縱橫波聯(lián)合解釋技術(shù)在氣云區(qū)的應(yīng)用

陳國文，鄧志文，姜太亮，張軍勇，于雪嬌，祁成業(yè)，郗曉萍

（1.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司研究院地質(zhì)研究中心，河北涿州 072750；2.中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司河北涿州 072750；3.中國石油青海油田分公司勘探事業(yè)部，甘肅敦煌 736202）

0 引言

盡管縱波地震勘探仍將是地震勘探的主流技術(shù)，但是國內(nèi)外勘探學(xué)家已普遍認(rèn)識到多波多分量地震勘探在油氣勘探領(lǐng)域的潛力［1］。自20 世紀(jì)60年代以來，多波資料采集、處理和解釋技術(shù)也有了全面的發(fā)展，獲得了一些成功的實(shí)例，但由于地面激發(fā)震源裝備太大，許多復(fù)雜地表區(qū)，如沙漠、黃土塬、山地等區(qū)域很難開展橫波勘探，而是利用三分量檢波器接收到的反射PP 波、PSV 波和PSH 波來分析地下構(gòu)造、巖性、裂縫及含油氣性［2］。國內(nèi)外縱橫波聯(lián)合勘探應(yīng)用實(shí)例較少，在工程物探領(lǐng)域主要應(yīng)用于淺層斷裂活動的調(diào)查與研究［3］。石油工業(yè)界縱橫波應(yīng)用實(shí)例少見，2017—2018 年，東方地球物理公司首次在國內(nèi)開展了“低頻+橫波”可控震源多波二維聯(lián)合激發(fā)的油氣勘探攻關(guān)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了橫波勘探工業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)模應(yīng)用。

以柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)第四系生物氣氣藏為例，該區(qū)構(gòu)造氣藏具有孔隙度高、含氣飽和度高的特征，地震剖面上表現(xiàn)為明顯的“氣煙囪”現(xiàn)象，氣云區(qū)成像品質(zhì)差，構(gòu)造細(xì)節(jié)落實(shí)不清，巖性氣藏豐度低，含氣異常特征不明顯，含氣檢測精度低［4］。針對這一特征，先后開展了高分辨、高精度、轉(zhuǎn)換波等地震勘探工作，但在氣云區(qū)PP 資料不能恢復(fù)氣藏構(gòu)造，難以滿足對低幅度構(gòu)造識別及巖性預(yù)測的需求。通過多波二維地震勘探攻關(guān)試驗(yàn)，采用分開激發(fā)和接收、獲取高品質(zhì)的PP 波和SS 波資料，采取PP 波、SS 波聯(lián)合勘探的互補(bǔ)性及優(yōu)越性［5］開展解釋技術(shù)攻關(guān)，以期形成縱橫波解釋配套技術(shù)，推動多波地震勘探。

1 縱波勘探在氣云區(qū)難以解決的問題

氣云區(qū)又稱“氣煙囪”，“氣煙囪”是由于天然氣（流體）垂向運(yùn)移在地震剖面上形成的含氣異?，F(xiàn)象，是氣藏超壓、構(gòu)造低應(yīng)力和泥頁巖封隔層3 種因素綜合作用的結(jié)果［6-8］。柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)第四系生物氣氣藏資源豐富，由于地層沉積時(shí)代新，成巖作用差，巖石結(jié)構(gòu)疏松等獨(dú)特的地質(zhì)特征，儲層孔隙度為25%～35%，滲透率多在12 100 mD 左右，具有高孔隙度、高滲透率的特點(diǎn)。構(gòu)造氣藏一般具有豐度高、分布面積大、埋藏淺（300～1 700 m）、含氣井段長（最大累計(jì)厚度達(dá)到1～100 m）、產(chǎn)氣層數(shù)多、單層厚度?。?～3 m）等特點(diǎn)。同時(shí)，由于天然氣藏的氣體向上運(yùn)移及逸出，地震波傳播時(shí)間增加，在地震剖面上出現(xiàn)同相軸下拉，地震波能量被吸收引起頻率降低、深層成像差等現(xiàn)象［9-13］。三湖地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的臺南、澀北等氣田在剖面上均表現(xiàn)為典型的“氣煙囪”現(xiàn)象（圖1）。

圖1 三湖地區(qū)不同含氣構(gòu)造縱波典型地震剖面Fig.1 Typical PP-wave seismic sections of different gas-bearing structures in Sanhu area

在氣云區(qū)，構(gòu)造圈閉形態(tài)難以準(zhǔn)確落實(shí)，氣藏邊界難以確定，氣藏深度預(yù)測困難，同時(shí)淺層含氣后影響了深層資料的成像質(zhì)量，導(dǎo)致深層資料品質(zhì)信噪比極低，既影響了深層圈閉形態(tài)刻畫，又制約了縱向氣層段的分布認(rèn)識。

2 縱橫波聯(lián)合勘探的技術(shù)優(yōu)勢

由于SS 波資料不受孔隙流體的影響，能較好地恢復(fù)氣云區(qū)低幅度構(gòu)造成像［9］，同時(shí)SS 波速度比PP 波速度低，對于厚度較小的同一地層，具有更高的分辨能力［13］，因此利用SS 波的優(yōu)勢可以準(zhǔn)確地刻畫淺、深層構(gòu)造圈閉的形態(tài)，PP 波和SS 波聯(lián)合解釋預(yù)測巖性分布，可以提高預(yù)測的精度。

2.1 橫波資料能夠有效恢復(fù)氣云區(qū)成像

利用高精度多波表層調(diào)查及建模技術(shù)，建立PP波和SS 波的表層速度模型，PP 波和SS 波靜校正問題得到了很好地解決。通過資料處理得到了高品質(zhì)的PP 波、SS 波資料，其中，氣層在PP 波剖面上表現(xiàn)為同相軸下拉，頻率下降和振幅衰減，受淺層含氣影響深層信噪比極低，成像質(zhì)量極差［圖2（a）］，而在對應(yīng)的SS 波資料上，信噪比和分辨率等卻明顯提升，表現(xiàn)為一完整的背斜形態(tài)，同時(shí)深層成像得到質(zhì)的改善，有利于準(zhǔn)確刻畫淺、深層構(gòu)造圈閉形態(tài)［圖2（b）］。

圖2 三湖地區(qū)澀北1 號構(gòu)造PP 波（a）、SS 波（b）疊前時(shí)間偏移資料對比Fig.2 Comparison of PSTM data between PP-wave（a）and SS-wave（b）of Sebei-1 structure in Sanhu area

2.2 橫波資料能精細(xì)識別微小斷裂

三湖地區(qū)氣云區(qū)在PP 資料上成像品質(zhì)差，構(gòu)造主體斷裂識別困難，翼部小斷裂卻能夠較清晰識別［圖3（a）］，而在SS 波資料上成像品質(zhì)較好，構(gòu)造主體部位斷層軌跡清晰［圖3（b）］，極大地提高了微小斷裂的識別精度，研究區(qū)淺層發(fā)育了一系列的正斷裂，斷裂向上延伸至淺表，破壞了第四系地層中的原生油氣藏，對早期油氣藏起到破壞作用的同時(shí)，也可能使油氣縱向運(yùn)移，聚集到淺層高部位，形成次生油氣藏。

圖3 三湖地區(qū)駝峰山構(gòu)造PP 波（a）、SS 波（b）疊前時(shí)間偏移資料Fig.3 Comparison of PSTM data between PP-wave（a）and SS-wave（b）of Tuofengshan structure in Sanhu area

2.3 橫波資料具有較高的分辨能力

地震高分辨能力既要求體現(xiàn)橫向分辨率也要求體現(xiàn)縱向分辨率［14］。通常認(rèn)為橫向分辨率是分辨反射體的大小或間隔的能力，可用菲涅耳帶的大小來衡量，即菲涅爾半徑越小，地震波的橫向分辨率越高［15-17］。

式中:v為地震波傳播速度，m/s；h為界面深度，m；fc為地震主頻，Hz。

在研究區(qū)采用相同的儀器接收，從提取的PP波、SS 波的K5—K9目的層段疊前時(shí)間資料頻譜分析結(jié)果看，PP 波的頻率為5～60 Hz，主頻為32 Hz，SS 波的頻率為5～60 Hz，主頻為35 Hz，兩者頻帶寬度和主頻基本一致（圖4），但由于縱橫波速度存在差異，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，PP 波速度是SS 波速度的2 倍，根據(jù)式（1）計(jì)算SS 波的橫向分辨率比PP 波的分辨率高出1.4 倍。

圖4 三湖地區(qū)PP 波（a）、SS 波（b）地震資料頻譜Fig.4 Seismic data spectrum of PP-wave（a）and SS-wave（b）in Sanhu area

縱向分辨率與地震波長成正比關(guān)系

式中:λp，λs分別為PP 波、SS 波的波長，m；vp，vs分別為PP 波、SS 波的傳播速度，m/s；fp，fs分別為PP波、SS 波的主頻，Hz。

根據(jù)式（2）計(jì)算SS 波的分辨能力較縱波的分辨能力提高了2 倍，因此SS 波勘探更有利于薄砂層的識別。

3 縱橫波聯(lián)合解釋的關(guān)鍵技術(shù)

在多波勘探技術(shù)中，地震資料的綜合解釋是一個(gè)難點(diǎn)。其中，縱橫波時(shí)間尺度匹配是承接多波數(shù)據(jù)處理和解釋的必要環(huán)節(jié)［18］。只有做好二者的匹配工作，才能為后續(xù)的構(gòu)造解釋、巖性識別及儲層預(yù)測提供依據(jù)，進(jìn)而尋找可能的油氣資源。

3.1 對PP 波、SS 波合成記錄進(jìn)行標(biāo)定

SS 波人工合成記錄的制作與PP 波合成記錄制作原理一致，都是利用速度曲線和密度計(jì)算相應(yīng)的波阻抗值，再計(jì)算反射系數(shù)序列與子波相褶積生成合成地震道。根據(jù)測井資料分別求取PP 波、SS 波的反射系數(shù)序列，提取PP 波、SS 波資料目的層的井旁道子波，分別制作PP 波，SS 波的合成記錄（圖5）］，使對應(yīng)的合成地震道與PP 波、SS 波地震資料達(dá)到高度統(tǒng)一。從標(biāo)定結(jié)果來看，PP 波及SS波的合成記錄與井旁道特征基本一致，K5及K9為三湖研究區(qū)的地震標(biāo)志層，均表現(xiàn)為強(qiáng)波峰特征，SS 波與PP 波的波組特征基本一致。

3.2 PP 波與SS 波時(shí)間域匹配

在地面地震資料解釋中，PP 波和SS 波聯(lián)合解釋首先遇到的問題是同一測線PP 波和SS 波剖面之間的層位對比。通常是將剖面相應(yīng)的構(gòu)造特征進(jìn)行對比，或者將剖面的時(shí)—深關(guān)系進(jìn)行換算，或者利用測井曲線制作合成記錄幫助對比［19］。在多波多分量地震勘探中，由于橫波在巖層中的傳播速度要小于縱波速度，PP 波剖面和SS 波剖面拾取出屬于同一地層的2 條同相軸，因此很難把屬于同一地層的縱波信息和橫波信息聯(lián)系起來。多波多分量資料的匹配既可以在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行匹配，也可以在深度域進(jìn)行匹配。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造特征和巖性特征不變性原則、反射深度及厚度一致性原則、地層層序不變性原則等，對PP 波與SS 波進(jìn)行匹配［20-23］。采用合成記錄標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行對比，利用上述PP 波、SS 波的合成記錄標(biāo)定分別確定主要標(biāo)志層的地震反射特征，并在橫向上追蹤解釋，然后在井點(diǎn)處對主要標(biāo)志層進(jìn)行更加直觀的對比。

首先對研究區(qū)內(nèi)穩(wěn)定的K5和K9標(biāo)志層進(jìn)行對比，以探井TZ3 井為例，在PP 波剖面［圖6（a）］和SS 波剖面［圖6（b）］上，K5，K9均為強(qiáng)波峰反射特征。然后在剖面上對比縱向的波組關(guān)系，PP 波和SS 波剖面的波組強(qiáng)弱對應(yīng)關(guān)系較好，但由于PP 波和SS 波的反射序列在縱向上存在差異，各套反射特征并不一一對應(yīng)。最后從剖面特征看，SS 波較PP 波具有更高的分辨能力。

圖5 TZ3 井的PP 波（a）和SS 波（b）合成記錄標(biāo)定Fig.5 Calibration of PP-wave（a）and SS-wave（b）synthesis records of well TZ3

圖6 TZ3 井PP 波（a）、SS 波（b）時(shí)間域?qū)游黄ヅ銯ig.6 Layer matching of PP-wave（a）and SS-wave（b）in time domain of well TZ3

3.3 主測線、聯(lián)絡(luò)線閉合差校正

對于同一批測線同一參數(shù)處理的地震資料，當(dāng)?shù)貙觾A角較大時(shí)，會導(dǎo)致主測線和聯(lián)絡(luò)測線不閉合。這是因?yàn)槎S地震偏移，只是沿測線方向進(jìn)行了一次二維空間的視偏移，并未對與測線垂直方向進(jìn)行歸位處理，所以地下反射波并沒有真正偏移歸位到其真實(shí)的位置上，這就會造成主測線和聯(lián)絡(luò)測線的偏移剖面在交點(diǎn)處的不閉合［24］。從研究區(qū)PP波及SS 波資料閉合差統(tǒng)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，在同一測線位置上的PP 波、SS 波剖面上不同的層位閉合差不同，淺層較為平緩的地震反射層閉合差較小，而深層地層傾角較大時(shí)的地震反射層閉合差大。另外，PP 波閉合差值為2～15 ms，整體值偏?。蹐D7（a）］，而SS 波閉合差值為2～100 ms，整體值偏大［圖7（b）］。

對于相同測線位置上同一深度的點(diǎn)，由于T0時(shí)間和速度譜是一一對應(yīng)的關(guān)系，所以PP 波和SS 波在疊加速度上是存在著差異的，如果只考慮地層傾角這一影響因素，當(dāng)PP 波和SS 波在同一相交點(diǎn)的閉合差值不同，由于SS 波的速度比PP 波速度要小，所以SS 波的傳播時(shí)間更長，閉合差也會增加。由于橫波受各向異性影響很大，特別是當(dāng)?shù)貙雍辛黧w或鉆遇斷裂時(shí)尤為明顯，利用SS 波資料制作構(gòu)造圖時(shí)等值線會出現(xiàn)畸變，因此應(yīng)盡可能地消除SS 波的閉合差問題。

通常，閉合差校正既可以在剖面上完成，也可在數(shù)據(jù)體上完成。在剖面上主要是通過時(shí)間、相位、頻率分析，波組與波形對比，計(jì)算、統(tǒng)計(jì)出各測線交點(diǎn)處的閉合差，然后再對剖面進(jìn)行時(shí)移（漂移）來消除閉合差。在解釋層位數(shù)據(jù)上，只對各解釋層位交點(diǎn)處的閉合差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和修正，而不改變剖面本身的對比關(guān)系［25］。對于SS 波不同測線的閉合差校正，可以通過求取不同測線的校正算子來對交點(diǎn)閉合差作時(shí)變和空變時(shí)間差及波形校正，其具體原理和方法參考蘇永昌［26］提出的交互閉合差校正方法。

圖7 三湖地區(qū)PP 波（a）、SS 波（b）相交測線閉合差Fig.7 Mis-tie of intersection line for PP-wave（a）and SS-wave（b）in Sanhu area

4 應(yīng)用效果分析

2017 年在柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)駝峰山—鹽湖—啞叭爾部署了44 條實(shí)物工作量，800 km 多波二維地震勘探工作，分時(shí)激發(fā)接收，取得了高品質(zhì)的PP波和SS 波資料，通過開展PP 波和SS 波合成記錄標(biāo)定、構(gòu)造精細(xì)解釋、聯(lián)合屬性分析等工作，取得了一些新的成果和認(rèn)識。以駝峰山地區(qū)多波二維解釋成果為例，駝峰山構(gòu)造位于澀北二號北東方向的北部斜坡帶上，地面為一短軸背斜，構(gòu)造長8.2 km，寬4.6 km，地層平緩，地面構(gòu)造面積95 km2，閉合面積22.8 km2，閉合度18.5 m，雖構(gòu)造圈閉面積大，但落實(shí)含氣區(qū)面積不到1 km2。

PP 波和SS 波資料包含的信息差異導(dǎo)致兩者的解釋成果存在不同。一方面PP 波在氣云區(qū)構(gòu)造高低關(guān)系已嚴(yán)重失真［圖8（a）］，由于構(gòu)造含氣影響（TZ1 井鉆探證實(shí)為氣井），PP 波同相軸下拉造成構(gòu)造形態(tài)畸變，圈閉形態(tài)難以刻畫，而在SS 波資料上氣云區(qū)顯示為被一系列正斷層控制的背斜構(gòu)造［圖8（b）］。另一方面，SS 波資料對微小斷裂刻畫得更豐富、更精細(xì)，斷裂位置更準(zhǔn)確、斷裂組合方式更合理，這些斷裂與地表觀察到的斷裂方向一致。

圖8 三湖地區(qū)駝峰山構(gòu)造L171117 線PP 波（a）和SS 波（b）資料解釋成果Fig.8 Interpretation result of PP-wave（a）and SS-wave（b）on line L171117 of Tuofengshan structure in Sanhu area

在勘探實(shí)踐中介質(zhì)的彈性和各向異性問題逐漸凸現(xiàn)，利用單一的PP 波資料預(yù)測巖性和含油氣性的多解性問題十分突出，PP 波地震解釋在含油氣的顯示存在許多不確定性。通過時(shí)頻譜可以研究信號瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)頻率等時(shí)變特征，準(zhǔn)確提取這些信息是地震信號處理和解釋的前提條件［27-29］。通過分頻屬性認(rèn)為含氣儲層具有“高頻衰減，低頻共振”的特征，儲層含氣后低頻成分明顯增強(qiáng)（圖9）。

圖9 三湖地區(qū)PP 波不同頻段振幅屬性對比Fig.9 Comparison of amplitude attribute of PP-wave in different frequency bands in Sanhu area

三湖地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的氣田在PP 波地震剖面上一般具有強(qiáng)振幅、低頻、同相軸下拉等特征，在縱向上呈“喇叭口”形狀［圖10（a）］，在低頻屬性體上具有相對較強(qiáng)的振幅特征［圖10（b）］，由于SS 波上并不受含氣的影響，整體表現(xiàn)為完整的向北抬升的斜坡，局部有隆起背景，且地震剖面相位、頻率、振幅未見異常［圖10（c）］。綜合PP 波、SS 波資料分析認(rèn)為，PP 波高頻端成分降低、同相軸下拉是含氣引起的地震異常，結(jié)合低頻屬性特征進(jìn)一步確認(rèn)該異常為構(gòu)造背景下的巖性氣藏。

圖10 三湖地區(qū)PP 波、SS 波聯(lián)合解釋識別地震含氣異常Fig.10 Joint-interpretation of PP-wave and SS-wave to identify seismic gas anomalies in Sanhu area

5 結(jié)論

（1）PP 波在氣云區(qū)出現(xiàn)同相軸下拉等現(xiàn)象，構(gòu)造出現(xiàn)畸變，影響了構(gòu)造形態(tài)的落實(shí)；SS 波資料可以有效地恢復(fù)氣云區(qū)低幅度構(gòu)造成像，為落實(shí)氣云區(qū)淺、深層構(gòu)造圈閉細(xì)節(jié)提供了可靠的基礎(chǔ)資料。

（2）PP 波在氣云區(qū)成像品質(zhì)差，給構(gòu)造主體部位斷層識別造成很大的困難，而SS 波資料在氣云區(qū)斷裂成像清晰，可有效識別斷裂的空間展布，對精細(xì)刻畫微小構(gòu)造起到至關(guān)重要的作用，為氣藏的分布研究提供了一種全新的手段。

（3）PP 波在含氣段剖面上出現(xiàn)振幅增強(qiáng)、頻率下降、同相軸下拉等地震異常，也影響了對下覆地層含氣的判別，縱向上難以有效識別含氣儲層的厚度和層段，聯(lián)合PP 波、SS 波開展構(gòu)造、儲層綜合分析，降低含氣預(yù)測的多解性。