0 引言

全球天然气需求量越来越大，为了确保能源安全，平衡供气量与消费量不均衡的问题，许多国家都在寻找天然气储存办法。目前，天然气储存方式有很多种，包括地面储气罐、输气管道末端、地下储气库等。其中地下储气库是一种比较先进的方法，即将压缩后的天然气注入枯竭油(气)藏、地下盐穴溶腔或其他地质构造中储存起来。盐岩具有孔隙度低、渗透率低、蠕变性能良好、损伤自我恢复和塑性变形能力强等特点，因此盐穴成为储存天然气的理想场所。而且，盐穴储气库具有注采气作业效率高、储气库利用率较高、安全性高等^[1]诸多优势，得到了广泛应用。

中国地下盐矿资源丰富，在江苏金坛、楚州、淮安，湖北云应，河南平顶山等地均有分布。盐穴储气库需要具备以下几个地质条件^[2-4]。第一，具有密封性能好、安全性高的盐矿层。为了保证储存的天然气不泄露，盐穴需要有连续且密闭性好的盖层，顶板无含水层和渗水层。构造要简单，断层不发育，或至少远离断层200 m。第二，具有较厚的岩盐层(大于30 m)且分布稳定，以利于建造盐穴。最适宜建造储气库深度为800~1500 m，含盐地层厚度大于100 m。较厚的盐层易建成体积大、形态理想的腔体，便于储气。第三，盐层及夹层中易溶成分的含量，决定了溶腔的有效体积。不同盐矿所含夹层岩性不同，对于盐穴储气库，盐层夹层越少越好，越薄越好，分布范围越小越好。

盐岩在地震剖面上特征明显，呈层状和透镜状的外形。盐岩的顶界面表现为强(中强)振幅反射，盐体内部反射凌乱或无反射，盐体底界面一般表现为平或断续或上凸等特点^[5]。目前，主要是利用地面地震资料盐岩的这些反射特征，追踪盐体的空间展布、圈定盐岩有利发育区^[6-7]；利用边缘检测技术、神经网络技术确定盐丘边界、大角度断层^[8-9]。中国盐岩矿藏以非均质薄层状为主，具有多夹层、单夹层厚等特点^[10-11]。受地面地震资料分辨率限制，小夹层的识别具有一定局限性。

VSP观测是将检波器置于井中，具有诸多优势：可以避开环境噪声干扰和近地表吸收的影响，信噪比高；靠近地质目标，垂向分辨率和水平分辨率均高；井中数据精度高、保真度高，可用于井周围地层构造细节的研究^[12-14]。目前，VSP资料在井旁高陡构造、小断层、薄储层识别、储层横向预测、溶洞定位等方面取得了较好应用效果^[15-19]。利用VSP资料进行裂缝预测也越来越受关注，如利用VSP资料快、慢横波^[20-23]、方位各向异性等信息研究裂缝^[24]。凌云等^[25]利用VSP资料驱动地面地震数据处理为裂缝储层预测提供了重要数据基础。

在河北宁晋地区盐穴储气库区，只有两条二维地面地震测线，遇到了地下盐体构造难以描述的问题。为此，在该区部署了零井源距、Walkaway、Walkaround VSP采集，提出利用VSP资料对宁晋盐穴储气库建设的地质条件进行评价。综合利用零井源距VSP资料、Walkaway VSP成像数据、Walkaround VSP数据及其插值成的三维数据体，分别从点、线、面、体的角度，对探区内石盐体进行研究，描述了探区内石盐体的几何形态和断层分布，预测了裂缝方向。该成果对宁晋地区盐穴储气库建设具有一定的指导意义。

1 VSP资料采集与处理 1.1 资料采集

宁晋储气库位于晋县纪昌庄乡，区内石盐矿资源丰富，在建库之前需要进行可行性研究。该区可利用的资料很少，只有两条二维地面地震测线(L1、L2)数据，分别距X井857、3152 m，无法精细描述地下盐穴的地质构造。为此部署了一个零井源距VSP，一条Walkaway VSP测线和一条Walkaround VSP测线(图 1)。

Walkaway VSP测线震源布设范围为－3500~3500 m，炮点距为50 m。Walkaround VSP震源间隔为10°，井源距为1713~2345 m，可得36个方向的非零井源距VSP成像剖面。详细观测系统参数如表 1所示。

1.2 资料处理

本文将零井源距VSP资料、Walkaway VSP资料和Walkaround VSP资料进行联合处理(图 2)，并将零井源距VSP处理成果用于Walkaway VSP和Walkaround VSP资料的处理过程中，以达到质控的目的。

零井源距VSP资料处理主要包括初至拾取、预处理、振幅补偿、反褶积、波场分离、动校正、走廊切除和叠加。图 3为反褶积后的上行波道集，可清晰看出盐体顶、底反射较强，盐顶表现为中强振幅波谷反射，盐底表现为强振幅波峰反射。

石盐体声波时差(AC)、密度(DEN)、伽马(GR)、自然电位(SP)测井响应呈相对低值(图 4a)。VSP走廊叠加剖面主频为40 Hz，频带范围为5~80 Hz。用主频为40 Hz的Ricker子波制作的声波合成记录与VSP走廊剖面大套地层的波组关系基本一致，部分弱的同相轴存在振幅差异(图 4b)。

在Walkaway VSP资料处理过程中，首先利用零井源距VSP资料的补偿参数进行振幅补偿，有效补偿了反射波能量(图 5)。

其次，通过三分量旋转、共炮集的中值滤波、保幅奇异值分解滤波得到信噪比较高的反射波记录。在处理后的Walkaway VSP纵波共深度点道集上盐顶、底反射较清晰(图 6)。

再次，由VSP下行波提取子波，进行子波反褶积压制多次波，进一步提高分辨率。然后，基于零井源距VSP资料约束进行Walkaway VSP速度建模；最后，采用基于射线追踪的方法得到相对保幅、分辨率较高的Walkaway VSP纵波成像结果(图 7a)。

Walkaway VSP纵波成像结果(图 7a)主频为40 Hz，频带范围为5~80 Hz，与VSP走廊叠加剖面波组对应较好。石盐体顶表现为中强振幅波谷反射，石盐体底表现为强振幅波峰反射。选取距离X井较近的二维地面地震测线L1做对比(图 7b)，其主频为16 Hz，频带范围为6~42 Hz，分辨率较低，与走廊叠加剖面的波组关系对应性较差。

Walkaround VSP数据处理流程跟Walkaway VSP基本相同，不同的是采集Walkaround VSP数据时，不同方位炮点井源距有差异，在对Walkaround VSP数据处理过程中，需要对其进行井源距校正，如图 8所示。校正后的共接收点道集波形趋于一致(图 9)。

因激发条件及地下构造沿方位角的变化，不同方位的Walkaround VSP成像剖面在井口处存在成像深度不一致的现象，需要利用零井源距VSP资料进行约束，从而获得闭合的成像剖面。从经过闭合处理后的Walkaround VSP数据中抽取了米字线成像剖面(图 10)，Walkaround VSP资料为单次覆盖，受观测系统限制，成像品质相对于Walkaway VSP成像(图 7a)信噪比和分辨率要低很多，但是石盐体的顶、底反射比较清晰，横向上是可以追踪的，能够对石盐体的顶、底界面进行刻画。

2 应用效果 2.1 石盐体反射特征

图 11为Walkaway VSP时间域成像剖面解释结果，成像剖面整体上信噪比、分辨率较高，波组特征明显，强弱关系清晰，成像细节丰富，能够较好地对储层进行横向追踪。根据钻井资料，石盐体内部存在0.6~6.6 m不等厚的泥岩和油页岩夹层，产生内部反射，Walkaway VSP成像剖面能够清晰识别这些薄夹层，在地质评价阶段需要对夹层气密性、稳定性进行评价，在建腔时也需引起重视，因为这些夹层的厚度和频度(单位长度的层数)会对造腔形状和造腔效率产生影响^[3]。

瞬时相位能够加强弱反射同相轴，指示其横向连续性。因为不受振幅强弱变化影响，瞬时相位能够显示所有同相轴，不连续的同相轴可指示断层边界。图 12为Walkaway VSP成像剖面瞬时相位属性剖面，可看出石盐体顶、底相位较连续，石盐体内部成层性较差，相位断续，发育有多个小断层，非盐夹层相位连续，成层性较好。

由图 11和图 12可看出，Walkaway VSP成像剖面和瞬时相位属性剖面上，在断层处同相轴均呈现不连续，在Walkaway VSP成像剖面和瞬时相位属性剖面上可解释多个断层(VF1~VF6)。断层在对Walkaround VSP插值后的数据体上亦可见。通过对Walkaway VSP成像数据和Walkaround VSP数据联合解释，结合瞬时相位属性可以确定断层分布。通过零井源距VSP层位标定，在Walkaway VSP成像剖面能解释石盐体的顶、底界面(图 11的绿色虚线)，沿Walkaway VSP测线方向石盐体厚度由南西向北东方向呈略有增厚的趋势。

2.2 石盐体裂缝预测

本文利用Walkaround VSP数据对地层裂缝发育方位进行预测。首先，对Walkaround VSP数据中每个激发点的VSP数据的第一分量、第二分量进行水平旋转定向，得到定向角度序列；然后将定向角度序列中每一个定向角度减去对应的激发点方位角，得到极化角度序列；最后，对极化角度序列求平均值，并将每一个极化角度减去平均值，得到残余角度序列并将其转换为玫瑰图，以玫瑰图形式展示裂缝发育方位。图 13a为石盐体顶部裂缝发育方位预测结果，图 13b为石盐体内部裂缝方位预测结果。由图可见，西南方向的裂缝较为发育。

2.3 石盐体构造特征

石盐体构造特征的描述主要基于Walkaround VSP成像数据插值后的三维插值数据体，对其进行层位、断层解释。图 14为石盐体顶、底、石盐体内部夹层构造图及石盐体厚度图。在该区石盐体构造较为单一，地层平缓，石盐体厚度为170~330 m，埋深由西北向东南逐渐增加。在X井西南方向320 m处发育的断层VF6断穿了石盐体顶、底，会对储气密封性造成一定影响，建库时需要避开断层。除VF6外，在石盐体内部的其他5条小断层(表 2)，断距为8~24 m，属于石盐体内部断层，不会对储气密封性产生很大影响。

储气库的建设包含预可行性研究、可行性研究、建库设计、造腔施工与地面储运配套工程建设、注气运行五个阶段，涉及地质、钻井、开发、储运、化工等诸多领域。本文从地质构造角度对X井周围3.5 km²范围内的石盐体构造进行了研究，属于预可行性研究阶段。从构造角度看，储气库的建设需要避开X井西南方向320 m处的VF6断层，石盐体内发育多条断层且夹有不等厚泥岩和油页岩，这些夹层也会对造腔造成影响，需要结合测井、建腔工艺等多种资料综合判断建腔的规模。

3 结论

通过VSP资料在盐穴储气库预可行性研究的应用，获得了以下认识：

(1) 利用零井源距VSP资料、Walkaway VSP成像、Walkaround VSP数据及三维插值数据体，通过精细处理、解释获得了井周围石盐体的构造信息；

(2) Walkaround VSP数据插值得到的三维地震数据虽然成像质量较低，但石盐体顶、底的反射特征较清晰，能够刻画石盐体顶、底构造形态；

(3) 利用Walkaround VSP数据插值的三维地震数据体进行断层解释，需要结合高品质的Walkaway VSP成像数据，对断层进行追踪，并用Walkaround VSP资料进行裂缝方位预测。

实际应用表明，在资料缺乏、地下构造比较简单的地区，可以凭借VSP资料采集成本低的优势，利用VSP资料进行构造研究，该方法具有一定的推广应用前景。

该项目得到了河北省煤田地质局专家和领导的全力支持与指导，在此表示衷心感谢！