7.  Schematic diagram of channel sand body prediction

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.3   河道砂体预测具体实施流程

根据地震优势信息的河道砂体预测方法制定了基于宽方位地震进行河道砂体预测的流程，其具体的实施步骤如（图8）所示。

图  8  河道砂体预测流程

Figure  8.  Channel sand body prediction process

下载: 全尺寸图片 幻灯片

（1）目标河道砂体优势方位角的确定。根据钻井资料分析工区的沉积环境，结合地震资料精细解释结果确定的地震相，大致确定目标河道的主物源方向。再运用常规地震或者全方位地震对目标河道砂体的初步预测结果，分析河道砂体平面展布特征，进一步确定河道砂体的精确走向，最后计算垂直河道砂体走向的一个或者多个方位角，即为目标河道砂体的优势方位角。

（2）优势方位角地震道集的求取。以目标河道砂体的优势方位角度为中心，选择合适的方位扇形区方位角范围，既要保证河道砂体的优势信息不被压制，又要保证地震道集的信噪比；然后对方位扇形的规则化偏移道集做部分叠加，即得到河道砂体优势方位角的地震道集。

（3）叠前同时反演。根据岩石物理分析，得到河道砂体的岩性敏感弹性参数，结合河道砂体优势方位角的地震道集、测井、地质等多种信息，运用叠前同时反演，依次求取各个优势方位角的河道砂体敏感弹性参数体。

（4）河道砂体刻画。把各个优势方位角的河道砂体敏感弹性参数反演体叠加起来，来进行河道砂体精细解释和刻画，通过河道砂体平面展布来进行河道砂体的研究。

3.   应用实例

X气田处于大型完整的背斜-断背斜圈闭内，西陡东缓，花港组储层为浅水三角洲沉积体系，以分流河道、河口坝砂体为主，主力砂体厚度8～36 m，油气层分布在花港组H3～H12层，埋深3200～4200 m；花港组上部H3～H6层为常规油气藏，下部H8～H12层为低渗气藏，H3～H6层河道砂体具有孔隙度大、渗透性较好的物性特征，是油气聚集的良好场所之一。因此，花港组上部河道砂体的精准预測对下一阶段气田的滚动勘探与开发开采具有非常重要的意义。

应用宽频宽方位地震资料对X气田的主要产气层H5层河道砂体进行了预测。通过工区实钻井资料分析以及地震资料的精细解释，H5层为三角洲平原分流河道为主的沉积环境，发育多期次的分流河道，主物源方向为西北-南东向。图11（f）为常规窄方位地震资料预测的H5河道砂体平面展布图，能较直观的看出主物源方向以及四条分流河道的走向。

图  11  H5层河道砂体预测平面展布

Figure  11.  Prediction plane distribution of channel sand body in layer H5

下载: 全尺寸图片 幻灯片

本研究区规则化偏移道集的方位特征是北偏东30° 方向为 0°,沿顺时针方向增加（图2）。根据图11（f）展现的河道走向，确定了H5层河道砂体的四个优势方位角，分别为30°、90°、210° 和 270°。以优势方位角度为中心方位角，从规则化道集中分割出4组分方位叠加道集，每一组分方位叠加道集方位角的范围为30°，即15°～45°、75°～105°，195°～225°、255°～285°。

图9为工区基于实钻井资料的岩石物理交汇分析，红色点为低GR值对应砂岩，黑色点为高GR值对应泥岩，可以看到，弹性参数纵横波速度比能够较好的区分河道砂岩与泥岩。于是，对4组分方位地震道集，运用叠前同时反演方法，分别求取了纵横波速度比参数。

图  9  岩石物理交汇分析

Figure  9.  Petrophysical intersection analysis

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图10为纵横波速度比弹性参数连井剖面，从箭头所示位置，可以看出不同方位角反演结果所预测的H5层河道砂体都有所不同，即存在明显的方位各向异性。从砂体平面展布可以更清楚的看出这种各向异性特征（图11（a）～图11（d）），尽管各方位角反演结果对H5层砂体平面展布预测范围大体相似，但局部特征具有明显差异,当为垂直于河道走向的方位角反演结果，河道展布特征会更强、更清晰，否则河道展布特征会变弱。

图  10  优势方位角反演剖面

Figure  10.  Inversion profile of dominant azimuth

下载: 全尺寸图片 幻灯片

把4组分方位的纵横波速度比弹性参数体进行了叠加，得到了能够更精准预测河道砂体的最终反演体。图11（e）为最终反演体预测的H5层平面展布，相较于单个方位反演体对河道某部分的精准刻画，其能够较好的同时刻画4条河道的展布；并且相比于窄方位地震反演（图11（f）），其对H5层河道砂体平面展布刻画更精细，河道期次更明显，边界更清晰，更符合地质认识；通过X4～X9六口开发井进行盲井验证，其对H5层河道砂体预测与井点均吻合，证实了预测的可靠性。

预测结果也解决了X5井钻探后存在的气水矛盾问题，X5井的钻探是基于常规地震反演结果（图12（a）），钻前认为X3和X5井的H5层河道砂体是连通的，H5层在X3井点处实钻为纯气层，在X5井点处则预测为气层；通过钻探，X5井虽然成功钻遇H5层河道砂体，但是为水层，与钻前的气层预测不符合，产生了气水认识矛盾的问题。而从双宽地震资料的反演结果（图12（b））可以看到，X5井所钻遇H5砂体与X3井H5砂体是两套不连通的叠置砂体，为不同期次河道，合理解释了两口井存在的气水矛盾问题。基于双宽地震反演的预测结果，结合地质油藏的认识以及岩性圈闭刻画，指导了X10和X11两口开发井的部署，H5层砂岩均有效钻遇，取得了较好的开发生产效果，再次验证了宽频宽方位地震优势信息河道砂体预测结果的可靠性。

图  12  双宽地震资料与常规地震资料H5层反演对比

Figure  12.  Comparison of inversion results of layer H5 between double width seismic data and conventional seismic data

下载: 全尺寸图片 幻灯片

4.   结论与建议

（1）采用三船四源斜缆的采集方式获得宽频宽方位的地震资料，相较于常规地震资料，质量得到大幅提升，含有更丰富的高频、低频、方位角信息，并且具有高分辨率、高信噪比、高保真度的特征，为储层的精细预测提供了有效的资料基础。

（2）根据目标河道的地质以及储层特征，从宽频宽方位地震数据中，分离出优势方位道集结合叠前同时反演来进行河道砂的预测，充分发掘了河道砂体的各向异性信息，增强了目标河道砂体的主要特征。相较于常规地震资料，河道砂体的预测精度得到大幅提升，与实钻井更吻合，并且预测砂体更连续、边界更清晰、更符合地质认识。

（3）河道砂体预测过程中对于双宽地震资料优势信息的应用，可以指导东海双宽地震资料的采集、处理方案的设计，以期获得更有利于储层研究的高质量地震资料。

（4）随着宽方位地震资料采集越来越广泛，地震优势信息的河道砂体预测方法为高精度储层预测提供了新思路，可在类似地区推广。