陸豐凹陷復雜斷裂帶雙方位地震資料聯合成像技術研究

蔣亞洲,杜軍鋒

(中海油田服務股份有限公司 物探事業部物探研究院,湛江 524057)

0 引言

陸豐凹陷A洼處于陸豐凹陷南部,位于珠江口盆地珠一坳陷東北部,水深約90 m,工區鉆井證實多個含油氣構造,是珠江口盆地古近系勘探最具潛力的區域[1-5],區塊已經實現三維地震資料的全覆蓋,早期采集的地震資料受當時采集技術的局限,即使多次重處理仍然存在目的層段薄砂體接觸關系難以確定,復雜斷層、小斷層成像不清楚,古近系陡傾角基底成像模糊等問題,難以滿足勘探需要,二次三維地震采集迫在眉睫。近年來海上地震資料采集越來越重視多、寬、全方位采集,勘探實例證實,多、寬、全方位地震資料,可以有效改善地下深層復雜構造區的地震波場照明度,在復雜地質條件下的深部勘探和巖性、裂縫油氣藏勘探領域應用前景廣闊[6-10]。相對海上多船寬方位采集及OBC(海底電纜)、OBN(海底節點)等高成本采集方式,雙方位地震資料采集兼顧寬方位采集的部分優勢,是一種經濟有效的方法[11]。為最大程度上改善復雜斷裂帶照明,二次三維地震資料采集方向應與原有三維地震資料采集方向垂直[12]。

如何解決不同方位角采集時,地震資料因波場傳播路徑不同造成的速度差異及各向異性問題,是雙方位地震資料聯合成像的核心難點。Tsvankin[13]、Grechka[14]和Xie[15]對不同方位波場傳播的速度差異及各向異性參數求取進行一系列研究,謝濤等[16]、朱明等[17]、胡高偉等[18]研究了雙、多方位資料處理的技術及應用效果。

筆者針對陸豐凹陷A洼同一采集參數、采集方位正交的三維地震資料,分析不同方位地震資料在復雜斷裂帶的速度及成像差異,采用斷層約束的雙方位資料聯合速度建模方法,求取更加真實的地下介質速度模型,求取不同方位資料的TTI各向異性體進行TTI各向異性疊前深度偏移成像,消除復雜斷裂帶地層同相軸錯動現象,實現不同方位資料成像結果的同相融合,改善工區復雜斷裂帶陡傾角地層的成像品質,提高了雙方位融合成像資料的可靠性,從而為該地區地質目標評價提供了高質量的基礎數據。

1 不同方位角采集資料的差異性分析

為消除地震采集參數設計(氣槍容量、電纜長度、槍深、纜深等)不同帶來的成像差異,本次工區二次三維采用同一物探船先后沿垂直工區主要斷層走向(北西-南東方向)和平行物源方向(北東-南西方向)進行海上作業,采集得到的地震數據按照同一處理流程進行前置處理,確保數據差異僅由不同方位角采集造成的。分析圖1可知,在陡傾角地層不同方位角采集地震數據的速度分析結果并不相同,陡傾角地層處疊加譜速度差異明顯。不同方位地震數據偏移結果對比見圖2。

圖1 不同方位采集數據速度差異

圖2 不同方位數據偏移成像差異

圖3為不同方位地震數據在古近系T83層地震波場照明度對比圖。圖3(a)為平行斷層走向采集地震數據在T83層處的地震波場照明度圖,圖3(b)為垂直斷層走向采集地震數據在T83層處的地震波場照明度圖。綜合分析圖2、圖3可知,垂直斷層走向采集地震數據斷面成像更加清晰,但在T83層的波場照明分布不均勻;平行斷層走向采集地震數據地層成像更加清晰,在T83層的波場照明分布也比較均勻,但斷面成像比較模糊。

圖3 不同方位數據在T83層照明度差異

對圖1、圖2、圖3綜合分析可知,不同方位角采集資料的成像速度、地層及斷面成像、地震波場照明度等方面差異性明顯,且各有優劣。利用雙方位資料進行聯合反演,得到精度更高、統一的地下介質速度模型,進而改善古近系陡傾角地層的偏移成像效果,是筆者討論的核心內容。

2 雙方位資料聯合成像關鍵技術

在地震資料處理流程中,準確求取地下介質的速度信息是整個處理流程的核心問題,深度域速度場的精度直接影響深度偏移的成像效果,也影響著后續的地質目標評價工作。地下介質普遍存在各向異性,工區雙方位資料聯合成像處理過程中需要考慮不同方位資料的各向異性差異,否則即使在速度準確的前提下,偏移過程中如不考慮地下介質的各向異性,也會導致陡傾角地層空間位置無法正確歸位,不同方位資料同一套陡傾角地層空間位置不一致,進而導致后續融合處理時無法同相融合,因此雙方位資料聯合成像的關鍵是如何求取地下介質準確的速度信息和不同方位資料的各向異性體。

綜合研究分析,本文雙方位資料速度建模關鍵技術流程主要分為兩步:①在雙方位資料聯合層析反演過程中引入斷層等地質信息作為預條件算子,求取更加準確的地下介質速度模型;②考慮兩個方位之間各向異性差異,求取不同方位資料準確的TTI各向異性進行TTI疊前深度偏移。通過以上技術的應用實現不同方位資料陡傾角地層空間位置正確歸位,為后續的融合處理提供高品質基礎資料,更好的實現不同方位資料同相融合,提升雙方位資料聯合成像品質。

2.1 斷層約束的雙方位資料聯合速度建模

斷層兩側地層速度橫向變化劇烈是造成復雜斷裂帶成像品質不佳的主要因素。雙方位采集資料可以提高地震資料的信噪比、豐富復雜斷裂帶地層的波場照明度。常規的雙方位資料聯合層析反演可以降低速度反演的不確定性,一定程度上提高速度反演的精度和準確性。但是基于旅行時層析算法的常規網格層析迭代反演技術,只能求取得到光滑的速度場,無法準確刻畫斷層兩側地層速度橫向變化。因此在聯合求解兩個方位的層析方程組時,引入斷層和層位數據體作為預條件算子,在復雜斷裂區域層析反演時,斷層起截斷濾波效應,保證反演求解的斷層兩側速度更新量互不干擾。由圖4可知,相比常規的網格層析技術,在速度層析時引入斷層和層位約束可以準確刻畫斷層兩側的速度橫向變化,增加速度反演細節信息,提高速度反演分辨率。

圖4 不同預條件算子下層析反演速度更新量示意圖

建立合理可靠統一的光滑背景初始速度模型是后續速度層析反演的基礎,利用雙方位資料在斷層的約束下進行聯合層析反演,是獲取地下介質真實速度模型的關鍵。如果對不同方位資料各自進行速度建模及層析反演,難以得到一致統一的速度模型,進而導致不同方位資料同一套地層存在深度誤差。斷層約束的雙方位資料聯合層析技術關鍵步驟如下:①分析測井、地震速度規律,建立統一的初始速度模型;②建立與速度模型網格等同的斷層和層位數據體;③按照采集方位角的不同將地震數據劃為兩個扇區,分別進行PSDM(Prestack Depth Migration,疊前深度偏移)得到不同的CIG道集(Common Im-age Gather,共成像點道集);④在不同方位的CIG道集上分別拾取RMO(Residual Moveout,剩余時差);⑤對不同方位的RMO分別進行射線追蹤建立層析方程組;⑥將兩個方位的層析方程組并聯在一起在斷層與層位的約束下求解,得到一致的速度模型更新量;⑦經過多次速度迭代更新,獲得滿足條件的速度模型(深度域)。

對比圖5(a)、圖5(b)可知,圖5(a)中的速度場為光滑的背景速度場,速度細節信息不豐富,圖5(b)中的速度場剖面整體分辨率更高,在斷層兩側(黑色箭頭處)速度橫向變化明顯,并且存在兩套明顯的低速反轉地層(藍色橢圓、黑色橢圓標識處)。圖6為抽取井點處不同方法反演得到的速度模型與測井聲波速度曲線的對比分析圖,可以看出,相比單方位常規網格層析反演得到的速度場,斷層約束下雙方位資料聯合反演得到的速度場整體更加吻合測井聲波速度變化規律,且明顯的速度反轉在測井聲波速度曲線上得到證實。結合工區其他已有測井資料及地化分析,兩套低速地層為工區發育的兩套低速烴源巖,分別對應上文昌潛湖相烴源巖(藍色橢圓處)和文四段中深湖相烴源巖(黑色橢圓處)。斷層約束的雙方位聯合層析反演得到的速度場符合鉆井揭示的速度規律,能較好地刻畫工區的低速烴源巖,有利于后續的洼陷烴源潛力評價工作。

圖5 不同方法反演速度場對比圖

圖6 不同方法反演速度場與測井質控對比圖

2.2 雙方位TTI各向異性偏移聯合成像

地下介質為各向異性介質,不同方位角進行地震數據采集時存在方位各向異性問題,雙方位數據聯合成像過程中必須考慮不同方位之間各向異性的差異性。工區早期地質活動劇烈,目標區地層抬升改造強烈,中深層高陡斷裂和陡傾角地層發育豐富,TTI各向異性(傾斜橫向各向異性)處理中考慮了地下介質的傾角信息(dip)和方位角屬性(azim),更加接近地下介質的真實情形。在不同方位角資料處理時,每個方位可以用分別獨立的TTI各向異性近似。筆者采用雙方位TTI各向異性聯合層析方法解決雙方位資料之間的差異。

陸豐凹陷A洼為勘探成熟區,工區已有測井20余口,在工區內較為均勻分布,為分析井震誤差求取工區各向異性參數提供可靠數據,δ的估算公式[19-20]為式(1)。

(1)

圖7所示為雙方位聯合成像技術流程圖,關鍵步驟如下:①基于斷控約束反演層析的統一速度場,根據公式(1)獲得不同井位處各套地層的δ值,對求取得到的δ值沿地層層位進行地質導向插值[21],獲得工區初始δ體,進而求取初始ε體、初始dip體和初始azim體;②對不同方位資料進行偏移,迭代更新不同方位的各向異性參數;③采用統一速度場和不同方位各向異性參數對2個方位資料分別進行TTI疊前深度偏移得到各自的偏移結果;④對2個方位的偏移后道集通過自動尋優技術融合處理,進而得到最終的雙方位TTI疊前深度偏移聯合成像結果。

圖7 雙方位TTI聯合層析成像技術流程

圖8是基于本文方法求取得到的統一速度場Va體(圖8(a))、各向異性δ體(圖8(b))、dip體(圖8(c))、azim體(圖8(d))。層析反演模型分辨率高、細節信息豐富,不同層系地層具有明顯區分,構造分布合理,與凹陷內測井信息吻合度高。

圖8 雙方位聯合層析反演求取的屬性體

由圖9可知,不同方位資料的ε體構造形態基本保持一致,區別在于東西方位資料的ε體總體小于南北方位資料的ε體。

圖9 不同方位的各向異性ε體

由圖10分析可得,在陡傾角地層和高陡斷裂帶,雙方位聯合層析速度偏移后道集整體拉平度更高,消除不同方位道集同相軸上翹下彎現象,說明雙方位聯合層析得到的速度模型和各向異性體,更加符合實際地質情況,成像更準確,不同方位道集一致性更好,為后續的雙方位資料融合處理提供高品質基礎資料。

圖10 不同速度偏移道集蝶形顯示

3 實際應用效果分析

目標區受區域地質活動影響,中深層地層產狀變劇烈,基底附近高陡地層及次生小斷裂發育豐富,復雜構造區成像困難,難以識別解釋斷裂組合,影響后續地質目標評價。針對本次采集的雙方位地震資料,采用斷層約束的雙方位聯合速度建模、雙方位TTI各向異性建模等技術,求取獲得更加準確的地下介質速度體及各向異性體,不同方位資料陡傾角地層空間位置準確歸位,實現不同方位地震聯合成像的最優化融合。

從圖11可以看出,雙方位資料融合成像結果集合不同方位資料成像的優勢,在復雜目標區斷面成像清晰,地層信噪比及分辨率更高,內幕同相軸更加連續,地層與斷裂接觸關系清晰,尤其在陡傾角地層與基底之間內幕邊界明確,有利于后續構造研究。從圖12可以看出,單方位的地震資料目標區信噪比均值在3 db左右,而雙方位聯合成像結果目標區信噪比均值在4 db以上,地震資料信噪比提升明顯,有利于后續地層接觸關系和沉積體內部構造反射特征地識別。

圖11 單方位與雙方位資料成像對比

圖12 單方位與雙方位資料信噪比對比分析圖

4 結論

陸豐凹陷A洼中深層構造復雜,雙方位資料綜合不同方位采集資料的優勢,豐富復雜斷裂帶的地震波場照明信息,為后續處理提供高品質原始資料。針對雙方位資料之間的速度差異及成像差異,筆者采用斷層約束的雙方位聯合速度建模及雙方位TTI聯合建模求取速度模型及各向異性體,提高速度模型的分辨率及精度,速度場更加接近地下介質真實情形,復雜斷裂帶地層空間位置偏移歸位準確,更好地實現雙方位資料的融合成像。實際資料應用證明,雙方位資料聯合成像有效提高復雜斷裂帶信噪比,高陡地層與基地之間內幕刻畫清晰,有利于識別斷裂與地層接觸關系,為下一步地質綜合研究提供高品質基礎資料。