高密度采集對于海上復雜疊置砂體的應用研究

陳鳳英，張 偉，李燦蘋，劉一林

（1.廣東海洋大學深圳研究院，廣東 深圳 518116；2.深圳市深遠海油氣勘探技術重點實驗室（南方科技大學），廣東 深圳 518055；3.廣東海洋大學電子與信息工程學院，廣東 湛江 524088；4.南方科技大學地球與空間科學系，廣東 深圳 518055）

隨著勘探技術的不斷進步，海洋油氣資源勘探程度不斷深入，對目標區的勘探評價要求也在逐漸提高。但目前部分已勘探區的三維地震資料由于早期勘探技術的限制，分辨率有限，尤其是目的層處于中深層的地震資料，更是存在信噪比低、反射能量弱、連續性差、斷層陰影嚴重的問題，難以滿足生產要求，在地層接觸關系不清的復雜斷裂系統、隱蔽性圈閉的區域，更加難以識別，從而制約著油氣的進一步勘探與開發[1]。為了更精細地開展油氣勘探與開發工作，對地震數據分辨率的要求也日益提高，其中高密度地震資料采集技術也逐漸受到重視，近年來研究表明地震采集面元影響著偏移成像[2]。

由于大地對地震信號有強烈的吸收衰減作用，因此對于具有一定深度的目的層而言，能夠接收到的最高頻率是有一定限制的[3]。在高密度地震勘探對地震勘探精度的研究方面，劉依謀等[4]詳細分析了一些主要觀測系統參數，包括面元大小、覆蓋次數和縱橫比等對成像的影響，用高密度地震采集的實例證明了“小道距、寬方位、高覆蓋次數”可明顯改善地層成像；郭念民等[5]在劉依謀等研究成果上做了進一步的研究，在大幅度減小面元、加寬方位、提高覆蓋次數的基礎上，利用單點接收方法更好地提高了碳酸鹽巖儲層勘探精度[6]。此外，狄幫讓等[7]建立物理模型正演，從理論的角度出發，研究證實在地層界面比較平緩時，地震成像的縱向分辨率不受面元大小影響，但是橫向空間分辨率隨面元的減小而提高。常紫娟等[8]通過聚焦分辨率分析，認為當道密度增加時，能夠顯著地提高成像的清晰度，同時也可以小幅度地提高成像的分辨率，其臨界值位置幾乎與主頻和頻寬等子波頻率因素無關，但與目標深度和介質復雜程度直接相關，目標深度越淺，道密度臨界值越小。這些分析研究都說明了高密度地震數據采集能夠提高地震數據的分辨率，但具體到地震剖面復雜砂體疊置關系的分辨率方面，并沒有做詳細的研究。

在常見地震資料中河流相砂體多以砂泥巖互層形式沉積，在砂、泥巖薄互層儲層預測技術研究中，常因地震資料的“假象”或“陷阱”而造成解釋或預測結果的錯誤[9-10]。由于目的層段砂體疊置類型多樣，給常規地震剖面上推測和描述砂體的展布特征帶來困難，也就很難預測和評價砂體儲層[11-12]。在實際南海某區域的油氣資源勘探中，一個同相軸很連續的地震剖面上，在相同層位相鄰不遠的位置鉆探兩口井，海拔位置低的井出氣，而海拔位置高的井出水，但目前地震資料無法解釋這種氣—水關系矛盾的現象。針對目前氣—水關系矛盾的疊置砂體連通性認識不清的情況，通過建立地震模型，開展相關的正演模擬，分析不同采集面元對于地震數據分辨率的影響，優選分辨率參數，以提高疊置砂體的識別精度，為地震采集施工提供指導，為開發生產提供更好的資料支撐。

1 地震地質模型的建立

為了更接近實際地質模型，體現疊置砂體關系復雜性，本文在建立地震地質模型時，首先分析了兩個砂體疊置的位置關系、地球物理參數的差異等問題，然后進一步正演，為提高分辨率分析鋪墊基礎。

1.1 模型參數的選取

地震地質模型建立是采集設計論證的基礎，選擇合理的巖石物理參數構建地質模型進行地震數據正演是得到最佳采集參數論證的前提；選擇巖石物理參數不僅要考慮目的層的情況，對于上覆及下伏地層的地質情況、流體特征也需詳細分析，同時砂體的傾角及厚度也是需要重點把控的關鍵參數。

為了解決開發中砂體疊置關系認識不清的問題，本文首先結合區域地質情況及巖石地球物理特征，并根據測井數據分析各層位的速度及密度，確定建模參數（表1）；然后基于已有地震資料時間域地震解釋剖面，建立時間域地震地質模型，保證砂體在模型與地震上的形態基本一致；最后根據確定的正演建模參數，結合吸收因子的經驗公式獲得各個模型層位的吸收因子，利用深度域層位控制進行密度、速度及吸收因子參數的井間插值，進行二維、三維地質模型的建立（圖1）。

表1 正演建模參數表

圖1 地質模型的建立

1.2 正演地震子波的選取

地震子波影響著地震分辨率，選擇子波的頻率對于目的層的成像極為關鍵，同一子波模擬地震剖面的方法因模擬方法的不同，目的層段主頻也不同，自激自收射線追蹤方法目的層段主頻高于波動方程模擬方法；主頻不同的同一類子波用相同的模擬方法得到的地震剖面，主頻高的子波在目的層段主頻仍然會高于主頻低的子波；主頻相同頻帶不同的兩個子波用相同的模擬方法得到的地震剖面，頻帶寬的子波在目的層段主頻低于頻帶窄的子波。

為得到合適的地震子波，根據表1中地層的速度、密度、深度等數據，通過分析縱向分辨率與頻率的關系的軟件得到相關關系曲線（圖2），不同顏色代表不同深度的地層。由圖可知，隨著目的層埋深增加，分辨相同厚度的地層所需要的主頻逐漸提高；隨著分辨地層厚度的增加，分辨同一地層所需要的主頻逐漸減小。研究區目的層段井上鉆遇砂體最薄處厚度約為30 m，從圖上可以看到，選取的頻率在目的層段需大于30 Hz才有可能識別砂體疊置關系。

圖2 縱向分辨率與頻率的關系曲線

因此，本文選取了主頻分別為30 Hz、60 Hz及90 Hz的地震子波開展模擬成像，從模擬結果來看，地震子波主頻為90 Hz左右時，其傳播到目的層段主頻大約30 Hz，才能有效地分辨目的層段砂體的疊置關系（圖3），根據砂體發育特征，同時因海上作業成本較高，基于經濟與適用的原則，確定本區最優采集頻率為90 Hz。后續采集面元的成像模擬也是基于90 Hz的頻率開展。

圖3 正演子波頻譜特征圖

1.3 正演模型的建立

1.3.1 二維模型建立

根據區域地震資料提供的地層數據以及測井數據提供的巖石物理參數，建立深度域二維地質模型，在目的層段，兩個疊置砂體橫向疊置范圍為0～300 m，縱向疊置范圍為0～65 m，如圖4所示。建立共深度點CDP（Common Depth Point）道集間距為6.26 m、12.5 m、25 m的三個不同的觀測系統，采用有限差分波動方程正演模擬方法，計算出地層模型的地震記錄，模擬地震波在不同的采集密度條件下的傳播和成像過程，分析空間采樣密度對模型正演成像的影響。

圖4 疊置砂體二維深度域地質模型

1.3.2 三維模型建立

建立疊置砂體的三維地震模型時，采用波前構建法模擬出地層模型的地震記錄，然后計算地震波的傳播和成像過程。首先根據地層數據以及巖石物理參數得到三維變速模型，然后建立深度域的三維地震地質模型如圖5（a）所示。從過砂體位置的剖面圖可看到如圖5（b）所示，兩個砂體的疊置關系清晰，為下一步的正演成像模擬提供了較好的基礎。

圖5 三維深度域地質模型

2 模型正演成像分辨率分析

正演是地震勘探方法中非常重要的一項技術，廣泛應用于地震資料的采集、處理和解釋的各個環節[13]。地震模型正演即建立一個合理的地層模型，在此基礎上模擬地震波的傳播和成像過程，利用射線追蹤法或波動方程法等方法模擬計算出地層模型的地震記錄，以此模擬記錄與現實記錄相對比，并且校正模型使模型更為貼近現實地層情況，提高地震勘探資料解釋的精度[13]。在不同采集密度下的觀測系統模擬的地震數據分辨率不同。分析地震采集密度一般方法是通過正演模擬不同采集道間距或炮距的成像結果。

2.1 二維模型成像分析

在兩個疊置砂體的二維地震地質模型基礎上，通過建立CDP道集間距分別為6.25 m、12.5 m和25 m的三個觀測系統，采用波動方程的模擬方法模擬原始地震采集的炮集數據，經過偏移疊加處理后，得到包含兩個疊置砂體的二維地震剖面如圖6所示。

圖6 二維地震剖面正演成像

由圖6可知：（1）橫向上，CDP間距為6.25 m時，兩個疊置砂體成像清晰，隨著CDP間距的不斷增加，砂體成像變得模糊，分辨率逐漸降低；（2）縱向上，CDP間距為6.25 m時，兩個疊置砂體的疊置界面分辨率高，隨著CDP間距的不斷增加，能分辨的厚度也逐漸增加。

2.2 三維成像分析

由于目的層埋深較深，上覆地層及流體對地震波的衰減嚴重，同時波前擴散也會引起地震波的衰減，為了保證目的層的分辨精度，基于前面建立的地質模型，模擬地震波的傳播過程，本文三維地震地質模型正演成像采用波前構建法。

為分析疊置砂體區內采樣密度對成像的影響，建立采集面元6.25 m×25 m、6.25 m×12.5 m和6.25 m×6.25 m的三個觀測系統，對疊置層砂體的三維地震地質模型進行成像，分析地震成像疊加剖面（圖7）。

圖7 三維地震剖面正演成像剖面

通過對比圖7（a）、7（b）和7（c）可知，隨著采集面元的減小，地震剖面的縱向分辨率逐漸提高；當采集面元為6.25 m×25 m時，地震數據上下兩個相鄰地層在地震剖面同相軸上模糊，分辨率較低；當采集面元為6.25 m×6.25 m時，地層在地震剖面上顯示變為清晰，地震反射同向軸橫向能量連續性較好，砂體間的接觸關系得到了清晰刻畫，層間信息更豐富、地層接觸關系更清楚。

3 結 論

針對海洋油氣資源勘探遇復雜砂體的問題，亟待提高地震分辨率。本文從地震數據原始采集的角度出發，結合地震數據采集密度對地震數據的影響，提出高密度地震數據采集方法能提高地震分辨率的思路。并且建立了疊置砂體的二維、三維模型，結合地層的地球物理參數模擬了海上地震勘探原始地震數據采集，根據采集密度大小不同，正演得到了不同采集密度的原始地震數據。將正演數據進一步偏移成像，分析了采集密度大小對原始地震數據分辨率的影響。從不同采集密度采集的原始地震數據進行成像分析可知。

（1）二維正演成像分析發現，橫向上隨著CDP間距的不斷增加，兩個疊置砂體從成像清晰到成像變得模糊，分辨率逐漸降低；縱向上兩個疊置砂體的疊置界面隨著CDP間距的不斷增加，分辨的厚度也逐漸增加。

（2）三維正演成像分析可知，當采集面元為從大到小時，上下兩個相鄰地層在地震剖面上同相軸由模糊變得橫向能量連續性較好，砂體間的接觸關系得到了清晰刻畫，層間信息更豐富、地層接觸關系更清楚。

研究成果表明，不同采集密度成像解釋結果存在差異，提高采集密度，復雜疊置砂體在地震剖面上分辨率得到提高，成像解釋結果與實際地質構造越接近。該方法已在南海某盆地氣田地震數據采集中應用，在提高含水、含氣砂體區域分辨率方面取得了較好的效果。所以高密度采集能夠提高海上復雜砂體的原始地震數據的分辨率，進而提高海洋油氣資源的勘探精度。