海上雙方位地震資料OVT域聯(lián)合成像技術在斷層陰影區(qū)的應用

李黎 劉道理 郭飛 張振波 徐超 吳成

關鍵詞： 斷層陰影，雙方位，OVT 域，斷控層析，各向異性，聯(lián)合成像

0 引言

斷控油藏在南海海域普遍存在，受海上地震資料采集方式、方向、速度建模以及偏移方法等影響，斷裂下盤常常會出現(xiàn)陰影區(qū)[1]，具體表現(xiàn)為反射雜亂、能量不聚焦，同相軸“上拉”“下拉”以及高角度錯斷，在陡傾角斷裂帶甚至出現(xiàn)地層產狀（傾角）畸變。斷層兩側速度差異是陰影區(qū)構造成像畸變的根本原因，疊前時間偏移（PSTM）無法解決速度橫向變化問題，而疊前深度偏移（PSDM）是消除斷層陰影的最常用技術，其關鍵是獲取高精度的速度模型[2]。近年來行業(yè)內發(fā)展了一系列的精細速度建模技術[3?5]，但在斷裂發(fā)育的復雜構造區(qū)，速度橫向變化劇烈，各向異性現(xiàn)象明顯，僅依靠處理技術，三維窄方位地震資料并不能徹底解決此類成像難題。

針對陸地束狀觀測系統(tǒng)采集的地震資料，諸多學者對多方位及寬方位地震資料處理技術開展了一系列的研究[6?8]，相關配套技術取得了快速發(fā)展。海上二次三維資料采集技術的迅速開展，使得照明度不斷提高，波場相對豐富，在復雜構造成像、振幅保真及裂縫預測等方面具有明顯的優(yōu)勢[9?10]。針對海上拖纜不同方位的三維地震資料聯(lián)合成像，朱明等[11]利用各向同性PSDM 獲得兩個方位的方位角道集，通過道集的剩余時差反演兩個方位資料的速度模型，結合測井信息標定，形成兩個方位的各向異性速度場； 也有學者[12?14]提出利用雙方位資料的剩余時差聯(lián)合層析反演，用反演速度模型對兩個方位資料偏移得到雙方位道集，結合井信息分別更新兩個方位的各向異性參數(shù)，該處理技術流程目前廣泛采用。由于海上拖纜采集的特殊性以及成本控制，即使二次三維采集也會存在方位角的缺失，不同采集方向地震資料具有不同的方位信息，尤其是近正交采集的地震數(shù)據(jù)成像具有明顯差異。為保證不同方位偏移后的道集拉平以及疊加效果，常采用與傾角和方位角相關的時差校正，雖然能較好地解決區(qū)域強反射界面標準層的時差問題，但是標準層層間地震波能量相對較弱，層間時差難以徹底消除，在復雜構造區(qū)成像效果變差。

本文針對南海海域斷裂帶的復雜構造，分析了不同年份、不同采集方位三維地震資料的差異，采用雙方位OVT 域處理后的融合地震數(shù)據(jù)進行斷控約束網(wǎng)格層析速度建模。首先，OVT 域“五維”數(shù)據(jù)同時保留了炮檢距和方位角信息，其次，統(tǒng)一的各向同性速度模型基本消除了斷裂附近的速度畸變，使得不同方位資料的PSDM 成像基本一致。最后，結合TTI介質PSDM 進一步改善了斷層陰影區(qū)的成像效果。該方法對該地區(qū)同類型斷控構造成像研究具有一定借鑒意義。

1 斷層陰影區(qū)不同方位角地震資料差異分析

從方差體屬性切片上看（圖１），研究區(qū)普遍發(fā)育多組近北西西向的斷裂。為滿足早期區(qū)域勘探需求，第一期三維地震資料的采集方向垂直于控洼大斷裂，采集方位角為99°/279°，與研究區(qū)的近北西西向的控圈斷裂近似平行，不利于斷控油藏構造落實。第二期三維地震資料采集考慮到控圈斷裂的走向，采集方位角為20°/200°，與第一期采集方向近似正交（圖2）。另外考慮深層資源評價以及鬼波壓制等，對電纜長度、震源容量以及沉放深度等參數(shù)進行了優(yōu)化和升級。兩期三維地震資料采集主要參數(shù)見表1。

研究區(qū)在斷裂下盤發(fā)現(xiàn)多個構造油藏，主要分布在韓江組至珠江組（T32～T60）地層，埋深約900～2700 m（圖3）。根據(jù)探井2 實測速度曲線，目的層段速度為2300～4300 m/s，主控斷裂的垂向斷距約為80～370 m，按照速度垂向梯度，斷層兩側的地層速度差異為90～435 m/s。

圖4a 為南北向（ 近垂直于控圈斷裂走向） 的PSTM 地震剖面，針對圖中白線所示的位置開展不同方位數(shù)據(jù)的速度譜及道集分析（圖4b、圖4c）。與Ts?vankin 等[15]認識一致，即第一期資料采集方向近平行于控圈斷裂走向，地震射線穿過下盤的高速層較多，速度明顯偏大。第二期資料采集方向近垂直于斷裂走向，射線穿過上盤低速層相對較多，速度明顯偏小，不同方位的疊前時間偏移資料在斷裂附近成像差異明顯。在斷裂上盤（埋深約1. 5 s 以上）的平穩(wěn)地層，兩個方位資料的均方根速度差異不大，但在斷裂的下盤（埋深約1. 5 s 以下）兩個方位資料的均方根速度差異明顯變大，最大可達120 m/s。

通過對不同方位采集地震資料的分析，觀測方位接近正交，受斷裂走向、傾角以及地層產狀等影響，速度隨方位變化較大，基于傳統(tǒng)速度分析技術很難精確刻畫斷裂帶的速度變化。因此，建立一個穩(wěn)定、具有物理意義的統(tǒng)一速度場存在一定難度。

2 雙方位地震資料OVT 域聯(lián)合成像技術

雙方位融合地震資料可增加斷裂陰影區(qū)照明度，在一定程度上接近寬方位采集效果。但不同年度、不同方位的射線路徑不同，若速度與各向異性參數(shù)估計略有不準，則雙方位資料聯(lián)合成像的效果低于優(yōu)勢單方位。為充分利用不同方位采集的地震數(shù)據(jù)，本文采用雙方位OVT 域處理后的融合數(shù)據(jù)進行斷控約束各向同性速度建模以及各向異性深度偏移聯(lián)合成像技術，主要步驟如下：

（1）對不同方位采集的三維地震數(shù)據(jù)分別進行預處理，為滿足不同方位資料融合，建立統(tǒng)一處理面元的觀測系統(tǒng)；

（2）將不同方位的三維地震數(shù)據(jù)合并，對融合后的三維地震數(shù)據(jù)進行一致性處理；

（3）充分保留數(shù)據(jù)的方位角信息，分方位去噪和規(guī)則化處理；

（4）基于規(guī)則化后的OVT 域道集，在斷控約束的基礎上建立深度域正交方位各向異性參數(shù)場，通過網(wǎng)格層析聯(lián)合反演求得與方位角無關的統(tǒng)一的速度和各向異性參數(shù)體；

（5）基于統(tǒng)一的速度和各向異性參數(shù)體，對規(guī)則化后的地震數(shù)據(jù)進行TTI 各向異性疊前深度偏移和疊加。

2. 1 雙方位地震資料疊前融合處理

與第一期相比，第二期采集方位近垂直于控圈斷裂的走向，為優(yōu)勢成像方位，可作為融合處理的主方位。同時考慮資料的信噪比，建立統(tǒng)一的雙方位融合處理網(wǎng)格。在3000 m 炮檢距內兩期資料的覆蓋次數(shù)一致，但兩期資料的氣槍（震源）容量與沉放深度不同，地震子波形態(tài)及波組特征存在差異（圖5）。為提高融合效果，需對地震資料的振幅、相位以及頻率進行一致性處理。

第一期地震資料采集的氣槍容量明顯偏小，主要選取兩期資料相同或相近炮檢距疊加，統(tǒng)計單炮檢距體能量，算出匹配算子，通過調整第一期資料能量，達到兩期地震資料振幅匹配的效果。兩期資料的震源沉放深度不同，鬼波周期不同，首先應用自適應去鬼波處理[16?17]，消除鬼波影響，恢復地震子波最小相位及低頻成分，改善波組的一致性； 然后應用寬頻反褶積處理[18?19]，實現(xiàn)子波零相位化，在保證有效反射信噪比的前提下，壓縮地震子波。圖6 為處理前、后海底反射特征對比，通過去鬼波和準零相位反褶積組合技術，可基本消除兩期資料的頻率和相位差異。

海上資料受洋流及風浪等影響使電纜遠端發(fā)生漂移，覆蓋次數(shù)分布不均，特別是雙方位資料兩期的采集方向接近垂直，造成面元內覆蓋次數(shù)分布不均勻甚至產生空白。在對炮檢距分組后，不同炮檢距組的覆蓋次數(shù)也往往不均勻，在偏移數(shù)據(jù)體切片上出現(xiàn)采集腳印。疊前五維規(guī)則化技術能實現(xiàn)反假頻目的[20]，主要表現(xiàn)為均化空間覆蓋次數(shù)、消除羽狀角影響和壓制采集腳印等。由于海上拖纜采集限制，雙方位OVT 道集不標準，會存在某些方位角的缺失，炮檢距向量片不完整。為保證兩期數(shù)據(jù)融合效果，在雙方位一致性處理后的三維地震數(shù)據(jù)上分方位規(guī)則化，充分保留數(shù)據(jù)的方位信息，在OVT 域內進行疊前五維規(guī)則化處理，即在主測線、聯(lián)絡測線和時間三維基礎上增加炮檢距、方位角維度，可針對不同方位采集數(shù)據(jù)，按相同方位角的一致性實現(xiàn)規(guī)則化處理，有利于保持不同方位數(shù)據(jù)地震波場信息。

2. 2 OVT 域斷控網(wǎng)格層析速度建模

為提高斷層陰影區(qū)成像效果，充分利用不同方位地震波場信息，基于OVT 域道集開展深度域斷控約束網(wǎng)格層析速度建模，主要步驟如下（圖7）：

（1）采用純數(shù)據(jù)驅動的層析反演速度，雙方位OVT 域道集數(shù)據(jù)應用同一個初始各向同性速度模型，進行疊前深度偏移（PSDM），對兩個方位的共成像點（CIP）道集拾取剩余時差（RMO），根據(jù)射線追蹤建立聯(lián)合方程組，統(tǒng)一迭代求解最優(yōu)速度模型；

（2）針對由斷裂導致的速度橫向與縱向的速度突變以及方位各向異性，在基于純數(shù)據(jù)驅動層析反演速度的PSDM 數(shù)據(jù)體基礎上，解釋區(qū)域穩(wěn)定分布的地震反射標志層和大斷裂，建立斷控框架約束速度模型；

（3）在斷控模型的約束下，進行各向同性PSDM，拾取兩個方位CIP 道集的剩余時差，聯(lián)合迭代層析，求取最優(yōu)速度場，提升斷裂帶的速度精度，獲得適用于多方位資料的統(tǒng)一的深度域速度模型。

如何利用不同方位地震資料聯(lián)合反演速度是求取準確速度場的關鍵之一。由于常規(guī)層析得到的速度模型存在多解性，導致不同方位資料同一層位的深度不同。此外，因為難以獲得穩(wěn)定的與方位角無關的統(tǒng)一的各向異性速度場，所以常采用與傾角和方位角相關的時差校正。雖然道集可以拉平，但在雙方位聯(lián)合成像方面存在人為的不確定性。為此，本文直接基于雙方位融合的地震數(shù)據(jù)開展聯(lián)合速度建模。由于OVT 域道集數(shù)據(jù)保留了炮檢距和方位角信息，在同一個初始速度模型基礎上做網(wǎng)格層析，充分考慮不同方位的射線路徑差異，更符合斷裂帶地層中地震動校正（NMO）速度在不同方位上為橢圓的特征。同時，兩個方位數(shù)據(jù)提高了速度層析的穩(wěn)定性，降低了層析的多解性，有利于反演出高頻速度細節(jié)，提高大斷裂下方速度精度，得到更高分辨率、更加穩(wěn)定的速度模型（圖8），實現(xiàn)雙方位數(shù)據(jù)的偏移融合。

由于海上拖纜采集信息的局限性，為獲得符合地質情況的速度和各向異性參數(shù)模型，需要利用地層層序和大斷裂的先驗信息約束反演速度場。即在根據(jù)剩余時差進行射線追蹤求解聯(lián)合層析方程組時，在斷裂附近給其一個快速收斂的初始條件。在雙方位OVT 域純數(shù)據(jù)驅動網(wǎng)格層析體PSDM 的基礎上，精細解釋區(qū)域分布層序和斷裂組合，建立地震層序約束的斷控三維模型，拾取地震層序的傾角、方位角、斷層產狀信息作為先驗約束條件，采用自適應算法進行網(wǎng)格層析反演，通過多次迭代與優(yōu)化，不斷更新速度場以及地震層序與斷裂的空間位置，獲得反映巖性和構造變化規(guī)律的速度模型。圖8c 為在雙方位OVT 域純數(shù)據(jù)驅動層析基礎上斷控層析反演的速度剖面，與圖8b 相比，斷裂帶的速度精度得到顯著提高，速度模型更符合地質規(guī)律。

圖9 為速度建模過程中共成像點（CIP）道集對比。通過斷控模型約束與高精度網(wǎng)格層析，速度模型的精度逐漸提高，對應PSDM 的射線旅行時計算精度也逐步提高，兩個方位能夠獲得較平的偏移道集。但是在斷裂附近的遠炮檢距道集仍未拉平，需要開展各向異性分析和PSDM 融合成像。

2. 3 TTI 各向異性PSDM 聯(lián)合成像

復雜斷裂帶地震波沿不同方向傳播時會產生各向異性效應，各向同性處理方法無法準確描述各向異性速度，尤其對斷裂附近大炮檢距地震數(shù)據(jù)影響較大，主要表現(xiàn)為遠成像道集未拉平，斷裂帶的地層成像失真，成像深度與實鉆誤差大。TTI 介質為具有傾斜對稱軸的橫向各向同性介質，用5 個參數(shù)描述，分別是沿對稱軸方向的傳播vP0、Thomsen 各向異性參數(shù)δ 和ε、對稱軸傾角θ 和方位角φ。其中θ 和φ 一般通過掃描深度域地震剖面直接得到[21]。

研究區(qū)韓江組—珠江組主要為海相砂泥巖沉積，地層橫向分布穩(wěn)定，受區(qū)域地質應力影響，發(fā)育多組產狀相似的陡傾角的大斷裂，地震各向異性主要由定向斷裂和砂泥互層引起。因此，采用TTI 介質各向異性層析方法建立統(tǒng)一的與方位角無關的速度模型和各向異性參數(shù)體。具體實現(xiàn)步驟如下（圖7）：

（1）在雙方位OVT 域斷控層析的與方位角無關的速度模型基礎上，進行各向同性PSDM 體偏移，求取地質目標的傾角體和方位體，將地質認識作為約束條件融入各向異性參數(shù)層析；

（2）將測井信息作為約束條件，應用實測聲波資料和層析速度模型求取初始δ 和ε；

（3）開展方位各向異性TTI 深度偏移，對生成的兩個方位共成像點（CIP）道集拾取剩余時差，經多次迭代更新，獲得適用于多方位資料的統(tǒng)一的各向異性參數(shù)體。

圖10 是過主控斷裂位置的TTI 各向異性參數(shù)層析反演前、后PSDM 共成像點（CIP）道集對比，由圖可知層析反演后的道集校平，減少了遠道切除量，能充分利用遠炮檢距信息，可進一步提升斷裂陰影區(qū)成像品質。TTI ? PSDM 迭代過程中采用雙方位OVT 域網(wǎng)格層析提高了速度反演精度，最終獲得的各向異性速度能校平兩個方位采集的地震數(shù)據(jù)（圖11），可直接對雙方位數(shù)據(jù)進行聯(lián)合成像。

圖12 為優(yōu)勢單方位TTI?PSDM 與雙方位TTI?PSDM 聯(lián)合成像的結果對比。得益于雙方位數(shù)據(jù)應用，速度模型精度提高，在主測線方向，兩者成像效果基本一致。由于雙方位地震數(shù)據(jù)融合增加了陰影區(qū)照明度，消除了單方位采集數(shù)據(jù)在聯(lián)絡線上的采集腳印，尤其是提高了大斷裂下方的信噪比，進一步消除地震同相軸畸變，結果更符合地下真實構造形態(tài)。

3 實際資料應用

圖13 為兩期地震資料不同方法偏移成像效果對比。雙方位疊前時間偏移直接融合數(shù)據(jù)信噪比整體高于兩期各自偏移數(shù)據(jù)，但由于斷裂導致速度變化，兩期單方位的地震資料成像位置不一致，直接融合效果改善不大，在局部甚至變差。針對不同方位地震成像的差異，采用模型道相關法逐層剝離進行時差校正融合，能在一定程度上改善斷層陰影區(qū)的成像品質，但在大斷裂下方仍然存地震同相軸扭曲以及陰影殘留等問題。應用本文雙方位地震資料OVT 域聯(lián)合成像，斷點歸位合理，斷面更清晰，陰影區(qū)畸變得到有效壓制。結合方差體屬性切片（圖14）也可以看到，斷裂陰影導致的模糊帶顯著減小，更有利于斷層和構造精細解釋。

研究區(qū)A 油田（W1 井區(qū)）主要受兩條大斷裂控制，基于本文方法能更好的消除斷層陰影區(qū)地層產狀的畸變。如圖15 所示，在斷裂夾持區(qū)，地震同相軸連續(xù)、穩(wěn)定，構造幅度變緩（橢圓內），傾角由3. 50°～5. 50° 降低為0. 20°～2. 20°，更符合區(qū)域大數(shù)據(jù)統(tǒng)計的相似斷控構造的傾角規(guī)律認識。

B 油田（W2 井區(qū)）主要受一條大斷裂和一條次級斷裂控制，本文聯(lián)合成像方法能更好的消除斷層陰影區(qū)“上拉”“下拉”等地震同相軸畸變，油藏構造由之前的斷背斜變?yōu)閿啾翘卣鳎▓D16），高點位置由W2 井附近向東北偏移。后續(xù)實施的開發(fā)井證實，構造形態(tài)與鉆前新認識一致，實鉆深度誤差由?11～18 m 降低至?3～3 m，指導了開發(fā)井的高效實施（圖17）。

實際地震資料處理結果仍有不足之處，大斷裂下方的陰影區(qū)地震反射仍存在局部“錯斷”的現(xiàn)象，需在后續(xù)的資料處理過程中結合油田開發(fā)的鉆、測井信息，針對斷面附近的數(shù)據(jù)進行更精細的網(wǎng)格層析。

4 結論

針對復雜斷裂帶的構造落實，本文直接基于一致性處理以及疊前五維規(guī)則化后的融合數(shù)據(jù)開展速度建模。由于OVT 域道集保留了炮檢距和方位角信息，能充分考慮不同方位的射線旅行時信息，結合斷控模型約束層析聯(lián)合反演，建立一個穩(wěn)定、具有物理意義、與方位角無關的統(tǒng)一高精度速度場。TTI 各向異性參數(shù)層析與深度偏移聯(lián)合成像能最大程度校平地震道集，充分利用遠炮檢距數(shù)據(jù)，有效提升陰影區(qū)成像品質，是一種有效、可行的技術方案。由于海上拖纜采集的特殊性，雙方位地震資料OVT 域聯(lián)合成像技術的關鍵有兩點： 一是由于采集年度（環(huán)境）不同以及采集參數(shù)的差異，需做好不同期次資料的地震振幅、相位以及頻率的一致性處理； 二是如果二次三維采集，雙方位拖纜資料存在某些方位角的缺失，炮檢距向量片不完整，需采用疊前五維規(guī)則化技術壓制采集腳印。

實踐表明，海上不同方位采集不僅可以改善波場照明，更有利于復雜構造背景下的深度域速度精細建模。在速度橫向變化劇烈區(qū)域，OVT 域層析反演速度建模與各向異性疊前深度偏移雙方位地震數(shù)據(jù)聯(lián)合成像具有較大潛力。雙方位斷控約束網(wǎng)格層析可顯著提高復雜構造的速度模型精度，改善成像效果。