随着海上油气勘探逐渐转向深水深层, 针对古近系复杂断块解释、地层岩性圈闭评价及古潜山内幕成像等复杂地质问题, 依靠常规地震采集资料的重处理已无法满足勘探需求。为了丰富地震资料, 多、宽、全方位角地震勘探在解决中深层复杂构造成像方面日益受到地球物理学家的关注[1-2]。海洋宽频勘探技术是解决中深层构造成像问题、提高地震分辨率、实现高精度勘探的重要方法。近年来, 越来越多的地球物理学者更加重视10 Hz以下地震低频信号, 充分利用低频信号的优势, 发挥其在中深层复杂构造成像中的作用[3-4]。为了实现深部目标体的清晰成像, 提供更多的地层结构及细节信息, 在采集上, 国内专家改变平缆采集思路, 提出深拖平缆宽频采集方法, 相比于其它宽频采集方法, 该方法电缆操控更加灵活, 野外作业更方便, 成本更低。与常规拖缆相比, 深拖平缆有利于鬼波衰减处理, 改善资料频宽和信噪比[5]。另外, 宽方位采集技术在改善复杂断层成像、地层-岩性及裂缝的识别中发挥了极大的作用[1, 6-10]。由于海上拖缆宽方位采集受观测系统影响, 实施相对困难, 真正的宽方位采集需要海底地震仪(OBS)采集技术, 但是其布设成本太大, 后续的处理技术要求也很高。在当前低油价背景下, 采用拖缆多方位勘探一方面能弥补窄方位勘探的不足, 另一方面采集操作灵活, 作业效率高, 经济成本低[11], 是现阶段相对可行的方案。
由于地下介质为各向异性, 不同传播方向的地震波具有不同的速度, 多方位地震观测必然存在方位各向异性。如何充分发挥不同方位成像的优势, 改善复杂构造速度场精度, 是多方位地震成像研究的重要课题。刘依谋等[12]认为不同方位地震资料各向异性参数的求取是多方位资料联合成像的难点; 朱明等[13]和邓盾等[14]开展了双方位地震资料联合成像处理技术的海上应用研究。陈礼等[15]和朱江梅等[16]探讨了海上多方位地震资料处理关键技术。张丽艳等[17]和杨宗青等[18]针对陆地宽方位地震资料开展了方位速度分析和各向异性参数优化提取的研究。TSVANKIN[19]针对宽方位及多方位地震资料的方位各向异性开展了大量研究。杨勤勇等[20]分析了TTI各向异性特点以及处理技术在陆地地震资料中的应用。
针对陆丰南地区已有常规三维地震资料采集处理存在的问题, 综合考虑地质需求及经济性, 本文采用深拖平缆双方位资料, 通过电缆深沉放丰富中深层低频信号能量, 双方位采集提高复杂构造带的照明度, 从采集方面提升原始地震资料的品质。并在此基础上开展双方位各向异性深度偏移联合成像研究, 从处理方面实现双方位三维地震资料的融合处理, 从而提高速度建模精度, 最终改善古近系中深层地震成像品质。
1 工区地震勘探概况陆丰凹陷位于珠江口盆地珠一坳陷东北部, 油气资源丰富。该区目前已发现9个油田, 有2个古近系油气藏正在开发, 是珠江口盆地古近系勘探的研究最成熟的地区[21-22]。陆丰凹陷油气勘探工作始于20世纪80年代, 早期勘探主要围绕中浅层珠江组目的层, 发现4个油田和多个含油构造[23], 围绕油田及含油构造部署三维地震。从2014年开始, 勘探对象主要是3 200 m以下古近系中深层, 勘探目标研究与地震资料成像的矛盾日益突出。虽然经过目标的多轮次重处理, 地震资料成像品质得到一定程度的改善, 但是面对复杂构造区依靠常规三维地震采集及重处理难以满足精细研究的要求。分析认为影响陆丰南古近系资料品质的主要因素有3个方面: ①浅层高速灰岩屏蔽作用阻碍信号向下传播; ②目的层埋深大, 信号吸收衰减强, 信噪比低, 频带窄, 导致深层有效信号弱, 难以形成有效反射; ③受早期岩浆隆升和强裂陷作用影响, 古近系陡倾角地层和高陡断裂发育, 纵、横向速度变化剧烈, 表现出明显的各向异性特征, 速度建模困难, 成像效果不理想。为此, 2019年针对古近系深层成像关键问题及地质需求, 开展了深拖平缆双方位二次三维采集处理攻关研究。
2 深拖平缆双方位采集参数及优势 2.1 采集参数—深沉放地震波在传播过程中, 由于地层吸收和衰减作用, 高低频波场成分衰减表现出差异性, 高频波场成分随地震波传播深度的增加而加速衰减。因此, 低频波场成分对强屏蔽及强吸收地层的深部地层成像至关重要[24]。
2.1.1 震源沉放深度从不同震源沉放深度信号频谱特征(图 1)可以看出, 在保持震源容量等其它参数不变条件下, 随着震源沉放深度的增大, 接收信号的能量明显往低频端集中, 低频波场成分占优势。当震源沉放浅时, 高频成分能量突出。另外, 分析图 1可知, 在10~30 Hz频段信号范围内, 7 m震源沉放深度相比5 m震源沉放深度, 信号振幅能量增强了3 dB。由此可见, 震源沉放越深, 低频波场成分越丰富, 高频波场成分被衰减。震源沉放浅, 频谱相对更宽, 但低频波场成分被衰减。鉴于研究区地震地质条件的要求, 为了增强低频波场成分向深部目的层传播, 本次地震采集震源沉放深度设计为7 m。
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图 1 不同震源沉放深度信号频谱特征 |
2010年在研究区部署的常规三维地震资料采集(表 1), 电缆沉放深度为6 m, 道间距为12.5 m, 采样间隔为1 ms。由于电缆沉放深度较浅, 使得有效波与鬼波的时间延迟较小, 影响鬼波压制的效果, 不利于低频波场成分的保持, 影响成像。随着电缆沉放深度的增加, 电缆鬼波陷波点逐渐向低频端移动, 有效波与鬼波的时间延迟差异明显, 有利于鬼波压制后保持并凸显出地震波场中的低频成分。另外, 随着电缆沉放深度的增加, 海面涌浪及其它噪声干扰减弱, 有利于提高单炮记录质量。通过地震勘探设计与评价技术(SED)论证, 2019年二次三维地震采集将电缆沉放深度由6 m增加至12 m。
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表 1 陆丰南A工区常规资料与深拖双方位资料地震采集参数对比 |
对比常规采集资料与深沉放采集资料的初叠加剖面(图 2)可知, 随着电缆沉放深度的增加, 深沉放采集(图 2b)在中深层的地震反射能量明显强于常规采集(图 2a)。另外根据陷波点频率和电缆深度的关系, 对比两种资料2.5~3.6 s的频谱(图 3)可以看出, 当电缆沉放深度由6 m增加至12 m时, 陷波点频率从120 Hz附近前移至60 Hz附近, 电缆鬼波陷波点逐渐向低频端移动, 深沉放采集(红色)在0~40 Hz频段范围内地震信号比常规采集(蓝色)增强了4~5 dB。说明电缆深沉放可以有效增强采集信号能量, 有利于低频信号的保留, 提高了中深部地层成像质量。
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图 2 常规采集资料(a)和深沉放采集资料(b)的初叠加剖面 |
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图 3 常规采集资料(蓝色)与深沉放采集资料(红色)的频谱 |
由于古近系断裂复杂, 埋藏深, 具有较强的方位各向异性, 单方位资料观测的方位角有限, 造成地震波向下传播会出现不均匀照明的问题, 导致地震资料信噪比低, 各向异性复杂区成像精度差。因此, 需考虑不同入射角及方位角, 丰富波场传播路径, 增加照明度, 增强照明均匀性, 提高信噪比及各向异性复杂区成像精度。
2010年常规采集为南北向垂直断裂单方位采集(表 1)。对比图 4a至图 4c复杂区单方位不同电缆长度的采集照明度可知, 随着电缆长度的增加, 增加了照明角度和强度, 丰富了有效信息, 提高了速度分析精度, 有利于改善资料信噪比。在满足本区目的层照明角度分布(即缆长6 450 m)需求的情况下, 单方位采集相对于双方位采集在复杂构造变化区的照明均匀性的改善不明显。
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图 4 不同采集照明度的对比 a 单方位4 200 m缆长照明度; b 单方位5 200 m缆长照明度; c 单方位6 450 m缆长照明度; d 双方位6 450 m缆长照明度 |
为了进一步增强照明的均匀性, 获得较丰富的地震波场信息, 本区采用的双方位采集方向(图 4d)为北西—南东方向(垂直断层)和北东—南西方向(平行物源方向)两个方位。在相同采集参数条件下, 双方位采集(图 4d) 相比单方位采集(图 4c)具有以下优势: ①在构造复杂区, 增加方位角可以解决采集照明均匀性问题, 弥补单方位照明不均衡的缺陷; ②不同方位地震资料的波场信息互补, 能提高照明度, 增加覆盖次数, 有利于提高断裂带成像精度, 改善复杂断裂区及高倾角地层的成像。
3 双方位地震资料联合成像处理技术地下地层介质普遍存在的各向异性特征导致地震波沿不同方向传播时存在速度差异。这种差异性使得利用各向同性地震偏移技术处理实际为各向异性介质地震资料时, 会导致绕射波无法完全收敛、倾斜地层空间位置不准确, 反射波不能准确归位等问题[25-26]。双方位地震资料成像需要同时考虑2个方位的各向异性问题, 更加突显了各向异性的影响。TSVANKIN[19]和GRECHKA等[27]提出了方位速度差异及各向异性参数估计的方法。不同方位的速度估计和各向异性参数建模是关键, 将直接影响后续地震资料处理效果。
综合分析认为, 双方位联合成像各向异性速度建模主要分两步: 首先建立双方位联合的各向同性速度, 然后开展联合层析反演, 同时考虑2个方位的各向异性参数, 获得双方位联合的各向异性速度[13]。因此, 本文主要采用双方位联合速度建模及双方位TTI各向异性叠前深度偏移联合成像, 实现双方位地震资料的融合处理, 提高地震资料成像品质。
3.1 双方位联合各向同性速度建模合理的初始速度模型及利用双方位地震资料联合速度反演是双方位地震资料处理时获取准确速度模型的关键。针对双方位资料, 如果分别对不同方位资料进行初始速度建模及迭代更新, 难以得到统一的速度场, 导致同一位置不同方位资料存在深度误差。双方位联合各向同性速度建模关键步骤包括: ①将2个方位采集的数据按照方位角(采集方向)划分成2个数据组, 对每组数据利用同一初始速度模型分别进行叠前深度偏移; ②对获得的2个方位的共成像点道集(CIGs)分别拾取剩余时差(RMO); ③基于每个方位的剩余时差分别开展射线追踪构建层析方程组, 然后对2个方位的层析方程组进行联立并统一求解, 获得速度模型的更新量; ④经过多次速度反演迭代更新, 得到满足2个方位资料的各向同性速度模型(深度域)。
基于联合速度建模将不同方位信息应用于速度反演, 得到的各向同性速度模型(深度域)相对于常规建模方案更加合理。但综合考虑地下介质的方位各向异性性质, 利用各向同性方法处理地震资料时, 其结果信噪比和分辨率较低, 且存在井震深度误差, 因此, 仍需解决各向异性导致的速度差异性, 进一步改善成像品质。
3.2 双方位TTI各向异性叠前深度偏移联合成像由于研究区古近系地质条件复杂, 地层改造抬升强烈, 陡倾角地层和高陡断裂发育, 具有较强的TTI各向异性特征。基于各向同性的偏移处理方法难以准确描述各向异性速度, 造成地震成像深度和产状与地下实际地层情况存在偏差[20]。依据在正交各向异性介质条件下, 每个方位可用一个独立的TTI各向异性来等价近似[28], 本文采用TTI介质各向异性方法解决双方位资料各向异性问题, 最终形成一个统一的速度模型和两套独立的方位各向异性参数。实施步骤[14]: ①采用联合反演得到各向同性速度模型分别对2个方位数据进行各向同性偏移, 然后结合测井资料分别估计2个方位偏移后双方位道集的各向异性参数(δ和ε); ②对2个方位的各向异性参数分别开展反演迭代更新; ③采用联合反演的各向异性速度场和更新后的各向异性参数(δ和ε)对2个方位分别进行各向异性偏移; ④对2个方位偏移后道集进行与倾角和方位角相关的旅行时差校正, 将校正后道集通过自动寻优融合处理得到最终双方位TTI各向异性叠前深度偏移联合成像。
3.3 TTI各向异性模型及应用效果图 5为采用本文方法建立的TTI各向异性参数(δ和ε)模型。该模型细节丰富, 不同层系沉积环境具有明显的区分, 构造分布合理, 符合实际地质情况。
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图 5 采用本文方法建立的TTI双方位资料各向异性参数模型 a 方位1各向异性ε场; b 方位2各向异性ε场; c 方位1各向异性δ场; d 方位2各向异性δ场 |
图 6为倾角与方位角校正前、后道集蝶形显示结果, 可以看出, 受不同地层倾角及方位角的影响, 校正前(图 6a)2个方向的偏移道集同相轴存在微小相位差(黑色箭头处), 并且同相轴上翘下弯, 影响后续叠前深度偏移联合成像; 校正后(图 6b), 2个方位的偏移道集相位差得到解决, 同相轴拉平, 消除了倾角及方位角引起的成像差异。
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图 6 道集倾角与方位角校正前(a)、后(b)道集蝶形显示 |
对比双方位各向同性速度场和各向异性速度场偏移后速度道集有明显差异。图 7和图 8分别为目标区不同速度场偏移速度道集和残余速度谱的蝶形显示, 可以看出, 各向同性速度场的偏移道集校平不足, 同相轴存在上翘下弯(图 7a), 残余速度谱不聚焦(图 8a), 影响最终成像精度; 而采用各向异性速度偏移道集, 实现2个方位同相轴拉平和叠加, 同相轴更平(图 7b), 残余速度谱更聚焦(图 8b)。说明针对陡倾角地层和高陡断裂发育带, 各向异性速度模型更符合实际地质情况, 成像更加准确。
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图 7 目标区不同速度场偏移速度道集蝶形显示 a 各向同性速度场; b 各向异性速度场 |
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图 8 目标区不同速度场残余速度谱蝶形显示 a 各向同性残余速度谱; b 各向异性残余速度谱 |
对比单方位深度偏移速度场(图 9a)与深沉放双方位联合建模深度偏移速度场(图 9b)可以看出, 深沉放双方位速度场(图 9b)存在两套明显的低速地层(椭圆处), 而单方位速度场(图 9a)低速特征不明显。结合实钻及地化分析认为研究区主要发育两套低速烃源岩, 分别为文四段中深湖相烃源岩(黑色椭圆处)和上文昌浅湖相烃源岩(蓝色椭圆处)。深沉放双方位联合速度建模获得的各向异性速度场符合钻井揭示的速度规律, 能够很好地反映文昌组低速烃源岩, 对于新洼陷烃源潜力的评价具有重要意义。
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图 9 单方位深度偏移速度场(a)与深沉放双方位联合建模深度偏移速度场(b) |
目标区受区域伸展作用及岩浆底劈活动的共同影响, 早期地层发生强烈掀斜, 并伴随高陡断层的产生及次生调节断裂密集发育, 导致断层组合样式复杂, 难以准确识别判断, 影响复杂断块圈闭的落实。
对比常规单方位三维与深沉放双方位三维的成像剖面(图 10)可以看出: 深沉放双方位资料(图 10b) 融合不同方位的信息, 在复杂区速度场精度更高, 高陡断裂成像更清楚, 断裂与地层接触关系清楚, 内幕同相轴反射特征稳定, 连续性好, 信噪比更高; 此外, 高陡地层与基底内幕之间边界成像清楚(黑色箭头处), 利于沉积边界及构造精细研究。而常规单方位资料(图 10a)断块内地层内幕信噪比低, 断面成像不清楚, 地层与断裂的交切关系难以厘定; 另外受速度场精度影响, 倾斜地层空间位置不准确, 反射波不能准确归位, 基底内幕呈现出与高陡地层近平行的干扰反射(黑色箭头所指处), 影响沉积地层边界的刻画。
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图 10 单方位地震资料(a)与深沉放双方位融合地震资料(b)成像剖面(一) |
对比常规单方位三维与深沉放双方位三维地震资料的频谱(图 11)可知, 深沉放双方位资料频带更宽(红线), 为5~48 Hz, 主频为30 Hz, 低频端信息更饱满, 高频信息丰富, 地震分辨率明显提高; 而常规资料频带较窄(蓝线), 为8~38 Hz, 主频为18 Hz。双方位联合成像处理充分利用了2个方位的信息, 明显提高海上深层地震资料的成像品质, 对地质信息的保留更加完整, 为复杂目标的构造解释、沉积储层的研究奠定了基础。
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图 11 图 10蓝框区域单方位地震资料与深沉放双方位融合地震资料频谱对比 |
研究区处于洼陷长轴方向, 具有长期发育的向西倾斜单斜背景, 地层超覆-剥蚀现象频繁, 有利于形成构造-地层-岩性复合型圈闭。研究区目的层低位三角洲砂体往东减薄特征明显, 且南、北均发育断裂对其进行遮挡, 具备形成构造岩性圈闭的背景, 但受多期物源的影响, 地震相横向变化较快, 三角洲内幕反射特征不清, 增加了对内部高级别界面识别和砂体平面展布刻画的难度。
从图 12可以看出: 单方位地震资料(图 12a), 在①号位置同相轴连续性差, 反射不聚焦, 接触关系难以有效识别; 而深沉放双方位融合地震资料(图 12b) 在①号位置地震反射表现出明显的上超下削特征, 不整合界面清楚, 地震同相轴横向连续性好且呈强反射特征。相对图 12a单方位地震资料, 深沉放双方位融合地震资料低位三角洲与湖侵过程形成的退积型三角洲二元叠置关系更为清晰, 大型高位进积型三角洲内部前积及底部下超特征明显。从图 13可以看出: 单方位地震资料信噪比均值为3 dB, 最高为4.28 dB; 而深沉放双方位融合地震资料信噪比均值为4.10 dB, 最高接近7 dB, 地震资料信噪比提升明显, 在识别地层接触关系及沉积体内部反射特征等方面具有较大的优势, 利于地层岩性圈闭的评价。
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图 12 单方位地震资料(a)与深沉放双方位融合地震资料(b)成像剖面(二) |
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图 13 单方位地震资料与深沉放双方位融合地震资料信噪比的对比 |
优质砂体识别是深层古近系勘探评价及井位部署的关键。对比单方位地震资料和深拖双方位地震资料的低位砂体叠前反演结果可知, 单方位地震资料受采集限制, 信噪比较低, 叠前同时反演的vP/vS属性(图 14a)刻画低位砂体沉积边界不清楚, LF-A-1井点处表现为中-高vP/vS特征, 优质砂体不发育, 以泥岩特征为主, 与实钻岩性(图 14c)不匹配。对于古近系沉积体边界以及优质储层识别等存在一定的局限性, 难以满足目标评价需求。而深拖双方位地震资料具有低频信号丰富, 频带较宽, 较高的信噪比及保幅性, 从图 14b可以看出, 低位砂体优质储层整体表现为低vP/vS特征, 砂体往周边逐渐减薄尖灭特征明显, 岩性边界刻画清晰, 岩性为厚层细砂岩, 孔隙度为11.9%~14.6%, 与实钻LF-A-1井综合解释结果(图 14c) 吻合度较高。勘探实践结果表明, 深拖双方位地震资料频带更宽, 信噪比高, 有效降低了反演的多解性, 证实了低位三角洲砂体的存在, 提高了储层预测的精度, 有助于岩性目标的评价。
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图 14 单方位地震资料与深沉放双方位地震资料vP/vS属性低位砂体预测平面分布对比 a 单方位地震资料; b 深沉放双方位地震资料; c LF-A-1井综合解释结果 |
1) 针对古近系复杂地质构造, 改造抬升强烈, 陡倾角地层和高陡断裂发育, 深拖平缆双方位采集相比传统单方位采集综合了两个单方位的信息, 在复杂断层影响区能够有较好的照明, 有效提高了波场照明和覆盖次数, 同时有利于中深层低频波场成分能量的保持, 提高了古近系地震资料的信噪比, 奠定了原始资料的品质。
2) 针对双方位地震资料速度及各向异性参数差异, 提高了速度建模精度, 采用双方位联合速度建模及双方位TTI各向异性叠前深度偏移联合成像, 实现了双方位地震资料的融合处理, 能够更好地反映地下真实地质情况, 有效改善了复杂断裂区的成像效果。
3) 实际应用结果表明, 深拖平缆双方位三维地震资料在地震地质综合解释应用中具有明显的优势。改善了复杂断裂体系的准确成像, 提升了地层接触关系的识别及准确地落实有利砂体的空间展布, 满足复杂构造精细评价的要求, 为后续地质综合研究及井位部署提供了可靠的资料。
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