珠江口盆地珠一坳陷斷層陰影帶成像技術(shù)與實(shí)踐

白海軍,程學(xué)歡,趙 超,楊登鋒,袁 陽(yáng)

(中海油深圳分公司研究院,廣東深圳518000)

1 存在的問(wèn)題

珠江口盆地珠一坳陷的多個(gè)凹陷都呈NE、NEE向展布,而晚期斷層多呈NWW、近EW向分布,這些晚期斷層對(duì)圈閉形成和油氣匯聚具有重要的控制作用,對(duì)發(fā)育在正斷層上升盤(pán)(也稱(chēng)為“斷層下盤(pán)”)的構(gòu)造圈閉成藏非常有利。斷層上升盤(pán)構(gòu)造成像經(jīng)常發(fā)生畸變,特別是一些面積較小的斷層圈閉,如何精細(xì)落實(shí)斷層陰影帶構(gòu)造,對(duì)井位部署和儲(chǔ)量評(píng)估至關(guān)重要。

FAGIN[1]和TRINCHERO[2]最早將時(shí)間偏移剖面中斷層上升盤(pán)不可靠三角區(qū)域中出現(xiàn)的同相軸扭曲、錯(cuò)斷和振幅變?nèi)醅F(xiàn)象定義為斷層陰影。疊前深度偏移(PSDM)是消除斷層陰影的最常用技術(shù)[3-7],高精度的速度模型是決定PSDM成像效果的關(guān)鍵因素,層析速度反演在PSDM速度建模中得到了廣泛應(yīng)用,在此基礎(chǔ)上,通過(guò)構(gòu)造約束可進(jìn)一步提高速度模型精度[3,6-7],針對(duì)斷塊構(gòu)造速度橫向變化快的特點(diǎn),一些學(xué)者應(yīng)用層位和斷層共同約束進(jìn)行速度建模[6-7],提高速度場(chǎng)精度,解決復(fù)雜斷層區(qū)的成像問(wèn)題。除了PSDM,一些學(xué)者通過(guò)建立斷層陰影帶地質(zhì)模型,進(jìn)行地震正演模擬,統(tǒng)計(jì)時(shí)間域構(gòu)造畸變量,對(duì)PSTM資料上的斷層陰影帶構(gòu)造進(jìn)行校正,以獲得更合理的構(gòu)造圖[8-10],在鉆井較多地區(qū),由于速度以及構(gòu)造先驗(yàn)信息較豐富,該方法簡(jiǎn)單實(shí)用,但在無(wú)井或者井較少的地區(qū),其應(yīng)用受到限制。

通過(guò)深度偏移處理,在一定程度上能夠改善斷層陰影帶的成像,然而,由于地下介質(zhì)的方位各向異性客觀存在[11-12],特別是在發(fā)育多組斷裂的區(qū)域,各向異性現(xiàn)象更為突出,海洋拖攬三維地震采集的單個(gè)方位數(shù)據(jù),僅僅依靠處理技術(shù),并不能徹底解決斷層陰影帶成像難題[11-16]。HARDWICK等[12]通過(guò)復(fù)雜模型照明分析得出結(jié)論:無(wú)論平行于斷層還是垂直于斷層采集都無(wú)法獲取斷層兩側(cè)精細(xì)地層速度,斷層陰影帶同相軸都會(huì)扭曲和畸變,并且平行于斷層的地震采集帶來(lái)的斷層陰影帶現(xiàn)象更為嚴(yán)重。理論上,多方位、全方位地震采集的資料具有開(kāi)展各向異性分析、提高地震資料信噪比和空間分辨率等優(yōu)勢(shì),對(duì)消除斷層陰影最為有效[11,13-14]。近年來(lái),海上二次三維采集通過(guò)對(duì)采集參數(shù)(如采集方向、槍纜沉放深度、電纜長(zhǎng)度和氣槍容量等)進(jìn)行優(yōu)化,在斷層陰影帶成像質(zhì)量改善方面取得了較好的應(yīng)用效果,與之配套的雙方位地震資料的處理技術(shù)也得到快速發(fā)展[15-17]。

在研究區(qū)勘探實(shí)踐中,形成了針對(duì)斷層陰影帶構(gòu)造落實(shí)的3種有效的技術(shù)和方法,其中,PSDM技術(shù)適用范圍廣,發(fā)展成熟,引入斷控+層位約束的層析速度建模能提高斷層兩側(cè)成像精度。發(fā)展了基于正演模擬的斷層陰影帶構(gòu)造成圖方法,提出了雙參數(shù)誤差校正圖版,更好地約束斷層陰影帶構(gòu)造畸變量計(jì)算,初步獲得斷層陰影帶更合理的構(gòu)造形態(tài),為層析速度反演提供了更好的構(gòu)造導(dǎo)向約束,可進(jìn)一步改善PSDM在斷層陰影帶的成像效果。針對(duì)典型二次三維靶區(qū),對(duì)比了垂直于斷層和平行于斷層采集的三維地震數(shù)據(jù)在斷層陰影帶的成像效果,分析了更有利于斷層陰影帶成像的地震采集方式和處理技術(shù)。

2 技術(shù)對(duì)策

本文針對(duì)斷層陰影帶構(gòu)造落實(shí)的3種技術(shù)主要包括:①斷控速度建模和PSDM;②基于正演模擬的PSTM資料斷層陰影帶構(gòu)造成圖,主要適用于鉆井資料豐富的地區(qū),也可以為PSDM的速度建模提供更好的層位約束;③二次三維采集和雙方位融合處理,在本工區(qū)斷層陰影帶成像效果顯著,只是研究區(qū)目前僅在重點(diǎn)靶區(qū)進(jìn)行了二次三維采集。

2.1 斷控速度建模和PSDM

斷層陰影最初被定義為時(shí)間偏移剖面上斷層上升盤(pán)不可靠三角區(qū)域,表現(xiàn)為同相軸扭曲、錯(cuò)斷,特別是當(dāng)斷層斷距較大時(shí),兩側(cè)速度差異大,時(shí)間偏移成像算法不能處理速度劇烈橫向變化問(wèn)題,從而無(wú)法從根本上解決斷層陰影帶的成像問(wèn)題。理論上,只要能建立精確的速度模型,PSDM就能消除斷層陰影假象。

層析速度反演是目前應(yīng)用最廣泛的深度域偏移成像速度建模方法。常規(guī)的層析速度建模方法不能準(zhǔn)確獲取斷層附近區(qū)域的速度,因而無(wú)法解決斷層陰影帶成像問(wèn)題;構(gòu)造約束層析反演技術(shù)充分利用了地震解釋層位進(jìn)行約束,可以提高速度反演精度。然而,對(duì)于斷層較發(fā)育的地質(zhì)情況,特別是斷距較大、斷層兩側(cè)速度差異較大時(shí),構(gòu)造約束層析反演精度仍然不夠。在速度建模過(guò)程中,加入斷層,利用斷層和層位共同約束進(jìn)行速度建模,能夠提高斷層兩側(cè)的速度場(chǎng)精度,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)層析成像技術(shù)不能精細(xì)描述斷層兩側(cè)速度變化的缺陷。

如圖1所示,常規(guī)的層析反演(圖1a)精度較低;構(gòu)造約束層析反演(圖1b)考慮了地層的傾角,速度模型精度提高,但是在斷層附近,速度模型精度仍然不夠;斷控+層位約束層析反演(圖1c)利用層位和斷層對(duì)網(wǎng)格層析中的插值過(guò)程進(jìn)行約束,考慮了斷層兩側(cè)速度突變的特征,可以獲得更精確的速度模型。

圖1 斷層模型的3種不同層析反演方法

以研究區(qū)某構(gòu)造為例,展示斷控+層位約束層析速度反演的效果。首先基于PSTM速度場(chǎng)建立初始速度模型,再綜合地震解釋層位、主要斷層數(shù)據(jù),選擇合理的層位-斷層建模方法和速度場(chǎng)插值算法,得到斷控+層位約束的速度模型。與常規(guī)的僅構(gòu)造約束的層析反演結(jié)果(圖2a)相比,斷控+層位約束層析反演速度場(chǎng)(圖2b)精度更高。圖中色標(biāo)沒(méi)有采用漸變顏色,僅僅是為了更突出速度場(chǎng)的橫向變化。

圖2 垂直斷層的主側(cè)線層析速度反演結(jié)果對(duì)比

2.2 基于正演模擬的斷層陰影帶構(gòu)造成圖方法

通過(guò)井、震資料結(jié)合開(kāi)展地震正演研究,定量揭示斷層陰影帶時(shí)間域地震資料畸變特征,并通過(guò)構(gòu)建校正量網(wǎng)格或校正解釋的方式,對(duì)PSTM資料斷層陰影帶構(gòu)造成像畸變進(jìn)行校正,來(lái)恢復(fù)斷層陰影帶的真實(shí)構(gòu)造形態(tài)[8,10],利用該方法獲得斷層陰影帶相對(duì)合理的構(gòu)造結(jié)果,為斷控+層位約束PSDM處理提供相對(duì)合理的構(gòu)造導(dǎo)向約束,進(jìn)一步提高速度模型的精度和成像質(zhì)量。

在前人研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合靶區(qū)內(nèi)斷層陰影帶構(gòu)造所有已鉆井的深度誤差(實(shí)鉆深度減去預(yù)測(cè)深度)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,提出以“雙參數(shù)深度誤差圖版”+“模型正演”相結(jié)合的斷層陰影帶構(gòu)造成圖方法,取得了較好的應(yīng)用效果,該方法關(guān)鍵的2個(gè)步驟為基于已鉆井誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立“雙參數(shù)誤差圖版”和基于地質(zhì)模型的地震正演模擬確定校正量。

2.2.1 基于已鉆井誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立“雙參數(shù)誤差圖版”

該靶區(qū)位于油田區(qū),對(duì)6個(gè)已鉆井構(gòu)造主力油層的深度誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,深度誤差與兩個(gè)因素相關(guān)性最高:①斷層的斷距;②斷層的走向與地震采集方向之間的夾角(簡(jiǎn)稱(chēng)夾角,夾角為0,兩者平行;夾角為90°,兩者垂直)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。由圖3可見(jiàn),深度誤差與斷距正相關(guān),斷距越大誤差越大(圖3a);深度誤差與夾角負(fù)相關(guān),夾角越小誤差越大(圖3b)。

基于圖3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,利用靶區(qū)內(nèi)斷層陰影帶的多口井主力層深度誤差數(shù)據(jù)可以繪制能反映深度誤差變化規(guī)律的雙參數(shù)圖版,如圖4所示。為了規(guī)律性更強(qiáng),進(jìn)行了篩選,只保留典型的數(shù)據(jù)。將斷層走向與地震采集方向的夾角劃分為4組:0～20°,20°～40°,40°～60°,60°～90°,圖版中每一簇曲線代表一個(gè)確定的夾角范圍的深度誤差隨斷距的變化。由圖4可以看出,夾角較小時(shí),整體深度誤差較大;同一夾角,深度誤差隨斷距增大而增大。對(duì)于靶區(qū)內(nèi)未鉆井圈閉,因?yàn)閵A角和斷距已知,所以利用該圖版可以較好地約束深度誤差,避免校正量過(guò)大。

圖3 鉆井深度誤差與斷距(a)、夾角(b)統(tǒng)計(jì)關(guān)系

圖4 雙參數(shù)(斷距、夾角)深度誤差圖版

2.2.2 基于地質(zhì)模型的地震正演模擬確定校正量

雙參數(shù)誤差圖版建立后,還需要結(jié)合正演模擬,獲得具體校正量(深度誤差)平面分布。具體步驟如下:①建立正演地質(zhì)模型(圖5a),結(jié)合已鉆井資料,制作深度域速度填充模型;②地震正演模擬(圖5b),利用自激自收的方式,根據(jù)斷層陰影帶內(nèi)地震同相軸反射時(shí)間相對(duì)于陰影帶外的同相軸的時(shí)間差,計(jì)算時(shí)間域構(gòu)造畸變量;③繪制誤差校正網(wǎng)格化的平面圖,完成多條模型剖面的正演,統(tǒng)計(jì)畸變量平面分布,通過(guò)插值建立畸變量。

圖5 靶區(qū)內(nèi)A構(gòu)造的地質(zhì)模型(a)和正演模擬時(shí)間剖面(b)

獲得斷層陰影帶內(nèi)時(shí)間域構(gòu)造畸變量后,容易得到斷層陰影帶校正后的構(gòu)造圖。以靶區(qū)內(nèi)的A構(gòu)造為例,斷層走向與采集方向夾角為60°～90°,斷距為110～145m,通過(guò)圖4預(yù)測(cè)校正量為10m左右,時(shí)間域誤差和校正前、后結(jié)果如圖6所示。結(jié)合多條剖面的正演、統(tǒng)計(jì)和插值,建立的斷層陰影帶時(shí)間域構(gòu)造校正量平面分布圖如圖6a所示,校正前、后的時(shí)間構(gòu)造圖(等t0圖)如圖6b和圖6c所示?？梢钥闯?經(jīng)過(guò)斷層陰影帶校正后,構(gòu)造高部位的畸變特征得到了較好恢復(fù),圈閉形態(tài)更加自然合理,與區(qū)域認(rèn)識(shí)和P6井的鉆探結(jié)果也更吻合。

圖6 A構(gòu)造主力油層基于正演模擬的斷層陰影帶校正

用同樣的方法,對(duì)斷層陰影帶的重點(diǎn)層位進(jìn)行基于正演模擬的構(gòu)造校正,初步獲得斷層陰影帶相對(duì)合理的構(gòu)造形態(tài),可為層析速度建模提供更準(zhǔn)確的構(gòu)造導(dǎo)向約束,從而進(jìn)一步改善PSDM成像效果。

2.3 二次三維采集和雙方位處理

近年來(lái),在研究區(qū)的重點(diǎn)靶區(qū)逐步部署了二次三維地震勘探,與一次三維地震相比,一方面對(duì)電纜長(zhǎng)度、槍纜沉放深度、氣槍容量進(jìn)行了升級(jí),另一方面,采集方向普遍垂直于主要控圈斷層的走向?？碧綄?shí)踐證明,對(duì)于斷層陰影帶成像,垂直斷層方向采集的二次三維地震數(shù)據(jù)優(yōu)于平行斷層采集的一次三維地震數(shù)據(jù);進(jìn)一步,雙方位融合處理的地震資料成像效果最佳,既消除了斷層陰影帶成像畸變,又提高了信噪比。

以研究區(qū)某二次三維靶區(qū)為例介紹雙方位融合處理技術(shù)。該區(qū)一次三維采集方位角為120°/300°(稱(chēng)A方位,這里定義正北方向?yàn)?,正東方向?yàn)?0°),二次三維采集的方位角為30°/210°(稱(chēng)B方位),兩塊三維采集方向正交。圖7是相同位置的B方位和A方位采集地震數(shù)據(jù)的CDP道集和速度譜,圖7b中速度譜上疊合顯示了圖7a速度趨勢(shì)線(黑色)。由圖7可以看出,當(dāng)兩個(gè)方位的道集都被有效拉平時(shí),速度譜是有差異的:B方位數(shù)據(jù)(圖7a)速度小,A方位數(shù)據(jù)(圖7b)速度更大,在淺層1.5s速度差異約20m/s,在中深層2.8s附近速度差異超過(guò)50m/s。綜合分析認(rèn)為,該速度譜差異反映了P波速度方位各向異性特征,進(jìn)一步說(shuō)明進(jìn)行雙方位各向異性處理尤為必要。

圖7 相同位置B方位(a)和A方位(b)的CDP道集和速度譜

進(jìn)行雙方位地震資料融合處理的關(guān)鍵是獲得各向異性速度場(chǎng),TSVANKIN[18]和GRECHKA等[19-20]提出方位速度差異及各向異性參數(shù)估計(jì)方法,我們采用正交各向異性假設(shè),每個(gè)方位用VTI介質(zhì)近似,進(jìn)行聯(lián)合速度反演的步驟為:①建立初始速度模型,兩個(gè)方位聯(lián)合層析反演,得到各向同性速度模型;②利用聯(lián)合反演的速度模型,對(duì)兩個(gè)方位分別進(jìn)行各向同性偏移,然后基于偏移得到的多方位道集,結(jié)合井資料,分別估算每個(gè)方位的各向異性參數(shù)(ε和δ);③對(duì)兩個(gè)方位的各向異性參數(shù)分別進(jìn)行更新;④利用聯(lián)合反演速度場(chǎng)與更新后的各向異性參數(shù),對(duì)兩個(gè)方位分別進(jìn)行各向異性偏移;⑤對(duì)不同方位偏移后的道集進(jìn)行與傾角和方位角相關(guān)的時(shí)差校正,然后進(jìn)行疊加成像。靶區(qū)雙方位聯(lián)合層析速度反演流程如圖8所示,仍然用2.1節(jié)的速度建模方法,以確保速度模型更新的效果。

圖8 雙方位聯(lián)合層析速度反演流程

圖9a和圖9b分別給出了采用各向同性和各向異性速度場(chǎng)得到的兩個(gè)方位蝴蝶道集。由圖9可以看出,采用各向同性速度場(chǎng)A方位和B方位道集不能同時(shí)被拉平,有的下拉,有的上翹,有明顯的剩余時(shí)差,證實(shí)了兩個(gè)方位的數(shù)據(jù)在速度上存在差異;采用各向異性速度場(chǎng)得到的兩個(gè)方位的道集同時(shí)被拉平,成果數(shù)據(jù)上的同相軸更聚焦,資料信噪比更高。

圖9 采用各向同性(a)和各向異性(b)速度場(chǎng)得到的兩個(gè)方位蝴蝶道集

3 效果分析

為了展示斷控+層位約束速度建模技術(shù)的應(yīng)用效果,將PSDM新老成果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖10所示。新老成果均應(yīng)用各向異性偏移成像方法,兩次PSDM處理的差異在于,老成果的層析速度反演僅用構(gòu)造約束,新成果用斷控+層位約束,并且應(yīng)用基于正演模擬的斷層陰影帶構(gòu)造成圖方法對(duì)校正后的構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行約束,進(jìn)一步提升速度模型的精度。以圖中左側(cè)斷層為例,箭頭標(biāo)識(shí)的位置新成果斷面成像明顯改善,斷層陰影帶同相軸不合理的“上翹”、“下拉”、和“錯(cuò)斷”都得到合理的恢復(fù),斷層上升盤(pán)構(gòu)造更加合理,對(duì)于右側(cè)斷層,在2600m以下,受“X型”斷層擠壓作用,斷層上升盤(pán)地層有一定上翹,新成果上斷層兩側(cè)地層(箭頭標(biāo)識(shí)的位置)對(duì)比更可靠,因此,靶區(qū)后續(xù)針對(duì)斷層圈閉落實(shí)的PSDM處理均采用斷控+層位約束速度建模。

圖10 PSDM老成果(a)、新成果(b)剖面對(duì)比

為了對(duì)比A方位、B方位和雙方位融合處理數(shù)據(jù)的優(yōu)劣,圖11給出了3套數(shù)據(jù)在斷層陰影區(qū)的典型剖面。由圖11可以看出,該剖面有3條主要的正斷層,每個(gè)斷層都有斷層陰影帶現(xiàn)象,斷距越大斷層陰影越嚴(yán)重。平行斷層采集的A方位成果數(shù)據(jù)(圖11a)信噪比低,連續(xù)性差,斷層陰影帶畸變非常嚴(yán)重,甚至在斷層f2上升盤(pán)出現(xiàn)“假斷層”;相比之下,垂直斷層采集的B方位成果數(shù)據(jù)(圖11b)在斷層陰影帶成像有明顯改善,信噪比提高,斷層陰影帶地層產(chǎn)狀趨于合理,斷層f2上升盤(pán)未見(jiàn)“假斷層”,兩套數(shù)據(jù)處理流程相同,這表明垂直斷層采集更有利于斷層陰影帶成像。

圖11 A方位(a)、B方位(b)和雙方位(c)PSDM剖面對(duì)比

進(jìn)一步對(duì)比雙方位融合(圖11c)與兩個(gè)單方位成像結(jié)果,雙方位融合處理技術(shù)在斷層陰影區(qū)成像效果最好,構(gòu)造形態(tài)最合理,有效地消除了A方位資料和B方位資料上不合理的“上翹”、“下拉”和錯(cuò)斷假象,此外,雙方位成果數(shù)據(jù)的信噪比也是最高的,斷面、深層和基底成像也最清晰。

對(duì)3套成果數(shù)據(jù)沿1500ms提取的相干體切片如圖12所示,該深度為主要目的層段,圖中用箭頭標(biāo)記了幾處關(guān)鍵對(duì)比位置?？梢钥闯?A方位數(shù)據(jù)(圖12a)斷層陰影帶問(wèn)題最嚴(yán)重,表現(xiàn)為斷面模糊,不干脆;B方位數(shù)據(jù)(圖12b)有所改善,斷層較為清晰;雙方位成果數(shù)據(jù)(圖12c)信噪比最高,特別是斷層成像有大幅改善,邊界干脆,斷層交切關(guān)系清楚。由于3套資料均采用了相同的斷控+層位約束速度建模方法,因此斷層成像的差異主要來(lái)自采集方向以及單方位與雙方位的差異。

圖12 A方位(a)、B方位(b)和雙方位(c)成果數(shù)據(jù)1500ms處的相干體切片

4 結(jié)論

1) 基于斷控+層位約束的層析速度建模和PSDM處理可以改善斷層陰影帶構(gòu)造成像質(zhì)量。采用基于正演模擬的斷層陰影帶構(gòu)造成圖方法,可獲得斷層陰影帶的相對(duì)合理的構(gòu)造形態(tài),為層析速度建模提供更準(zhǔn)確的構(gòu)造導(dǎo)向約束,達(dá)到解釋-處理一體化的效果。

2) 各向異性現(xiàn)象較明顯時(shí),垂直斷層采集的地震數(shù)據(jù)和平行于斷層采集的地震數(shù)據(jù)速度差異明顯,就斷層陰影帶成像而言,垂直斷層采集比平行斷層采集更有利。

3) 雙方位聯(lián)合層析速度反演和各向異性PSDM處理,使地震資料信噪比顯著提高,斷層陰影帶成像更好,構(gòu)造形態(tài)更合理,有利于落實(shí)斷層上升盤(pán)圈閉,雙方位融合處理技術(shù)可在其它二次三維靶區(qū)推廣應(yīng)用。