OVT域處理技術在沁水盆地深部煤層氣勘探中的應用

田忠斌，李 娟，申有義，馮阿建，楊曉東，程慧慧

OVT域處理技術在沁水盆地深部煤層氣勘探中的應用

田忠斌1,2，李 娟1，申有義1，馮阿建1，楊曉東1，程慧慧1

(1. 山西省煤炭地質物探測繪院，山西 晉中 030600；2. 中南大學 地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083)

沁水盆地中東部煤層埋深大(大于1 000 m)、煤儲層薄且煤層各向異性強，構造褶皺強烈、小構造及裂隙發育，煤體結構破碎等，為提高本區薄煤儲層、小斷裂、裂縫成像精度及滿足巖性解釋的需求，開展了寬方位三維地震勘探。為了充分發揮寬方位地震數據的優勢，在處理中引入先進的OVT域處理技術，通過道集分選、OVT域五維插值、OVT域疊前時間偏移、方位各向異性校正等關鍵技術，獲得了高分辨率、高保真度的地震數據；在解釋中充分利用OVT處理形成的全方位和分方位地震數據。實現了深部含煤地層及其斷層、陷落柱、撓曲等微小構造的精細刻畫，提高了構造解釋的精度及準確性，同時為疊前反演和各向異性研究提供了基礎資料，為后期煤層氣勘探開發部署提供了技術保障。

寬方位地震勘探；深部煤層氣；OVT處理技術；各向異性；沁水盆地

“兩寬一高”(寬頻帶、寬方位、高密度)是近年來常規油氣勘探中使用的高精度地震勘探一體化技術，已在多個油氣田得到了推廣應用，取得了很好的勘探效果[1–2]。目前在煤層氣勘探中應用較少。

我國煤層氣可采資源豐富，資源量巨大，其中埋深大于1 000 m的深部煤層氣資源量約為22.45萬億m3，位居世界前列[3]。沁水盆地是我國目前煤層氣勘探和研究程度最高、產量最大的盆地[4]。

沁水盆地中東部經過多期強烈的構造運動，煤層埋深大、地質條件復雜、小構造及裂隙發育、煤質較破碎、煤儲層物性特征變化較大，具有強烈的非均質性及含氣飽和度低、滲透率低等特性[5]。在煤層氣勘探開發階段，小構造、構造煤、含氣性、裂隙發育程度、煤儲層物性條件等問題是影響煤層氣富集的主要地質因素[6]，這些因素直接影響到煤層氣井的部署、井網設計及壓裂等。

基于以上地質難題，目前常用的窄方位地震勘探由于方位角較窄、覆蓋次數低、復雜構造信息接收少等因素制約，在目的層照明、數據的覆蓋范圍、方位信息的綜合利用和裂縫預測等方面存在明顯的不足[7]，很難滿足煤層氣勘探開發的需求。

因此，亟需開展寬方位的地震勘探采集及配套的處理技術應用。寬方位采集技術具有高密度激發、寬頻采集接收、寬方位角、高覆蓋次數等優勢[8]。OVT(offset vector Tiles)域處理技術是一種疊前數據寬方位新處理技術，該技術處理得到的分方位地震數據可以對地質體從不同的方位進行描述，將不同方位的解釋結果進行聯合優化解釋[9]，可以提高薄儲層、斷裂和裂縫的成像精度；OVT域偏移后的道集保留了方位角信息，為疊前反演和各向異性研究提供了基礎資料[10]，在裂縫預測、煤體結構預測、含氣性預測等方面都有明顯優勢，為煤層氣開發井網部署及壓裂排采方案等提供地質依據。

本文在寬方位地震數據基礎上，充分挖掘寬方位地震資料潛力，應用OVT域處理技術，提高薄儲層、小斷裂及裂縫的成像精度，以期形成適合于深部煤層氣的寬方位地震資料特色處理技術。

1 OVT基本原理

OVT一般稱為炮檢距向量片，OVT技術最早由G. J. O. Vermeer在1998 年提出[11]，J. Starr[12]在2000年首次生成了OVT道集。OVT是一種不同于炮檢距、CMP道集的新的地震數據排列方式[13]。OVT處理主要應用于正交觀測系統，它是十字排列道集內的一個數據子集[14]。把正交觀測系統中的同一炮線和檢波線的數據抽取出來形成十字道集，在炮線和接收線方向分別按照和方向的炮檢距間隔劃分炮檢距組，形成大小相等的OVT單元[15]。

對于觀測系統規則的三維工區，OVT數據體是覆蓋全區的一次覆蓋數據體[16]，因而它可以獨立偏移，這樣偏移后就能保存方位角和炮檢距信息，以用于方位角分析，即為OVT最具優勢之處[17-18]。OVT的處理流程主要包括數據準備、道集分選、五維插值(可選)、OVT域疊前時間偏移、方位各向異性校正等[19]。本次OVT域的寬方位數據處理思路如圖1所示。

圖1 基于OVT域的寬方位數據處理流程

2 OVT處理關鍵環節與技術

2.1 道集分選

OVT技術關鍵的一步是對數據進行OVT單元劃分，一般是根據炮線距和檢波線距等距離劃分矩形，在理想情況下，一個滿覆蓋CMP道集、橫坐標offset_、縱坐標offset_，分組后每一個組里面基本滿足一次覆蓋。在該工區個別炮點位置受地表障礙物的影響，會有不規則分布，但是基本不影響劃分，劃分后的每一個OVT域內數據空洞很少，說明OVT分組合理。

圖2是一個OVT分組和覆蓋次數圖，OVT分組后，多數OVT道集滿足全區一次覆蓋，但由于變觀的存在，會出現一些空洞，也有一些炮點較密的區域出現覆蓋次數大于1次或者不均勻的情況。本區原始資料及觀測系統上存在一些不足：變觀較多對OVT分組有影響；工區方位比較窄(橫縱比為0.83)；一個OVT片內方位和偏移距信息基本一致但仍有一定差異等。為了解決這些問題，需要進行OVT分組和道集抽取的優化。本次OVT分組優化策略(圖3)為：① 移動分組起始的中心點，使分組更加均勻，即：每一個分組中偏移距和方位角更接近，尤其是近偏移距更明顯，從而改善淺層成像，但分組面元不變。② 修改炮點和檢波點相對坐標，以及OVT編號，但是炮檢點絕對坐標不交換，OVT中遠偏和近偏分離，1、2象限中只保留近偏，遠偏交換到對角3、4，反之，3、4的遠偏轉至1、2象限；OffsetBin、OffsetBin、OVT Number、炮點和檢波點相對坐標、炮檢點絕對坐標不交換，修改后每一個面元中的偏移距和方位角更接近，有利于OVT域規則化及偏移。

圖2 一個OVT覆蓋次數圖

圖4為OVT分組優化前后的偏移距對比圖，優化后一個OVT內偏移距分布更接近，更有利于后續的規則化和偏移等處理工作的開展。

2.2 OVT域五維插值

本區的實際地震資料存在的問題是：信噪比低、方位角窄、變觀較多，造成炮檢點分布空間不規則等[20]，采用規則化處理，可以衰減噪聲(采集腳印，偏移劃弧)、改善成像質量、改善偏移道集結果。目前精度最高的插值方法為五維插值方法。

區內由于多個村莊連片分布、省道、大棚、養殖場、加油站等障礙物因素影響，局部變觀較多造成覆蓋次數不均勻(圖5)，尤其是在單個OVT片內(圖6)，數據呈現不規則采樣，有很多空道，會引起偏移噪聲甚至劃弧，所以采用OVT域五維插值處理來消除不規則采樣等問題。本次OVT域五維插值選擇在CMP點的坐標(INL_NB、CRL_NB)、炮檢距在、方向的投影(OFF_、OFF_)和時間(time) 5個域進行插值處理[21]。

圖3 OVT分組交換策略

圖4 OVT分組優化前后偏移距分布

圖5 野外施工炮點位置

圖6 一個OVT片局部放大

圖7是OVT域五維插值前后覆蓋次數對比圖，從圖中可以看出五維插值后全區覆蓋次數更加均勻。圖8是OVT域五維插值前后疊加剖面對比圖，從控制線疊加剖面可以看出，五維插值后的疊加剖面沒有覆蓋次數不均勻和空道的問題，淺層的反射波連續性得到改善，深層的信噪比也有所提高。

2.3 OVT域疊前時間偏移

OVT域疊前時間偏移與傳統共炮檢距域疊前時間均采用Kirchhoff偏移法，兩者的原理基本相同。差別在于OVT域疊前時間偏移是在OVT域逐一進行偏移，是將五維插值后的OVT道集作為輸入數據，然后計算每個OVT道集的平均炮檢距和方位角，作為該道集代表性的炮檢距和方位角[22]。偏移后的道集稱為OVG道集(Offset Vector Gather)或者“蝸牛”道集[23]。

與傳統的共炮檢距疊前時間偏移相比，經過OVT域偏移后獲得的CRP道集，Offset和Azimuth信息都是完全保留的，有利于后續開展方位各向異性校正、疊前反演、裂縫預測等[24]。OVT域偏移后的OVG道集較傳統共炮檢距域的CRP道集道數多，整體能量更均衡，近、中、遠道能量趨于一致[25-26]。

圖9為傳統共炮檢距域偏移與OVT域疊前時間偏移的對比圖，OVT域疊前時間偏移分組更合理，偏移剖面上沒有劃弧現象，偏移噪聲較小，信噪比較高，在地質細節成像、斷點和斷層的歸位方面有一定優勢。

2.4 方位各向異性校正

地震波在方位各向異性介質中傳播時，不同方位的傳播速度不一致，速度可以表示為隨方位變化的橢圓，通過自動拾取的方位各向異性剩余時差，反演得到方位各向異性速度，使用方位各向異性速度來消除同一共中心點道集內由于炮檢方位角差異造成的反射波旅行時剩余時差，即：將有各向異性剩余時差的地震道反射波旅行時校正為零炮檢距處的反射波旅行時，就完成方位各向異性時差校正。

圖7 五維插值前后覆蓋次數圖

圖8 五維插值前后疊加時間剖面

圖9 傳統共炮檢距域與OVT域疊前時間偏移對比

圖10為各向異性信息反演得到的快慢波速度及慢波速度方位角，這些各向異性信息可用于后續的裂縫和含氣性等的反演[27]。

圖11a為方位各向異性校正前的道集，從圖中可以看出同相軸存在抖動的現象，說明具有方位各向異性；圖11b為進行方位各向異性校正后的道集，從圖上可以看出OVG道集在含煤地層(700~900 ms)和海相地層(1 100~1 300 ms)范圍內的同相軸的“抖動”現象明顯消失，同相軸連續性增強，有效解決了方位各向異性引起的不同相疊加問題，校正后的道集質量更好，一致性增強。

圖12為各向異性校正前后疊加剖面對比圖。從圖12可以看出各向異性校正后改善了疊加成像效果，更有利于同相疊加，剖面分辨率得到提高，信噪比和連續性也得到改善。

2.5 分方位疊加

方位角的劃分主要依據本區的斷裂發育特征確定，本區構造多呈北北東及北北西向。本次方位角劃分的原則為：0°方向是平行Inline的CDP增加方向，逆時針方向為角度增大，逆時針360°后與Inline的CDP增加方向重合。依照此原則，以30°的間隔進行分組，將方位角劃分為6個角度，分別為：0°~30°、30°~60°、60°~90°、90°~120°、120°~150°、150°~180°。

3 實例

3.1 研究區地質概況

XX區塊位于沁水盆地中東部沁水復向斜東翼，區內15號煤層埋深在1 400~1 800 m，15號煤層平均厚度5.18 m，是本區塊煤層氣勘探開發的主要目的層。區塊因多期構造應力疊加作用，形成擠壓變形與伸展拉張變形共存的格局，地層走向以NNE及NNW為主，造成區內褶皺、斷層、陷落柱、撓曲等構造及煤層裂隙發育，同時煤體結構較破碎。

圖10 各向異性信息反演的速度場

本次寬方位地震采集采用的觀測系統為16線5炮中間放炮、單線96道接收、道距40 m、炮點距40 m、炮線距240 m、線距200 m、CDP網格20 m×20 m、64次覆蓋的正交全方位觀測系統，橫縱比為0.83。

3.2 應用效果

圖13為OVT域方位各向異性校正后的全方位疊前偏移剖面與常規疊前時間偏移剖面對比圖，從圖13可以看出：OVT域全方位疊前偏移剖面信噪比有所提高，背向斜歸位更準確，陡傾角地區的成像精度更高，目的層反射波的連續性更好，斷點更加清晰。

本區主要發育走向為NNE或NNW向的斷裂，且小斷層及撓曲發育、煤體結構破碎。利用全方位地震數據，在地震時間剖面和屬性切片上，對小斷層的識別存在一定的困難[28]。本次解釋充分利用OVT處理后形成的分方位數據體進行小斷裂識別。圖14分別是方位角為60°~90°和150°~180°的OVT域疊前時間剖面，其中方位角60°~90°的中心基本沿著本區的斷層走向，方位角150°~180°的中心基本垂直斷裂走向，圖上目的煤層反射波的成像形態有差異，小斷層在方位角60°~90°上同相軸有一定的錯斷，異常特征較明顯。

由于不同方位數據對不同走向的斷層識別能力存在差異，為了充分突出各個方位數據體在微小斷層識別方面的優勢，本文利用分方位數據進行了屬性融合，對所有分方位數據的相干體進行了融合處理。從圖15可以看出，在分方位相干屬性圖上，箭頭所指的小斷層在方位角為60°~90°和90°~120°的相干屬性切片上反映較明顯；在0°~30°和150°~180°的分方位相干屬性切片上反映不明顯。通過分方位數據體地震屬性融合，可以充分識別不同走向的小斷層。

利用DVT域處理得到的地震數據能夠更加準確地刻畫微小斷層和裂縫的發育情況。圖16為預測的15號煤裂縫密度與裂縫走向圖，西部裂縫密度比東部大，裂縫走向主要為NNE及NNW向，與本區的地質規律吻合。利用本次的構造解釋及巖性解釋成果成功指導5口煤層氣水平井的施工及1口水平井的壓裂，應用效果較好。

圖11 方位各向異性校正前后道集

圖12 方位各向異性校正前后疊加剖面

圖13 常規和OVT域疊前時間偏移剖面

4 結論

a. 針對深部煤層氣儲層埋深大、構造復雜、儲層非均質性強的特點可以開展以寬頻寬方位為主的地震采集技術。

b. OVT域處理技術作為寬頻寬方位地震勘探的配套技術之一，可以消除深部煤系地層的方位各向異性，有利于提高地震成像精度，有效改善陡傾角地區的成像質量；OVT域偏移后的全方位和分方位數據有利于微小構造的精細解釋，提高構造解釋的精度和準確性，為煤層氣水平井軌跡的設計和部署提供依據。

c. OVT域處理的疊前道集保留了炮檢距和方位角信息，更適合進行疊前反演、AVO分析和裂縫預測等。

圖14 60°~90°和150°~180°方位的OVT域疊前時間偏移剖面

圖15 15號煤不同方位及融合體沿層相干屬性切片

圖16 15號煤預測裂縫密度與裂縫走向

d. 隨著“兩寬一高”地震勘探技術的發展，與之配套的寬方位地震處理技術如OVT域處理技術也將在深部煤層氣勘探中得到更加深入的研究和應用，并有望在復雜地震成像、微小構造精細解釋和疊前反演、AVO分析和裂縫預測等方面發揮更大的作用。

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The application of OVT domain processing technology in deep CBM exploration in Qinshui Basin

TIAN Zhongbin1,2, LI Juan1, SHEN Youyi1, FENG Ajian1, YANG Xiaodong1, CHENG Huihui1

(1. Shanxi Province Coal Geology Geophysical Prospecting and Surveying and Mapping Institute, Jinzhong 030600, China; 2. School of Geosciences and Info-physics, Central South University(CSU), Changsha 410083, China)

In the middle and eastern part of Qinshui Basin, due to its big buried depth(more than 1 000 m), strong anisotropy of coal seams, strong tectonic folds, development of small structures and fractures, and fragmentation of coal structure, wide azimuth 3D seismic exploration has been carried out in order to improve the imaging accuracy of thin coal reservoirs, small faults and fractures, and meet the requirements of lithologic interpretation. In order to give full play to the advantages of wide azimuth seismic data, advanced OVT domain processing technology was introduced in the processing. Through the key technologies such as gather sorting, five dimensional interpolation in OVT domain, prestack time migration in OVT domain, and azimuthal anisotropy correction, high resolution and high fidelity seismic data were obtained. In the interpretation, we make full use of the omni-directional and square quantile seismic data formed by OVT processing to realize the fine description of deep coal bearing strata and its faults, collapse columns, flexure and other micro structures, improve the accuracy of structural interpretation, and provide basic data for prestack inversion and anisotropic research, and provide technical support for the later CBM exploration and development deployment.

wide azimuth seismic exploration; deep CBM;OVT processing technique; anisotropic; Qinshui Basin

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P631

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.06.013

1001-1986(2020)06-0093-10

2020-10-28；

2020-11-25

國家自然科學基金聯合基金項目(U1910205)

Joint Fund of National Natural Science Foundation of China(U1910205)

田忠斌，1976年生，男，山西沁水人，正高級工程師，從事地球物理勘查和研究工作. E-mail：420257649@qq.com

田忠斌，李娟，申有義，等. OVT域處理技術在沁水盆地深部煤層氣勘探中的應用[J]. 煤田地質與勘探，2020，48(6)：93–102.

TIAN Zhongbin，LI Juan，SHEN Youyi，et al. The application of OVT domain processing technology in deep CBM exploration in Qinshui Basin[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(6)：93–102.

(責任編輯 聶愛蘭)