0 引言

东海陆架盆地是中国近海最大的盆地，面积达26×10⁴km²，规模油气勘探近40年，累计采集二维地震20×10⁴km以上，三维地震近2×10⁴km²，历次资源评价结果均表明其油气资源潜力巨大。从目前累计的储量发现来看，油气探明程度相对较低，仍处于勘探的早中期。西湖凹陷是东海陆架盆地油气勘探的重点地区，但存在着目的层埋藏深（普遍大于4000m）、砂—泥—煤薄互层、多次波发育等特殊地震地质条件^[1-3]，地震资料品质成为制约西湖凹陷勘探成功率的关键瓶颈。

近年来，西湖凹陷的地震勘探工作量大幅度提高，地震勘探技术不断发展，地震采集技术经历了从二维到三维，从窄方位到宽方位，从稀疏到高密度，从窄频带到宽频带，从单分量到多分量的发展历程，同时形成了一系列的地震勘探实用新技术，例如以宽方位、宽频带、高密度、多分量为核心的“两宽一高一多”二次三维地震采集技术等，显著提高了地震资料的成像精度和纵横向分辨率，进而推进了油气勘探的进展。需要指出的是，西湖凹陷的特色地震勘探技术进展和实践与中国海洋石油地震勘探技术^[4-10]同步发展，是中国海洋油气地震勘探技术发展的代表性案例。

1 中深层特殊地震地质条件 1.1 地质背景

西湖凹陷位于东海陆架盆地的东侧，发育在宽缓大陆架的缓坡地带，水深70~110m，海流比较稳定，潮水变化较为规律；面积约5.9×10⁴km²，南北长440km，东西宽约110km，是一个呈北东向展布的凹陷，平面上自西向东可划分为西部斜坡带、中央反转构造带、东部断阶带等次一级构造单元（图 1）。西湖凹陷新生代以来经历了裂陷—断陷（古新世—中始新世）、坳陷（晚始新世—渐新世）、反转（中新世）和区域沉降（上新世—第四纪）等多期次构造运动，构造演化复杂，发育多个不整合面，最大沉积厚度超过10000m。主要勘探层系为始新统平湖组和渐新统花港组，埋深平均超过4000m。

1.2 特殊地震地质条件及地震资料品质分析

受东海陆架盆地特殊地震地质条件的制约，西湖凹陷的中深层地震资料品质普遍较差，主要表现在地震波组特征不明显、成像差，信噪比及分辨率低。究其原因，主要有以下3个方面。

一是特殊地质条件。首先，西湖凹陷勘探目的层埋藏深，其主力目的层平湖组和花港组埋深为3000~5500m，凹陷中央的沉积厚度超过10000m。由于埋藏深导致波阻抗界面差异小，且越往深部，地震能量衰减越严重；同时，中深层受多期构造运动叠合效应的影响，构造样式及断裂系统复杂，造成地震波传播路径变化、产生散射绕射等现象，进一步造成能量衰减，导致中深层地震资料成像困难。其次是储层特征复杂，储层以中深层低孔渗砂泥岩互层为主，横向变化大，且砂泥岩中夹杂煤层，直接影响了成像品质。

二是多次波影响。东海海域地震资料突出特征之一即多次波发育，主要类型有鸣震、微屈多次波、层间多次波等（图 2），原因有3个方面：①海底影响。海水深度在100m左右，海底较平，属于浅水软海底，易于产生强烈的海水鸣震。②多个强反射界面共同作用。海底、浅层、煤层及基底等强反射界面造成多类层间多次波发育，影响目的层有效信号及成像。③在低幅构造为主的区域，多次波与一次波产状近似、变化平缓，多次波不易识别和去除。通过典型单炮、道集及速度谱分析，该区资料均可见明显的多次波，对成像造成影响。例如周期性多次波在频谱上表现为明显的陷波现象，造成深层同相轴续至相位明显、波组特征不突出；近炮检距多次波能量较强，有效波反射能量相对弱，影响速度的准确判断。

三是海上资料的陷波作用。由于空气枪和拖缆沉放水中所产生的鬼波造成明显的陷波效应，海上地震采集所得气枪远场子波形态及对应的频谱多表现为低频端及高频端均缺失，在低频端存在明显的陷波；另外，由于气泡效应造成低频端频谱有明显抖动。陷波及气泡效应共同作用导致气枪子波低频成分缺失，不利于深层成像。

2 地震采集技术进展

西湖凹陷地震勘探工作从20世纪80年代的二维地震采集开始，到目前的三维连片和重点探区二次三维采集，不同阶段的地震采集参数配置和采集主流技术从侧面反映了该阶段中国海洋油气地震勘探的技术发展水平和海洋地震勘探装备水平。同时，地震勘探技术的发展也与石油地质研究和油气发现的历程相辅相成、息息相关。

针对西湖凹陷存在的实际地质问题，西湖凹陷的地震采集技术发展大致划分为3个阶段。

2.1 探索阶段：二维地震采集技术

东海陆架盆地在20世纪80年代开始勘探，累计开展二维地震超过20×10⁴km，重点勘探区的二维测网密度达2km×2km至4km×8km，局部可达1km×1km。西湖凹陷二维地震资料的采集以查明凹陷结构和地层展布为主要地质目的，从地震采集技术和地震资料品质上基本可进一步划分为3个时期（表 1）。

第1期（1980—1995年）：以二维地震测线为主的勘探早期，资料品质较差。

20世纪80—90年代，囿于采集装备和技术条件制约，采集的区域地震资料品质相对较差，且记录时间短，仅用以落实凹陷基本面貌及局部大构造，盆地基底不易识别。80年代采集参数主要表现为震源容量和电缆长度均较小，记录长度短，这直接导致2.5s以下中深层成像不清。至90年代，地震勘探技术逐渐发展，震源容量、电缆长度、覆盖次数增加，记录长度从5s升至8s（表 1）。从地震资料品质上看，反射信号在中深层有所改善，但仍表现为反射杂乱，能量弱（图 3a）。整体来看，采集参数仍需改进。

第2期（1995—2006年）：地震采集装备改进，采集参数优化，中深层资料品质提高。

随着地震勘探采集装备和采集技术的进步，震源容量和电缆长度大幅提高，使得地下覆盖次数大幅增加，计算机技术的发展使得记录长度也大幅增加，为深部成像信息的获取打下基础（表 1）。从实际资料上也可看到，中深层2~5s的成像品质明显提高（图 3b）。

第3期（2006—2010年）：大震源长缆和上下源等采集技术进一步提高中深层资料品质。

为进一步探求中深层地震反射结构，该时期在测线部署、参数设计和采集方法优选上做了大量尝试，开展了大震源、上下源和常规二维采集等多种二维地震采集对比试验，研究不同采集方式对深层反射结构的成像效果；同时，通过陆续设计和完成大网格区域剖面，在落实凹陷中深层地质结构及盆地边界、解决凹陷与周边构造单元的结构关系上起到了关键作用。通过对不同采集试验线的对比分析得出，大容量震源、深沉放、长排列电缆可以有效提高中深层地震资料的成像效果（图 3c）。

2.2 发展阶段：三维地震采集技术

西湖凹陷三维地震采集是随着地震勘探技术进步及勘探需求而发展起来的，通过对三维地震采集参数及采集技术的设计优化和针对性攻关试验，发展和完善了一系列当时业界最新的三维地震勘探技术，并在中国海域推广应用。

早期三维资料采用单船单缆作业方式，采集方法和采集参数受限，致使资料品质较差。“十一五”以来，随着勘探技术的发展，采集参数和采集方式也逐步发展。从西湖凹陷三维采集参数上看，主要经历了3期发展演化过程（表 2）。

第1期（1999—2005年）：受技术条件的限制，该时期采集参数普遍采用相对较短的电缆长度、较低的覆盖次数、较小的气枪容量，以及相对较小的电缆和震源沉放深度。电缆系统上采用的是液体电缆，多为3缆或4缆，震源系统上气枪多采用Sleeve枪，震源容量在3000in³以下，覆盖次数在40次左右，记录长度在6s左右（表 2）。这一阶段的三维地震采集主要部署在西湖凹陷中央反转构造带的中南部，地质目的层相对较浅，采集参数与目标区地质条件相对应，推动了中南部中浅层常规油气层的发现。

第2期（2006—2010年）：随着地质目的层加深（3500m以上）和勘探对象复杂化，所采用的地震采集参数也随之改进。通过采集参数分析认识到，较大的电缆和震源沉放深度有利于深层低频信号的接收，较高的覆盖次数会提高深层资料信噪比，这一时期的参数表现为电缆长度、电缆拖带条数及震源容量增加，对应着覆盖次数及记录长度的变大（表 2）。通过这一时期的三维地震采集，获得了较好的中深层三维地震资料，为西部斜坡带平湖油气田、平北油气田等重点区块的勘探开发打下了基础（图 4a）。

第3期（2011—2015年）：这一阶段是西湖凹陷三维地震的飞速发展时期，表现在采集设备的进步、采集参数的优化和新采集技术的应用3个方面。在采集设备上，主要进展为固体电缆在物探船大规模装备，并且电缆拖带能力进一步提高，从4缆和6缆发展到10缆，电缆长度达6000m及以上。在震源上多采用Sercel-GunⅡ枪，重量轻、体积小、性能稳定、使用灵活；震源容量多在4000in³以上，且大枪比例相对增加，以提高低频能量和深层穿透能力（表 2）。

在采集技术上，为解决常规拖缆地震勘探存在的问题，大力引进和应用地震采集新技术，例如WesternGeco公司推出的Q-Marine地震采集技术，以及PGS公司推出的GeoStreamer拖缆双检采集技术等。

Q-Marine地震采集技术是海上单检波器高密度采集方式，主要是通过可标定的震源、可标定的数字检波器及高密度采集、精确的定位系统及可操控的电缆四大特点，得到定位精度更高、更利于噪声压制和频带更宽的地震资料。西湖凹陷西部斜坡带开展了两次Q-Marine地震采集作业^[11]，通过优化震源、电缆等施工参数达到高密度采集目的（表 2）。从资料效果来看，地震分辨率提高明显，且对局部小断裂的成像更加清晰（图 4b）。

GeoStreamer拖缆双检地震采集技术是将压力检波器和垂直速度检波器集成于拖缆同一位置，在同一观测点上同时接收两种信号，根据两种检波器接收到的地震波极性的差异，对两种信号进行处理来压制虚反射和海水鸣震，达到消除鬼波、提高频带宽度和资料品质的目的^[12]。西湖凹陷西部斜坡带应用GeoStreamer拖缆双检采集系统开展了一块三维试验采集，从资料效果来看，中深层目的层的频带宽度有所提高，剖面整体成像有所改善（图 4c）。

这一时期，通过三维地震的整体部署和分步实施，实现了西湖凹陷主探区三维地震全覆盖，保障了勘探开发的资料基础，有力推动了西湖凹陷多个中深层大中型油气田的发现。

2.3 提高阶段：针对目标的二次三维地震采集技术

随着勘探程度的不断提高，西湖凹陷主力探区已经基本实现三维地震全覆盖。但随着研究目标趋于复杂，多个油气田的地震资料仍然存在着诸多问题和挑战，早期采集的三维地震资料已不能完全满足新的地质需求。例如：如何提高深部成像的信噪比和分辨率，如何识别和刻画深部油气田小断层，如何精细描述多期叠置河道砂体，如何开展深部低渗储层甜点预测与烃类检测等。

近年来，西湖凹陷开始探索二次三维地震，通过针对中深层目标的观测系统设计，开展“两宽一高一多”地震采集技术来提高中深层资料的品质，分别是宽频宽方位、高密度和多分量，对应地震资料中垂向分辨率、成像和横向分辨率等问题。近3年来，分别在西湖凹陷中央反转构造带中部HY油气田区、西次凹NB油气田区开展了多块针对目标的二次三维地震采集，试验应用了斜缆宽频宽方位和高密度宽方位等采集技术，取得了良好的应用效果。

3 二次三维地震采集技术 3.1 针对中深层目标的观测系统设计技术

地震勘探设计与评价（SED）技术是通过分析地质目标已有的地震资料及钻井资料，借助正演模拟和照明分析等手段，在理论计算和分析基础上，通过室内计算机模拟不同施工参数条件下的野外作业效果，最终实现三维地震采集参数的合理设计和优化选择。其目的是通过室内设计选取最优的观测方式来获取最佳的成像效果，并在目的层采集到地质评价需要的分辨率和信噪比。

三维地震勘探设计与评价技术在中国近海油气勘探中已得到广泛的推广与应用，针对海上窄方位、宽方位等拖缆观测系统的参数和施工方式等近年来多有相关分析总结^[13-14]。20世纪末在东海海域的黄岩三维地震勘探中第一次采用了SED技术^[15]，由于其经济有效性，随后地震采集设计在海上地震勘探中蓬勃发展并不断完善^[16]。近年来，针对地下复杂地质目标，观测系统设计尤为重要。例如针对西湖凹陷中部开发区块中深层目标，开展了多船宽方位地震采集观测系统优化设计^[17]，并通过现场采集的成功开展证实了该类复杂观测系统设计的重要性。

针对西湖凹陷中深层目标的观测系统设计主要是基于模型的正演和波动方程照明分析，从以下几个方面开展：①已有资料品质分析，包括频率特征、频带分布、能量分析和存在问题等；已有采集参数分析，包括采集方向、震源子波、排列长度等。②精细地质模型建立和正演分析，不同构造部位选取地球物理模型论证点，建立地震反射层、速度、密度、倾角及地震频率的对应关系。③针对目标的采集方案设计，包括面元尺寸、炮检距、采集方向、记录长度、采样间隔等；震源分析上模拟对比不同阵列组合下的子波模拟响应，寻找最适合的震源组合；源缆组合分析上对比不同源缆组合的频率和能量响应特征，优选最适合目的层成像的陷波点和主频。④针对中深层目标的多种观测系统地震照明分析，为评价和优化选取不同观测系统提供依据。

3.2 斜缆宽频宽方位地震采集技术

常规海上拖缆采集数据受海水面虚反射（鬼波）影响存在陷波特性，使得地震记录的频带变窄，地震剖面的分辨率降低，要获得宽频带地震剖面，必须在地震采集时设法消除虚反射的影响。应用宽频采集技术的主要目的是解决中深层地震资料低频信息不足的问题，其主要方法就是通过压制电缆鬼波和震源鬼波，消除鬼波陷波效应，达到拓宽频带，特别是丰富低频信息的目的。针对宽频采集需求，在电缆端近年发展了上下缆和斜缆等地震采集技术^[10]。上下缆地震采集技术要求上下缆在同一垂直剖面内，对电缆的定位精度要求很高，且勘探成本增加。斜缆采集技术是同一条拖缆上检波器深度随着偏移距的改变而改变，浅部利于接收高频信息，深部利于接收低频信息，解决了常规拖缆采集过程中频率缺失的问题，可以较好地拓宽频带。

观测系统的宽窄方位一般是指三维排列片的宽长之比，比值小于0.5为窄方位，比值在0.6~0.85为宽方位，比值大于0.85为全方位。随着地震仪器带道能力及计算机计算能力的增加，宽方位地震资料采集和处理成为可能，宽方位勘探逐渐被人们所采纳。宽方位采集对地震资料品质提高具有多方面的优势，可增加采集照明度，获得更加完整的地震波场；更有利于压制散射，具有更高的信噪比和分辨率；更有利于研究地震地质特征随方位角的变化，以及对裂缝、断层的识别等。

针对海上宽频宽方位地震采集，近年来发展出了很多新的作业方式。在西湖凹陷中部开发区实施的斜缆宽频宽方位采集技术，属于东海第一块三船联合“四源十缆”斜缆宽频宽方位试验采集，也是中国海洋石油总公司国内第一块三船斜缆宽方位宽频三维^[17]。该区主要目的层埋深为3000~5000m，实际采集参数为：电缆数量10缆，单缆长度为6000m，道间距为12.5m，电缆间距为100m。单缆沉放为全曲斜缆模式，首道沉放深度为7m，然后逐渐加大深度，至尾道（480道）深度为40m。采用一条主船两条震源辅船的三船作业，震源数量为主船两个、两条辅船各一个，单源组合阵列容量分别为4030in³、5030in³和4100in³，震源沉放深度为7m。震源间距为50m（主船），采用四源交替方式，炮间距为18.75m。为达到宽方位作业效果，每条线施工采集两次（分别定义为T1和T2）（图 5a）。

从地震资料成像效果看，斜缆宽度宽方位二次三维地震资料相比以往常规三维，其地震资料品质均有明显改善，浅、中、深层资料都保持了高信噪比，目的层频谱比老资料明显增宽，成像更清晰。从断面成像上看，断点干脆，断面清晰，归位准确，微小断裂及复杂断块识别能力增强。从储层内部特征来看，砂体顶、底界和内幕成像明显改善，砂岩亮点反射特征突出，更易识别（图 6），对明确油气层展布和井位部署起到了重要作用。

3.3 高密度宽方位地震采集技术

随着地震勘探技术的提高，以高空间采样率为显著特征的高密度地震勘探技术取得了飞速发展，例如现阶段陆上高密度地震的界定为：面元网格小于等于12.5m×12.5m，覆盖次数在200次左右，炮道密度大于100万道/km²。经过实践证实，高密度地震剖面横向分辨率大幅度提高，垂向分辨率提升明显，小断层和断块更清晰^[18]。与陆上相比，海上单检波器高密度地震采集成本低，用拖缆系统布置检波器比较方便，因此效果较为显著。海上高密度宽方位地震采集在利用高密度提高分辨率的同时，利用多船拖缆方式获得宽方位信息，进一步提高中深层资料品质。

针对西湖凹陷中央反转构造带西侧含油气构造，实施了高密度宽方位二次三维地震采集，主要地质目的是落实中深部砂体展布和裂缝发育情况。本次采集采用一条主船和一条震源辅船（图 5b）。主船10缆，电缆间距为75m，电缆长度为6300m，震源辅船在主船一侧，与主船相距1500m。电缆沉放深度为20m。震源数量为主船两个、辅船一个，炮间距为18.75m。所得资料覆盖次数为84次，道密度为77万道/km²，采集面元尺寸为18.75m×6.25m（主船）、37.5m×6.25m（辅船）。相比一次三维采集参数（双源三缆，电缆长度为5100m，电缆间距为100m，资料纵横比为25:1，覆盖次数为51次），本次采用的高密度宽方位采集方案增加了方位角信息，同时提高了资料的横向分辨率和成像精度。

3.4 非零偏VSP地震采集技术

海上多分量地震勘探包括OBC（海底电缆）、OBN（海底节点）、井中地震等，在中国近海海域开展过相应的试验并取得了一定的效果^[19-20]。海上非零偏VSP地震（Walkaway & walkaround VSP）作为多分量地震勘探的一种，是在井中布设三分量多级检波器接收、震源船沿着过井直线或环线等设计路线进行激发放炮，通过处理获取地下构造多覆盖反射资料的井震结合技术。通过井震结合新技术可提高常规三维拖缆地震资料品质，改善中深层目的层系的构造成像和储层描述精度。

西湖凹陷通过优选试验靶区，开展采集模拟设计，优化采集方式和采集参数，确定了采集方案并实施作业。通过探井中放置检波器，震源船井周放炮，开展了非零偏VSP井中地震作业。采集检波器布设深度为2360~3150m，为海上中深层非零偏VSP环线、直线联合地震作业先例（图 7a）。通过精细处理获得井周精细构造及储层信息（图 7b），同时，通过VSP资料获得衰减因子和多次波模型等相关地震处理信息，进而利用井控三维处理得到分辨率和信噪比增强的拖缆三维地震数据。分析表明，井震结合是东海盆地深层气田地震勘探技术的创新尝试，在埋深4000m以上目的层段，可有效提高地震资料品质，对中深层气田砂体追踪和气藏描述效果良好。

4 结论及讨论

西湖凹陷地震采集技术经历了3个阶段：第一阶段以二维地震采集为主，形成了针对中深层盆地结构及地层展布等地质目的的大震源长缆等实用技术；第二阶段以三维地震采集为主，形成了主探区三维连片；第三阶段以针对目标的二次三维地震采集为主，采用国内外先进技术，初步形成了基于观测系统设计的斜缆宽频宽方位、高密度宽方位、非零偏VSP等为核心的“两宽一高一多”地震采集技术系列，中深层地震资料品质得到显著提高。

针对陆上西部地区提出的基于可控震源和大道数地震仪的“两宽一高”高效地震采集技术，对中深层可达到宽频激发、宽方位排列和高密度炮道数采集的效果；而针对海上中深层复杂构造提出的“两宽一高一多”地震采集技术，仍存在着方位角不够宽、线道密度不够大、多分量没有充分应用等现象，高密度宽方位三维海底节点地震采集技术是海上中深层地震采集的重要方向。

国内海上地震采集技术从整体来看，多是在国外技术基础上的应用创新，相对缺少完全自主研发的装备和技术。建议后续进一步加强基础理论方法研究和应用，形成更多具有自主知识产权的实用技术。同时，进一步加大资料处理技术的攻关，开展宽频保幅及精细速度建模等研究，改善中深层低信噪比地区资料品质。

致谢:

感谢中海石油（中国）有限公司周心怀教授级高级工程师的悉心指导！