0 引言

目前，尚没有严格的超深层油气的定义。在国际上大致将埋深大于15000 ft(4500 m)的油气藏定义为深层油气藏。2020年，中国矿产储量委员会将地层埋深3500~4500 m定义为深层，大于4500 m定义为超深层^[1]。中国钻井工程行业采用的标准为：地层埋深4500~6000 m为深层；大于6000 m为超深层。基于中国东部、西部地区地温场、压力场、流体相态差异的变化以及勘探实践，在东部地区，一般将地层埋深3500~4500 m作为深层，大于4500 m为超深层；在西部地区，将地层埋深4500~5500 m作为深层，大于6000 m作为超深层^[2]。

超深层油气逐渐成为全球探明储量的重要增长极。据IHS数据^[3]，截止2018年底，全球共发现178个埋深大于6000 m的工业性油气田（藏）。2008—2018年全球新增油气探明储量中，深层油气藏（4000~6000 m）石油占54%、天然气占40%；超深层（大于6000 m）石油占13%、天然气占21%。

超深层油气已成为中国油气储量、产量的重要增长点。据“十三五”全国油气资源评价结果^[4]，中国陆上超深层常规油气资源量为154亿吨，占全部常规油气资源量的18%。目前在塔里木、四川、准噶尔、渤海湾等盆地超深层均有规模油气发现^[4]。截止2021年底，超深层油气田合计探明储量约为27亿吨，占全国累计探明储量的5%。2021年，超深层油气田生产油气当量约为2200万吨，占全国产量的6%。“十三五”以来，超深层油气产量实现了翻番。随着国际能源供需矛盾的日益突出，超深层油气资源将成为中国甚至全球重要的战略接替资源。

超深层油气藏的形成一般分为两种情况，一是沉积（成岩）时间长，地层经多期沉降、叠加而深埋地下；二是沉积（成岩）时间短，地层短时期剧烈沉降而深埋地下。因此，超深层油气藏具有四个主要特点：①经历多期构造运动形成和改造，圈闭类型多样，主要有构造、岩性、地层、岩性—构造复合等圈闭；②压实作用强，储层致密，非均质性强；③多期成藏，多期调整，油气藏复杂（以气为主）；④经多期改造和断裂活动，封盖条件要求高。

超深层油气藏的效益勘探、开发首先需要确定地层（储层、盖层、烃源岩）的结构及其展布特征，落实有利的圈闭与目标，评价圈闭的含油气性等。迄今为止，地震勘探技术是其关键技术。因此，本文以塔里木超深层油气藏为研究对象，剖析三代超深层油气地震勘探技术的进展及应用效果，以期为将来超深层油气勘探提供参考。

1 关键技术难点

超深层油气具有“双复杂”的地震、地质条件。一是地表与表层复杂，主要表现为：①地形起伏大，尤其是山地区，最大高差可达2000 m；②表层结构复杂多变，岩性、速度横向变化大。二是地下地质条件复杂, 主要体现在：①深层构造复杂，地层陡倾，断裂发育；②烃源岩埋藏超深；③盖层类型复杂多样，空间多变；④储层非均质性强，如发育碳酸盐岩岩溶、低孔裂缝性致密砂岩等（图 1）。

特定的地震、地质条件导致超深层油气地震勘探面临以下难题。

一是超深层地震资料信噪比低。超深层的地震波传播路径长、穿透地层多（图 2a）。相对中浅层可见清晰有效信号（图 2中、图 2右绿箭头处）而言，超深层地震反射波能量弱，信噪比低（图 2中、图 2右红框内）。

二是超深层地震资料分辨率低。地震信号经巨厚地层传播后，地震波吸收畸变大、主频降低、频带变窄。相比中浅层和深层而言，超深层地震资料分辨率明显降低（图 3）。

三是超深层地震资料成像精度低。地震信号经深、浅层复杂的地质结构和速度结构后，波场变得十分复杂。相比理论模型，超深层地震资料成像精度低（图 4椭圆框内）。

四是超深层储层预测难。相同的观测排列，超深层的地震反射角窄（图 5a）。同时，超深层强压实作用导致储层致密、地层波阻抗差值小，地层界面反射弱（图 5b蓝色框），AVO响应不明显（图 5c）。

解决上述难题，需要：一是增加激发产生的下传地震波能量，同时减少源生干扰波能量，实现增能降噪^[5-9]；二是在接收方面保护深层弱反射信号，在高精度接收情况下通过系列拓频方法补偿波场吸收、展宽频带，实现保真拓频；三是对超深层复杂的地震反射波场进行反射点聚焦、偏移归位^[10-13]；四是对深度偏移后的波场进行反射系数（超深层地层界面）和反射子波的解耦分离，实现速度、密度、各向异性等地球物理参数与岩石物性参数之间的映射。这些是超深层油气地震勘探技术持续的攻关方向。

2 塔里木盆地超深层油气地震勘探技术进展

塔里木盆地是中国超深层油气勘探开发最早、成效最大的盆地之一。截止2021年底，仅塔里木油田探明油气储量当量为19亿吨，占全国探明储量的70%。本文以塔里木盆地为例，探讨超深层油气地震勘探技术的进展和效果。

从2002年起，到目前为止，塔里木超深层油气地震勘探技术经历了三代发展，取得了一系列重大油气勘探与开发成果^[14-17]。

2.1 第一代超深层油气地震勘探技术

2002年以前，常规地震勘探可发现、落实中深层的简单构造，支撑了如轮南1、克拉2等油气田的发现。但地震资料还存在制约进一步发现超深层油气藏的问题，如：超深层地震资料能量弱、信噪比低；地层层位及储层不能有效识别；圈闭目标不落实等。

为了解决上述问题，从2002年开始，在原中深层油气地震勘探技术的基础上，历经七年攻关，形成了第一代超深层油气地震勘探技术。其主要创新点为：①地震观测系统由二维升级为宽线+三维；②由在低降速层中激发升级为在高速层中激发；③由叠后时间偏移升级为叠前时间偏移。

应用第一代超深层油气地震勘探技术，一是解决了库车山地复杂构造区超深层地震资料不成像的难题。如图 6所示，克深2号构造地震资料成像变得更加清晰（图 6右椭圆处）。因此，发现和落实了一批超深层构造圈闭。2008年，克深2井获高产工业气流，从而拉开了塔里木盆地复杂山地超深层油气勘探的序幕。

二是解决了沙漠区超深层地震资料信噪比低的难题，在时间域实现了碳酸盐岩“串珠”储层成像“从无到有、从弱到强”（图 7方框内）, 支撑了塔中1号坡折带的油气勘探发现。

2.2 第二代超深层油气地震勘探技术

第一代超深层油气地震勘探技术尚存在两个突出问题：一是时间域存在超深层构造假象；二是超深层缝洞体形成的“串珠”反射位置不真实，一些钻井钻到地震“串珠”反射位置，未见缝洞体。

从2009年开始，针对上述问题开展了八年攻关，形成了第二代超深层油气地震勘探技术，主要取得了3项技术创新：①地震观测系统由宽线升级到三维，窄方位、低密度观测升级到宽方位、较高密度观测；②偏移方法由叠前时间偏移升级到叠前深度偏移，各向同性偏移升级到各向异性偏移；③缝洞体雕刻技术由定性升级到定量。

应用第二代超深层油气地震勘探技术重大成果有：一是实现了山地超深层复杂构造的成像。在库车山地区，较好地消除了时间域的构造假像（图 8圆圈内），发现、落实了一批构造圈闭，推动了克深8、克深9、克深13等一批气藏的发现和克拉苏构造带克深段油气勘探的整体突破。

二是实现了沙漠区超深层碳酸盐岩缝洞体的高精度成像及归位。如图 9所示，技术应用前、后的串珠反射（红框内）平面位置和长度均不同，XK 9井揭示叠前深度偏移资料获得的串珠反射（图 9下）真实可信。该技术解决了超深缝洞储层“纵向误差大、平面位置不准”的难题，钻井成功率由68%提高至80%，快速建成了塔里木第一个超深（平均埋深7000 m）碳酸盐岩百万吨大油田——哈拉哈塘大油田。

2.3 第三代超深层油气地震勘探技术

第二代超深层油气地震勘探技术在塔里木盆地应用后尚存在一些问题，如：地表起伏剧烈、厚盐层区、埋藏更深的复杂区超深层地质（圈闭）目标地震资料成像不够清晰，或者清晰但成像空间位置不准确等。

从2017年开始，在第二代超深层油气地震勘探技术的基础上，历经六年攻关，形成了第三代超深层油气地震勘探技术，主要取得了3项技术创新。

① 创新、形成了超深层油气地震资料采集技术体系，实现了超深层地震资料的增能降噪和保真采样。地震观测系统由较高密度宽方位三维升级为高密度宽方位三维。在高速层激发基础上，以相控聚能和虚反射聚能激发增加向下传播的地震波能量，达到增能降噪的目的。检波点由大组合或单点接收改为小面积方阵组合接收实现保真压噪。炮点、检波点空间采样由地表条件和现有地震采集仪器的适应性确定改为由均匀、规则、充分采样规则确定。

② 创新、形成了超深层地震资料处理技术体系，实现了超深层地震资料的保真拓频和高精度聚焦归位。由常规反褶积改为全深度、全层系高精度Q补偿和基于模态分解、压缩感知的深层弱信号增强与VSP井驱动谐波扩频相结合的地震资料保真扩频。由反射波偏移速度分析与地质模式指导相结合改为初至波浅中层层析反演、初至波—反射波联合建模和分方位网格层析迭代更新相结合的数据驱动型全深度、高精度速度建模方法。由水平地表、VTI克希霍夫积分偏移改为真地表、TTI、克希霍夫或逆时深度偏移成像方法。

③ 创新、形成了超深层圈闭地震资料描述技术，推动了超深层地震资料解耦映射技术的发展。断裂解释由单一断裂要素解释和空间简单组合改为断裂分级刻画、分级组合，提出了碳酸盐岩微断裂的识别方法、OVT域相控储层反演及雕刻方法。

第三代超深层油气地震勘探技术基本解决了超深层地震高精度成像难题，有效支撑了塔里木超深层油气勘探的重大突破，主要应用成果有：

一是提升了超深层复杂目标地震成像的聚焦归位精度（图 10），KS21、KS20、KS18、KS19、KS39、KS5、KS11、KS46号等构造得到了清晰成像，尤其是KS46号构造；此外，落实了构造的地层倾角、圈闭幅度。地层倾角的实钻吻合率由70%提高到90%以上。

二是实现了库车前陆冲断带16块三维面积共8722 km²的区带级超深层地震资料（图 11）的整体高精度深度成像。由图 11可见，技术应用前的各单块间的振幅能量有差异、相邻块间同相轴错断（图 11上），而技术应用后的区带整体高精度地震资料振幅能量一致、波组特征清晰，成像清晰度明显变好（图 11下）。为完成“克拉苏地震地下透明区带建设工程”提供了资料基础，支撑发现、落实了博孜—大北万亿方级超深层大气田。

三是实现了塔北—塔中地区共6.4×10⁴ km²地震数据体的整体成像（图 12）。由图可见，技术应用后，区带整体高精度地震资料振幅能量一致、波组特征清晰，成像清晰度明显变好。这有效支撑了“台盆区地震地下透明区带建设工程”的完成，特别是实现了塔北富满区带超深层地震的整体高精度深度成像，发现并探明了富满10×10⁹ t级超深层大油田。

3 结论与展望

超深层油气资源是中国乃至全球重要的战略接替领域。塔里木的超深层油气勘探实践表明，超深层油气地震勘探技术的每一次进步，都带来新一轮油气储量、产量增长高峰，超深层油气地震勘探技术已经成为塔里木超深层油气高效勘探、开发的关键技术之一。

随着中国超深层油气勘探程度的进一步深入，技术应用的条件将越来越复杂，需要地震资料的增能降噪、保真拓频、聚焦归位、解耦映射等技术的持续攻关和发展，这也是超深层油气地震勘探技术的重点发展方向。

本文所展示的成果凝聚了塔里木油田几代石油物探工作者的智慧和心血，特别是近年来笔者所在团队和相关合作者的贡献，如塔里木油田的彭更新、肖又军、段文胜、李大军、郑多明、王兴军、赵蕊蕊、刘正文等，东方物探公司的冯许魁、罗文山、巫芙蓉、陈学强等专家，在此一并向他们表示衷心的感谢。