準東地區復雜構造區山前火成巖成像處理技術探討

屈 元，刁永波，許 勇，吳松翰，劉漢雄，趙振偉

(1.西南石油大學 地球科學與技術學院，成都 610500；2.川慶鉆探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都 610213)

準東地區復雜構造區山前火成巖成像處理技術探討

屈 元1,2，刁永波2，許 勇2，吳松翰2，劉漢雄2，趙振偉2

(1.西南石油大學 地球科學與技術學院，成都 610500；2.川慶鉆探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都 610213)

火成巖油氣藏作為一種非常規油氣藏，越來越得到重視，成為世界油氣產量新的增長點，準噶爾盆地東部石炭系火成巖發育，在近幾年勘探攻關中，充分顯示了該區山前帶石炭系的勘探潛力。然而，火成巖對地震反射波具有很強的散射和屏蔽作用，造成地震資料信噪比低，成像差。準東地區石炭系火成巖具有埋藏較深，構造形態復雜，低降速帶變化大，斷裂發育等特點，加劇了火成巖地震資料的成像難度，制約了準東地區火成巖油氣勘探的進程。這里主要以克拉美麗山山前帶地震資料處理為例，提出了以保護低頻信息為基礎的保真去噪技術，以提高成像質量為目標的tomodel層析靜校正技術，針對“高速層屏蔽”現象提出以常速掃描結合變速掃描為手段的速度分析方法。對該區偏移方法的適用性以及優選進行了分析和探討，探索并總結出了一套適合在準噶爾盆地復雜構造區山前火成巖的成像處理技術，取得了較好的效果。

火成巖; 成像處理; 復雜構造區; 山前帶; 準噶爾盆地

0 引言

隨著我國石油勘探的深入，常規油氣藏勘探難度日益增加，火成巖油氣藏作為油氣勘探的一個新領域，已引起石油界學者的普遍關注和高度重視[1]。目前，全球火成巖油氣藏探明約占探明油氣總儲量的1%，全國火山巖探明油氣當量約為73 000×104t[2]。準噶爾盆地為我國4個中型氣區之一，蘊藏著大量的天然氣，縱向上含氣層系多，從石炭系至新近系均有分布[3]。準噶爾盆地火成巖氣藏主要分布在石炭系，資源量為6 188×108m3，占總資源量的24.66%[4]。近年來為加快新疆北部準噶爾盆地石炭系火成巖的油氣勘探，中石油加大了對該區的研究力度，集中多家研究生產部門科研與生產進行聯合攻關，在石炭系火成巖油氣成藏與分布地質理論研究方面取得了重大進展[5]。然而，在火成巖發育地區，由于火成巖對地震波具有極強的屏蔽和吸收衰減作用，導致地震波下傳能力弱。不僅如此，地震波在火成巖地層中常出現強反射和多次反射[4]，造成火成巖地層之間以及火成巖與下伏地層之間的反射信息雜亂，地震資料信噪比低，資料品質差。位于山前帶的火成巖由于受到山前高陡構造的影響，有效反射信息又常常被斷層復雜化，造成構造落實困難，加劇了該區火成巖油氣勘探的難度，導致無法滿足研究人員精細構造解釋、準確刻畫圈閉形態及火山巖體的識別等地質需求。

研究區域位于準噶爾盆地東部隆起(圖1)，火成巖發育，構造成藏模式復雜(圖2)。從該區老資料看，石炭系上覆地層(J、T、P)資料較好，同相軸連續，火成巖區具有極強的非均質性，石炭系內幕總體反射雜亂，波組連續性不好 (圖3)，對其識別與預測比較困難，加之受斷層多和埋藏深的影響以及非一致性地表的復雜化，地震資料品質普遍較差，難以滿足勘探需要。因此，在準噶爾盆地山前帶復雜構造石炭系火成巖區，探索出一套有針對性的地震資料成像處理方案顯得尤為重要。

圖1 克拉美麗山前帶區域圖Fig.1 Kelameili piedmont area

圖2 克拉美麗前陸沖斷帶構造模式示意圖Fig.2 Foreland thrust belt structure model of Kelameili

圖3 克拉美麗山前帶火成巖勘探老資料Fig.3 Chronological seismic data of igneous rock in Kelameili

1 主要研究工作

根據工區特點針對性建立常規處理流程及疊前時間偏移流程(圖4、圖5)，這里就層析靜校正、去噪技術、速度分析以及疊前時間偏移技術進行討論。

圖4 疊加處理流程圖Fig.4 The chart of stack processing flow

圖5 疊前時間偏移處理流程圖Fig.5 The chart of prestack time migration processing flow

1.1 優選靜校正技術

靜校正處理在地震資料成像處理中扮演著重要角色，合理地解決靜校正問題有利于資料后期的信噪分離處理，對疊加速度分析以及偏移成像都有重要意義。高陡構造的山前帶討論區域現有資料品質差，任何單一的靜校正方法均不能完全勝任，開展針性的綜合靜校正技術研究，以提高地震資料的處理成像精度成為當務之急[6]。研究區整體地表起伏較大，低降速層厚度變化劇烈(圖6)，靜校正問題較突出，因此優選靜校正方案是做好該區成像處理面臨的的首要問題和必然選擇。

圖6 克拉美麗山前帶某測線近地表層析模型Fig.6 Near-surface tomograhic model

在靜校正處理生產中，處理工作者采取野外高程靜校正、初至折射靜校正、層析靜校正多種方法進行對比試驗，選擇最優方案。由于研究區地形復雜，地表巖性變化劇烈，高程靜校正顯然不能夠滿足精細成像處理；而山前帶地表速度橫向變化較大，不存在一套穩定的折射層，折射界面連續性差，使得初至折射靜校正在理論上也不能夠很好地解決該區靜校正問題[7]。層析靜校正是利用初至波反演表層低速帶速度結構并據此計算靜校正量的方法[8]，利用初至波反演縱、橫向連續變化的表層低速帶，避免了折射波層狀速度結構的假設，因而它對各種復雜近地表條件下的表層速度模型具有更強的適應能力[8]。

實踐證實，在解決近地表結構復雜，低降速層縱橫向速度變化劇烈的工區，采用層析靜校正能夠取得較好的效果。從圖7可以看出，層析靜校正方法效果較為明顯，波組成像及波組連續性都有所改善。

圖7 折射靜校正與層析靜校正效果對比Fig.7 Effect contrast between refraction static correction and tomographic static correction

1.2 保真去噪處理

石炭系火成巖由于其自身的高密度、高速度特點，常與上覆巖層具有較強波阻抗差，從而造成典型的“高速層屏蔽”現象。淺、中層火成巖高速地層的屏蔽作用，使深層反射能量很弱，影響深部目標層的識別[9]。在地震波中，高頻散射嚴重，穿透能力弱，而低頻的穿透能力相對較強。特別是在處于高陡構造中的研究區，深層大地的低通濾波作用會使有效高頻散射更強。在實際生產中，處理人員對低頻信號的處理存在誤區，常常將低頻信號連同能量強、視速度低震動延續時間長的低頻面波一同壓制[10]。克拉美麗山前帶石炭系火成巖埋藏深，因而來自深層反射信息成分中，低頻信息極其重要，正是深層石炭系的有用反射信息，也是地震資料保真處理的重點方向。

在去噪處理中，通過F-K和異常振幅衰減等多種去噪手段分步、分段、分頻處理。在與頻譜掃描相結合的同時，分頻去噪處理，注意資料低頻率段噪聲壓制參數的選取，特別注意對原始資料低頻信號的保護(圖8)，從而在保護有效低頻信息的同時，提高了資料信噪比。

圖8 單炮去噪前后保護低頻效果對比Fig.8 Low frequency protection before and after denoising

圖9 速度“上拉現象”示意圖Fig.9 The “ pull-up” of velocity

1.3 精細速度分析技術

速度分析的準確與否直接決定資料成像好壞，特別是在高陡構造火成巖勘探中，由于火成巖的速度普遍高于下伏地層速度，會對下伏地層有很強的屏蔽作用和“速度拉伸”作用(圖9)，因此，在速度分析中往往存在成像多解性。所以，我們應該更加注重火成巖區速度的分析和拾取。精細速度分析中以資料成像為目的，在常規使用常速掃描進行速度分析的同時，采用變速掃描精細調整成像速度，變速掃描是在交互選取了較為準確的疊加速度后，以最后一輪疊加成像速度作為參考速度，以1%的疊加速度差為比例間隔，進行變速度掃描，從而選取更精準的疊加速度(圖10)。每一輪成像速度拾取更新后均結合新一輪剩余靜校正處理。經過多輪速度拾取與多輪剩余靜校正的循環迭代(圖11)，力求資料成像效果最佳。在結合常規剩余靜校正處理確定了較為準確的疊加速度后，可采用模擬退火等方法為補充，解決資料的殘余剩余靜校正問題。模擬退火是一種蒙特卡羅非線性反演方法，像擾動熱平衡系統那樣去擾動待反演參數，從而舍棄局部極值達到全局最優化[11]目的。該方法具有在概率指導下進行雙向搜索的能力，并被證明以概率“1”收斂于全局最優，但要經過無限次的變化，且初始溫度及降溫函數不易控制，要么計算時間太長，要么容易陷入局部解，由于研究區火成巖區有效反射信息雜亂，模擬退火方法效果不明顯。最終的綜合剩余靜校正方案取決于具體工區地表、地下結構。

圖10 變速掃描示意圖Fig.10 The variable speed scan

圖11 多輪速度分析與剩余靜校正迭代循環Fig.11 Contrast effect of several rounds of velocity picking

1.4 多次波的壓制

火成巖地區地層常出現強反射和多次反射[4]，研究區也不例外。在針對周期較短的層間多次波，采用預測反褶積模塊，在壓縮子波的同時，利用多次波的可預測性(周期性)壓制多次波。針對長周期的強多次波，利用一次波和多次波的速度差異，采用Radon變換進行壓制多次波。由圖12可以看出，經過去多次波處理后，深層石炭系火成巖成像有所改善。

圖12 Radon變換去多次波前后疊加剖面對比(滴南)Fig.12 Effect of multiple-eliminated process

1.5 克希霍夫疊前偏移技術

在勘探實踐中，大偏移距的采集使得常規的水平疊加難以滿足或足夠接近共反射點疊加的假設，即使應用DMO，也難以實現真正的共反射疊加，大量非零偏移距繞射與反射信息受到破壞，導致最終的疊后時間偏移剖面或歸位不準或偏移不足，不能較為真實地反映因復雜構造及速度變化帶來的成像變化，無法得到正確的成像結果。

近年，通過在準噶爾盆地的處理攻關實踐中，地震資料處理已逐步從疊后偏移處理邁向疊前偏移成像處理。由于考慮了對非零偏移距的歸位處理，使得最終的成像剖面繞射更為有效收斂，構造形態及接觸關系能夠更清晰地展現。

在構造復雜區，對于界面傾角越大、埋深越深的傾斜反射層，需要進行偏移處理[12]。因此，在山前高陡構造帶火成巖成像處理中，應考慮疊前處理。在石油天然氣地震勘探的實際生產中，普遍使用克希霍夫型疊前偏移方法對地下復雜構造進行深度成像[13]，Kirchhoff 求和偏移按繞射曲線對振幅加權求和來完成偏移[14]。對于克希霍夫型偏移方法，三個重要因素(層速度場、射線旅行時、偏移孔徑[13])決定其成像的質量。通過在高陡構造的山前帶勘探實踐，偏移的孔徑過小，偏移剖面將損失陡傾角的有效反射信息，為了滿足陡傾角成像歸為，需要在高陡構造中采取較大偏移孔徑，選取較大的偏移孔徑時，大傾角、陡構造的反射波同相軸成像有明顯改善[15]。 但如果孔徑太大，偏移過程中則會包絡過多噪聲信息，降低資料的信噪比，且耗時長[16]。效果的好壞應結合偏移孔徑參數掃描測試結果，孔徑大小的選取以資料成像效果為標準[17]。因此，應當在加強對地腹地質構造的認識基礎上，通過多次速度優化建模(圖13)、測試偏移孔徑等來獲得最好的偏移效果(圖14)。

圖13 多次迭代速度建模更符合地質情況Fig.13 Multiple iterative velocity model consists with the geological law

圖14 新老資料處理效果對比Fig.14 Processing effect contrast of the old and new seismic data

在高陡復雜區，由于速度縱橫向變化大，疊后偏移不滿足Snell定律，因此不能進行正確的反射波偏移成像[18]，而且在疊前時間偏移處理中，時間域處理是基于水平層狀、均勻介質的假設，是以雙曲線時距關系為基礎的。疊前深度偏移則能解決速度縱橫向變化劇烈的地震資料準確成像[17]，是復雜構造區山前火成巖資料處理的一個方向。但是，疊前深度偏移成像的基礎是建立在一個準確的層速度—深度地質模型上的，因此，需要在對山前帶石炭系火成巖地質模型有較清楚認識下開展。

2 結論與認識

在處理準噶爾盆地東部復雜構造區山前火成巖中，通過應用實踐總結出一套可行的思路：

1) 針對高陡構造火成巖對下伏地層有較強屏蔽作用且一般埋藏較深特點，在去噪處理中應注意低頻的保護，并在盡量保持地震反射波相對振幅關系不變的前提下，利用振幅補償技術，提高深層資料信噪比。

2)面對近地表結構復雜且多次波發育的特點，應首先優選靜校正方法并嘗試采用預測反褶積與拉東變換相結合的方法壓制多次波，從而提高資料成像質量。

3)面對高陡構造區山前帶火成巖成藏具有地層傾角大，繞射強，波場復雜的特點，應采用疊前偏移技術實現地震資料成像的準確，在疊前偏移成像技術中應特別注重偏移速度建模，通過對偏移速度場的分析、偏移孔徑等參數的充分測試，達到改善石炭系火成巖成像品質。

致謝

在論文的編輯和修改過程中，新疆油田地物所的專家和朋友給予了很大的支持和幫助，在此表示感謝！

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The imaging processing technology of igneous in complicated structure in mountain front of the eastern Junggar basin

QU Yuan1,2; DIAO Yong-bo2,XU Yong2,WU Song-han2,LIU Han-xiong2,ZHAO Zhen-wei2

(1.School of Geoscience and Technology,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;2.Sichuan Geophysical Company of Chuanqing Drilling Engineering Company Limited,CNPC,Chengdu 610213,China)

Igneous rock reservoirs,a kind of unconventional reservoirs and as a new growth point of world's oil and gas production,is concerned more and more attention by people.However,igneous rock of seismic reflection wave has shield and scattering effect of hypostega,thus it results in seismic reflection data with low signal-to-noise ratio and poor seismic imaging.Exploration and research in recent years shows the full display piedmont exploration potential of the carboniferous in the Junggar basin,however,it increases the difficulty of seismic data imaging due to the following cases of:deep buried carboniferous igneous rocks,complicated structure form,the variations of low velocity zone,and characteristics of fracture development.These cases cannot meet the personnel fine structure interpretation,accurately depict trap morphology and geological requirements and others volcanic rock identification,which restricts the progress of igneous rock oil and gas exploration in the area.This paper tries to take the mountain front of Kelameili for example to explore a set of suitable for igneous imaging processing technology in complicated structure area in the Junggar basin piedmont.After low frequency protection,optimizing the use of static correction methods,the seismic data has been improved to better.

igneous rock; imaging processing; complex tectonic zone; mountain front; Junggar basin

2015-08-22 改回日期：2016-01-10

屈元(1988-)，男，碩士，主要從事地震資料處理工作，E-mail：quyuan70@163.com。

1001-1749(2016)06-0773-07

P 631.4