瓊東南盆地深水中央峽谷地震資料處理方法與技術

劉明珠，方中于，劉揚，孫雷鳴 (中海油服物探事業部特普公司，廣東 湛江 524057)

宋愛學 (中海石油(中國)有限公司湛江分公司研究院，廣東 湛江 524057)

瓊東南盆地位于南海北部，水深變化約為100～3000m，是典型的深水含油氣盆地。新生代沉積厚度高達10000m，強烈的斷裂活動形成了復雜的斷裂體系和圈閉構造[1]，是一個油氣資源豐富的新生代沉積盆地(圖1)。近年來的勘探成果，尤其是中央峽谷樂東-陵水段發現了陵水17-2深水大氣田，進一步證實了瓊東南盆地深水區巨大的油氣資源潛力[2]。

圖1 瓊東南盆地構造單元劃分與年代地層特征(據文獻[1]，有改動)

研究認為，煤系烴源巖供烴、重力流水道砂巖儲集、底辟近源垂向運移是形成中央峽谷深水大氣田的3大決定性因素。針對上述因素開展深水地震資料攻關處理，是深入研究的關鍵，是進一步擴展至瓊東南中央凹陷深水區研究的技術基礎。然而，瓊東南盆地深水中央峽谷區域海底崎嶇變化、斷裂發育、目標油氣藏埋藏較深、速度橫向變化劇烈，不僅具有一般深水地震資料的噪聲多樣、多次波發育、大水體特征明顯、速度敏感、波場復雜等特征[3]，還具有強烈多次波和繞射多次波掩蓋古近系烴源巖、微裂隙運移通道等信號弱、橫向垂向速度變化劇烈、分段多期次重力流沉積需要高分辨率資料、多年度采集拼接難度較大等問題。

根據瓊東南盆地深水中央峽谷的地質地震特點，基于目前深水地震資料技術基礎[4]，開展針對性的處理研究非常必要。尤其要針對研發水層多次波、繞射多次波衰減技術，提高古近系煤系烴源巖、底辟模糊帶、微裂隙運移通道等弱信號的質量；開展精細速度建模技術，刻畫速度變化特征，進而得到高質量的地震成像資料；提高資料分辨率，提升中央峽谷重力流水道砂體的分辨精度；開展三維連片拼接處理，消除不同資料時差、能量、頻率、相位等差異，為區域研究和目標綜合評價提供資料支撐。

針對瓊東南盆地深水中央峽谷復雜的地質特征和波場特征，總結地質地震特點；在對一般深水地震勘探方法和技術探討的基礎上，分析深水地震數據成像處理的關鍵因素；提出“地層”繞射多次波與“構造”繞射多次波概念，提出基于三維SRME和DMA為核心的水層多次波、繞射多次波組合衰減方法，以區域速度精細分析和高精度網格速度層析反演技術為核心的速度建模方法、以寬頻處理技術為核心的提高分辨率方法、基于子波一致性的連片匹配拼接方法等關鍵技術，形成了瓊東南深水中央峽谷地震資料處理方法。中央水道區實際資料處理效果表明，該方法能夠有效提升地震資料的處理質量。

1 中央峽谷地質地震特征分析

1.1 地質特征

瓊東南盆地在古近紀斷陷發展階段發育斷陷及斷坳期的湖相和海陸過渡相含煤沉積及半封閉淺海相沉積，主要受控于多凸多凹的構造格局，且各凹陷結構及沉積充填特點各異；在新近紀慢慢發展、形成為一個統一的坳陷盆地，其沉降中心由多個變為統一的一個，并南遷至中央坳陷帶[1]。進入上新世后，隨著南海中央海盆急速沉降，出現明顯的陸坡推進型(向中央海盆方向)饑餓沉積現象；沿著2號斷裂帶下降盤一側，大陸坡開始形成并發展；研究區基本為整體南傾的單斜型坳陷沉積，為一套較厚的海相地層，中新統構造變形總體微弱。

瓊東南盆地由陸到海的地質演化過程，歷經了斷陷、拗陷，斷裂發育，地層結構復雜，儲集體類型多樣。作為最重要的儲集砂體，中央峽谷位于瓊東南盆地中央坳陷帶，整體呈“S”型NE向展布，西起鶯歌海盆地中央凹陷帶，東至西沙海槽，長度超過300km。

中央峽谷深水大氣田的發現證實了瓊東南盆地深水區的勘探潛力。研究認為，古近系崖城組煤系烴源巖生烴、中央峽谷重力流水道砂體儲集、底辟裂隙近源垂向運移3大因素是形成中央峽谷深水大氣田關鍵[1,2]。廣泛分布的古近系崖城組煤系烴源巖，具有成熟度高的特點，雖然埋藏深且處于高溫、高壓環境，但仍然具有良好的生烴潛力，是中央峽谷區的主力烴源巖。中央峽谷在中新世黃流期廣泛發育，沉積體系獨特，多物源匯聚、多期次充填、分段發育特征明顯，以重力流水道砂為主形成了較厚的優質儲層。該種水道砂體受到后期泥質水道的切割以及塊體流改造等影響，有利于巖性圈閉的形成。而中深部高溫、高壓發育，在凹陷內形成了底辟、裂隙等油氣垂向運移通道，可將中深層生烴油氣高效運移，在中央峽谷的巖性圈閉中聚集成藏。上述有利客觀條件支撐了中央峽谷深水大氣田的形成。

1.2 地震資料特征

圖2 中央峽谷典型初疊加剖面

上述地質特征不僅僅展示了油氣地質條件的優越，也給地震資料處理帶來了挑戰。受上述地質特征影響，中央峽谷地質資料具有4個顯著特點：

1)不同于常規意義上的斷面繞射多次波和基底繞射多次波[5]，中央峽谷新近系加速沉降期形成的欠壓實地層，小尺度的異常體和橫向連續中斷造成繞射波發育；在地震剖面上，強烈的海底多次波、地層多次波和海底繞射波發育在古近系崖城組煤系烴源巖和運移通道微裂隙等弱信號之上，將弱信號淹沒(圖2)。

2)中央峽谷重力流水道砂體與周邊圍巖相比，有較高的層速度，一些海底扇、低位扇砂體也有較高層速度，造成速度結構在垂向上產生速度倒轉；古近系烴源巖發育區構造起伏且高溫、高壓現象明顯，造成速度變化過大。

3)中央峽谷重力流水道砂體呈分段沉積、多層疊置、多期次發育特點，精細描述需要較高分辨率的地震資料。上述顯著特征以及噪聲多樣、多次波發育、大水體特征明顯、速度敏感、波場復雜等一般意義上的深水資料特點，使得瓊東南盆地深水中央峽谷地震資料具有“兩長(采集記錄長度長、采集電纜長度長)、兩深(水深且變化大，中深層信噪比較低)、兩強(雜波干擾強、各向異性強)、兩寬(較寬的頻帶、較寬的方位)”等特點。

4)因多塊地震資料的采集年度不同及因不同地質目標采集參數差異明顯，造成了相鄰區塊地震資料品質差異較大的情況，要想得到連片、統一的地震資料，需要精細匹配拼接處理。

中央峽谷區的地震地質特點要求地震資料處理工作不僅要充分運用目前深水地震資料的先進技術，諸如與海水層及海水面有關的多次波壓制、高維地震數據規則化、水體特征消除、各向異性介質疊前深度偏移等關鍵技術；還要針對多次波與弱信號、精細速度建模、提高分辨率、三維連片拼接處理等開展研發，以提高地震資料質量，支撐勘探開發研究。

2 關鍵技術與應用效果

根據上述分析，采取針對性特色方法提高瓊東南盆地深水中央峽谷地震資料的信噪比和分辨率，提高速度分析精度和成像質量，建立合理完善的處理流程，是該區深水地震資料處理的關鍵。面向中央峽谷地震資料的深水處理特色技術主要有基于三維去除地表相關多次波(SRME)和剩余繞射波(RDMA)方法為核心的組合多次波衰減、基于地質約束的高精度網格速度層析反演、寬頻處理、基于子波一致性的連片匹配拼接、各向異性疊前深度偏移(PSDM)等關鍵技術。

2.1 組合多次波衰減技術

中央峽谷地震資料發育自由表面多次波、海底多次波等深水多次波，基于運動學特征的濾波方法和基于波動理論的建模減去方法能夠使其有效衰減。上述兩大類衰減方法包含大量具體技術，每種方法都有明顯的適用性與缺陷，合理組合與優化是衰減深水多次波的關鍵。深水多次波衰減的主流方法有三維SRME、高精度Radon等技術。三維SRME技術運用數據驅動預測多次波[6]，不需要地下模型信息，能夠適應復雜介質，已廣泛應用于深水多次波衰減，效果顯著；高精度Radon技術運用一次波和多次波之間顯著的速度、時間差異，通過正反變換衰減多次波；針對常規Radon技術精度不高的缺點，高精度Radon技術優化和改進了矩陣方程求解，減少了稀疏空間采樣帶來的假頻問題，解決了有限孔徑分辨率降低問題，實現了有效波的保護和多次波的衰減[7～9]。

分析中央峽谷淺層小尺度的異常體和橫向連續中斷等現象，提出“地層”繞射多次波概念，這與“構造”繞射多次波，諸如斷面繞射多次波、基底繞射多次波相對應。雖然通過三維 SRME、高精度Radon等方法衰減掉大部分的海底多次波、地層多次波以及部分繞射多次波，但是殘余的繞射多次波相對于古近系崖城組煤系烴源巖和運移通道微裂隙等弱信號，仍然是強干擾，甚至造成偏移劃弧；故提出RDMA方法，衰減剩余的“地層”繞射多次波和“構造”繞射多次波。通常，與“構造”相關的繞射多次波可以通過傾角、振幅、頻率等特征加以衰減，而“地層”繞射多次波特征差異更小，衰減更加困難。基于小尺度的地質傾角濾波與基于頻率域的振幅衰減技術能夠較好地解決“地層”剩余繞射多次波。

針對中央峽谷多次波種類多、發育強、衰減技術多樣的缺點，采用SRME、Radon、RDMA等方法，有效解決了復雜構造的多次波衰減問題(圖3)。

圖3 剩余繞射多次波衰減技術

2.2 連片匹配處理技術

圖4 匹配拼接前(a)、后(b)效果

三維連片匹配拼接處理是以統一各區塊地震資料品質為目標，保真保幅處理為基礎，解決各區塊地震資料之間的時差、能量、頻率、相位、子波一致性等問題的處理方法。在海平面靜校正、潮汐和水速校正、儀器延時校正等基礎上，進行時差匹配，解決不同區塊地震資料的系統時差；調查統計全區地震資料能量特征，統一進行地表一致性能量補償，消除能量差異，解決能量不一致問題；頻率、相位的匹配依靠提取子波的一致性匹配，實際上子波一致性匹配可以解決時差、能量、頻率、相位等一系列問題。針對中央峽谷區，5塊不同的地震資料進行匹配，消除了各個三維資料時差、能量、頻率、相位等方面差異，確保了連片資料的一致性，為區域性研究中央峽谷提供了資料支撐(圖4)。

2.3 基于地質約束的高精度網格層析速度反演

高精度速度場的建立與反演，初始速度分析是關鍵。通過分析區域地質規律，統計疊前時間偏移速度場趨勢，結合已鉆井的速度特征，得到區域速度特征。研究認為中央峽谷區速度具有以下規律：海底至以下1s左右，為新近系熱沉降期、快速沉降期形成的巨厚海相泥巖，地層速度受埋深控制；黃流組峽谷水道為3200～3800m/s的高速層，該層段速度受地層沉積模式、沉積巖巖性及物性、沉積年代和埋藏深度影響較大；三亞組至梅山組主要為鶯瓊盆地超溫、超壓區，該段出現速度反轉；基底(古近系底)為明顯速度界面，中深界地層表現為高速特征。從巖性上看，中央峽谷重力流水道砂巖相對于圍巖呈高速；除海底扇沉積體系外，深海泥巖均表現相對低速特征；局部發育的巖漿侵入巖和噴出巖具有高速的特征，泥底辟具有相對低速特征。

用于速度更新的方法普遍采用相干性度量法，該方法基于道集上沿雙曲線所取時窗內的多道互相關，反映窗口內信號疊加能量的變化，沒有考慮相近或干涉同相軸、剩余靜校正、非雙曲型時差等噪聲以及其他非隨機噪聲的影響，難以滿足地質多變的情況。針對上述缺點，應用基于相位相關的速度分析方法、雙譜高密度速度分析方法，尤其是網格層析速度反演等高精度速度分析方法，較好地解決了瓊東南深水中央峽谷區速度解釋難題[10～12]。

網格層析速度反演充分利用地震資料，通過反演的方法，在保證全局最優前提下，實現高密度自動剩余時差拾取。該方法具有抗噪聲干繞能力強、受地質構造形態約束、人工干預方便，高分辨、準確高效的特點。通過多條件控制的網格層析速度反演技術，得到的速度精度相對較高，與地質構造、測井速度符合程度較好的速度場，實現了瓊東南深水復雜構造的精細速度分析(圖5)。

圖5 網格層析速度反演效果

2.4 各向異性疊前深度偏移技術

各向異性介質的成像方法主要分為兩大類：基于射線的積分類方法和基于波動方程的方法[6]。瓊東南深水中央峽谷速度橫向變化劇烈，各向異性明顯，通過高密速度分析求得速度場和各向異性場，進而選擇合適的偏移方法完成深水地震資料各向異性偏移。

各向異性時間偏移高效，與各項同性時間偏移相比，成像信噪比高、斷面清晰、同相軸更加連續，整體應用效果好。然而時間偏移只適用于介質速度模型在垂直方向變化、橫向上速度不變或者緩慢變化的地質情況，當速度橫向突變劇烈時，時間偏移剖面反映的構造形態就不再準確，構造圖也不再符合實際[13]。中央峽谷區域地質特征復雜，疊前時間偏移已經不能滿足成像需求，疊前深度偏移能夠解決速度橫向突變情況下正確成像問題(圖6)。

圖6 疊前時間偏移剖面(a)與疊前深度偏移剖面(b)對比

3 結論與討論

1)瓊東南盆地深水中央峽谷與其他深水區的油氣地震處理的區別主要有強烈多次波及繞射多次波掩蓋了古近系烴源巖及底劈、微裂隙運移通道等弱信號，橫向垂向速度變化劇烈，分段多期次重力流沉積需要高分辨率資料、多年度采集拼接難度較大等。

2)受地質地震特征影響，中央峽谷整體地震資料較差，由此提出“地層”繞射多次波概念，并采用基于三維SRME和RDMA為核心的組合多次波衰減、高精度網格速度層析反演、寬頻處理、基于子波一致性的連片匹配拼接、各向異性PSDM等關鍵技術。上述技術的有機組合，形成了合理的處理方法與技術，有效提升了中央峽谷地震資料質量。

3)隨著地震、地質研究的發展以及采集技術、超級計算技術的進步，瓊東南深水中央峽谷水道乃至整個深水區的地震資料處理技術將朝著長偏移距低頻數據的高精度速度反演、黏聲介質疊前深度偏移、平纜/斜纜寬頻處理等先進技術發展，進一步提升瓊東南深水區地震資料的處理質量，促進瓊東南深水油氣勘探的全面展開。

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