準(zhǔn)東地區(qū)復(fù)雜構(gòu)造區(qū)山前火成巖成像處理技術(shù)探討

屈 元，刁永波，許 勇，吳松翰，劉漢雄，趙振偉

(1.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500；2.川慶鉆探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都 610213)

準(zhǔn)東地區(qū)復(fù)雜構(gòu)造區(qū)山前火成巖成像處理技術(shù)探討

屈 元1,2，刁永波2，許 勇2，吳松翰2，劉漢雄2，趙振偉2

(1.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500；2.川慶鉆探工程有限公司 地球物理勘探公司，成都 610213)

火成巖油氣藏作為一種非常規(guī)油氣藏，越來(lái)越得到重視，成為世界油氣產(chǎn)量新的增長(zhǎng)點(diǎn)，準(zhǔn)噶爾盆地東部石炭系火成巖發(fā)育，在近幾年勘探攻關(guān)中，充分顯示了該區(qū)山前帶石炭系的勘探潛力。然而，火成巖對(duì)地震反射波具有很強(qiáng)的散射和屏蔽作用，造成地震資料信噪比低，成像差。準(zhǔn)東地區(qū)石炭系火成巖具有埋藏較深，構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜，低降速帶變化大，斷裂發(fā)育等特點(diǎn)，加劇了火成巖地震資料的成像難度，制約了準(zhǔn)東地區(qū)火成巖油氣勘探的進(jìn)程。這里主要以克拉美麗山山前帶地震資料處理為例，提出了以保護(hù)低頻信息為基礎(chǔ)的保真去噪技術(shù)，以提高成像質(zhì)量為目標(biāo)的tomodel層析靜校正技術(shù)，針對(duì)“高速層屏蔽”現(xiàn)象提出以常速掃描結(jié)合變速掃描為手段的速度分析方法。對(duì)該區(qū)偏移方法的適用性以及優(yōu)選進(jìn)行了分析和探討，探索并總結(jié)出了一套適合在準(zhǔn)噶爾盆地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)山前火成巖的成像處理技術(shù)，取得了較好的效果。

火成巖; 成像處理; 復(fù)雜構(gòu)造區(qū); 山前帶; 準(zhǔn)噶爾盆地

0 引言

隨著我國(guó)石油勘探的深入，常規(guī)油氣藏勘探難度日益增加，火成巖油氣藏作為油氣勘探的一個(gè)新領(lǐng)域，已引起石油界學(xué)者的普遍關(guān)注和高度重視[1]。目前，全球火成巖油氣藏探明約占探明油氣總儲(chǔ)量的1%，全國(guó)火山巖探明油氣當(dāng)量約為73 000×104t[2]。準(zhǔn)噶爾盆地為我國(guó)4個(gè)中型氣區(qū)之一，蘊(yùn)藏著大量的天然氣，縱向上含氣層系多，從石炭系至新近系均有分布[3]。準(zhǔn)噶爾盆地火成巖氣藏主要分布在石炭系，資源量為6 188×108m3，占總資源量的24.66%[4]。近年來(lái)為加快新疆北部準(zhǔn)噶爾盆地石炭系火成巖的油氣勘探，中石油加大了對(duì)該區(qū)的研究力度，集中多家研究生產(chǎn)部門科研與生產(chǎn)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，在石炭系火成巖油氣成藏與分布地質(zhì)理論研究方面取得了重大進(jìn)展[5]。然而，在火成巖發(fā)育地區(qū)，由于火成巖對(duì)地震波具有極強(qiáng)的屏蔽和吸收衰減作用，導(dǎo)致地震波下傳能力弱。不僅如此，地震波在火成巖地層中常出現(xiàn)強(qiáng)反射和多次反射[4]，造成火成巖地層之間以及火成巖與下伏地層之間的反射信息雜亂，地震資料信噪比低，資料品質(zhì)差。位于山前帶的火成巖由于受到山前高陡構(gòu)造的影響，有效反射信息又常常被斷層復(fù)雜化，造成構(gòu)造落實(shí)困難，加劇了該區(qū)火成巖油氣勘探的難度，導(dǎo)致無(wú)法滿足研究人員精細(xì)構(gòu)造解釋、準(zhǔn)確刻畫(huà)圈閉形態(tài)及火山巖體的識(shí)別等地質(zhì)需求。

研究區(qū)域位于準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起(圖1)，火成巖發(fā)育，構(gòu)造成藏模式復(fù)雜(圖2)。從該區(qū)老資料看，石炭系上覆地層(J、T、P)資料較好，同相軸連續(xù)，火成巖區(qū)具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性，石炭系內(nèi)幕總體反射雜亂，波組連續(xù)性不好 (圖3)，對(duì)其識(shí)別與預(yù)測(cè)比較困難，加之受斷層多和埋藏深的影響以及非一致性地表的復(fù)雜化，地震資料品質(zhì)普遍較差，難以滿足勘探需要。因此，在準(zhǔn)噶爾盆地山前帶復(fù)雜構(gòu)造石炭系火成巖區(qū)，探索出一套有針對(duì)性的地震資料成像處理方案顯得尤為重要。

圖1 克拉美麗山前帶區(qū)域圖Fig.1 Kelameili piedmont area

圖2 克拉美麗前陸沖斷帶構(gòu)造模式示意圖Fig.2 Foreland thrust belt structure model of Kelameili

圖3 克拉美麗山前帶火成巖勘探老資料Fig.3 Chronological seismic data of igneous rock in Kelameili

1 主要研究工作

根據(jù)工區(qū)特點(diǎn)針對(duì)性建立常規(guī)處理流程及疊前時(shí)間偏移流程(圖4、圖5)，這里就層析靜校正、去噪技術(shù)、速度分析以及疊前時(shí)間偏移技術(shù)進(jìn)行討論。

圖4 疊加處理流程圖Fig.4 The chart of stack processing flow

圖5 疊前時(shí)間偏移處理流程圖Fig.5 The chart of prestack time migration processing flow

1.1 優(yōu)選靜校正技術(shù)

靜校正處理在地震資料成像處理中扮演著重要角色，合理地解決靜校正問(wèn)題有利于資料后期的信噪分離處理，對(duì)疊加速度分析以及偏移成像都有重要意義。高陡構(gòu)造的山前帶討論區(qū)域現(xiàn)有資料品質(zhì)差，任何單一的靜校正方法均不能完全勝任，開(kāi)展針性的綜合靜校正技術(shù)研究，以提高地震資料的處理成像精度成為當(dāng)務(wù)之急[6]。研究區(qū)整體地表起伏較大，低降速層厚度變化劇烈(圖6)，靜校正問(wèn)題較突出，因此優(yōu)選靜校正方案是做好該區(qū)成像處理面臨的的首要問(wèn)題和必然選擇。

圖6 克拉美麗山前帶某測(cè)線近地表層析模型Fig.6 Near-surface tomograhic model

在靜校正處理生產(chǎn)中，處理工作者采取野外高程靜校正、初至折射靜校正、層析靜校正多種方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，選擇最優(yōu)方案。由于研究區(qū)地形復(fù)雜，地表巖性變化劇烈，高程靜校正顯然不能夠滿足精細(xì)成像處理；而山前帶地表速度橫向變化較大，不存在一套穩(wěn)定的折射層，折射界面連續(xù)性差，使得初至折射靜校正在理論上也不能夠很好地解決該區(qū)靜校正問(wèn)題[7]。層析靜校正是利用初至波反演表層低速帶速度結(jié)構(gòu)并據(jù)此計(jì)算靜校正量的方法[8]，利用初至波反演縱、橫向連續(xù)變化的表層低速帶，避免了折射波層狀速度結(jié)構(gòu)的假設(shè)，因而它對(duì)各種復(fù)雜近地表?xiàng)l件下的表層速度模型具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力[8]。

實(shí)踐證實(shí)，在解決近地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，低降速層縱橫向速度變化劇烈的工區(qū)，采用層析靜校正能夠取得較好的效果。從圖7可以看出，層析靜校正方法效果較為明顯，波組成像及波組連續(xù)性都有所改善。

圖7 折射靜校正與層析靜校正效果對(duì)比Fig.7 Effect contrast between refraction static correction and tomographic static correction

1.2 保真去噪處理

石炭系火成巖由于其自身的高密度、高速度特點(diǎn)，常與上覆巖層具有較強(qiáng)波阻抗差，從而造成典型的“高速層屏蔽”現(xiàn)象。淺、中層火成巖高速地層的屏蔽作用，使深層反射能量很弱，影響深部目標(biāo)層的識(shí)別[9]。在地震波中，高頻散射嚴(yán)重，穿透能力弱，而低頻的穿透能力相對(duì)較強(qiáng)。特別是在處于高陡構(gòu)造中的研究區(qū)，深層大地的低通濾波作用會(huì)使有效高頻散射更強(qiáng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，處理人員對(duì)低頻信號(hào)的處理存在誤區(qū)，常常將低頻信號(hào)連同能量強(qiáng)、視速度低震動(dòng)延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的低頻面波一同壓制[10]?？死利惿角皫肯祷鸪蓭r埋藏深，因而來(lái)自深層反射信息成分中，低頻信息極其重要，正是深層石炭系的有用反射信息，也是地震資料保真處理的重點(diǎn)方向。

在去噪處理中，通過(guò)F-K和異常振幅衰減等多種去噪手段分步、分段、分頻處理。在與頻譜掃描相結(jié)合的同時(shí)，分頻去噪處理，注意資料低頻率段噪聲壓制參數(shù)的選取，特別注意對(duì)原始資料低頻信號(hào)的保護(hù)(圖8)，從而在保護(hù)有效低頻信息的同時(shí)，提高了資料信噪比。

圖8 單炮去噪前后保護(hù)低頻效果對(duì)比Fig.8 Low frequency protection before and after denoising

圖9 速度“上拉現(xiàn)象”示意圖Fig.9 The “ pull-up” of velocity

1.3 精細(xì)速度分析技術(shù)

速度分析的準(zhǔn)確與否直接決定資料成像好壞，特別是在高陡構(gòu)造火成巖勘探中，由于火成巖的速度普遍高于下伏地層速度，會(huì)對(duì)下伏地層有很強(qiáng)的屏蔽作用和“速度拉伸”作用(圖9)，因此，在速度分析中往往存在成像多解性。所以，我們應(yīng)該更加注重火成巖區(qū)速度的分析和拾取。精細(xì)速度分析中以資料成像為目的，在常規(guī)使用常速掃描進(jìn)行速度分析的同時(shí)，采用變速掃描精細(xì)調(diào)整成像速度，變速掃描是在交互選取了較為準(zhǔn)確的疊加速度后，以最后一輪疊加成像速度作為參考速度，以1%的疊加速度差為比例間隔，進(jìn)行變速度掃描，從而選取更精準(zhǔn)的疊加速度(圖10)。每一輪成像速度拾取更新后均結(jié)合新一輪剩余靜校正處理。經(jīng)過(guò)多輪速度拾取與多輪剩余靜校正的循環(huán)迭代(圖11)，力求資料成像效果最佳。在結(jié)合常規(guī)剩余靜校正處理確定了較為準(zhǔn)確的疊加速度后，可采用模擬退火等方法為補(bǔ)充，解決資料的殘余剩余靜校正問(wèn)題。模擬退火是一種蒙特卡羅非線性反演方法，像擾動(dòng)熱平衡系統(tǒng)那樣去擾動(dòng)待反演參數(shù)，從而舍棄局部極值達(dá)到全局最優(yōu)化[11]目的。該方法具有在概率指導(dǎo)下進(jìn)行雙向搜索的能力，并被證明以概率“1”收斂于全局最優(yōu)，但要經(jīng)過(guò)無(wú)限次的變化，且初始溫度及降溫函數(shù)不易控制，要么計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，要么容易陷入局部解，由于研究區(qū)火成巖區(qū)有效反射信息雜亂，模擬退火方法效果不明顯。最終的綜合剩余靜校正方案取決于具體工區(qū)地表、地下結(jié)構(gòu)。

圖10 變速掃描示意圖Fig.10 The variable speed scan

圖11 多輪速度分析與剩余靜校正迭代循環(huán)Fig.11 Contrast effect of several rounds of velocity picking

1.4 多次波的壓制

火成巖地區(qū)地層常出現(xiàn)強(qiáng)反射和多次反射[4]，研究區(qū)也不例外。在針對(duì)周期較短的層間多次波，采用預(yù)測(cè)反褶積模塊，在壓縮子波的同時(shí)，利用多次波的可預(yù)測(cè)性(周期性)壓制多次波。針對(duì)長(zhǎng)周期的強(qiáng)多次波，利用一次波和多次波的速度差異，采用Radon變換進(jìn)行壓制多次波。由圖12可以看出，經(jīng)過(guò)去多次波處理后，深層石炭系火成巖成像有所改善。

圖12 Radon變換去多次波前后疊加剖面對(duì)比(滴南)Fig.12 Effect of multiple-eliminated process

1.5 克希霍夫疊前偏移技術(shù)

在勘探實(shí)踐中，大偏移距的采集使得常規(guī)的水平疊加難以滿足或足夠接近共反射點(diǎn)疊加的假設(shè)，即使應(yīng)用DMO，也難以實(shí)現(xiàn)真正的共反射疊加，大量非零偏移距繞射與反射信息受到破壞，導(dǎo)致最終的疊后時(shí)間偏移剖面或歸位不準(zhǔn)或偏移不足，不能較為真實(shí)地反映因復(fù)雜構(gòu)造及速度變化帶來(lái)的成像變化，無(wú)法得到正確的成像結(jié)果。

近年，通過(guò)在準(zhǔn)噶爾盆地的處理攻關(guān)實(shí)踐中，地震資料處理已逐步從疊后偏移處理邁向疊前偏移成像處理。由于考慮了對(duì)非零偏移距的歸位處理，使得最終的成像剖面繞射更為有效收斂，構(gòu)造形態(tài)及接觸關(guān)系能夠更清晰地展現(xiàn)。

在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，對(duì)于界面傾角越大、埋深越深的傾斜反射層，需要進(jìn)行偏移處理[12]。因此，在山前高陡構(gòu)造帶火成巖成像處理中，應(yīng)考慮疊前處理。在石油天然氣地震勘探的實(shí)際生產(chǎn)中，普遍使用克?；舴蛐童B前偏移方法對(duì)地下復(fù)雜構(gòu)造進(jìn)行深度成像[13]，Kirchhoff 求和偏移按繞射曲線對(duì)振幅加權(quán)求和來(lái)完成偏移[14]。對(duì)于克?；舴蛐推品椒?，三個(gè)重要因素(層速度場(chǎng)、射線旅行時(shí)、偏移孔徑[13])決定其成像的質(zhì)量。通過(guò)在高陡構(gòu)造的山前帶勘探實(shí)踐，偏移的孔徑過(guò)小，偏移剖面將損失陡傾角的有效反射信息，為了滿足陡傾角成像歸為，需要在高陡構(gòu)造中采取較大偏移孔徑，選取較大的偏移孔徑時(shí)，大傾角、陡構(gòu)造的反射波同相軸成像有明顯改善[15]。 但如果孔徑太大，偏移過(guò)程中則會(huì)包絡(luò)過(guò)多噪聲信息，降低資料的信噪比，且耗時(shí)長(zhǎng)[16]。效果的好壞應(yīng)結(jié)合偏移孔徑參數(shù)掃描測(cè)試結(jié)果，孔徑大小的選取以資料成像效果為標(biāo)準(zhǔn)[17]。因此，應(yīng)當(dāng)在加強(qiáng)對(duì)地腹地質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，通過(guò)多次速度優(yōu)化建模(圖13)、測(cè)試偏移孔徑等來(lái)獲得最好的偏移效果(圖14)。

圖13 多次迭代速度建模更符合地質(zhì)情況Fig.13 Multiple iterative velocity model consists with the geological law

圖14 新老資料處理效果對(duì)比Fig.14 Processing effect contrast of the old and new seismic data

在高陡復(fù)雜區(qū)，由于速度縱橫向變化大，疊后偏移不滿足Snell定律，因此不能進(jìn)行正確的反射波偏移成像[18]，而且在疊前時(shí)間偏移處理中，時(shí)間域處理是基于水平層狀、均勻介質(zhì)的假設(shè)，是以雙曲線時(shí)距關(guān)系為基礎(chǔ)的。疊前深度偏移則能解決速度縱橫向變化劇烈的地震資料準(zhǔn)確成像[17]，是復(fù)雜構(gòu)造區(qū)山前火成巖資料處理的一個(gè)方向。但是，疊前深度偏移成像的基礎(chǔ)是建立在一個(gè)準(zhǔn)確的層速度—深度地質(zhì)模型上的，因此，需要在對(duì)山前帶石炭系火成巖地質(zhì)模型有較清楚認(rèn)識(shí)下開(kāi)展。

2 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

在處理準(zhǔn)噶爾盆地東部復(fù)雜構(gòu)造區(qū)山前火成巖中，通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐總結(jié)出一套可行的思路：

1) 針對(duì)高陡構(gòu)造火成巖對(duì)下伏地層有較強(qiáng)屏蔽作用且一般埋藏較深特點(diǎn)，在去噪處理中應(yīng)注意低頻的保護(hù)，并在盡量保持地震反射波相對(duì)振幅關(guān)系不變的前提下，利用振幅補(bǔ)償技術(shù)，提高深層資料信噪比。

2)面對(duì)近地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜且多次波發(fā)育的特點(diǎn)，應(yīng)首先優(yōu)選靜校正方法并嘗試采用預(yù)測(cè)反褶積與拉東變換相結(jié)合的方法壓制多次波，從而提高資料成像質(zhì)量。

3)面對(duì)高陡構(gòu)造區(qū)山前帶火成巖成藏具有地層傾角大，繞射強(qiáng)，波場(chǎng)復(fù)雜的特點(diǎn)，應(yīng)采用疊前偏移技術(shù)實(shí)現(xiàn)地震資料成像的準(zhǔn)確，在疊前偏移成像技術(shù)中應(yīng)特別注重偏移速度建模，通過(guò)對(duì)偏移速度場(chǎng)的分析、偏移孔徑等參數(shù)的充分測(cè)試，達(dá)到改善石炭系火成巖成像品質(zhì)。

致謝

在論文的編輯和修改過(guò)程中，新疆油田地物所的專家和朋友給予了很大的支持和幫助，在此表示感謝！

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The imaging processing technology of igneous in complicated structure in mountain front of the eastern Junggar basin

QU Yuan1,2; DIAO Yong-bo2,XU Yong2,WU Song-han2,LIU Han-xiong2,ZHAO Zhen-wei2

(1.School of Geoscience and Technology,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China;2.Sichuan Geophysical Company of Chuanqing Drilling Engineering Company Limited,CNPC,Chengdu 610213,China)

Igneous rock reservoirs,a kind of unconventional reservoirs and as a new growth point of world's oil and gas production,is concerned more and more attention by people.However,igneous rock of seismic reflection wave has shield and scattering effect of hypostega,thus it results in seismic reflection data with low signal-to-noise ratio and poor seismic imaging.Exploration and research in recent years shows the full display piedmont exploration potential of the carboniferous in the Junggar basin,however,it increases the difficulty of seismic data imaging due to the following cases of:deep buried carboniferous igneous rocks,complicated structure form,the variations of low velocity zone,and characteristics of fracture development.These cases cannot meet the personnel fine structure interpretation,accurately depict trap morphology and geological requirements and others volcanic rock identification,which restricts the progress of igneous rock oil and gas exploration in the area.This paper tries to take the mountain front of Kelameili for example to explore a set of suitable for igneous imaging processing technology in complicated structure area in the Junggar basin piedmont.After low frequency protection,optimizing the use of static correction methods,the seismic data has been improved to better.

igneous rock; imaging processing; complex tectonic zone; mountain front; Junggar basin

2015-08-22 改回日期：2016-01-10

屈元(1988-)，男，碩士，主要從事地震資料處理工作，E-mail：quyuan70@163.com。

1001-1749(2016)06-0773-07

P 631.4