西非深水目標(biāo)高密度三維地震勘探效果

馮 鑫,韓文明,范洪耀

(中海油研究總院有限責(zé)任公司,北京100028)

近年來(lái),高密度三維地震勘探在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速。高密度地震技術(shù)通過(guò)減小面元尺寸,加大空間域、時(shí)間域的數(shù)據(jù)采集密度,增加目的層有效覆蓋次數(shù),提高資料的信噪比、縱橫向分辨率和保真度,從而提高了構(gòu)造成像精度,對(duì)于小斷塊、薄儲(chǔ)層等的識(shí)別以及精細(xì)描述具有明顯優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)實(shí)施方法的不同,高密度地震技術(shù)分為兩種類型:一是小道間距高成像道密度地震技術(shù),通過(guò)增加接收點(diǎn)和炮密度,達(dá)到提高空間采樣率和分辨率的目的。野外采用小面元、小道間距、較寬方位角采集,室內(nèi)進(jìn)行精細(xì)處理,代表技術(shù)有HD3D和Eye-D一體化技術(shù)。二是單點(diǎn)接收室內(nèi)數(shù)字組合高密度地震技術(shù),通過(guò)單點(diǎn)接收室內(nèi)數(shù)字組合,達(dá)到提高信噪比、分辨率和保真度的目的。野外采用單點(diǎn)數(shù)字檢波器、子線觀測(cè)系統(tǒng)采集,室內(nèi)進(jìn)行數(shù)字組合壓噪及靜校正等特殊處理,代表技術(shù)為Q-marine、Q-land技術(shù)[1]。以HD3D技術(shù)為例,1993年使用5條拖纜地震采集,現(xiàn)在達(dá)到20條拖纜采集能力。面元尺寸普遍采用6.25m×25.00m,有的甚至減小到6.25m×12.50m或3.125m×12.500m。近年來(lái)以高空間采樣率為顯著特征的高密度、高精度地震勘探技術(shù)在國(guó)內(nèi)取得了重大進(jìn)展[2-6]。如2008年在羅家地區(qū)開(kāi)展的陸上高密度三維地震采集試驗(yàn),首次進(jìn)行了超萬(wàn)道全數(shù)字單點(diǎn)三分量高密度三維地震采集,取得了較好的應(yīng)用效果。隨著單點(diǎn)采集、處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,全數(shù)字高密度地震勘探技術(shù)在長(zhǎng)子地區(qū)也取得了較好的應(yīng)用效果。在塔里木盆地縫洞型碳酸鹽巖精細(xì)勘探中,采用一體化單點(diǎn)接收有線遙測(cè)地震采集系統(tǒng)進(jìn)行高密度地震采集,提高了縫洞體識(shí)別精度,有利于識(shí)別縫洞型儲(chǔ)層中的流體。羌塘盆地利用高密度高覆蓋寬線采集技術(shù),在較短偏移距范圍內(nèi)通過(guò)擴(kuò)大疊加面元和提高覆蓋次數(shù)來(lái)壓制橫向噪聲,提高了地震資料信噪比及成像品質(zhì)。對(duì)高密度空間采集地震技術(shù)的研究與應(yīng)用也歷時(shí)多年,2004年在南海西部油田使用的面元尺寸為6.25m×18.75m,2010年在渤中高精度勘探中采用了6.25m×12.50m的面元尺寸,同年在渤海遼東灣采用1.5625m×25.0000m的面元尺寸進(jìn)行了單點(diǎn)檢波器高密度試驗(yàn),這些項(xiàng)目在提高分辨率等方面取得了顯著效果[7]。

本文對(duì)西非深水A區(qū)塊高密度三維地震與常規(guī)三維地震的采集參數(shù)、頻譜信息、剖面成像效果等進(jìn)行了對(duì)比分析和總結(jié)?；趦煞N不同的資料,通過(guò)多種技術(shù)方法的應(yīng)用分析與對(duì)比,論證了高密度三維地震資料在深水油氣勘探評(píng)價(jià)應(yīng)用中的適用性和先進(jìn)性。

1 研究區(qū)地震勘探概況

尼日爾三角洲盆地位于西非被動(dòng)大陸邊緣,是全球油氣勘探的熱點(diǎn)盆地之一[8]。20世紀(jì)初至20世紀(jì)50年代在陸上開(kāi)展了油氣勘探,證實(shí)了尼日爾三角洲的含油氣性。20世紀(jì)六七十年代,開(kāi)始在海上淺水區(qū)開(kāi)展二維地震勘探,這一階段也是鉆井最集中的階段,油氣儲(chǔ)量快速增長(zhǎng)。20世紀(jì)90年代以來(lái),勘探重點(diǎn)開(kāi)始向深水區(qū)轉(zhuǎn)移,二維地震勘探大面積覆蓋之后,開(kāi)展了大規(guī)模的三維地震勘探[9]。深水A區(qū)塊的三維地震勘探從這一階段開(kāi)始,至今經(jīng)歷了20多年。第一次大面積三維地震勘探是在1998年,覆蓋了整個(gè)區(qū)塊。2000—2006年,針對(duì)研究目標(biāo),進(jìn)行了多次重處理,使地震資料品質(zhì)有了明顯改善,基本能夠滿足構(gòu)造解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)需要。基于本地區(qū)常規(guī)三維地震資料,前人在構(gòu)造解釋、沉積儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等方面開(kāi)展了大量卓有成效的研究工作[10-14]。

隨著復(fù)雜目標(biāo)與油氣田評(píng)價(jià)工作的不斷深入,針對(duì)深水目標(biāo)(水深為1100～1800m)復(fù)雜斷裂難以刻畫(huà)、沉積儲(chǔ)層描述精度低、甜點(diǎn)鉆探單元難以預(yù)測(cè)等一系列難題,常規(guī)三維地震已無(wú)法滿足精細(xì)研究的要求,嚴(yán)重制約著勘探評(píng)價(jià)及井位部署的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)研究瓶頸問(wèn)題,2007—2008年,對(duì)區(qū)塊內(nèi)的重點(diǎn)目標(biāo)重新進(jìn)行了多塊高密度三維地震采集,采用表面相關(guān)多次波衰減法(SRME)壓制多次波。2009年,利用疊前時(shí)間偏移(PSTM)技術(shù)完成了前期處理。李明娟等根據(jù)此成果對(duì)西非深水目標(biāo)進(jìn)行了復(fù)雜斷裂解釋及沉積體刻畫(huà)[15]。由于該成果數(shù)據(jù)在信噪比、成像質(zhì)量方面與疊前深度偏移成果存在一定差距,所以其應(yīng)用效果受到限制。2011年,利用疊前深度偏移(PSDM)技術(shù)對(duì)該地震資料完成偏移成像處理。與常規(guī)三維地震資料相比,PSDM處理后的高密度三維地震資料信噪比更高、成像效果更好,可以滿足復(fù)雜構(gòu)造精細(xì)勘探評(píng)價(jià)的要求。本次研究采用的高密度三維地震資料就是2011年采用PSDM技術(shù)處理后的最終成果數(shù)據(jù)。

2 地震資料處理效果對(duì)比

2008年,針對(duì)深水目標(biāo)設(shè)計(jì)了高密度三維地震采集參數(shù)。采用2個(gè)氣槍震源,震源容量為3930cu.in(1cu.in=16.387cm3),震源深度5m,炮間距18.75m,10條拖纜,拖纜長(zhǎng)度5600m,沉放深度6m,拖纜間距50m,道間距12.5m,覆蓋次數(shù)73次,記錄長(zhǎng)度5.5s,采樣率2ms,面元尺寸為6.25m×12.50m。與1998年常規(guī)三維地震資料相比,高密度三維地震最大的優(yōu)勢(shì)是橫向面元尺寸減半(常規(guī)三維地震面元尺寸為12.5m×12.5m),空間采樣率提高了2倍,這為提高去噪效果和疊前偏移成像質(zhì)量提供了有利條件?？傮w來(lái)說(shuō),高密度地震資料有利于避免前期處理和疊前偏移期間出現(xiàn)假頻和損失高頻信號(hào),提高了縱向和橫向分辨率。

在處理方面,針對(duì)高密度三維地震資料,采用SRME進(jìn)行多次波處理,能夠很好地衰減海底多次波,提高信噪比,同時(shí)使振幅保真性較好。與常規(guī)三維地震剖面相比,采用PSTM技術(shù)得到的初步處理成果,能有效提高構(gòu)造、巖性變化復(fù)雜區(qū)的成像精度,為落實(shí)構(gòu)造、厘清地層接觸關(guān)系以及沉積體追蹤提供比較可靠的資料。前人曾根據(jù)此成果對(duì)西非深水目標(biāo)進(jìn)行復(fù)雜斷裂解釋及沉積體刻畫(huà)[15]。采用PSDM技術(shù)處理后得到的最終成果數(shù)據(jù),信噪比進(jìn)一步提高,不僅提供了更豐富的細(xì)節(jié)信息,提高了地震同相軸橫向連續(xù)性,便于層位解釋,而且能夠精確地對(duì)沖斷層和在時(shí)間處理上無(wú)法識(shí)別的背向沖斷層進(jìn)行成像。

圖1a、圖1b和圖1c分別為常規(guī)三維地震剖面、高密度PSTM剖面和高密度PSDM剖面。由圖1可知,雖然經(jīng)PSTM處理后剖面成像質(zhì)量比常規(guī)三維地震成像質(zhì)量有所提高,但是與PSDM處理后的最終成像結(jié)果相比,其橫向連續(xù)性較差,對(duì)深層沉積體的地震成像仍然不夠精細(xì),邊界識(shí)別仍然存在較大的不確定性。因此基于PSTM成果對(duì)斷裂與沉積體進(jìn)行刻畫(huà),其精細(xì)程度比PSDM成果低。而PSDM成像結(jié)果分辨率、信噪比與成像質(zhì)量均顯著提高,橫向連續(xù)性更好,波組特征更明顯,對(duì)深水沉積體的刻畫(huà)效果更好。此外,斷點(diǎn)及斷面更加清晰,細(xì)小斷裂可以準(zhǔn)確識(shí)別,提高了對(duì)復(fù)雜斷裂的識(shí)別能力。因此本文重點(diǎn)針對(duì)高密度三維地震資料與常規(guī)三維地震資料的PSDM成像結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,并采用多種技術(shù)手段,論證高密度三維地震勘探在研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)。

圖1 常規(guī)三維地震剖面(a)、高密度PSTM剖面(b)與高密度PSDM剖面(c)

對(duì)比常規(guī)三維與高密度三維地震時(shí)間切片(圖2,紅框內(nèi)為目標(biāo)研究區(qū))可以看出,高密度地震資料的連續(xù)性更好,波組特征更加明顯,分辨率更高,對(duì)沉積邊界的識(shí)別更加精細(xì)可靠。

對(duì)比高密度三維與常規(guī)三維地震頻譜(圖3)可知,高密度三維地震資料頻帶更寬,為9～65Hz,主頻為25Hz,常規(guī)三維地震資料頻帶為6～52Hz,主頻僅為18Hz,可見(jiàn)高密度三維地震資料的高頻成分更加豐富,地震分辨率也更高。由上述分析可知,高密度三維地震勘探可以明顯提高海上地震資料的成像質(zhì)量、信噪比和分辨率,對(duì)海上復(fù)雜目標(biāo)的構(gòu)造解釋、沉積儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、儲(chǔ)量評(píng)價(jià)等方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),同時(shí)為地震地質(zhì)解釋技術(shù)的應(yīng)用提供了資料基礎(chǔ)。

圖2 常規(guī)三維(a)與高密度三維(b)地震時(shí)間切片(2600ms)對(duì)比

圖3 高密度三維與常規(guī)三維地震頻譜對(duì)比

3 地震資料解釋效果對(duì)比

3.1 復(fù)雜斷裂識(shí)別

復(fù)雜斷裂發(fā)育是制約工區(qū)油氣地質(zhì)研究進(jìn)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。受到擠壓應(yīng)力和泥巖超壓的共同作用,研究區(qū)斷裂類型多樣,發(fā)育密集,并且平面交切關(guān)系復(fù)雜,目標(biāo)構(gòu)造特征表現(xiàn)為發(fā)育在逆沖斷層上盤(pán)、走向?yàn)楸蔽鳌蠔|向、被斷層復(fù)雜化的斷塊構(gòu)造。優(yōu)選地震屬性進(jìn)行斷層檢測(cè),有助于斷裂的剖面識(shí)別與平面刻畫(huà),進(jìn)而精細(xì)落實(shí)復(fù)雜斷塊單元。

從相干屬性、瞬時(shí)相位、曲率屬性、方差屬性等一系列反映斷層特征的地震屬性來(lái)看,地震方差屬性對(duì)斷層的刻畫(huà)效果最好。從基于常規(guī)三維和高密度三維地震資料提取的沿層方差屬性圖(圖4)可知,兩者識(shí)別出的斷層數(shù)量不同,斷層交切關(guān)系及平面組合方式也存在一定差異。從高密度三維方差屬性圖(圖4b)位置①處識(shí)別出了基于常規(guī)三維方差屬性未識(shí)別出來(lái)的北西—南東向斷層,同時(shí)清晰展示出了其與北部主干斷層的搭接關(guān)系;位置②處斷層與北部主干斷層的搭接關(guān)系也更加準(zhǔn)確;位置③和④處識(shí)別出了基于常規(guī)三維方差屬性未識(shí)別出來(lái)的兩組北東—南西向斷層;位置⑤處的北東—南西向斷層的平面連續(xù)性及其與多組北西—南東向斷層的交切關(guān)系也體現(xiàn)得更加直觀。高密度三維地震資料斷點(diǎn)歸位準(zhǔn)確,有利于識(shí)別小規(guī)模斷層和準(zhǔn)確判斷平面交切關(guān)系。

3.2 沉積相帶預(yù)測(cè)

研究區(qū)發(fā)育深水扇沉積體系,目的層以深水朵葉、水道沉積為主,地震相橫向特征變化較快,加之密集斷裂的切割,增加了對(duì)沉積體的剖面刻畫(huà)與平面展布識(shí)別難度。高密度地震資料橫向連續(xù)性有所提高,對(duì)沉積體的刻畫(huà)更加精細(xì)。采用地震相分析技術(shù),結(jié)合地震屬性技術(shù),進(jìn)行沉積相帶刻畫(huà)。圖5a與圖5b對(duì)比了常規(guī)三維和高密度三維地震沉積體刻畫(huà)效果。從圖5a與圖5b可以看出,兩者均能夠很好地反映強(qiáng)振幅、連續(xù)性好的朵葉沉積特征(圖中①所示),但是對(duì)水道地震相的響應(yīng)差別較大(圖中②,③,④所示)。具體來(lái)說(shuō),高密度地震剖面(圖5b)上左①、中①、右①3個(gè)位置處,朵葉邊界的地震相特征更加精細(xì),其中右①處經(jīng)鉆井證實(shí),發(fā)育砂巖儲(chǔ)層。而左①、中①具有相似的強(qiáng)振幅、連續(xù)性好的地震相特征,被②和③水道切割分成3塊相對(duì)獨(dú)立的朵葉單元。②所示位置具有更加清晰的下切外形,內(nèi)部為中強(qiáng)振幅的雜亂反射特征,推測(cè)為富砂水道。③所示位置表現(xiàn)為弱振幅、相對(duì)平行反射特征,推測(cè)為廢棄水道,以泥質(zhì)充填為主。此外,在位置④處同樣可見(jiàn)與位置②處類似的具有下切外形、中強(qiáng)振幅、雜亂反射的水道地震相特征,而常規(guī)地震剖面(圖5a)上,位置④處表現(xiàn)為弱振幅特征,基本無(wú)法識(shí)別其邊界?？傮w來(lái)說(shuō),高密度地震資料在識(shí)別單個(gè)沉積體內(nèi)部反射特征、刻畫(huà)沉積邊界以及識(shí)別不同沉積單元之間的切割關(guān)系等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖4 基于常規(guī)三維(a)與高密度三維(b)地震資料提取的沿層方差屬性

圖5 常規(guī)三維(a)與高密度三維(b)地震沉積體刻畫(huà)效果對(duì)比

對(duì)于平面沉積相帶的識(shí)別,針對(duì)西支水道弱振幅、朵葉強(qiáng)振幅的地震相差異,利用沿層甜點(diǎn)屬性識(shí)別西支水道及末端朵葉的平面展布特征。針對(duì)東支水道連續(xù)性差、朵葉連續(xù)性好的地震相差異,利用沿層方差屬性識(shí)別東支水道的平面展布特征。此外,利用沿層甜點(diǎn)與方差屬性融合技術(shù),可以快速刻畫(huà)不同相帶平面特征,大大提高識(shí)別效率。

3.3 儲(chǔ)層流體界面識(shí)別

已鉆井揭示,研究區(qū)同一油層不同位置具有不同的油水系統(tǒng)。采用高密度地震資料落實(shí)了復(fù)雜斷塊油氣藏的流體界面,進(jìn)而有效識(shí)別不同油藏單元。對(duì)比常規(guī)三維與高密度三維地震剖面(圖6)可以看出,高密度三維地震剖面揭示了清晰可靠的平點(diǎn)反射,而在常規(guī)三維地震剖面中未見(jiàn)平點(diǎn)反射。因此,可以在高密度地震資料基礎(chǔ)上,利用平點(diǎn)技術(shù),提高對(duì)流體界面預(yù)測(cè)的精度。由于高密度地震資料具有更高的縱向分辨率,所以目的層在常規(guī)三維地震剖面中由一組同相軸構(gòu)成,而在高密度三維地震剖面中,目的層變成了兩組同相軸,可以揭示更薄的地層。由于高密度三維地震剖面具有更小的面元和更高的橫向分辨率,剖面中可以觀測(cè)到更密的地震道,因此在流體界面處出現(xiàn)了一組新的短、平同相軸。

圖6 常規(guī)三維(a)與高密度三維(b)地震剖面

對(duì)于高密度地震剖面中出現(xiàn)的平點(diǎn)反射,通過(guò)地震相識(shí)別,落實(shí)了沿同一等值線分布的特征,推測(cè)該平點(diǎn)反射代表油水界面。實(shí)鉆結(jié)果表明,目的層鉆遇油層。而目標(biāo)靶點(diǎn)處油層的地震響應(yīng)與平點(diǎn)界面之上的同相軸特征一致,均表現(xiàn)為平行、連續(xù)、強(qiáng)振幅反射特征,從側(cè)面證明了該平點(diǎn)反射代表了油水界面。

3.4 甜點(diǎn)單元識(shí)別

尋找儲(chǔ)量豐度高的油藏甜點(diǎn)單元是研究區(qū)復(fù)雜斷塊油氣藏勘探評(píng)價(jià)面臨的重要問(wèn)題。而甜點(diǎn)單元的識(shí)別需要結(jié)合封堵斷層、沉積儲(chǔ)層分布以及含油氣邊界等因素進(jìn)行綜合推測(cè)。常規(guī)三維地震資料對(duì)于沉積體邊界以及復(fù)雜斷層的精細(xì)刻畫(huà)、儲(chǔ)層流體界面識(shí)別等都存在一定的局限性,因此基于常規(guī)三維地震資料難以精細(xì)劃分平面單元。高密度地震資料為平面甜點(diǎn)單元的識(shí)別提供了較好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在復(fù)雜斷裂與沉積邊界精細(xì)識(shí)別的基礎(chǔ)上,通過(guò)斷裂延伸距離及斷距大小與沉積儲(chǔ)層的匹配關(guān)系,有效預(yù)測(cè)封堵斷層的平面展布特征,結(jié)合儲(chǔ)層含油氣分布特征,精細(xì)劃分了平面單元。目的層以朵葉沉積為主,局部被水道沉積及泥質(zhì)滑塌切割,將朵葉沉積體從縱向上一分為四。結(jié)合目的層含油分布范圍及分割斷層展布特征,朵葉沉積體從橫向上被分割為多個(gè)獨(dú)立單元。

采用甜點(diǎn)單元多因素分析技術(shù),基于可靠的平點(diǎn)及典型的三類AVO特征、含油面積大、儲(chǔ)量豐度高等多因素綜合判斷,在眾多平面單元中識(shí)別出兩個(gè)甜點(diǎn)單元。以A單元為例(圖7),其東、西邊界分別被泥質(zhì)滑塌與水道切割,以沉積邊界為界,北部邊界以分割斷層為界,南部邊界以振幅異常邊界及平點(diǎn)所在位置作為邊界。在考慮橫向甜點(diǎn)單元的同時(shí),縱向上兼顧多個(gè)主力目的層疊置關(guān)系較好的甜點(diǎn)單元進(jìn)行鉆探部署,實(shí)鉆結(jié)果獲得了重大油氣發(fā)現(xiàn),多個(gè)主力目的層鉆遇油層,通過(guò)評(píng)價(jià)落實(shí)了億噸級(jí)商業(yè)油田儲(chǔ)量。

圖7 研究區(qū)目的層甜點(diǎn)單元?jiǎng)澐?/p>

4 結(jié)論

對(duì)西非深水A區(qū)塊高密度三維地震與常規(guī)三維地震的采集參數(shù)、資料處理和解釋效果等進(jìn)行了對(duì)比研究。分析了高密度三維地震勘探在深水復(fù)雜構(gòu)造精細(xì)評(píng)價(jià)中的實(shí)際應(yīng)用效果,得出如下認(rèn)識(shí):

高密度三維地震資料具有明顯的成像優(yōu)勢(shì)。由于采用了較小的采集面元,因而提高了空間采樣率,具有更高的信噪比、分辨率與成像質(zhì)量。

高密度三維地震資料在地震地質(zhì)解釋中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。斷點(diǎn)及斷面更加清晰,對(duì)小規(guī)模斷層的識(shí)別和平面交切關(guān)系的解釋更為精確、合理。橫向連續(xù)性更好,波組特征更明顯,在識(shí)別沉積體內(nèi)部反射特征及邊界刻畫(huà)方面優(yōu)勢(shì)明顯。具有更高的縱向和橫向分辨率,提高了流體界面的識(shí)別能力。

高密度三維地震勘探可以滿足復(fù)雜構(gòu)造精細(xì)評(píng)價(jià)的要求,在深水油氣勘探評(píng)價(jià)中具有顯著的適用性和先進(jìn)性。在復(fù)雜巖性圈閉勘探、深層系目標(biāo)勘探等領(lǐng)域,高密度三維地震勘探同樣可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。