海洋深水地震波衰减模拟及中深层信号的高保真吸收补偿研究

Because of scattering affected by rough seabed, viscosity attenuation affected by "soft cushion layer of seabed" and mid-depth subsurface medium and noise interference, in the mid-depth layer of deep-water, the seismic waves often show weak energy, narrow-band frequency low main frequency and low signal to noise ratio. So that it is difficult to clearly show the structural, stratigraphic and insider structure, and it restricts the deep-water oil and gas exploration and development. This study intends to adopt the research idea of combining actual seismic data and numerical simulation of theoretical model to clarify the seismic wave attenuation mechanism affected by deep-water media viscosity, scattering, velocity dispersion and other factors, revealing the deep-water seismic wave attenuation laws, guiding and establishing a compensation method of the deep-water mid-depth effective signals ，which lays foundation for the structural interpretation, reservoir prediction and description, and so on. The main contents include: 1) Bai yun deep-water area in South China Sea as an example, to study seabed medium parameters and submarine structural characteristics, and to establish some typical models of the complex deep-water media, combining with the actual deep-water seismic profiles. 2) To simulate seismic wave attenuation in deep-water using the numerical simulation method, and to clarify its attenuation mechanism. 3) Based on the theoretical studies of deep-water attenuation, to establish an absorption compensation method, which can keep the low frequency components, the relative amplitude relationship and signal to noise ratio.

由于深水地震波受崎岖海底的散射、海底"软垫子"层和中深层地下介质的粘滞衰减以及噪声的干扰作用，往往造成中深层有效信号的能量弱、频带窄、主频及信噪比低，难以清晰展现构造、地层及其内幕结构，严重制约了深水油气勘探与开发。本项研究拟采用理论模型数值模拟与实际资料相结合的研究思路，阐明地震波受深水介质粘滞性、散射、速度频散等因素的影响机制，揭示深水地震波的衰减规律，指导并建立深水中深层有效信号补 偿方法，从而为构造解释、储层预测、油藏描述等应用奠定基础。主要研究内容包括：（1）以我国南海白云深水区块为例，研究海底介质参数以及构造特征，结合实际深水地震剖面，建立典型的复杂深水介质模型；（2）综合多种衰减机制利用数值模拟方法模拟地震波在深水传播过程中的吸收衰减，阐明其衰减机制；（3）基于深水衰减理论的研究，建立一种保持低频成分、相对振幅关系及信噪比的吸收补偿方法。

由于海洋深水自然环境、海底介质和中深层地下介质等因素影响，海洋深水中深层地震资料品质总体上比较差，影响了深水油气勘探与开发的精度。本课题从深水地震波衰减模拟和高保真吸收补偿两个研究方向，重点开展了海洋深水地质分析与建模、深水地震波衰减模拟分析、高精度时频分析方法和基于时频分析的吸收衰减补偿研究，通过大量的理论分析及模型、实际资料测试与分析，得到了一批重要结论：（1）系统分析了我国南海深水区典型地层、地形与地貌特征，充分利用地震、地质、测井等资料构建了多个地质模型，构建的地质模型不仅考虑了南海海底复杂地形、地貌特征，还综合考虑了海底沉积物“软垫子”层，为地震波衰减模拟分析提供了基础；（2）在综合考虑粘弹性介质、双相介质和频散介质等地震波衰减理论的基础上，构建了二维弥散粘滞型波动方程，实现了模拟算法，分析了深水地质模型中的吸收衰减特征，重点对比研究了海底沉积层不同参数（弥散系数、粘滞系数和品质因子）在地震波衰减中的影响关系，得到了海底沉积物（“软垫子”层）有价值的定量化分析结论；（3）研制并对比了多种高精度时频分析方法（广义S变换，经验模态分解及其改进算法、变分模态分解、经验小波分解等）的优缺点，并基于地震波衰减理论，通过对海底地层和中深层资料分析，提出了多种吸收衰减补偿算法和相位校正算法，提高了深水地震资料分辨率，理论模型和实际资料处理验证了算法的可行性和有效性；（4）提出了两种保边随机噪声压制算法——基于动态CL模型及基于VMD分频、分区自适应动态CL模型噪声压制算法，在保持构造特征的基础上有效地保持了吸收补偿后的地震资料信噪比。上述研究结论对深水油气勘探中的构造解释、沉积相分析、储层预测和油藏描述等研究奠定了基础，具有十分重要的理论意义和实际应用价值。