準(zhǔn)噶爾盆地南緣近地表方位各向異性特征及地震成像

羅勇，譚佳，楊曉海，竇強(qiáng)峰，劉宜文

（中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院 地球物理研究所，烏魯木齊 830013）

準(zhǔn)噶爾盆地南緣屬于典型的復(fù)雜表層地震地質(zhì)條件和復(fù)雜深層地震波場及構(gòu)造雙復(fù)雜區(qū)，該區(qū)地震成像一直難以滿足精細(xì)構(gòu)造解釋需求，制約了南緣油氣勘探進(jìn)程[1]。隨著“兩寬一高”地震技術(shù)的進(jìn)步，各向異性對(duì)地震高精度成像的影響逐步引起重視。

針對(duì)復(fù)雜山地近地表方位各向異性，有學(xué)者對(duì)中國西部山地進(jìn)行地震采集方法的討論與山前近地表速度各向異性成因分析[2-3]，得到近地表各向異性影響因子，但未涉及到如何在地震處理成像中消除其影響；后來有學(xué)者曾應(yīng)用模型道相關(guān)法，對(duì)具有垂直對(duì)稱軸的各向異性和具有傾斜對(duì)稱軸的各向異性（VTI和TTI）時(shí)差校正方法進(jìn)行了研究[4]。本次研究重點(diǎn)分析了近地表地震地質(zhì)條件產(chǎn)生的方位各向異性特征及其對(duì)地震疊前時(shí)間偏移成像的影響，并嘗試開展了針對(duì)性的炮檢距向量片（OVT）域分方位加權(quán)疊前時(shí)間偏移技術(shù)試驗(yàn)研究，取得了顯著效果。

1 研究區(qū)概況

安集海背斜位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶霍瑪吐背斜帶西部，深層發(fā)育斷層轉(zhuǎn)折褶皺，中淺層發(fā)育斷層傳播褶皺；構(gòu)造主體古近系和新近系伴隨兩翼大斷裂發(fā)育層間小斷裂，上、下2 套斷裂系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，深部構(gòu)造變形相對(duì)較弱。

安集海背斜三維地震區(qū)地表起伏大，海拔400～1 200 m，呈南高北低的趨勢。東北部和東南部為村莊農(nóng)田，中部為山體和河床，西北部和西南部為戈壁。三維地震區(qū)內(nèi)有村莊、農(nóng)田、灌溉井、水渠、工業(yè)園、水源地、油氣管線等眾多障礙。三維地震區(qū)中部為老地層出露區(qū)，表層為5～10 m厚的風(fēng)化層，下伏基巖速度穩(wěn)定，為1 800～2 000 m/s。南北兩翼為黃土和礫石堆積區(qū)，表層為黃土，速度為400～900 m/s，厚度為4～44 m，其下為礫石層（降速層），速度為1 100～1 400 m/s；礫石堆積區(qū)低速層速度為450～800 m/s，厚度為5～25 m，降速層速度為1 000～2 200 m/s，厚度為30～280 m，低降速層較厚，為35～280 m。

以往地震資料處理成果除了淺層南北兩翼標(biāo)志層及礫石層形態(tài)刻劃不清之外，翼部斷裂發(fā)育，波場復(fù)雜，上、下構(gòu)造形態(tài)及高點(diǎn)不一致；深層中、下組合侏羅系—白堊系地震成像效果較差，斷裂發(fā)育，構(gòu)造樣式難以建立，構(gòu)造形態(tài)和圈閉落實(shí)困難。

2 近地表方位各向異性及地震成像

2.1 近地表方位各向異性成因

通常情況下，各向異性特征表現(xiàn)為介質(zhì)某種屬性隨方向而變化，多由巖性的不均勻性而產(chǎn)生，即物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序排列發(fā)生改變而引起。地震勘探中所涉及到的各向異性主要是指地層速度的各向異性，當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑ミ^程中介質(zhì)的速度依賴于方位方向時(shí)，就表現(xiàn)為方位各向異性特征[5]。

安集海背斜表層多為沙土和礫石的混合沉積[6]，在長期沉積過程中受到水流和重力的雙重作用，經(jīng)過不斷沖刷、風(fēng)蝕，表層形成了各種不規(guī)則的沖溝，寬度為15～300 m，深度達(dá)上百米，而且在水流方向和垂直水流方向礫石的排列機(jī)構(gòu)差異較大，沿著水流方向礫石接觸緊密，連續(xù)性好，地震波傳播速度偏高；在其他方向，地震波傳播速度偏低。復(fù)雜的表層激發(fā)和接收條件改變了地震波傳播的路徑和速度，引起嚴(yán)重的近地表方位各向異性[3]。

2.2 近地表方位各向異性特征

在時(shí)間域成像處理中，疊前共中心點(diǎn)道集質(zhì)控工作尤為重要。對(duì)共中心點(diǎn)道集的質(zhì)控分析不僅可以判斷疊前預(yù)處理流程及思路是否正確，還可以分析剩余靜校正解決程度、疊前噪聲壓制的有效性及疊前處理保幅程度等，共中心點(diǎn)道集的質(zhì)量也直接影響著疊前時(shí)間偏移成像效果，優(yōu)質(zhì)共中心點(diǎn)道集是獲得高質(zhì)量疊前時(shí)間偏移成像的關(guān)鍵。

選取典型共中心點(diǎn)道集進(jìn)行處理，從動(dòng)校正后的共偏移距道集（圖1a）上發(fā)現(xiàn)：地震反射波以偏移距2 500 m為界存在著一定的時(shí)差，偏移距不大于2 500 m時(shí)，共偏移距道集中的有效反射基本被校正平直，動(dòng)校正速度較為合適；但偏移距大于2 500 m時(shí)，卻表現(xiàn)為動(dòng)校正過量，動(dòng)校正速度偏小，疊前共中心點(diǎn)道集中地震反射在不同偏移距存在時(shí)差。另外，將動(dòng)校正后的共偏移距道集轉(zhuǎn)換成共角度域道集（圖1b），可以發(fā)現(xiàn)在方位角分別在0°—30°、150°—210°和330°—360°段（近東西向）動(dòng)校正不足，動(dòng)校正速度明顯偏大，來自于近南北向和東西向有效反射波的頻率、振幅及相位特征存在著明顯差異，共中心點(diǎn)道集中各道一致性較差，在時(shí)間域疊加成像時(shí)共偏移距道集（共中心點(diǎn)道集）顯然無法用一個(gè)速度對(duì)道集進(jìn)行校正并實(shí)現(xiàn)同相疊加[7-8]。

每個(gè)共中心點(diǎn)道集都包含著無數(shù)炮檢點(diǎn)數(shù)據(jù)信息，那么共中心點(diǎn)道集上的特征也就與該共中心點(diǎn)涉及到的所有檢波點(diǎn)接收時(shí)表層地震地質(zhì)條件相關(guān)聯(lián)，為了調(diào)查該共中心點(diǎn)道集上地震反射同相軸以偏移距2 500 m 為界出現(xiàn)錯(cuò)斷的原因，需要分析道集中不同偏移距的各道激發(fā)、接收時(shí)地震波傳播路徑、表層介質(zhì)巖性等地質(zhì)條件。因此，首先將研究區(qū)的地質(zhì)露頭、衛(wèi)星圖和疊前處理共中心點(diǎn)網(wǎng)格進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使得地質(zhì)露頭信息、表層覆蓋的礫巖、沖溝與疊前處理共中心點(diǎn)網(wǎng)格完全對(duì)應(yīng)（圖2），可以明確地震處理共中心點(diǎn)道集與地質(zhì)露頭、表層覆蓋介質(zhì)及地形特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過衛(wèi)星圖分析共中心點(diǎn)道集中每道激發(fā)、接收時(shí)的表層介質(zhì)巖性，借助地質(zhì)露頭信息篩選出地表各類大小不一的沖溝，并分析其對(duì)地震波傳播的影響，而地質(zhì)露頭中的傾角、傾向等資料則用來檢驗(yàn)后期偏移成像效果和淺層反射成像的真實(shí)性。

由于疊前共中心點(diǎn)道集中每個(gè)地震道都與地面的炮檢點(diǎn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，研究過程又從地下共中心點(diǎn)回到地表，分別分析了偏移距大于2 500 m 和偏移距不大于2 500 m 的地面炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)分布情況（圖3）。在實(shí)際地震采集時(shí)，該共中心點(diǎn)道集中偏移距大于2 500 m 的地震道所涉及的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)主要分布于主測線方向（南北向），在地震采集激發(fā)和接收時(shí)地震波傳播受到近地表沖溝影響相對(duì)較??；而偏移距不大于2 500 m 的地震道所對(duì)應(yīng)的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)分布相對(duì)均勻，地震波傳播路徑與近地表沖溝完全疊合，地震波傳播受到近地表沖溝影響相對(duì)較大。

綜上所述，近地表大小沖溝和復(fù)雜巖性變化改變了地震波傳播路徑和走時(shí)，導(dǎo)致地震波速度隨著方位角的變化而變化，來自于南北向和東西向的地震波速度存在差異，研究區(qū)近地表方位各向異性突出。因此，地震成像處理中如果不進(jìn)行分方位處理，各種方向接收到的地震波混合疊加，必然會(huì)影響疊加成像效果，對(duì)地震疊前時(shí)間偏移成像的影響尤為嚴(yán)重。

圖1 安集海背斜三維共偏移距道集和共角度域道集Fig.1.Common offset gathers and common angle gathers of Anjihai anticline based on 3D seismic data

圖2 安集海背斜衛(wèi)星圖、地質(zhì)露頭和疊前處理共中心點(diǎn)網(wǎng)格疊合圖Fig.2.Overlay of satellite photo,geological outcrop and pre?stack CCP grids of Anjihai anticline

2.3 地震疊前時(shí)間偏移成像對(duì)策

圖3 安集海背斜共中心點(diǎn)道集不同偏移距的地面炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)分布Fig.3.Distribution of source points and receiver points in CMP gathers of Anjihai anticline

方位各向異性導(dǎo)致地震波在不同方位的傳播速度不同，因此利用同一速度對(duì)所有方位的地震數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確偏移歸位，需要分方位解決不同方位的速度問題[9]；有學(xué)者針對(duì)中深層大偏移距各向異性問題開展過分方位速度分析和炮檢距向量片OVT 域處理技術(shù)應(yīng)用研究，取得較理想的效果[10]。在時(shí)間域進(jìn)行常規(guī)地震處理時(shí)，首先進(jìn)行分扇區(qū)、分方位的動(dòng)、靜校正處理，分別選擇了全方位（360°）疊前地震數(shù)據(jù)、南北向（75°—105°、255°—285°）各30°疊前地震數(shù)據(jù)和東西向（-15°—15°、165°—195°）各30°疊前地震數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)、靜校正，從最終疊加成像剖面上可以發(fā)現(xiàn)，中、下組合地層反射波頻率、相位特征及有效反射波疊加成像的產(chǎn)狀均存在差異。在沒有明確方位各向異性影響因子的前提下，如果不進(jìn)行分方位的時(shí)間域/深度域處理，很難保證疊前偏移速度正確和地震數(shù)據(jù)偏移歸位同相疊加成像[11]，從而影響疊前偏移成像效果。

疊前完成分方位的地震數(shù)據(jù)動(dòng)、靜校正處理，保證了不同方位角疊前道集剩余靜校正的效果和偏移前地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。為了始終保留方位角信息，繼續(xù)在OVT域開展規(guī)則化處理、高保真噪聲壓制以及多輪次疊前偏移速度迭代和反演[12-14]，嘗試應(yīng)用了OVT 域分方位加權(quán)疊前時(shí)間偏移技術(shù)，通過加權(quán)有效地保證了主測線方向共反射點(diǎn)道集對(duì)疊加成像的貢獻(xiàn)程度為最大，盡可能削弱聯(lián)絡(luò)測線方向共反射點(diǎn)道集偏移“畫弧”，確保疊前時(shí)間偏移成像質(zhì)量。其中，n個(gè)共反射點(diǎn)道集加權(quán)處理的思路如下（圖4）：選取主測線方向（南北向）數(shù)據(jù)（60°—120°和240°—300°）進(jìn)行疊前時(shí)間偏移，其結(jié)果作為模型道，其他方位角數(shù)據(jù)疊前時(shí)間偏移結(jié)果與之相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)作為加權(quán)系數(shù)，形成不同方位角地震疊前偏移數(shù)據(jù)的加權(quán)系數(shù)場，然后進(jìn)行適當(dāng)平滑和歸一化處理，對(duì)疊前時(shí)間偏移得到的共反射點(diǎn)道集進(jìn)行加權(quán)，保證主測線近南北方向（方位角15°—165°、195°—345°）的地震數(shù)據(jù)在疊前時(shí)間偏移成像時(shí)貢獻(xiàn)最大，而聯(lián)絡(luò)測線方向（東西向）的地震數(shù)據(jù)對(duì)疊前時(shí)間偏移成像貢獻(xiàn)最小，有效抑制了來自東西向地震數(shù)據(jù)因?yàn)樗俣炔町惗斐傻钠啤爱嫽　盵15]，中深層地震成像結(jié)構(gòu)特征更加清晰（圖5）。

圖4 OVT域分方位加權(quán)疊前時(shí)間偏移技術(shù)流程圖Fig.4.Workflow of azimuth?weighted prestack time migration imaging processing in OVT domain

2.4 應(yīng)用效果

圖5 安集海背斜疊前時(shí)間偏移成像效果對(duì)比Fig.5.Comparison of conventional prestack time migration section with azimuth?weighted prestack time migration section in Anjihai anticline

通過分析安集海背斜近地表方位各向異性特征及影響，針對(duì)性地開展了OVT 域分方位加權(quán)疊前時(shí)間偏移技術(shù)應(yīng)用研究，疊前偏移成果與以往相比，地震資料整體成像效果明顯改善，重新解剖了安集海背斜下組合地質(zhì)構(gòu)造特征。安集海背斜發(fā)育多期構(gòu)造變形，晚期變形對(duì)下組合構(gòu)造影響相對(duì)較小，圈閉形態(tài)相對(duì)完整（圖6），該圈閉為安集海背斜北斷裂和安集海背斜南斷裂所夾持的近東西向展布的背斜構(gòu)造圈閉，侏羅系頂界圈閉面積達(dá)33.4 km2，閉合度為200 m，高點(diǎn)埋深為6 740 m；向下在侏羅系三工河組和八道灣組圈閉面積依次變小，八道灣組圈閉面積為31.9 km2，閉合度為250 m，高點(diǎn)埋深為7 360 m。安集海背斜主體走向變化較小，平面上斷裂位置有差異，高點(diǎn)向西南偏移1 km（圖7），利用本次研究成果，準(zhǔn)確落實(shí)了安集海背斜中、下組合圈閉特征，部署上鉆了風(fēng)險(xiǎn)探井天安1井，天安1井目前鉆井深度為3 196 m，鉆探層位為古近系安集海河組，實(shí)鉆深度和地震設(shè)計(jì)分層深度誤差小于5 m，傾角和傾向與實(shí)測一致。

圖6 安集海背斜過安5井疊前時(shí)間偏移成像效果對(duì)比Fig.6.Comparison of conventional prestack time migration imaging vs.azimuth?weighted prestack time migration imaging through Well An 5 in Anjihai anticline

3 結(jié)論

（1）OVT域分方位加權(quán)疊前時(shí)間偏移技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地南緣安集海背斜取得了明顯效果，中、下組合白堊系、侏羅系目的層地震偏移成像質(zhì)量明顯改善，準(zhǔn)確落實(shí)了安集海背斜中、下組合圈閉形態(tài)和構(gòu)造特征。

（2）針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣普遍存在的近地表方位各向異性，應(yīng)該開展地質(zhì)露頭調(diào)查和近地表方位各向異性影響因子地震采集方法探索。

圖7 二維與三維地震解釋安集海背斜侏羅系頂界構(gòu)造對(duì)比Fig.7.Jurassic tops of Anjihai anticline based on 2D and 3D seismic data

（3）為了解決近地表方位各向異性對(duì)中層、深層地震成像的影響，建議在地震采集觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，增加高密度地震采集的橫縱比，確保采樣的均勻性、對(duì)稱性和高密度性，為后期分方位開展疊前偏移成像奠定基礎(chǔ)。

（4）本次研究的OVT 域分方位加權(quán)疊前時(shí)間偏移技術(shù)只是一種受原始資料局限的技術(shù)嘗試，后期還需要持續(xù)深入研究。