柴北缘块断带是柴达木盆地的一个一级构造单元，西起阿尔金山前鄂博梁Ⅰ号构造，东到德令哈凹陷大浪—土尔岗构造带东端。北界为祁连山前深大断裂系，南界为鄂博梁南缘—陵间断裂—黄泥滩断裂—埃姆尼克山南缘深断裂与盆地中央坳陷带分界。东西长约440 km，南北宽约65 km，勘探面积约4.3万km²。柴北缘块断带包括赛昆断陷、大红沟隆起、鱼卡—红山断陷和德令哈断陷4个亚一级构造单元。柴北缘地区是以侏罗系为烃源岩的勘探区，存在中深层侏罗系及基岩勘探目的层系，是柴达木盆地较早获得油气发现的地区之一^[1-6]。中生代以来的基底块断活动强烈，形成了北低南高的古地理格局，它对中、下侏罗统的湖相暗色泥岩和煤系地层有着明显的控制作用，因而，控制着本区油气藏的分布。

柴北缘地貌多为风蚀残丘，主体构造部位地表出露中深层上部砂泥岩互层地层，地表断层发育，地层倾角变化大，近地表局部构造变形强烈，造成地震波场复杂。柴北缘地区中深层地质条件主要有两方面：一是构造主体部位变形强烈、高陡破碎、断裂发育、断面陡立；二是中深层侏罗系及基岩地震波反射能量弱、信噪比低。复杂的地震地质条件带来激发和接收条件相对较差，造成单炮信噪比低，构造顶部成像困难，中深层及基岩反射能量弱。该区地震勘探经历了3个阶段，第1阶段：1970— 1980年的采集方法覆盖次数低（24次）、道距大，对采集陡倾角地层信息不利，断裂带和深层资料信噪比低，成像不好；第2阶段：1997—1999年常规二维勘探，其采集方法为大道距、长排列，构造顶部中深井激发，翼部浅井组合激发，大面积组合接收，覆盖次数较低（60次），构造翼部得到有效成像，深层可以见到构造基本轮廓，构造主体部位几乎见不到反射；第3阶段：2000—2014年宽线二维和高密度三维，其采集方法为长排列宽线采集，单深井或浅井组合激发，小组合接收，覆盖次数较高（240~1 080次），资料品质得到明显提高，从浅层到深层均见到可靠反射，落实了构造形态，但构造顶部浅、中层断层不清，深层反射杂乱。宽频地震勘探一直是地球物理学家努力的方向之一。拓宽地震资料频带包括向低频和高频2个方面拓展。由于高频地震通常有严重的衰减、散射和频散，尤其不能提供探测基性盐（subsalt）岩等深层油藏勘探目标所需的有用信号。低频分量的穿透能力更强，因此对宽频勘探来讲，提高信号的低频成分更为现实，拓展低频具有可提高资料分辨率、提高深层资料成像质量、进行全波形反演、直接油气检测等技术优势。

针对该区资料特点，主要采用的宽频地震勘探技术有：①采用低频可控震源激发，增强了地震波低频信号能量，同时直接拓展低频和高频信息，拓宽原始资料频带宽度；②采用高密度宽方位观测技术，提高目的层有效覆盖次数和复杂构造及断裂成像精度；③针对柴北缘地表特征，采用“CMP初至分层+多尺度网格+空变初至剩余+非地表一致性剩余”的层析静校正技术提高目的层成像精度；④通过低频保护处理和低频补偿处理技术有效拓宽成像剖面频带和提高剖面成像精度；⑤采用基于低频数据宽频反演技术提高砂体分辨能力，有利于砂体的精细刻画。

相对于常规可控震源，低频可控震源激发增强了地震波低频信号能量，利用低频信号穿透性强、衰减慢的特点，较好克服了上覆地层的能量屏蔽，提高了地震波下传能量，提升了对于中深层目的层的弱反射信息能量，从而使接收到的目的层反射波能量增强，拓展低频和高频信息，拓宽原始资料频带宽度^[7-11]（图 1）。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 不同扫描频率单炮记录频谱分析 Fig. 1 Frequency analysis of different scan frequency shot records

针对柴北缘地区资料难点和特点，采用两宽一高的观测系统，重点对覆盖次数和纵横比进行优化设计。在总结以往地震采集方法优缺点的基础上，提出了高密度宽方位观测方法，采用小道距、较宽方位、较高覆盖次数等观测方法，提升观测系统的有效覆盖次数、压制横向噪音，提高资料信噪比^[12]；小道距观测增加了地震波场的空间采样，提高了地震波场的空间采样能力，有利于陡倾角地层、紧闭褶皱、逆掩断层及下盘资料的成像和归位；利用低频可控震源激发性价比高的优势，大幅度增加激发炮密度，弥补了震源激发单炮信噪比相对较弱的不足，通过增加目的层有效覆盖次数，提高目标地质体弱反射信息的能量。从图 2可以看出，随着炮、道密度增加，叠加剖面浅层、中深层目的层信噪比显著提高，主要目的层同相轴连续性明显增强，浅层及内幕弱反射也得到明显改善，当覆盖次数增加到960次时，剖面成像信噪比改善比较明显。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 不同覆盖次数叠加剖面对比 Fig. 2 Stacked section with different fold numbers

为满足对断裂及断点的成像要求，须采用较宽的方位进行观测。牟永光等^[13]提出的宽度系数概念综合考虑了不同方向上的炮检距和覆盖次数大小、排列片的接收方式等因素，用于衡量三维地震观测的宽窄更为严谨。纵横比系数计算公式如下：

式中：γ为三维观测宽度系数；θ为半炮检线的张角；γ_t为最大炮检距的横纵比；γ_n为覆盖次数横纵比；c₁，c₂均为加权系数。

在纵横比系数设计中，应充分考虑工区的地震地质条件及目标要求，保证高信噪比接收段纵横比系数大于0.5。为了验证理论分析的可靠性，采用16 L6 S360 T和32 L6 S360 T共2种观测系统，其纵横比分别为0.38和0.78，接收线距都为180 m。随着接收线数增加和观测方位变宽，中深层及主体构造断裂带信噪比明显提高（图 3）。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 不同方位观测叠加剖面对比 Fig. 3 Stacked section with different azimuths

基于初至走时的静校正技术较好地解决了诸如地形起伏相对较大、表层结构复杂、速度变化剧烈等地区的长波长和部分短波长静校正问题^[14]，已成为复杂区静校正技术的主要手段。针对柴北缘地区中深层地层岩性变化较快，近地表结构折射层不稳定、表层巨厚、横向速度变化快、高陡区波场复杂、初至波畸变严重的难点，应采用“CMP初至分层+多尺度网格”层析静校正技术，该技术具有不依赖野外表层调查、精度更高的优点。采用不规则网格剖分，以反演层速度和界面为目标，能够反映地下不同深度、不同位置更精细尺度的结构和速度参数分布，对地表界面和速度界面可以进行更精细地刻画。同时，采用初至折射剩余静校正技术解决短波长静校正问题，根据初至在不同域、共偏移距域、共炮域、共检波点域中的特点计算出残留的静校正量高频成分，对层析静校正量进行高频补充。通过高精度初至层析静校正技术应用，叠加剖面同相轴均变得相对连续，更清楚地显示出了复杂区的构造样式（图 4）。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 不同静校正叠加剖面对比 Fig. 4 Stacked section with different static correction

采用低频可控震源激发，原始单炮中存在多组强能量面波、异常振幅干扰和相对高速的线性噪声，面波和异常振幅干扰与有效信号在振幅能量上存在数量级上的差异，面波和线性噪声的线性形态特征规律性不强。针对低频采集资料高频干扰比较发育，采用叠前去噪与保护振幅进行融合处理^[15]，其基本思路是：①选择高保真去噪方法，注重保护低频有效信息；②叠前去噪与地表一致性振幅补偿的迭代，提高叠前去噪保真度。针对本区资料特点，简化、优化去噪方法，突出重点，采用炮域、检波点域及CMP域逐步、分阶段的去噪方法，压制干扰，提高有效波能量，去噪过程中必须保证对浅层有效信息及低频信息的保护。通过保护低频信息处理技术的应用，去噪后低速面波及异常强能量干扰波得到很好压制，叠加剖面信噪比明显提高，同时低频得到较好的保护（图 5）。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 低频数据去噪前后叠加剖面 Fig. 5 Stacked section before and after low frequency denoising

在低频可控震源的施工过程中，由于仪器响应、地层吸收衰减等因素的影响，实际接收信号频宽窄于理论扫描信号。因此，在资料处理过程中须要采用震源子波低频补偿技术，利用可控震源扫描信号有效拓展资料频宽，既补偿仪器的低频响应，也拓展因地层吸收衰减的高频能量。基于扫描信号的频宽补偿，首先从地震资料初至中提取实际的地震子波，零相位化后作为输入子波；利用扫描信号生成理论地震子波，最小相位化后作为期望输出；将两者作匹配处理求得整形算子，最后将算子应用到原始数据上得到频宽补偿之后的数据（图 6）。震源子波低频补偿技术的应用可以有效提高资料的频带范围，尤其是提高低频部分，对于增强弱反射层能量，改善深层资料信噪比有较好的效果（图 7）。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 低频数据补偿流程 Fig. 6 Flow chart of low frequency compensation

图 7

Fig. 7

下载eps/tif图 图 7 低频数据补偿前后叠加剖面 Fig. 7 Stacked section before and after low frequency compensation

通过低频震源和高密度宽方位观测地震采集技术的应用，新采集的地震资料频带得到拓宽，低频信息丰富，有效频带提高10~15 Hz，分辨率明显提高[图 8(a)~(f)]。本次试验方法所获剖面的信噪比和分辨率均较高，中深层成像效果改善明显，基岩反射更加清晰，对断层、断块和断点的刻画更为清晰，精确落实了复杂区的断裂展布和构造细节[图 8(g)]。同时侏罗系内幕反射也更加清楚，为后续的地震层位追踪解释奠定了高品质的资料基础。

图 8

Fig. 8

下载eps/tif图 图 8 宽频采集偏移剖面分频扫描和叠前时间偏移剖面 Fig. 8 Frequency division scan and pre-stack time migration section of broadband acquisition

目前最常用的反演方法是基于褶积模型的地震反演，其核心是从地震记录中将子波和噪音消除，得到反映地下界面变化情况的反射系数序列，进而求得与岩性、物性及油气等相关的储层参数^[16]。常规反演过程关键步骤之一是通过低频趋势补充将相对波阻抗转为真实波阻抗。宽频地震数据有效低频信号可达到2~3 Hz，可以直接利用宽频数据进行反演，这既减少了对井资料的依赖性，也提高了反演的精度（图 9）。基于低频数据宽频反演技术有效解决了柴北缘地区储层横向厚度变化大、反演结果视分辨率低的难题，宽频反演对砂体分辨能力更高，对砂体的精细刻画更加精细准确，储层预测符合率大幅提高。根据储层预测结果提供钻探的LD6井获得工业气流。

图 9

Fig. 9

下载eps/tif图 图 9 不同反演剖面对比 （a）宽频反演；（b）常规反演；（c）宽频反演（3~40 Hz） Fig. 9 Comparison of broadband inversion with conventional inversion

（1）低频可控震源的应用，拓宽了扫描信号的频宽，改善了信号质量，提高了资料的分辨能力。

（2）高密度宽方位采集技术的应用，与宽频激发源形成补充，提高了资料的信噪比和成像能力。

（3）在柴北缘复杂构造带，利用低频可控震源激发，并采用高密度宽方位地震采集技术能够获得较好的地震资料；宽频配套处理技术的应用使得复杂构造成像精度得到大幅提高；基于低频数据宽频反演技术提高了砂体分辨能力，有利于砂体的精细刻画。

（4）宽频采集地震资料高、低频信息均较丰富，建议加强探索和引进宽频数据解释技术，充分挖掘和利用宽频信息。