深海鹽成像面臨難題及解決方案*

謝 濤 金明霞 焦敘明 馮 飛 吳旭光

(中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部 天津 300451)

深海鹽成像面臨難題及解決方案*

謝 濤 金明霞 焦敘明 馮 飛 吳旭光

(中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部 天津 300451)

深海鹽成像一直是勘探界的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。鹽成像的難點(diǎn)主要包括速度橫向變化大，常規(guī)層析反演速度不敏感，鹽邊界及鹽底存在多射線路徑等。為了解決上述問(wèn)題，從速度建模與深度偏移2個(gè)方面進(jìn)行研究。在速度建模方面，綜合應(yīng)用多參數(shù)約束初始建模技術(shù)、各向異性建模技術(shù)和鹽體建模技術(shù)，得到了具有明確地質(zhì)含義的速度模型。在深度偏移方面，選用射線束偏移方法，解決了鹽邊界多射線路徑問(wèn)題。研究表明，精細(xì)的速度建模加上合適的偏移算法是解決鹽成像問(wèn)題的關(guān)鍵。

深海；鹽成像；面臨問(wèn)題；速度建模；深度偏移

墨西哥灣等與鹽構(gòu)造相關(guān)油氣田的發(fā)現(xiàn)掀起了鹽成像的高潮，但鹽成像問(wèn)題是世界性的難題。近年來(lái)部分學(xué)者在速度建模上對(duì)鹽成像問(wèn)題進(jìn)行了探索，如Yuan Fang等[1]采用層析反演進(jìn)行了鹽體速度建模，Helgesen等[2]則采用約束條件的層析反演進(jìn)行了臟鹽的速度建模。近幾年隨著全波形反演技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了用全波形反演技術(shù)進(jìn)行速度建模的技術(shù)[3],如Zong Jingjing等[4-6]發(fā)現(xiàn)了考慮各向異性對(duì)于鹽成像的重要性，Shen Hao[7]、Wang Bin[8]等從偏移方法上討論了鹽成像問(wèn)題。但是，以往這些研究多僅從速度建?；蚱品椒ㄉ嫌懻擕}成像問(wèn)題，忽略了兩者的聯(lián)合。本文在分析鹽成像難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從速度建模和偏移成像2個(gè)方向入手，探索了一套行之有效的鹽成像方法，較好地解決了鹽成像難題。

1 深海鹽成像面臨難題

1.1 鹽邊界問(wèn)題

圖1是某含鹽區(qū)塊速度模型與射線路徑疊合圖。其中，區(qū)域A、B均為碳酸巖，為高速度體，層速度約為5 200 m/s;區(qū)域C為鹽，層速度約為4 500 m/s。從圖1可以看到：區(qū)域A中射線路徑基本對(duì)稱，可以用雙曲線描述；區(qū)域B和C中射線從低速進(jìn)入高速時(shí)路徑產(chǎn)生了扭曲，無(wú)法用雙曲線描述，因此需要用深度偏移解決速度橫向變化的問(wèn)題。另外，在B與C的交接區(qū)域，存在多射線路徑的問(wèn)題，常規(guī)的克?；舴蛏疃绕剖菃紊渚€路徑的，在鹽的邊界問(wèn)題上是有缺陷的。

圖1 某含鹽區(qū)塊速度與射線疊合圖Fig .1 Velocity and rays overlay of a salt block

1.2 鹽底成像問(wèn)題

從圖1可以看到，鹽底深度在6 000 m左右，而該區(qū)域采集長(zhǎng)度僅為4 000 m。由于層析反演的準(zhǔn)確深度與采集長(zhǎng)度大致相當(dāng)，所以當(dāng)鹽的埋深大于采集長(zhǎng)度時(shí)，層析反演的精度將會(huì)受到影響。圖2為某含鹽區(qū)塊3次層析反演速度與疊加剖面的疊合圖，可以看到，層析反演可以反映速度變化的趨勢(shì)，但很難描述鹽與碳酸巖的邊界。地質(zhì)上鹽底應(yīng)是相對(duì)平坦的，如果找不準(zhǔn)鹽的邊界，則會(huì)導(dǎo)致鹽底扭曲。

圖2 某含鹽區(qū)塊3次層析成像速度與疊加剖面的疊合圖Fig .2 Three time tomography velocity and stack overlay of a salt block

1.3 鹽構(gòu)造深度問(wèn)題

在許多情況下，在深度偏移速度建模中引入各向異性是解決井中測(cè)量的反射與深度偏移剖面上對(duì)應(yīng)反射層(有時(shí)稱為“地震深度”)深度誤差的唯一途徑[9]。除了深度誤差外，各向異性對(duì)傾斜同相軸的橫向定位也有一定影響。圖3為一個(gè)正演實(shí)例，首先進(jìn)行各向異性正演，然后分別進(jìn)行各向同性偏移(圖3a)與各向異性偏移(圖3b)?？梢钥吹剑飨蛲云婆c準(zhǔn)確地質(zhì)模型存在深度上的誤差，鹽體也存在橫向上的偏差。而各向異性偏移很好地解決了橫向和縱向深度誤差的問(wèn)題。

圖3 正演實(shí)例Fig .3 Forward example

2 解決方案

2.1 多參數(shù)約束初始建模

通常用Dix公式把疊前時(shí)間偏移均方根速度轉(zhuǎn)換為層速度后作為初始速度模型，但Dix公式為非線性轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中容易帶來(lái)速度奇異點(diǎn)，導(dǎo)致地層扭曲。為了降低單一約束因素而導(dǎo)致的解釋陷阱，提出了采用多參數(shù)約束建模的方式進(jìn)行初始模型的建立。圖4為多參數(shù)約束初始建模示意圖。地震速度由疊前時(shí)間偏移均方根速度轉(zhuǎn)換為層速度而來(lái)，控制了大尺度速度的橫向變化。測(cè)井速度反映了井點(diǎn)附近小尺度速度的橫向變化。通過(guò)連井分析和巖性分析，明確了研究區(qū)的巖性變化及速度分布范圍。地震層位主要控制地層框架，反映了地震相、巖性的空間變化。最后，依據(jù)地質(zhì)人員的認(rèn)識(shí)在局部充填特殊巖性。地質(zhì)上認(rèn)為在斷層處容易發(fā)育鹽，依據(jù)這一認(rèn)識(shí)進(jìn)行鹽填充，后續(xù)通過(guò)地球物理方法進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)上述4種約束，最終可以得到具有地質(zhì)意義的初始模型。

圖5為某鹽區(qū)塊初始模型，先用測(cè)井速度、地震速度在地震層位約束下建立大框架的速度，依據(jù)地質(zhì)與巖石物理信息進(jìn)行碳酸巖、碎屑巖等巖性標(biāo)定。然后依據(jù)地質(zhì)人員認(rèn)識(shí)進(jìn)行局部河道、鹽速度場(chǎng)的填充，最終建立了具有明確地質(zhì)含義的初始模型。

圖4 多參數(shù)約束初始速度建模示意圖Fig .4 Multi-parameter constrained initial velocity modeling diagram

圖5 某鹽區(qū)塊初始模型Fig .5 Initial model of a salt block

2.2 各向異性速度建模

為了降低各向異性的影響，首先在測(cè)井上依據(jù)地質(zhì)分層結(jié)果確定某一層位的頂深Ztop_well及底深Zbot_well，然后在各向同性疊前深度偏移剖面上得到相應(yīng)的地震深度，即頂深Ztop_seis及底深Zbot_seis。最后依據(jù)式(1)獲得各向異性參數(shù)[9]。通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)了把井點(diǎn)位置測(cè)井與地震深度誤差轉(zhuǎn)換為各向異性參數(shù)，通過(guò)層位內(nèi)插得到了整個(gè)各向異性空間場(chǎng)。

(1)

圖6為某鹽區(qū)塊進(jìn)行各向異性深度偏移后的地震層位與測(cè)井深度對(duì)應(yīng)圖，可以看到，相應(yīng)層位上地震深度與測(cè)井深度吻合度較高，這表明各向異性深度建模是解決測(cè)井與深度偏移反射層深度誤差的有效途徑。

圖6 某鹽區(qū)塊各向異性深度偏移與測(cè)井疊合圖Fig .6 Anisotropic depth migration and wells overlay of a salt block

2.3 鹽體建模

鹽體建模技術(shù)是整個(gè)鹽成像解決方案的核心和難點(diǎn)。為了得到鹽體的準(zhǔn)確邊界和速度，提出了采用3種手段循序漸進(jìn)地進(jìn)行鹽體速度建模。首先，采用速度掃描的方式獲得準(zhǔn)確的鹽速度;然后，加入地質(zhì)約束進(jìn)一步落實(shí)部分鹽體與上覆地層的速度關(guān)系，主要依據(jù)是地質(zhì)上認(rèn)為鹽底是相對(duì)平坦的，利用這一約束因素進(jìn)一步落實(shí)了部分小鹽體的速度。圖7為地質(zhì)約束前后速度與疊加剖面的疊合圖對(duì)比，可以看出，加入地質(zhì)約束后，鹽底成像更為平坦，鹽下受扭曲的地層也恢復(fù)了真實(shí)產(chǎn)狀。

圖7 地質(zhì)約束前后速度與疊加剖面的疊合圖對(duì)比Fig .7 Contrast of velocity and stack overlays before and after geological constraint

圖8方框內(nèi)為某區(qū)塊重點(diǎn)評(píng)價(jià)區(qū)域，但該區(qū)域一直存在2種解釋方案，一種認(rèn)為模糊區(qū)為碳酸巖，另一種認(rèn)為模糊區(qū)發(fā)育鹽。為落實(shí)巖性，在該區(qū)域進(jìn)行不同模式的速度填充，圖8a為碳酸巖填充模式，速度較高；圖8b為鹽填充模式，速度較低。抽取填充區(qū)域的道集發(fā)現(xiàn)，鹽填充方式的道集聚焦性更好，且鹽底相對(duì)平緩，更符合地質(zhì)規(guī)律。

圖8 不同模式填充疊加剖面及道集對(duì)比Fig .8 Constrast of cather and stack of different velocity filled models

2.4 射線束偏移

常規(guī)的克?；舴蛏疃绕朴?jì)算旅行時(shí)往往是單路徑的，要么是最小旅行時(shí)路徑，要么是最大能量路徑。這種單路徑的方法實(shí)際上是舍棄了其他路徑的成像能量，在復(fù)雜構(gòu)造、鹽體等成像區(qū)域存在成像不足的缺陷。

為了克服多路徑問(wèn)題，提出了采用射線束偏移方法。相對(duì)于克希霍夫深度偏移，射線束偏移具有如下優(yōu)勢(shì)：①射線追蹤沒(méi)有傾角限制，可以偏移非常陡的傾角或陡斷面。 ②可以改善資料信噪比。③可以解決復(fù)雜區(qū)域鹽成像的問(wèn)題。目前國(guó)外不少學(xué)者也是采用射線束偏移方法來(lái)進(jìn)行鹽成像。

圖9為某鹽區(qū)塊不同偏移方法處理成果對(duì)比。該資料已經(jīng)過(guò)多輪處理，某公司于2012年用層析反演的方式進(jìn)行速度場(chǎng)更新，再用克?；舴蛏疃绕品椒ㄟM(jìn)行偏移(圖9a)，可以看到，鹽底成像存在扭曲，圈內(nèi)區(qū)域信噪比差，存在鹽與碳酸巖2種解釋模式，這給解釋人員帶來(lái)了很多不確定因素，勘探風(fēng)險(xiǎn)較大。圖9b為射線束偏移處理成果，可以看到鹽底更明確，鹽邊界更清晰，滿足了解釋人員的地質(zhì)需求。

圖9 某鹽區(qū)塊不同偏移方法處理成果對(duì)比Fig .9 Contrast of processing results by diffrent migration methods of a salt block

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于深海鹽成像面臨的諸多問(wèn)題，從速度建模與偏移成像2個(gè)方面進(jìn)行研究，探索出了一套行之有效的解決方案，采用多參數(shù)約束初始建模，各向異性速度建模、鹽體建模等方法得到具有明確地質(zhì)含義的速度模型，再進(jìn)行射線束偏移，可以得到較好的處理成果，能夠滿足解釋人員的地質(zhì)需求。

[1] YUAN Fang,ZHOU Huawei,MENG Zhaobo,et al. Multi-scale reflection layer tomography to estimate base-salt geometry[J].SEG Technical Program Expanded Abstracts,2015:5243-5247.

[2] HELGESEN H K,TANG Jun,LIU Jinjun,et al.Dirty salt velocity model building with constrained iterative tomography:methodology and application[J].SEG Technical Program Expanded Abstracts,2013:4760-4764.

[3] LEWIS Winston,VIGH Denes.3D salt geometry inversion in full-waveform inversion using a level-set method[J].SEG Technical Program Expanded Abstracts,2016:1221-1226.

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[9] THOMSEN L.Weak elastic anisotropy[J].Geophysics,1986,59：1954-1966.

(編輯：馮 娜)

Deep sea salt imaging problems and solutions

XIE Tao JIN Mingxia JIAO Xuming FENG Fei WU Xuguang

(COSLGeophysicalDivision,Tianjin300451,China)

Deep sea salt imaging is a hotspot and difficulty of exploration industry. Salt imaging difficulties mainly include such several aspects as large lateral velocity variation, insensitivity of conventional tomography inversion, and multiple ray paths in salt bottom and boundary. To solve the problems, the velocity modeling and depth migration are studied. The velocity modeling with geological concept is established with the technology of multi-parameters constrained modeling, anisotropic modeling and salt modeling. In depth migration, beam migration is chosen to solve salt boundary multi-ray path problem. Studies show that fine velocity modeling combined with proper migration algorithm is the key to solve the problem of salt imaging.

deep sea; salt imaging; problems; velocity modeling; depth migration

謝濤，男，工程師，2009年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，主要從事處理方法研究工作。地址：天津市濱海新區(qū)中心北路1889號(hào)(郵編：300451)。E-mail：xietao5@cosl.com.cn。

1673-1506(2017)03-0040-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.03.006

P631.4

A

2016-10-19 改回日期：2017-01-18

*“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“中國(guó)近海中深層地震勘探關(guān)鍵技術(shù)(編號(hào)：2016ZX05024-001)”部分研究成果。

謝濤,金明霞,焦敘明，等.深海鹽成像面臨難題及解決方案[J].中國(guó)海上油氣，2017,29(3)：40-45.

XIE Tao,JIN Mingxia,JIAO Xuming,et al.Deep sea salt imaging problems and solutions[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(3):40-45.