0 引言

四川盆地发育有大面积的页岩油气薄储层^[1]，开采潜力巨大，近年来已成为油气勘探开发的主力领域之一。由于受多期次构造运动的影响，盆周山地探区地表高差大，近地表速度和厚度变化剧烈，地下高陡构造及断裂发育，介质具有较强的TTI各向异性特征，叠前深度成像困难。较常规油气勘探而言，页岩储层特殊的地质特征及高效勘探的开发需求，对地震资料的保真度和精准度提出了更高的要求^[2]。

速度建模是叠前深度偏移成像的核心影响因素，针对复杂地表及近地下复杂构造，精准建立深度域速度模型极具挑战性。近地表速度不准，影响地层构造形态及成像效果；同时，针对强各向异性介质，各向同性或VTI各向异性深度偏移算法无法满足要求，尤其对高陡倾角构造成像，可能会造成更大误差^[3-10]。因此，针对复杂山前带资料的“真”地表各向异性全深度速度域建模技术在四川山地探区得到了普遍应用并取得了良好效果。李源等^[11]、戴海涛等^[12]详细讨论了TTI各向异性起伏地表全速度建模的技术思路和实现流程。姚晓龙等^[13]强调了全程TTI层析反演技术(即始终在各向异性参数约束下反演速度)针对山地复杂地表及复杂地下构造的“双复杂”强各向异性特征的地震资料微幅度构造精细准确成像的重要性。管文胜等^[14]论述了针对低信噪比资料，基于模型的层析反演在低幅度构造成像方面的重要性，在基础模型建立阶段通过层位约束和全局反演的联合应用，精准求解速度的低波数和中、高波数分量及各向异性参数。

长宁工区属于典型的“双复杂”探区，地表出露多层系、多岩性地层，灰岩激发区信噪比低，给地震资料信号处理及深度域速度建模均带来比较大的挑战。对常规地质研究而言，全工区大区域的“真”地表TTI各向异性叠前深度域速度建模和成像方法基本可满足地质研究的需求。而对于水平井勘探开发阶段的随钻跟踪物探支撑而言，对地震资料叠前深度成像的地层深度、产状精准程度均提出了更高的要求，处理周期和时效性要求也更为严格。为了给长井段水平井钻探提供及时的随钻参考地震资料，针对该地区实际地质情况、资料特点及开发生产要求，配合水平井钻探计划，采用了以钻井平台为成像目标区域，在全区叠前深度偏移处理基础上，适时开展多轮次叠前深度域速度模型精细调整及叠前深度偏移成像的工作模式。

在对全区进行处理阶段，因处理范围和数据量大，处理周期较长，并且受处理软件设计容许内存限制，速度建模中数据运算网格尺度选取难以做到非常精细，一般采用相对较大的百米级的网格；在钻井平台目标区域处理阶段，在大尺度相对可靠的成果数据基础上，有针对性地进行多因素地质分析，并将分析结果用于钻井平台区域速度模型约束，同时针对平台范围，目标导向开展小范围精细建模。根据实际需要，网格密度可以精细到50m×50m。同时，可根据水平井钻探过程中的最新钻井数据在2~3天内完成一轮更新，提交更为合理准确的处理成果，处理时效性强，可及时为后续钻井轨迹调整提供依据。因此，这一处理思路是地震资料有效支撑长井段水平井更为准确实施的有效方法。

本文介绍了在实际项目运作中，如何兼顾叠前深度成像效果和效率，配合水平井钻探计划，聚焦影响复杂山地资料在小尺度范围内地层产状及深度精准成像的关键因素，如近地表速度模型精准刻画、速度模型的低波数分量可靠求取，各向异性参数准确求取等，开展地震—地质一体化、多地质信息约束的“真”地表全深度TTI各向异性建模；并通过钻井平台目标区域滚动处理的模式，提高深度域速度模型的精度及“双”复杂区地震资料在未钻探区域对地层产状、断点归位等的预测准确程度。

1 基本地质特征及挑战

长宁工区位于四川省宜宾市和云南省昭通市，区域构造处于川西南古中斜坡低褶带、川南古坳中隆低陡弯形带和娄山褶皱带之间。地表地形复杂，集高陡山地、绝壁险峰于一体；地表起伏剧烈，相对高差达600~800m。受多期次构造运动影响，出露志留系、二叠系、三叠系、侏罗系、第四系等多层系地层，出露岩性复杂，部分地区出露二叠系、三叠系灰岩，近地表低降速带结构复杂，灰岩出露区地震资料信噪比低。二叠系发育有逆冲断层，地层叠置关系复杂。低信噪比背景下的“双”复杂区地震资料叠前深度成像难度非常大。而对于长井段水平井来说，设计长度一般超过1000m，局部构造变化的尺度范围通常在几百米，构造褶皱形变区或断裂带等复杂区域很可能在几十米的小尺度范围就会发生产状变化，因此，小尺度范围的叠前深度准确成像对速度模型的精度要求更高。

在长宁页岩气工区随钻跟踪过程中，发现多口井水平段实钻地层产状与钻前叠前深度偏移地震成果地层产状存在差异(图 1)，表现形式为水平段呈剪刀差、局部有假凹陷等。地震资料的深度、产状是钻井导向确定方案的重要参考依据之一，地震深度及产状不准与入靶点预测、铂金箱体钻遇率密切相关，影响勘探开发经济效益。因此，提高小尺度范围内未钻探区域地震资料成像的精准程度是关键。

2 “真”地表多信息约束TTI各向异性速度建模方案

地震分层与实钻真实地层深度及产状差异产生的根本原因在于叠前深度偏移速度模型的多解性和不确定性^[15-16]。针对长宁工区地震资料“双复杂”特点和叠前深度偏移地震成果在随钻跟踪中遇到的问题，本文建立了“真”地表多信息约束TTI各向异性速度建模方案流程(图 2)。该方案中，全区“真”地表各向异性TTI叠前深度速度建模及可靠成像着眼全局，是多属性地质分析和井平台滚动处理的数据基础，钻井平台区域滚动处理聚焦小尺度地质目标，是全区处理的延伸。整个动态处理过程充分体现：随着研究目标的逐渐聚焦和地质认识的逐渐加深，将水平井钻探过程中不断获取的测井信息作为深度域速度建模的约束条件，同时融入更加丰富的地质信息作为指导，可减少深度域速度模型多解性，提高小尺度范围内局部构造成像精度^[17-18]。

2.1 “真”地表TTI各向异性速度建模

深度偏移对初始速度模型较为敏感，直接关系到最终速度模型的可靠程度，初始速度趋势偏差过大，难以通过后续层析反演消除，会造成最终成像地层产状不准，出现假构造等。同时，误差具有累积效应，某一层的速度误差会影响其下全部地层成像效果，造成地震构造形态与地下真实构造产状差异、深度误差以及断点偏离等。在各向同性初始速度建模阶段，首先对近地表速度进行精细刻画，引入地质认识作为指导，以地层层位和测井速度的低频趋势作为约束条件建立初始中、深层速度模型，通过构造、沉积等地质因素及钻井速度分析，确定是否存在对下伏地层成像有影响的低速或高速异常体等，消除初始速度偏差过大对成像产状带来的误差。速度优化阶段，利用基于模型的层析反演方法，借鉴层位约束和全局反演优点，以地质层位作为约束条件，在横向上沿地质层位网格进行参数更新，在纵向上层位间网格更新尺度随着模型的地质层位而变化，可得到较为精准的高、低频速度分量和各向异性参数^[19]。

2.1.1 各向同性初始速度模型建立

(1) 近地表速度模型精细刻画。长宁工区地表复杂，低降速带速度和厚度变化快，浅层地震资料缺乏远炮检距信息，反射波层析成像难以获取可靠的近地表速度。拾取大炮初至，利用Flatiron软件进行初至波层析反演，建立高精度近地表速度模型。它可以获得时—空连续渐变的地下介质模型，更适合于纵、横向速度和厚度变化剧烈的复杂近地表速度模型刻画。在正演最小走时射线追踪计算旅行时过程中，采用菲涅尔带的射线束，更接近地震波的真实传播情况。纵向上可采用变网格模式，浅层采用小网格，深层用相对稀疏的大网格，兼顾浅层反演的精度和计算效率。反演过程中加入小折射、微测井等资料约束，同时应用其加强近炮检距权重的属性，可避免因大炮初至近炮检距缺失导致的极浅层速度模型的不稳定性，提高近地表建模精度。

(2) 中、深层初始速度建模。长宁工区处于川南和川西南之间的褶皱变形区，地下构造复杂，地层产状变化大。从测井曲线上看，二叠系发育有一套高速地层。另外，二叠系普遍发育逆掩断层，断层上、下盘地层叠置造成局部地层厚度变化快，因此，中、深层速度场较为复杂，速度纵、横向变化都比较快。

中、深层初始深度域速度模型的获得，是对大尺度平滑浮动面上获得的较为准确的叠前时间偏移均方根速度场，可通过约束速度反演的方式建立。在约束速度反演过程中，引入时间域解释的大套地质层位作为约束条件；同时，通过工区VSP测井、钻井速度提取低频趋势，对初始深度速度模型进行修正。在构造或岩性复杂区域，需要关注地质因素、测井速度中是否有明显的高速或低速异常带，并在初始深度速度体中适当表达，减小初始地震成像速度与真实地层速度的差异，避免产生假构造。

(3) 近地表速度与中深层速度融合。在“双”复杂地区，初至波层析反演获取的近地表速度与叠前时间偏移转到深度域的层速度参考面存在较大的差异，若拼接面选取不合适则会引入速度误差。长宁工区资料处理时，参考层析反演的射线密度平滑面作为融合面选取的参考位置，上、下移动拼接面确定拼接时窗，对时窗内的速度进行平滑插值处理，以保持速度的低频背景，消除速度突变，确保融合面以上近地表速度可靠、融合面上下速度过渡自然，避免人为造成地震旅行时走时异常。

2.1.2 速度模型迭代与优化

在融合近地表速度模型后的全深度域速度模型基础上，利用基于射线追踪的保持旅行时的反射波层析反演技术，通过偏移和层析迭代的方法交互进行速度反演。层析的方法采用基于模型的网格层析反演，借鉴层位约束和全局反演的优点，以地质层位为约束，在横向上沿地质层位网格进行参数更新，在纵向上层位间网格更新尺度随着模型的地质层位而变化，减少了网格层析反演速度的多解性，尤其是对于低信噪比区，有效避免网格层析产生的不符合地质规律的反演结果。而网格层析技术又能充分考虑地震及地质信息应用，将信噪比、同相轴的连续性、地层倾角、方位角及地质层位等多种信息联合反演建立速度模型。

2.1.3 全区各向异性速度模型建立

地震波在“双”复杂条件下的页岩薄互层中传播时，各向异性效应明显，采用速度场与各向异性参数场交错迭代更新的逐层TTI各向异性速度及参数反演方式，建模开始阶段即引入各向异性参数场，速度场与各向异性参数场交错迭代更新，始终利用井位分层对模型进行约束，逐层消除各向异性导致的成像与井位分层的误差。这样，每套层间的小循环迭代的深度累计误差小，迭代收敛也较快，得到的各向异性成果与井分层吻合，效果更好。

2.2 多信息约束钻井平台目标区域速度模型优化

在长宁三维全区处理阶段，地震成像的目标是对目的层构造形态、断层分布特征等精细刻画；而在水平井勘探开发阶段，为满足实施井附近的微构造及断层精细分析，钻井过程中须对入靶点位置、水平段目的层埋深、地层产状、断层位置等进行预判，为导向提供地震技术支撑，因此对小尺度范围地震资料成像精度要求大幅提高。

然而，由于地震资料采集与处理的空间采样对地震资料分辨率的限制，以及地震速度反演过程中不可规避的多解性，必然会造成地震资料与实际地层的成像误差。目前，工业中广泛应用的射线类层析反演具有成熟的理论基础且运算效率较高，符合水平井随钻跟踪对处理时效性的要求，但其高频近似导致的速度多解性更强。因此，在实际应用中，需将地质层位、断裂分布情况、岩性组合、沉积相控等多属性的地质先验信息作为约束条件，以使反演结果更具地质意义，从而有效提高反演精度。已知井的地质分层、速度等是最为可靠的基础信息，也是各向异性叠前深度速度模型和各向异性参数体求取的可靠依据和主要约束因素。

基于前期全区处理的各向异性叠前深度成果，结合水平井钻进过程中遇到的地震资料与实钻模型产状、深度差异问题，以井平台为单位，及时、合理、充分应用不断更新的地质信息，以钻井平台小区域为成像目标范围，采用滚动处理的模式，不断刻画叠前深度偏移速度模型。

2.2.1 多地质因素分析及属性约束

不同的井平台所处的构造部位不同，地层组合、岩性分布存在差异，在钻井平台目标区滚动处理过程中，以全区处理获得的高精度叠前深度偏移成果为基础，从实际的区域地质情况出发，聚焦局部目标，分析可能影响深度域速度反演的地质因素。针对图 1中水平井水平段实钻地质模型与钻前叠前深度偏移地层产状存在的剪刀差以及水平井H002存在的局部假凹陷现象进行全方位地质分析。该区二叠系龙潭组发育有一套低速页岩、栖霞—茅口组发育一套高速灰岩，上、下围岩速度存在巨大差异。从构造和地层组合关系来看，五峰组出现明显产状异常的位置，二叠系普遍发育有明显的逆冲断层(图 3、图 4)，断层上、下盘重复叠置，这种局部地层增厚导致的高、低速异常体对其下伏地层的精确成像造成影响。

在全区叠前深度偏移成果基础上，对二叠系地层进行精细构造解释，形成了二叠系厚度图(图 5)。以此作为约束，修正各向同性速度模型。

由于断裂发育区也是地下介质各向异性特征相对突出的区域，在钻井平台目标区域范围处理阶段，利用多尺度频率域断裂检测技术，提取更为合理、准确的地层倾角信息(图 6和图 7)，更新TTI各向异性参数。最后利用地质信息约束后的新速度模型进行TTI各向异性成像，提升叠前深度偏移的成像精度。

2.2.2 及时合理应用随钻地质分层约束各向异性速度及参数更新

TTI各向异性叠前深度偏移涉及5个各向异性参数, 分别是沿对称轴传播的纵波速度V_P0、各向异性参数ε和δ、倾角θ和方位角φ。δ和ε分别控制地震成像在垂向和横向上的校正量，在没有横波信息的情况下，δ通过钻井资料、层位划分和井震对比来估算；ε通过远炮检距地震数据估算；倾角θ和方位角φ通过扫描深度域地震剖面直接得到。从长宁随钻跟踪经验中发现，各向异性速度和各向异性参数的精准程度，主要受两个方面影响：一是插值控制点的选取和密度；二是层析反演中网格密度的大小。

已知井地质分层是求取各向异性参数δ的关键因素，通常通过地震分层和井地质分层的差值计算求取

$\delta=\frac{1}{2}\left(\frac{\Delta Z_{\mathrm{I}}^2}{\Delta Z_{\mathrm{A}}^2}-1\right)$

(1)

式中：ΔZ_I为各向同性地层厚度，由地震分层顶、底厚度相减求得；ΔZ_A为实际地层厚度，由实际测井标定得到。求取的准确程度与井地质分层数据的准确与否、空间分布情况和插值方式密切相关^[7-9]。在已钻井区域，井地质分层密度足够大，通过精细层位标定、合理样本选取即可获得合理的井—震误差分布(δ)，基于此对各向异性参数和各向异性速度更新，井—震吻合效果较好；而在未钻探区域，各向异性参数，主要通过数学插值方式获得，在选取过程中需根据水平井所处的构造位置选取控制点，插值过程中引入构造约束，充分测试并优选插值方法和参数。

层析反演中网格密度对各向异性参数求取的影响也至关重要。聚焦研究的目标范围越小，各向异性速度体和各向异性参数体越能精细反映区域地质及构造特征变化规律；处理范围过大，进行速度及各向异性参数体处理时，由于地质因素造成的各向异性差异不能很好地体现出来，由此反演的各向异性速度和参数也不够精准。

2.3 随钻应用效果

在长宁工区随钻跟踪处理过程中，以钻井平台为目标区域的多轮次滚动处理取得了明显的效果。以工区某钻井平台内的两口水平井H001和H002为例，两口井在钻探至入靶点前，在全区叠前深度偏移速度模型基础上，利用钻井平台范围内有代表性的已钻井直井段测井资料作为约束条件，求取各向异性速度及各向异性参数，进行钻井平台目标区域的叠前深度偏移处理，新地震资料目的层地层深度与入靶点处实钻地层深度误差小于3m。H002井在钻进过程中发现第一轮更新后地震资料水平段局部地层产状、倾角与实钻获得的实际地层深度、产状有一定的偏差，形成剪刀差。因此，利用最新的水平段资料进行约束对速度模型进行第二轮更新，新获得的地震资料地层产状与水平井实钻地层产状及深度吻合效果好(图 8)。H001井开钻时间晚于H002井，H001井开钻后，利用第二轮更新后的平台目标区域地震成果对H001井进行了随钻跟踪，经过两轮滚动处理的地震成果分层与实钻获取的地下真实地层产状吻合效果好(图 9)。利用地震—地质多信息约束、钻井平台目标区域滚动处理获取的地震成果，不仅为正钻井提供了及时、有效的地震成果支撑，对同平台未钻探区域也具有良好的预测作用。

在整个研究区内，通过井平台处理，使页岩气层的铂金箱体钻遇率达到98%，地震反射同相轴产状与实钻吻合率由平台滚动处理前的30%提高到滚动处理后的90%以上，有效提升了地震资料对地层横向微构造产状的识别能力。

总之，以“真”地表逐层TTI各向异性全深度域速度建模为基础，地震—地质一体化多信息约束井平台滚动处理，为不断提高水平井段地震地层产状准确程度提供了依据。地震、地质紧密结合，地质信息全流程、多方位合理使用，为精细深度域速度建模提供了有力支持，提高了深度域速度模型的精度，改善了成像效果。

3 结论

(1)“真”地表多信息约束地震—地质一体化各向同性速度建模及逐层TTI各向异性速度和参数求取，是做好近地表、地下“双”复杂区叠前深度精细准确成像的基础，利用该技术方案进行叠前深度偏移可较好地解决上覆断层阴影构造假象问题, 为地震精细解释及水平井随钻跟踪提供准确的地震成像结果；

(2) 在全区处理成果的基础上，针对井平台范围内的数据采用地震数据驱动、多地质信息约束、处理解释多轮次反馈井平台滚动处理的工作模式，快速、高效地实现了水平井随钻跟踪处理的关键指导作用，大幅提高了钻井的成功率，在生产实践中发挥了突出的应用效果。