面向深層頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)的地震勘探技術(shù)進(jìn)展
——以DX探區(qū)全方位三維地震為例

王靜波,敬朋貴,陳祖慶,劉曉晶,李蘇光,李彥奇,肖 亮

(中國(guó)石油化工股份有限公司勘探分公司,四川成都610041)

四川盆地志留系龍馬溪組深層頁(yè)巖氣(埋深大于3500m)資源量大,具備建設(shè)萬(wàn)億方產(chǎn)能接替陣地的潛力[1-2]。就中國(guó)石化探區(qū)而言,有利目標(biāo)層多位于川東南綦江地區(qū)構(gòu)造高陡復(fù)雜帶,埋深大、各向異性強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖靶窗小(僅為8m),要實(shí)現(xiàn)深層頁(yè)巖氣效益勘探開發(fā),不僅要預(yù)測(cè)構(gòu)造保存有利的區(qū)帶,確定預(yù)測(cè)儲(chǔ)層品質(zhì)“甜點(diǎn)”指標(biāo)(TOC、孔隙壓力、含氣性等),還需要預(yù)測(cè)易于壓裂求產(chǎn)的“甜點(diǎn)”區(qū)[3-4]。目前,深層頁(yè)巖氣可壓裂性評(píng)價(jià)主要依據(jù)頁(yè)巖裂縫密度、脆性指數(shù)和地應(yīng)力等工程“甜點(diǎn)”參數(shù)[5-8]。理論研究和勘探實(shí)踐表明,要獲得地下頁(yè)巖層工程“甜點(diǎn)”參數(shù)的空間展布,除了采用先進(jìn)適用的地震預(yù)測(cè)技術(shù)外,還必須依靠與之匹配的高品質(zhì)、高精度、高信息豐度的疊前五維地震成像數(shù)據(jù)[9]。

相較于常規(guī)天然氣勘探,易于壓裂高產(chǎn)的深層頁(yè)巖氣有利目標(biāo)層對(duì)地震資料成像品質(zhì)、精度和信息豐度有著更高的要求[10]。地震資料采集時(shí),與深層頁(yè)巖氣構(gòu)造保存評(píng)價(jià)密切相關(guān)的斷層、斷洼以及低序級(jí)斷裂的高品質(zhì)成像需要反射波照明能量充分、均勻,而與深層頁(yè)巖氣工程“甜點(diǎn)”密切相關(guān)的頁(yè)巖各向異性信息提取則需要相對(duì)充分完備的小、中、大角度反射波方位照明信息。地震資料處理時(shí),深層頁(yè)巖氣目標(biāo)層反射波成像需滿足高信噪比、高保真性和較高分辨率的要求,此外還要求構(gòu)造歸位準(zhǔn)確、主控?cái)鄬优c低序級(jí)斷裂成像清晰、微幅構(gòu)造異常明顯以及疊前道集方位-偏移距(入射角)信息保留充分且相對(duì)保幅,成像結(jié)果能夠?yàn)樯顚禹?yè)巖氣構(gòu)造保存評(píng)價(jià)與工程“甜點(diǎn)”參數(shù)預(yù)測(cè)提供高品質(zhì)、高信息豐度的地震成像資料。

本文以南方復(fù)雜山地寬方位、高覆蓋、強(qiáng)耦合頁(yè)巖氣高精度三維地震技術(shù)為基礎(chǔ)[11],從深層頁(yè)巖氣效益勘探開發(fā)對(duì)地震資料需求出發(fā),重點(diǎn)介紹了地質(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證與以疊前全信息保持處理為核心的高精度三維地震采集處理技術(shù)進(jìn)展及其在DX探區(qū)的應(yīng)用效果。

1 采集技術(shù)進(jìn)展

1.1 地質(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的高精度觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證技術(shù)

為確保四川盆地復(fù)雜構(gòu)造區(qū)深層頁(yè)巖氣地震采集方位、偏移距信息完備、反射點(diǎn)照明充分均勻以及頁(yè)巖層各向異性信息表征相對(duì)完備,以真地表、構(gòu)造和儲(chǔ)層一體化三維建模及小網(wǎng)格三維地震波正演模擬為基礎(chǔ),利用目標(biāo)多維度照明和地震模擬(或?qū)嶋H)數(shù)據(jù)退化處理分析,提出了一種地質(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的高精度觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證技術(shù)。

以川東南綦江地區(qū)DX探區(qū)為例,該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)步驟如圖1所示。首先,綜合利用探區(qū)地表高程、地下構(gòu)造解釋、鉆測(cè)井資料及頁(yè)巖儲(chǔ)層參數(shù),建立真地表、構(gòu)造和儲(chǔ)層單元為一體的三維地震-地質(zhì)綜合模型,并基于該模型進(jìn)行高斯射線束照明[12]和波動(dòng)方程波場(chǎng)數(shù)值模擬[13];然后,依據(jù)地下CRP面元逆向、正向和方位多維度照明分析確定基本觀測(cè)參數(shù),對(duì)比相鄰探區(qū),確定三維觀測(cè)系統(tǒng)基本方案;最后,利用三維模型地震波模擬數(shù)據(jù)或工區(qū)已有實(shí)際地震數(shù)據(jù),在基本觀測(cè)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行接收線數(shù)、接收線距、橫縱比、方位以及面元尺寸等觀測(cè)參數(shù)的退(優(yōu))化處理分析[14],對(duì)比分析不同觀測(cè)方案的地震數(shù)據(jù)成像效果,評(píng)估觀測(cè)參數(shù)的合理性與不足之處,從而進(jìn)一步優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,以確保觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與地下反射點(diǎn)最佳成像效果相匹配及變觀優(yōu)化設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性。

圖1 地質(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的高精度觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證技術(shù)流程及探區(qū)應(yīng)用示意

從圖1可以看出,該技術(shù)考慮到了復(fù)雜構(gòu)造的反射點(diǎn)分散效應(yīng),突破了基于CMP采集設(shè)計(jì)的地下反射界面觀測(cè)屬性(通常只反映水平層狀地層反射波觀測(cè)屬性)的局限性(圖2),更客觀地反映了地下不同構(gòu)造位置的反射點(diǎn)真實(shí)照明能量差異和不同觀測(cè)參數(shù)對(duì)成像效果的影響,為觀測(cè)系統(tǒng)事前優(yōu)化設(shè)計(jì)提供更可靠的依據(jù)。應(yīng)用該技術(shù)設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)能夠較好地匹配地下地質(zhì)目標(biāo)的探測(cè)需求,保障復(fù)雜構(gòu)造-深層頁(yè)巖氣高精度地震成像、頁(yè)巖各向異性分析及可壓裂性“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)等所需波場(chǎng)信息的充分采集。

圖2 基于CMP采集設(shè)計(jì)的地下反射界面觀測(cè)屬性示意

圖3對(duì)比了DX探區(qū)三維模型波動(dòng)方程模擬的單炮記錄和同一位置老二維實(shí)際單炮記錄?？梢钥闯?模擬單炮記錄和實(shí)際單炮記錄波組形態(tài)特征具有較高的相似性,這說(shuō)明利用圖1所示的技術(shù)流程建立的三維模型及其模擬的地震數(shù)據(jù)可近似表征實(shí)際探區(qū)情況。因此,利用該模擬數(shù)據(jù)體進(jìn)行不同觀測(cè)參數(shù)的地震成像退化處理分析,可進(jìn)一步評(píng)估和優(yōu)化探區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)。為說(shuō)明模擬數(shù)據(jù)退化處理分析對(duì)優(yōu)化觀測(cè)參數(shù)的作用,下文簡(jiǎn)要介紹DX探區(qū)三維模擬數(shù)據(jù)退化處理情況。本文中模擬數(shù)據(jù)的地震偏移成像采用克希霍夫積分法進(jìn)行PSDM。

圖3 DX探區(qū)三維波動(dòng)方程模擬的單炮記錄(a)和老二維同位置實(shí)際單炮記錄(b)對(duì)比

圖4為DX探區(qū)不同橫縱比模擬地震數(shù)據(jù)在龍馬溪一段一亞段儲(chǔ)層的PSDM瞬時(shí)振幅平面屬性。可以看出,隨著橫縱比的增加,瞬時(shí)振幅增大,瞬時(shí)振幅屬性均勻改善,尤其斷層附近的振幅值增大明顯。當(dāng)橫縱比達(dá)到0.86后,瞬時(shí)振幅值趨于飽和,與0.95的橫縱比非常接近,這說(shuō)明采用橫縱比大于0.86的寬方位地震觀測(cè)方式更有利于地震資料的保幅處理,確保獲得儲(chǔ)層高精度反演所需的高品質(zhì)地震成像數(shù)據(jù)。

固定最大縱向距為5020m,設(shè)計(jì)最大非縱距為2380,3820,4300,4780m,進(jìn)行深層地震成像退化處理,得到的結(jié)果如圖5所示。可以看出,隨著最大非縱距增大,最大炮檢距隨之增大,3.5～4.0km的深層地震成像振幅也隨之增強(qiáng)(圖5b中黑色箭頭所示)。當(dāng)最大非縱距增加到4780m,相較最大非縱距4300m所增加的深層反射振幅的波組連續(xù)性明顯變差(圖5c中黑色箭頭),這說(shuō)明最大非縱距增加到4780m可滿足深層的有效成像。

圖5 DX探區(qū)不同的最大非縱距的深層地震偏移成像振幅殘差剖面對(duì)比a 最大非縱距3820m與2380m的殘差; b 最大非縱距4780m與3820m的殘差; c 最大非縱距4780m與4300m的殘差

圖6為DX探區(qū)三維模擬數(shù)據(jù)不同橫縱比地震成像數(shù)據(jù)的道積分結(jié)果,其振幅值色標(biāo)范圍統(tǒng)一限定為-5×10-6～5×10-6?？梢悦黠@看出,三維觀測(cè)系統(tǒng)橫縱比為0.86(圖6c)的偏移數(shù)據(jù)道積分較橫縱比為0.47(圖6a),0.76(圖6b)的偏移數(shù)據(jù)道積分信噪比、保真性更佳。因此,橫縱比為0.86的偏移地震數(shù)據(jù)更適合于高質(zhì)量的彈性參數(shù)地震反演。盡管觀測(cè)系統(tǒng)橫縱比達(dá)到0.76已滿足常規(guī)山地寬方位采集要求,但其地震偏移成像數(shù)據(jù)道積分振幅值仍存在較為明顯的面條狀噪聲。因此,我們利用退化處理分析方法根據(jù)特定地質(zhì)需求進(jìn)一步優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù),以獲得更高品質(zhì)的地震數(shù)據(jù)。

圖6 DX探區(qū)三維模擬數(shù)據(jù)不同橫縱比地震成像數(shù)據(jù)的道積分結(jié)果a 橫縱比0.47; b 橫縱比0.76; c 橫縱比0.86

1.2 應(yīng)用效果

DX深層頁(yè)巖氣探區(qū)位于川東南綦江地區(qū)高陡構(gòu)造帶,其地表地形屬南方典型山地,海拔為230～1300m。該區(qū)塊受多期構(gòu)造作用疊加改造,高陡褶皺發(fā)育,上鉆地質(zhì)目標(biāo)具有地層產(chǎn)狀高陡、斷裂發(fā)育、埋深大、各向異性強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層靶窗小(僅為8m)且可壓裂性存在明顯空變等地質(zhì)特征。因此,要實(shí)現(xiàn)對(duì)這些地質(zhì)目標(biāo)的充分探測(cè),實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)富集目標(biāo),就必須根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)特征進(jìn)行地質(zhì)建模照明和模擬數(shù)據(jù)退化分析,從而設(shè)計(jì)出合理的觀測(cè)系統(tǒng),盡可能實(shí)現(xiàn)不同構(gòu)造位置正向和方位照明充分、均勻、完備的高精度成像。

為此,將地質(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的高精度觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證技術(shù)應(yīng)用于DX探區(qū)三維觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),首次在川東南探區(qū)提出了全方位、較小面元、高覆蓋、均勻、對(duì)稱的強(qiáng)耦合三維束狀觀測(cè)系統(tǒng)方案(28L9S252T1R196F),主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 DX探區(qū)強(qiáng)耦合三維束狀觀測(cè)系統(tǒng)方案主要參數(shù)

該方案在理論上能夠?qū)崿F(xiàn)滿覆蓋次數(shù)為196次的三維地震采集,其中,單個(gè)排列片為28線接收(每條線布設(shè)252道檢波器)、9炮激發(fā),排列橫向滾動(dòng)線數(shù)為1線。該方案面元為20m×20m,接收線距和炮線距均為360m,縱、橫向覆蓋次數(shù)均為14次,橫縱比為1.0,炮道密度達(dá)49×104道/km2,炮道均勻性為1,是目前川東南地區(qū)唯一滿足廣義均勻?qū)ΨQ的全方位三維地震采集。

從圖7所示的DX探區(qū)全方位三維觀測(cè)系統(tǒng)的理論觀測(cè)屬性和實(shí)際觀測(cè)屬性看,該方案具有觀測(cè)方位寬、覆蓋次數(shù)高、方位-偏移距-覆蓋次數(shù)分布均勻和采樣腳印弱等4項(xiàng)特點(diǎn),屬于炮道采樣對(duì)稱均勻的寬(全)方位、高覆蓋、強(qiáng)耦合高精度三維采集,能夠?qū)崿F(xiàn)DX探區(qū)地下目的層反射波正向和方位照明的相對(duì)充分、均勻和完備,有利于疊前高精度地震資料處理。

圖7 DX探區(qū)全方位三維觀測(cè)系統(tǒng)的理論觀測(cè)屬性和實(shí)際觀測(cè)屬性a 實(shí)際偏移距-方位分布; b 實(shí)際采集覆蓋次數(shù); c 理論采集腳印; d 實(shí)際采集十字排列; e 實(shí)際采集偏移距分布; f 實(shí)際采集方位角分布; g 模型目的層反射波CRP面元正向照明能量; h 模型目的層反射波CRP面元方位相對(duì)照明能量

為進(jìn)一步分析DX探區(qū)三維觀測(cè)系統(tǒng)在各方位地震反射信息采集上的完備性,進(jìn)行了分方位疊加,疊加剖面如圖8所示?？梢钥闯?每個(gè)方位的地震道集均對(duì)高陡復(fù)雜構(gòu)造成像有貢獻(xiàn),這說(shuō)明該采集方案對(duì)高陡復(fù)雜構(gòu)造的成像是完備的,適合于后續(xù)全方位地震資料處理。從圖9統(tǒng)計(jì)的不同方位疊加覆蓋次數(shù)和二疊系-志留系反射波信噪比來(lái)看,不同方位道集對(duì)高陡復(fù)雜構(gòu)造成像貢獻(xiàn)存在明顯差異,方位角120°～150°和150°～180°的炮檢對(duì)道集疊加成像信噪比較高,若合理利用,有利于進(jìn)一步提升復(fù)雜構(gòu)造-深層頁(yè)巖地層成像品質(zhì)。這說(shuō)明,炮道采樣對(duì)稱均勻的寬(全)方位、高覆蓋、強(qiáng)耦合地震采集方案為高陡復(fù)雜構(gòu)造高品質(zhì)地震資料處理所需的數(shù)據(jù)科學(xué)優(yōu)選和合理利用奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖8 DX探區(qū)三維分方位疊加剖面

圖9 不同方位疊加覆蓋次數(shù)(a)及二疊系-志留系反射波信噪比(b)

從圖10可以看出,DX探區(qū)全方位、高覆蓋、強(qiáng)耦合三維觀測(cè)方案較二維地震采集系統(tǒng)有效改善了復(fù)雜構(gòu)造的成像品質(zhì),精細(xì)落實(shí)了DX探區(qū)與頁(yè)巖氣保存評(píng)價(jià)密切相關(guān)的斷洼、斷隆等構(gòu)造細(xì)節(jié),清楚地揭示出背斜區(qū)奧陶系-志留系主控?cái)鄬游闯雎兜乇?圖10a 中左邊紅色虛線圈),抬升區(qū)與齊岳山斷裂帶存在完整的斷洼構(gòu)造(圖10a中右邊紅色虛線圈)。DYS1井的高產(chǎn)(試獲日產(chǎn)氣31×104m3)和DYS3井的高壓力系數(shù)(1.81)均證明了DX探區(qū)深層頁(yè)巖氣為超壓富集氣藏,進(jìn)一步佐證了DX全方位三維地震采集有利于斷洼、斷隆等復(fù)雜構(gòu)造高精度成像。

圖10 DX探區(qū)過(guò)DYS1與DYS3井的三維(a)與二維(b)地震資料疊前時(shí)間偏移剖面對(duì)比

值得注意的是,從圖11所示的DX探區(qū)全方位疊前成像道集來(lái)看,實(shí)際地震響應(yīng)特征與理論模擬結(jié)果基本一致,說(shuō)明該采集觀測(cè)系統(tǒng)方案能夠?qū)崿F(xiàn)頁(yè)巖各向異性信息的充分采集,特別適合于深層頁(yè)巖氣高精度地震成像、全方位處理、五維高精度地震解釋以及各向異性信息提取,為深層頁(yè)巖氣有利目標(biāo)的可壓裂性“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖11 DX探區(qū)深層頁(yè)巖三維地震各向異性信息充分采集示意a 頁(yè)巖巖心; b 頁(yè)巖層各向異性介質(zhì)模型 ;c 觀測(cè)系統(tǒng)玫瑰顯示; d 全方位疊前成像道集

此外,隨著深層頁(yè)巖氣勘探逐步走向埋深更大、構(gòu)造更復(fù)雜的高陡構(gòu)造帶,寬方位、高覆蓋、強(qiáng)耦合的觀測(cè)方案會(huì)得到進(jìn)一步強(qiáng)化和應(yīng)用,排列接收長(zhǎng)度、道密度和道數(shù)均會(huì)大幅提升,地質(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的觀測(cè)系統(tǒng)精準(zhǔn)變觀與強(qiáng)化設(shè)計(jì)需求增多,甚至?xí)岢鋈f(wàn)道乃至幾十萬(wàn)道排列接收的需求。現(xiàn)有的儀器車+采集站+檢波器串組合的纜線施工方式,存在帶道能力有限、障礙區(qū)變觀布設(shè)不便等諸多局限性,這給四川盆地南方山地高精度三維地震采集施工帶來(lái)極大的成本、風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn)。因此,地質(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的高精度觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念要在南方山地的野外施工中高質(zhì)量落地,還需要將具有布設(shè)靈活、數(shù)據(jù)自收自儲(chǔ)、不受纜線、儀器車與采集站束縛等特點(diǎn)的新型采集裝備(節(jié)點(diǎn)儀)[15]與節(jié)點(diǎn)+寬方位、高覆蓋、強(qiáng)耦合的高精度或高密度三維地震采集理念相結(jié)合,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)造區(qū)深層頁(yè)巖氣有利目標(biāo)層的精準(zhǔn)成像與甜點(diǎn)預(yù)測(cè)。

2 處理技術(shù)進(jìn)展

2.1 全方位疊前信息保持處理技術(shù)

研究表明,從地震波中提取頁(yè)巖地層疊前振幅隨偏移距變化(AVO)信息和各向異性信息是利用頁(yè)巖層裂縫、脆性指數(shù)、地應(yīng)力等可壓裂性“甜點(diǎn)”指標(biāo)進(jìn)行參數(shù)預(yù)測(cè)的重要基礎(chǔ)。因此,在最終的地震偏移成果數(shù)據(jù)中,保留寬方位地震勘探采集到的地震波各向異性信息十分必要。從地震資料處理角度看,關(guān)鍵是要構(gòu)建具有方位特性的疊前道集并進(jìn)行全部方位的獨(dú)立疊前偏移成像處理。

目前,代表性的技術(shù)主要為炮檢距向量片(offset vector tile,OVT)技術(shù)、共偏移距向量(common offset vector,COV)技術(shù)和角度域疊前全方位地震偏移成像技術(shù)。許多學(xué)者跟蹤研究并提出了各種改進(jìn)的方法技術(shù)[16-18]。與此同時(shí),隨著計(jì)算成本降低,角度域疊前全方位地震偏移成像技術(shù)(真三維全方位處理)在復(fù)雜山地走向規(guī)模應(yīng)用也指日可待,是“十四五”時(shí)期值得發(fā)展的技術(shù)。就滿足目前全方位疊前偏移成像處理的工業(yè)化規(guī)模高效應(yīng)用來(lái)看,OVT域全方位地震資料處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效手段。

OVT技術(shù)[19-22]最早由VERMEER在研究采集工區(qū)的最小數(shù)據(jù)集表達(dá)時(shí)提出,OVT片是十字排列道集的自然延伸,是十字排列道集內(nèi)的一個(gè)數(shù)據(jù)子集。在一個(gè)十字排列中按炮線距和檢波線距等距離劃分得到許多小矩形,每一個(gè)矩形對(duì)應(yīng)一個(gè)炮檢距向量片(OVT片),其個(gè)數(shù)理論上等于地震資料覆蓋次數(shù)。將相同編號(hào)的OVT片數(shù)據(jù)子集拓展到整個(gè)工區(qū),組成了OVT域單次覆蓋數(shù)據(jù)集,獨(dú)立偏移后的道集數(shù)據(jù)可同時(shí)保留方位角和炮檢距信息。顯然,從所有不同編號(hào)的OVT域單次覆蓋數(shù)據(jù)集偏移結(jié)果中可以抽取并組成滿覆蓋的方位-偏移距疊前成像道集(OVG螺旋道集),結(jié)果如圖12所示。因此,OVT域處理屬于廣義全方位真三維處理范疇。當(dāng)原始三維地震采集基本數(shù)據(jù)集(如十字排列)相對(duì)均勻?qū)ΨQ時(shí),OVT域疊前偏移可獲得相對(duì)均勻、規(guī)則、保幅的方位-偏移距疊前成像道集(OVG螺旋道集),特別適用于五維解釋、方位各向異性分析及疊前反演工作。反之,若三維采集方位-偏移距分布不均勻、十字排列樣式多變、不對(duì)稱,將會(huì)導(dǎo)致OVT片劃分不均勻、片內(nèi)道集數(shù)據(jù)條帶狀缺失,偏移后的OVG螺旋道集缺失明顯、信噪比低(圖13)。因此,OVT域全方位地震資料處理價(jià)值在寬方位、高覆蓋、強(qiáng)耦合地震數(shù)據(jù)中尤為顯著,能夠獲得相對(duì)規(guī)則、保幅的OVG螺旋道集,充分保留頁(yè)巖氣地層各向異性信息,為基于橫向同性(TI)或正交各向異性(OA)介質(zhì)模型的頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)奠定高品質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖12 OVT域數(shù)據(jù)劃分及螺旋道集示意a 十字排列; b OVT片劃分; c 相同編號(hào)OVT片展布; d OVG螺旋道集

為解決復(fù)雜山地變觀造成的OVT域地震道數(shù)據(jù)缺失、不規(guī)則問(wèn)題以及滿足頁(yè)巖層各向異性振幅信息提取需要,可引入匹配追蹤傅里葉地震數(shù)據(jù)內(nèi)插規(guī)則化(matching pursuit Fourier interpolation,MPFI)[23-24]、非剛性匹配地震同相軸時(shí)差校正[25-26]和橢圓擬合方位各向異性時(shí)差校正[21]等關(guān)鍵技術(shù),建立適應(yīng)于復(fù)雜山地的OVT域全方位地震資料處理技術(shù)流程(圖14)。

2.1.1 變觀地震數(shù)據(jù)內(nèi)插規(guī)則化

對(duì)于復(fù)雜山地野外施工炮檢點(diǎn)變觀造成的OVT片內(nèi)部數(shù)據(jù)缺失與不規(guī)則,在地震資料處理時(shí)若不加以解決,易引起偏移噪聲,從而降低地震成像質(zhì)量。解決辦法之一是對(duì)OVT域數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插規(guī)則化。目前內(nèi)插方法主要包括滿足炮檢點(diǎn)互易原理的OVT片借道法與基于地震數(shù)據(jù)時(shí)空(X,Y,T)、偏移距、方位角五維信息的匹配追蹤傅里葉數(shù)據(jù)內(nèi)插規(guī)則化技術(shù)。

圖15為MPFI數(shù)據(jù)規(guī)則化前、后相同編號(hào)的OVT片屬性及其單次覆蓋數(shù)據(jù)集,MPFI數(shù)據(jù)規(guī)則化解決了炮、檢點(diǎn)變觀造成的偏移距向量片數(shù)據(jù)缺失與不規(guī)則問(wèn)題,為后續(xù)疊前偏移成像奠定了較好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖15 MPFI數(shù)據(jù)規(guī)則化前(a)、后(b)相同編號(hào)的OVT片屬性及其單次覆蓋數(shù)據(jù)集

2.1.2 OVG道集同相軸時(shí)差校正

實(shí)際地震資料處理中,OVT偏移后的OVG道集同相軸往往會(huì)出現(xiàn)螺旋狀的抖動(dòng),這表明OVG道集同相軸仍然存在剩余時(shí)差。該時(shí)差包含了兩個(gè)成分,一個(gè)是巖層各向異性引起的,另一個(gè)是偏移速度模型精度不夠引起的。因此,直接提取時(shí)差來(lái)進(jìn)行各向異性分析獲得的是視各向異性地震屬性,只能用于表征宏觀趨勢(shì)。此時(shí),需要進(jìn)行OVG道集同相軸時(shí)差校正,提取OVG道集分方位-偏移距振幅信息進(jìn)行高精度地震反演、工程甜點(diǎn)參數(shù)預(yù)測(cè)以及五維地震精細(xì)解釋。

除了基于模型驅(qū)動(dòng)橢圓擬合方位各向異性時(shí)差校正外,常用的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)同相軸時(shí)差校正方法通常有兩種。一種是相干法校正,即選取分析時(shí)窗,求取校正量,從而對(duì)道集進(jìn)行校正。該方法簡(jiǎn)便易行,但存在一定缺陷,具體表現(xiàn)為時(shí)窗內(nèi)外的波形存在時(shí)移量差異,只能將時(shí)窗內(nèi)的同相軸校平。另一種方法是位移法,又稱為非剛性匹配(non-rigid matching,NRM)法,其方法流程如圖16所示。首先,將OVG道集的近偏移距進(jìn)行疊加,形成疊加模板;然后,將OVG道集中的每個(gè)OVT片數(shù)據(jù)與疊加模板數(shù)據(jù)進(jìn)行三維像素匹配,求取隨時(shí)間軸動(dòng)態(tài)變化的位移場(chǎng),并將得到的位移場(chǎng)進(jìn)行平滑編輯,去掉高頻位移量,防止出現(xiàn)位移畸變;最后,將編輯后的位移場(chǎng)應(yīng)用于OVG道集,即可得到非剛性匹配法時(shí)差校正后的OVG道集。

圖16 非剛性匹配法流程示意

相干法只能將分析時(shí)窗內(nèi)同相軸校平,時(shí)窗外通常還存在一定程度的同相軸扭曲,NRM法能夠?qū)VG道集的淺-中-深層同相軸同時(shí)校平,效果優(yōu)于相干法(圖17)。與相干法校正后的偏移疊加剖面相比,采用NRM法得到的剖面層間信息更加豐富,信噪比有所提升(圖18)。

圖17 校正前(a)、相干法(b)與NRM(c)校正后的OVG偏移道集

圖18 校正前(a)、相干法(b)與NRM(c)校正后的OVT域偏移疊加剖面

2.2 應(yīng)用效果

將復(fù)雜山地OVT域全方位處理技術(shù)應(yīng)用于DX深層頁(yè)巖氣探區(qū),獲得了相對(duì)均勻、規(guī)則、保幅的方位-偏移距疊前成像道集(OVG螺旋道集),相較于常規(guī)共偏移距分組疊前偏移成像道集,規(guī)則化后的OVT域疊前成像道集具有近、中、遠(yuǎn)偏移距覆蓋次數(shù)均勻,疊前信息豐度更高(信息量增加3～4倍)的特點(diǎn),并且道集同相性更佳,AVO保幅性更好,方位信息可靈活劃分。此外,避免了常規(guī)共偏移距分組疊前偏移成像道集具有的保幅性較差的紡錘型AVO特征(近偏移距與遠(yuǎn)偏移距振幅弱、中偏移距振幅強(qiáng))(圖19)。

圖19 DX探區(qū)三維道集劃分與偏移道集a 傳統(tǒng)共偏移距劃分及其偏移后的CRP道集; b OVT片劃分及其時(shí)差校正后的偏移道集

OVT域全方位處理技術(shù)使得復(fù)雜構(gòu)造區(qū)深層頁(yè)巖地層地震成像品質(zhì)和精度得到大幅提升,可以準(zhǔn)確識(shí)別出10m左右的微幅構(gòu)造及其相關(guān)小斷層(圖20)。該技術(shù)的應(yīng)用提升了構(gòu)造成圖精度,優(yōu)化了水平井軌跡設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了DYS2井(埋深約4300m)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖鉆遇率100%。截至2021年底,該井日產(chǎn)氣41.2×104m3,是繼DYS1井獲得高產(chǎn)工業(yè)頁(yè)巖氣流后的又一口高產(chǎn)氣井,創(chuàng)造了DX探區(qū)探井測(cè)試產(chǎn)量新高,進(jìn)一步證實(shí)了該區(qū)塊埋深超4000m的深層頁(yè)巖氣規(guī)模增儲(chǔ)上產(chǎn)的潛力。

圖20 DYS2井區(qū)三維資料的局部微幅構(gòu)造及相關(guān)小斷層a 立體顯示; b 平面顯示

OVT域全方位處理技術(shù)充分保留了頁(yè)巖地層反射波各向異性振幅信息,提升了深層頁(yè)巖氣裂縫及其它“甜點(diǎn)”參數(shù)地震預(yù)測(cè)精度[9],為水平井軌跡方位/靶窗優(yōu)選、壓裂方案設(shè)計(jì)和儲(chǔ)層體積改造后的評(píng)估提供了重要依據(jù)(圖21)。

圖21 DX探區(qū)三維志留系龍馬溪組DYS1井區(qū)HF水平段頁(yè)巖裂縫預(yù)測(cè)及分段破裂壓力結(jié)果a 基于CMP道集裂縫預(yù)測(cè)剖面; b 基于OVT數(shù)據(jù)裂縫預(yù)測(cè)剖面; c 分段破裂壓力

3 結(jié)束語(yǔ)

1) 針對(duì)川東南高陡構(gòu)造帶深層頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn),在現(xiàn)有束狀三維采集模式下,炮道采樣對(duì)稱均勻的全(寬)方位、高覆蓋、強(qiáng)耦合三維地震采集方案,可以最大程度地確保深層頁(yè)巖氣勘探所需的充分、均勻與完備的地震信息采集,有效支撐與深層頁(yè)巖氣構(gòu)造保存評(píng)價(jià)密切相關(guān)的復(fù)雜構(gòu)造高精度地震成像,為高精度五維資料處理解釋及頁(yè)巖氣可壓裂性“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

2) 適應(yīng)于復(fù)雜山地變觀采集的OVT域全方位地震處理技術(shù),可以充分保留寬方位三維地震疊前成像道集的方位-偏移距信息,實(shí)現(xiàn)高精度全方位三維成像,支撐高精度疊前多參數(shù)反演、五維精細(xì)解釋以及裂縫預(yù)測(cè)等技術(shù)的高質(zhì)量實(shí)施。

3) DX探區(qū)應(yīng)用結(jié)果表明,地質(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證與OVT域全方位地震處理基本能夠保障高陡構(gòu)造帶深層頁(yè)巖氣勘探獲得高品質(zhì)、高信息豐度的地震成像數(shù)據(jù),滿足深層頁(yè)巖氣(埋深超4000m)構(gòu)造保存評(píng)價(jià)、水平井軌跡設(shè)計(jì)及可壓裂性預(yù)測(cè)等工作需要。

隨著新型智能地震采集裝備(如新型節(jié)點(diǎn)式無(wú)纜自主獨(dú)立采集裝備)的發(fā)展,四川盆地復(fù)雜山地全時(shí)空域全波場(chǎng)地震野外采集將成為現(xiàn)實(shí)?；诘刭|(zhì)目標(biāo)導(dǎo)向的高精度山地三維(炮道密度超過(guò)百萬(wàn)、數(shù)萬(wàn)道同時(shí)接收)將得到更大規(guī)模的高效應(yīng)用,并推動(dòng)更先進(jìn)的地震處理解釋技術(shù)應(yīng)用價(jià)值得以充分釋放(如折射-潛波聯(lián)合近地表速度建模、角度域疊前全方位偏移成像、五維精細(xì)解釋以及基于TI介質(zhì)的各向異性參數(shù)反演、疊前深度偏移與工程“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)),進(jìn)而挖掘更多有用的油氣地質(zhì)信息,支撐四川盆地復(fù)雜構(gòu)造帶深層頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)。此外,隨著壓縮感知塊狀非規(guī)則(隨機(jī))地震采集與數(shù)據(jù)重構(gòu)技術(shù)的發(fā)展,可以針對(duì)南方山地實(shí)際地震地質(zhì)條件,在最大程度降低冗余地震信息采樣的情況下,進(jìn)一步探索經(jīng)濟(jì)型全時(shí)空域全波場(chǎng)高精度地震勘探之路。