中古生界火成巖復(fù)雜構(gòu)造波場(chǎng)特征分析與對(duì)策

張 鵬，焦敘明，吳旭光，劉興達(dá)，張明強(qiáng)，陳 磅，劉旭明

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300451)

1 引 言

南黃海盆地是我國(guó)海相油氣勘探重要區(qū)域，在新生代大地構(gòu)造格局上表現(xiàn)為“三隆兩拗”結(jié)構(gòu)，由北向南分別為千里巖隆起、北部拗陷、中部隆起、南部拗陷和勿南沙隆起五大構(gòu)造單元。其中，中部隆起除缺失上志留統(tǒng)和下泥盆統(tǒng)外，發(fā)育厚度超過(guò)6 000 m中生界、古生界海相地層，埋藏相對(duì)較淺，分布范圍廣，沉積較穩(wěn)定，有利于形成古生古儲(chǔ)或新生古儲(chǔ)型油氣藏，認(rèn)為南黃海海相中生界、古生界具備多層系、多類型晚期成藏條件，需重點(diǎn)關(guān)注天然氣藏保存條件和儲(chǔ)層物性，油氣勘探前景良好[1-3]。中海油、中國(guó)地質(zhì)海洋局青島海洋地質(zhì)研究所等單位開(kāi)展多輪次，富低頻震源、立體震源、長(zhǎng)纜、海底電纜等二維試驗(yàn)攻關(guān)，中古生界地層內(nèi)幕反射特征有一定程度改善，但資料品質(zhì)仍舊無(wú)法滿足勘探需求，制約勘探進(jìn)程。因此，有必要從地質(zhì)、采集、處理等多個(gè)角度系統(tǒng)開(kāi)展地震地質(zhì)條件機(jī)理研究，分析影響地震資料品質(zhì)關(guān)鍵因素，尋找針對(duì)性采集和處理的解決方案，為后續(xù)開(kāi)展三維地震采集提供借鑒思路。

2 地震波場(chǎng)反射特征模擬分析

2.1 地震地質(zhì)條件分析

南黃海盆地為古生界、中生界、新生界疊合盆地，在漫長(zhǎng)地質(zhì)演化過(guò)程中受到多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造，地層疊置與逆掩斷裂發(fā)育，形成復(fù)雜構(gòu)造格局。南黃海中古生界發(fā)育四套反射層，第三系沉積地層直接覆蓋中生界三疊系海相灰?guī)r地層，上覆新近系地層為2 200 m/s，灰?guī)r地層速度高達(dá)5 700 m/s[4,5]，對(duì)下伏地層有較強(qiáng)屏蔽作用，能量變?nèi)酰挥?0 %能量透射過(guò)界面向下傳播；由于年代及壓實(shí)等因素影響，中古生界內(nèi)部海相灰?guī)r地層速度差異較小，阻抗差異小，如圖1所示。

圖1 合成地震記錄Fig.1 Synthetic seismogram

2.2 地球物理模型

根據(jù)南黃海盆地中生界、古生界已鉆遇中生界、古生界地層探井資料，得到海相中生界、古生界地層速度與密度參數(shù)，充填合適速度與密度值，建立中部隆起區(qū)典型二維地質(zhì)地球物理模型，研究表明南黃海海域新近系底界T0為區(qū)域不整合面，該界面埋深不足千米，中部隆起大部分區(qū)域缺失侏羅系、白堊系和古近系。 針對(duì)新近系底界面粗糙度、散射、多次波、偏移成像等對(duì)波場(chǎng)特征進(jìn)行分析[6]。正演時(shí)采用基于有限差分二維波動(dòng)方程方法，觀測(cè)系統(tǒng)采用最大偏移距為12 km排列長(zhǎng)度。

2.3 高速層頂界面粗糙度影響

地震波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)，其地震波衰減類型可以分為與地震波傳播有關(guān)的衰減和與介質(zhì)內(nèi)在屬性相關(guān)的地層本征衰減。地下非均質(zhì)性帶來(lái)的繞射屬于與地震波傳播有關(guān)的衰減。模擬新 近系底界面為不同粗糙度(光滑度)地震地質(zhì)模型，從正演模擬原始單炮數(shù)據(jù)可以看到，兩種模型在單炮上都存在不同程度散射，且粗糙度越高影響越大，有效反射信號(hào)相對(duì)較弱，淹沒(méi)在繞射和多次波中，嚴(yán)重影響了地震資料品質(zhì)。從柯西霍夫深度 偏移成像來(lái)看，當(dāng)粗糙度較大時(shí)，繞射波影響凸起區(qū)成像，甚至帶來(lái)構(gòu)造假象，繞射波能量偏移后未完全收斂，中生界內(nèi)幕地層波組連續(xù)性變差，甚至無(wú)反射特征，影響構(gòu)造落實(shí)。

2.4 多次波影響

有效反射被強(qiáng)多次波能量淹沒(méi)，每個(gè)有效反射界面后面跟隨著海底多次同相軸，發(fā)育海底多次波、強(qiáng)屏蔽下層間多次波，繞射多次波等，導(dǎo)致反射信號(hào)信噪比低，無(wú)法識(shí)別出主要地層反射界面。圖3為多次波壓制之后再做單道疊加剖面，去多次后信噪比有所提高，但有效信號(hào)能量級(jí)別遠(yuǎn)小于多次波。除了海底多次波以外，發(fā)育大量層間多次波，有效信號(hào)淹沒(méi)在多次波中，導(dǎo)致有效信號(hào)能量弱，反射同相軸連續(xù)性差，甚至不成像[7-9]。

圖3 多次波分析Fig.3 Multiple wave analysis

3 地震采集處理技術(shù)攻關(guān)

中海油、青島海洋地質(zhì)研究所等經(jīng)過(guò)采集技術(shù)攻關(guān)手段包括加大排列長(zhǎng)度，增加覆蓋次數(shù)、震源容量、沉放深度等黃海中、古生界地震地質(zhì)條件復(fù)雜，成像方面沒(méi)有明顯性改善，必須從采集和處理等多方面開(kāi)展系統(tǒng)攻關(guān)，從多個(gè)角度進(jìn)行新技術(shù)組合，重點(diǎn)克服高速屏蔽層效應(yīng)，增加中深層有效反射能量，壓制多次波干擾，提高中、古生界地層地震信噪比，改善成像質(zhì)量[10-12]。

3.1 富低頻震源激發(fā)

海上常規(guī)震源激發(fā)，主要兼顧低頻和高頻兩個(gè)方面，中深層普遍震源在4 000～5 000 cu.in。南黃海地區(qū)震源容量普遍在5 000 cu.in以上，最大達(dá)到7 340 cu.in，但是單槍最大容量為250 cu.in。 根據(jù)以往研究表明，在保持總?cè)萘恳欢ɑA(chǔ)上，更應(yīng)該關(guān)注低頻占比，在空氣槍震源設(shè)計(jì)時(shí)考慮380 cu.in以上具有低頻優(yōu)勢(shì)容量氣槍，既可以保證高速屏蔽層以下反射波能量穿透，克服散射波影響，衰減慢等特點(diǎn)。圖4所示，從波動(dòng)方程正演可以看到，遠(yuǎn)偏移距端低頻10 Hz散射波更聚焦，增強(qiáng)波組連續(xù)性。新設(shè)計(jì)7 620 cu.in震源容量，含有380 cu.in容量富低頻氣槍，從子波模擬來(lái)看，低頻成分占比高，主脈沖能量強(qiáng)，參見(jiàn)圖5所示。

圖4 不同主頻單炮對(duì)散射響應(yīng)Fig.4 Dominant frequency single gun response to scattering

3.2 高密度寬方位廣角地震采集

針對(duì)南黃海海相目標(biāo)層內(nèi)幕反射層，高密度寬方位廣角地震是獲得強(qiáng)反射界面下弱反射信號(hào)的有效途徑。根據(jù)地震地質(zhì)模型模擬主要地層界面的炮集特征上可以看出入射角較小時(shí)，海相地層界面反射波能量微弱，入射角大于45°后，振幅明顯增強(qiáng)，中遠(yuǎn)偏移距能夠辨別出深部反射波同相軸信息，在遠(yuǎn)偏移距處接收到地下更深部地層界面的強(qiáng)能量有效廣角地震信息，為深部構(gòu)造成像提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本工區(qū)發(fā)育有高速屏蔽層，發(fā)育大量多次波。理論上強(qiáng)反射界面越多，層間多次波越發(fā)育，其對(duì)下伏地層影響越嚴(yán)重。寬方位地震采集由于接收到不同方位波場(chǎng)信息，多次波走時(shí)特征不一致，對(duì)于地下同一個(gè)反射點(diǎn)，通過(guò)多方位疊加可以一定程度上消除多次波影響。海底節(jié)點(diǎn)地震采集技術(shù)具有全方位、高覆蓋、高密度、超長(zhǎng)偏移距特點(diǎn)，覆蓋次數(shù)可以達(dá)到1 000次以上，偏移距可以達(dá)到10多公里以上，在復(fù)雜構(gòu)造成像以及油藏監(jiān)測(cè)等方面受到廣泛青睞。建議在本工區(qū)開(kāi)展基于海底節(jié)點(diǎn)兩寬一高地震采集，夯實(shí)地震資料基礎(chǔ)[13-16]。

3.3 多域組合壓制多次波

多次波壓制方法主要分為兩大類: 濾波方法和預(yù)測(cè)相減法。南黃海中部隆起區(qū)地震資料多次波類型十分復(fù)雜，研究區(qū)水深較淺，平均水深 50 m，除了海底相關(guān)多次波外，還存在新生界底界面產(chǎn)生的層間多次波。針對(duì)南黃海地震資料多次波的特殊性，對(duì)與海底相關(guān)多次波采用兩步法來(lái)衰減:第一步采用SWD(Shallow Water Demultiple,SWD)方法，通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)處理模擬出反射子波,與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行褶積而得到多次波模型。去除短周期海底相關(guān)多次波；第二步采用SRME(Surface Related Multiple Attenuation,SRME)方法壓制剩余長(zhǎng)周期自由表面多次波。第三步采用Radon法壓制剩余的層間多次波。如圖6所示，采用組合法有效壓制多次波，有效波的能量信息得到很大提升，深部有效反射同相軸更加清晰。

圖6 多域組合壓制多次波Fig.6 Multiple domain combination suppression multiple

3.4 逆時(shí)偏移成像

逆時(shí)偏移(RTM,Reverse Time Migration)已廣泛應(yīng)用于復(fù)雜構(gòu)造成像中，對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造的油氣勘探起到了較大的促進(jìn)作用[17-20]。其中逆時(shí)偏移方法是一種有效的成像手段?；诓▌?dòng)理論的雙層波算子，包含了全波場(chǎng)信息，具有良好成像結(jié)果。本工區(qū)發(fā)育大量繞射波，常規(guī)偏移方法難以解決。

通過(guò)二維正演模型測(cè)試可以看到，高速層上有一定粗糙度，柯西霍夫深度偏移產(chǎn)生構(gòu)造假象，逆時(shí)偏移方法使得繞射波有很好的收斂，下覆有效波弱反射地層反射能量加強(qiáng)。

圖7 逆時(shí)偏移成像Fig.7 RTM image

4 結(jié)論與建議

通過(guò)地震波場(chǎng)數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)南黃海中古生界地震資料成像難題進(jìn)行理論分析，明確中部隆起地震資料信噪比低、品質(zhì)差的主要原因，針對(duì)性提出以下地震采集處理建議：

1)中部隆起淺層新近系底界為強(qiáng)反射區(qū)域不整合面，下伏地層為海相地層，反射系數(shù)小。地震波能量產(chǎn)生強(qiáng)烈屏蔽作用，強(qiáng)反射界面多次波、層間多次波、長(zhǎng)周期多次波等各種類型多次波能量強(qiáng)，導(dǎo)致中深層地震反射能量微弱；高速層上覆不同程度粗糙度界面，導(dǎo)致繞射波發(fā)育，嚴(yán)重降低目的層地震數(shù)據(jù)的信噪比。

2)采集技術(shù)上提出富低頻、寬方位、高密度廣角地震采集。富低頻震源有利于穿透高速屏蔽層，克服散射波影響。高密度采集有利于提高中深層弱反射信號(hào)信噪比，寬方位采集有利于壓制多次波，廣角反射有利于深部目的層在更遠(yuǎn)偏移距處接收到地下更深部地層界面強(qiáng)能量。

3)處理技術(shù)上提出組合法壓制多次波，采用SWD壓制短周期海底多次波，SRME壓制自由表面長(zhǎng)周期多次波，最后采用Radon變換衰減層間多次波，深部有效反射清晰。在偏移方法上，逆時(shí)偏移成像可較好解決繞射波對(duì)下伏地層成像影響，克服柯西霍夫偏移不足，提高了構(gòu)造成像精度。

4)落實(shí)盆地結(jié)構(gòu)、沉積充填、構(gòu)造與地層序列為目標(biāo)，重點(diǎn)改善中生界、古生界大套地層反射界面和深層斷裂成像，進(jìn)一步加強(qiáng)采集處理一體化攻關(guān)，在本工區(qū)開(kāi)展海底節(jié)點(diǎn)高密度、寬方位三維地震采集先導(dǎo)試驗(yàn)，夯實(shí)資料基礎(chǔ)，提高成像質(zhì)量，破解制約勘探瓶頸問(wèn)題。早日實(shí)現(xiàn)南黃海中生界、古生界海相油氣勘探突破。