利用Walkaway-VSP技術精細刻畫火山巖形態

王 沖 蔡志東 韓建信 張曉璐 靳懿鑫

(東方地球物理公司新興物探開發處開發地震研究所，河北涿州 072751)

1 引言

三塘湖盆地古生代火山活動頻繁，火山巖在全區廣泛發育，厚度變化快。在地震剖面上多表現為雜亂、連續性差、時強時弱的反射特征，加之噴發通道和斷裂的影響，利用常規地面地震資料對火山巖刻畫的難度很大，特別是層位對比、巖性標定、巖性體識別等方面[1-3]。陳旋等[4]、李新寧等[5]、梁浩等[6]詳細分析和總結了馬朗凹陷火山巖儲層預測的關鍵地質因素，認為該區玄武巖是主要儲集巖性，儲集空間主要類型以溶蝕孔、裂縫—孔洞為主，古構造、不整合面、層序界面、斷裂是儲層孔隙發育的主導因素，裂縫對火山巖儲層孔隙具有建設性作用，火山巖儲層不受埋深限制，在較深部位仍具有良好的儲集能力。張麗華等[7]利用多種測井解釋方法定性或者定量識別火山巖流體性質。

按照常規研究沉積巖儲層的模式研究火山巖一般會遇到以下問題： ①火山巖地區地震資料反射差、層位亂穿、強弱波組呈團塊狀分布、同相軸追蹤困難； ②火山巖儲層分布規律性差，儲層形成機理及分布模式復雜； ③火山巖各巖性之間地震波阻抗差異小； ④地震層速度大，分辨率低。因此利用地面地震資料準確預測火山巖儲層難度較大[8]。

相對于地面勘探而言，VSP方法的優點是把記錄時間、記錄波形與巖性信息有機地結合起來，反射波傳播路徑短，受近地表低速帶和環境噪聲影響均較小，因此VSP資料具有高分辨率、高信噪比等優勢[9-13]。而Walkaway-VSP(以下簡稱W-VSP)技術作為一項變井源距激發的井筒地球物理技術，可得到更大反射范圍和更高的覆蓋次數， 有利于獲得更高信噪比和分辨率的成像資料，并且最深的檢波點以下不存在反射盲區[14-16]，在復雜構造和特殊巖性體的描述、斷層有效識別等方面具有重要意義。因此在三塘湖盆地馬朗凹陷復雜火山巖地區，利用W-VSP技術開展火山巖精細刻畫研究。

2 W-VSP資料處理技術

M68井是部署在馬朗凹陷馬中構造帶上的一口預探井，鉆探的目的層位為上石炭統哈爾加烏組。井區地表主要為戈壁礫石，地形總體呈南高北低趨勢，地面海拔為500～700m。

根據該井的地表和地下地質情況，VSP現場數據采集采用2臺2次可控震源激發。觀測系統包含零井源距VSP(Z-VSP)和兩條W-VSP線。Z-VSP觀測井段為3700～10m，觀測點距為10m 。W-VSP采用28級Maxiwave井下三分量數字檢波器進行采集，觀測井段為3700～160m，觀測點距為20m。W-VSP測線方向均以井口為中心，其中W-VSP1測線方位角為52°，W-VSP2測線方位角為144°，與地面地震的Inline和Xline方向對應，最大井源距為3775m，炮點間隔為50m(圖1)。

Z-VSP和W-VSP采集資料信噪比較高，波場信息豐富，上行縱波反射清晰，波組特征明顯。W-VSP采集資料受到地下火山巖特殊巖性體和W-VSP觀測方式等因素影響，具有如下特點：①W-VSP資料受波前擴散以及地層吸收的影響，炮集記錄上深層、淺層能量差異較大；②W-VSP最大井源距較大，不同井源距炮集記錄上縱波、轉換波分布不盡相同；③W-VSP波場中下行多次波較發育，需做好反褶積處理，以壓縮多次波，并提高資料的主頻、拓展頻寬；④W-VSP波場信息豐富，下行轉換波和上行轉換波較發育。

圖1 M68井觀測系統示意圖

因此，為了保護火山巖儲層的有效信息，制定了以“保真”為根本原則的處理流程(圖2)。通過Z-VSP和W-VSP聯合處理，在旋轉定向、能量補償、反褶積、波場分離等各個方面對火山巖有效反射信息進行保護。為了保護火山巖的真實振幅能量，分兩步進行能量補償。對于由地震波在地下介質中傳播引起的球面擴散以及地層吸收引起的衰減，主要利用Z-VSP求取的真振幅恢復因子(TAR)以及吸收衰減因子(Q)進行恢復；對于由激發條件變化產生的炮集間的振幅差異，可以通過炮內初至能量疊加統計的方法求取，然后對各個炮集進行振幅校正，使炮與炮之間的能量保持一致。這樣就可以獲得了包含保真地震屬性信息的疊前成果數據，進而再進行W-VSP成像，為后期火山巖解釋提供了可靠的成像數據。

圖2 W-VSP資料處理流程

從Z-VSP走廊疊加剖面鑲嵌于W-VSP成像剖面看(圖3)，兩個方向的W-VSP成像剖面波組與Z-VSP走廊疊加剖面波組對應關系很好。與巖性剖面對比，波組界面與巖性界面(泥巖與火山巖、玄武巖和凝灰巖等)對應關系也很好。因此W-VSP成像剖面是真實可靠的，能夠利用W-VSP成像剖面在縱向上識別不同巖性界面，進而在橫向上刻畫出火山巖的形態。從W-VSP成像剖面與地震剖面對比看(圖4)，W-VSP成像分辨率更高，振幅相對保真，石炭系卡拉崗組(C2k)火山巖和哈爾加烏組(C2h)火山巖邊界更加清晰，火山巖內部的雜亂反射特征也更加清晰(圖4d)。

圖4 W-VSP成像剖面與地震剖面對比 (a)馬朗連片資料； (b)牛圈湖—馬北資料； (c)大連片資料； (d)W-VSP1線資料

3 精細刻畫火山巖形態

火山巖儲層勘探方法宏觀方面主要應用重力、磁法、地震等資料的振幅、相位和頻率分析等，以及綜合這些技術研究地下火山巖厚度分布、巖相和物性。國內外用于儲層預測的地震技術系列中，常用并且有一定效果的技術有： 一是重磁電技術； 二是地震屬性分析技術； 三是地震反演技術[17-19]。本文嘗試以W-VSP資料為基礎，利用成熟的地震屬性分析技術和地震反演技術精細刻畫三塘湖盆地馬朗凹陷M68井區火山巖儲層的形態。

從波阻抗反演對比圖看，常規地面地震阻抗屬性上火山巖界面不明顯，火山巖的波阻抗與圍巖差異較小，不能精細地刻畫火山巖的形態(圖5a)。而在W-VSP保幅井旁精細構造成像剖面上，火山巖與圍巖有較明顯的波阻抗界面，能更精細地刻畫火山巖的形態(圖5b)。

劉俊田等[20]利用測井識別技術在三塘湖盆地馬朗凹陷火山巖巖性識別的應用中取得了較好的應用效果。而巖性解釋是W-VSP 資料的優勢所在。通過Z-VSP標定后，利用振幅相對保持的 W-VSP 成像剖面進行屬性提取，可以由井口遞推解釋巖性在井周圍的變化。通過應用振幅、頻率和相位這三種參數信息對火山巖進行研究。最后篩選出絕對振幅屬性精細刻畫火山巖。絕對振幅的大小與地下反射界面的反射系數大小有關，一般大的振幅對應地下強反射界面。它的橫向變化反映地下相鄰巖性的變化或含油氣巖層的變化。

卡拉崗組火山巖因孔縫較為發育，地層中含有流體，造成火山巖的波阻抗減小。卡拉崗組火山巖表現為不連續串珠狀強反射，上下界面多為弱雜亂反射，火山巖的邊界很清晰。哈爾加烏組地層整體為一套火山巖夾凝灰巖、泥巖。在屬性剖面上凝灰巖表現為較強振幅連續反射，玄武巖表現為雜亂反射或空白反射。泥巖表現為一套較強振幅的連續反射(圖6)。通過巖性剖面與屬性剖面對比，在縱向上精細識別了不同的火山巖儲層與源巖儲層的巖性界面，橫向上精細刻畫了火山巖的形態和展布范圍。

圖5 波阻抗反演剖面對比 (a)地面地震； (b)W-VSP成像。左為W-VSP1線； 右為W-VSP2線

圖6 利用W-VSP成像刻畫火山巖形態 (a)W-VSP1線成像剖面； (b)W-VSP1線絕對振幅屬性剖面； (c)W-VSP2線成像剖面； (d)W-VSP2線絕對振幅屬性剖面

4 結束語

在三塘湖盆地馬朗凹陷復雜火山巖地區，利用振幅相對保持的W-VSP處理技術獲得了高分辨率、高保真度的W-VSP成像資料，利用地面地震相對成熟的地震屬性技術和地震反演技術對W-VSP成像資料進行綜合分析，縱向上精細識別了不同的火山巖儲層與源巖儲層的巖性界面，橫向上精細刻畫了火山巖的形態和展布范圍，為火山巖精細刻畫提供了一條新的思路和方法。建議地面地震處理過程中參考W-VSP成像剖面，可大幅提高地面地震對火山巖的識別能力，利用W-VSP資料提高復雜地區地面地震資料品質是一個重要發展方向。

本項研究得到了中國石油吐哈油田公司勘探公司黃三國和林明強的大力支持，得到了吐哈油田公司研究院王志勇和李新寧的指導和幫助，在此表示感謝。

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