0 引言
针对泌阳凹陷高陡构造带地震成像困难的难题,曾庆才等[1]对该地区陡坡带构造下伏地层地震成像精度影响进行了分析,张永华等[2]对该地区陡坡带高精度三维地震进行了攻关研究,利用克希霍夫叠前深度偏移技术改善了成像质量。前人在该地区大多采用了固定基准面处理、叠前时间偏移、克希霍夫叠前深度偏移等技术,在一定程度上改善了该地区的地震成像精度[3,4]。近几年,随着物探处理技术的发展,针对高陡构造成像的研究,许多学者从研究固定面成像转换为研究起伏地表成像,从研究克希霍夫叠前深度偏移成像转换到研究双程波逆时偏移成像。曾庆才等[5]以库车坳陷克深地区为例,利用真地表叠前深度偏移等技术改善了盐下高陡构造成像,谢万学等[6]利用起伏地表叠前成像技术提高了川东高陡构造地震成像精度,刘定进等[7]应用起伏地表逆时偏移技术提高了复杂山前带地震成像的精度。显然,以往针对泌阳凹陷高陡构造带地震成像研究存在一定的局限性,因此,本文在前人研究的基础上,为进一步提高该地区高陡构造带地震成像的精度,开展了起伏地表处理技术、逆时偏移成像等关键技术的应用研究,改善了该地区复杂构造的成像精度,为该地区油气勘探提供了精度更高的地震资料。
1 工区资料概况及地震成像难点
图1
高陡构造带边界大断裂与凹陷内侧地层配置形成小型鼻状与背斜构造,加上小型砂砾岩体发育,形成岩性、断层—岩性油气藏;高陡构造带边界大断裂外侧为基岩,发育基岩油藏。然而,该地区高陡构造带地震成像困难,以往地震资料经过多次处理,高陡构造带附近及中深层断面成像仍然不清晰,构造难以落实,制约着该地区油气勘探的进一步突破。如图2,主要表现在:高陡构造带南缘边界断裂带的主断面倾角大,断裂破碎带较宽,断层归位不准确,成像精度低[10];其次,高陡构造带附近地震资料品质差,断层与地层接触关系不清,成像精度不够,难以满足解释上对小断层、砂砾岩、油气层识别的需求;再次,断裂南侧基岩区域几乎看不到有效反射,寻找基岩油藏极其困难。
图2
通过对资料进行分析,制约高陡构造带地震资料高精度成像的因素主要有以下3方面:
1)高陡构造带原始资料品质差,提高信噪比难度大。工区北部平原区资料较好,信噪比相对较高;而南部山地区资料品质极差,信噪比低,噪声严重,噪声类型复杂,特别是山地资料基本上看不到有效反射波,存在面波、线性干扰、油田设施干扰(抽油机、大钻等)以及地面设施的次声干扰、大值脉冲干扰、随机噪声干扰和高频干扰等(图3)。并且,山地单炮面波频散严重,频率及速度与线性干扰混叠,去噪难度大。因此,提高高陡构造带、特别是南侧基岩地震资料的信噪比难度极大。
图3
图3
工区南部山地区单炮(a)及北部平坦区单炮(b)
Fig.3
Different shots in the southern mountainous area(a) and the northern flat area(b)
2)静校正问题复杂。该地区地处山前带,地表条件复杂,高程在114~450 m左右,高差变化大。地表表层大致可分为三类,分别为山地区、农田平原区以及河滩河道区。其中,南部山地区包括山前过渡带及岩石裸露区,主要出露前古生界的花岗岩、片麻岩、大理岩等,基岩速度大于4 000 m/s,北部以农田平原为主,岩性以黄胶泥为主,少数区域夹有沙层,高速层速度大于1 700 m/s。因此,该地区近地表速度结构非常复杂,低降速带厚度横向变化大,带来复杂的静校正问题。从图3可以看出,南部山前带单炮静校正问题非常严重,制约该区高陡构造地震精确成像。
3)高陡构造带速度建模及准确偏移成像难度大。该地区的边界大断裂断面陡,断裂上盘滑脱活动强,断裂下盘构造变化剧烈,速度横向变化大,断裂南侧基岩速度分布在4 000~5 400 m/s;而断裂北部沉积速度低,由上至下勘探目的层速度分布在1 800~4 500 m/s;加上地表条件复杂,地震波传播路径复杂,资料信噪比低,速度建模及偏移成像难度大,严重制约该区地震精确成像。
2 高陡构造带度高精度地震资料处理关键技术
通过上述资料及地震成像难点分析,研究应用起伏地表处理思路,在静校正、速度建模、偏移成像方面应用起伏地表处理技术,减少对高陡构造带复杂地震波场的改变作用,提高地震成像精度;针对原始地震资料品质低的问题,采用对高陡构造带大断裂信号保护较好的技术方法对噪声进行压制来提高资料信噪比。通过研究,形成了一套适合该地区高陡构造带地震成像的技术流程(图4),并得到了对成像起到关键作用的技术方法。
图4
2.1 山前带起伏地表层析静校正技术
复杂的静校正问题给泌阳凹陷高陡构造带的成像带来巨大困难,为解决该地区复杂静校正问题, 采用了层析静校正技术[11,12]。在层析静校正的应用过程中,重要的环节之一是初至拾取的问题。山前带资料往往品质较差,初至波拾取困难,针对这一难题,首先采用自动拾取方式拾取, 然后人工逐炮修改,确保拾取初至的精度;其次,选取采用全偏移距初至波进行反演,确保反演出山前带深层速度模型信息,供后续深度域速度建模提供参考。通过多次迭代,反复修正,最终得到较为可靠的近地表速度模型,从而提高静校正的精度。如图5所示,通过层析静校正技术的应用,从单炮上看山前带边界大断裂附近地震资料断面波、绕射信号及接触地层等有效信号形态更加突出,信噪比及连续性得到提高。
图5
图5
原始单炮(a)、模型静校正(b)及层析静校正(c)单炮效果对比
Fig.5
Comparison of effects of original shot (a), model static correction (b) and tomographic static correction (c)
通过应用层析静校正技术能够较好地解决工区长波长静校正问题。由于是山前带资料,地表高差大,以固定基准面100 m算出的静校正量在7~175 ms范围之间,差值较大,直接采用固定面得到的静校正量,对地震初至、速度分析、地震波场都会带来较大影响,不适合后续速度建模及偏移成像处理,需采用浮动面处理。通常静校正浮动面比起伏地表偏移所需的起伏面平滑半径要大,为避免静校正浮动面返回偏移起伏面对叠加效果影响,本文将静校正浮动面与偏移起伏面进行一致性处理。因此从静校正开始,就建立与实际地表相吻合的浮动面进行后续的处理,采用起伏地表处理思路,避免对地震波场的破坏[13,14]。具体实施:首先,对层析静校正量进行小半径平滑产生CMP浮动面,依据不超过一个排列长度的1/6作为平滑半径;然后,把CMP浮动面反算成地表高程面,通过对比质控,使CMP浮动面与真实地表形态趋势保持基本一致,避免过度平滑。如图6,本工区地震采集原始资料排列长度为7 800 m,试验了500、1 000、1 500、2 000 m的平滑半径,最终采用1 000 m平滑结果作为浮动面,实现该地区山前带起伏地表层析静校正技术的应用,为后续速度建模及起伏地表偏移打基础。
图6
图6
地表高程平面图(a)与平滑得到的起伏面(b)对比
Fig.6
Comparison of surface elevation plan (a) and smooth undulations (b)
2.2 低频断面波保护的叠前多域噪声压制技术
泌阳凹陷高陡构造带边界大断裂断面波发育,频率低、视速度低,低频断面波、绕射信号对高陡构造带的成像具有重要作用。因此,在噪声压制过程中,对低频有效信号的保护特别重要,需采用对低频信号保护效果好的去噪方法进行各种噪声压制[15]。
首先,采用分频去噪技术对高陡构造带资料的强能面波进行压制。该技术根据噪声在不同频段内的分布特点,调查不同频段、不同时窗内相邻道的振幅差异,通过时变的振幅门槛值对噪声进行压制,实现不同频带、不同程度的信噪比改善,最大程度提高资料的整体信噪比。该方法用于泌阳凹陷高陡构造带地区,在面波所处频段内,给定合适的门槛值进行压制,避免了采用速度类面波压制技术参数不合适对边界大断裂低频低速绕射的伤害,是一种非常有效和安全的去噪方法,并且不会改变噪声区域之外的任何数据,具有去噪效果好、保真性强的优点,对该地区的低速绕射起到了较好的保护作用。然而,山地单炮面波频散严重,与线性干扰混叠,采用频率域的方法去除之后,还剩余部分与线性干扰特征相似的面波,采用分频去噪技术难以彻底去除。针对线性干扰和残留面波,基于该地区高精度三维采集数据,采用全三维的处理方式在十字交叉域进行压制,利用炮线和检波线构建十字交叉道集,则面波、线性干扰在空间上形成以震源为顶点的锥形体,其中面波这种表现尤为突出,在时间切片上表现为圆形,更利于与有效信号识别与分离。实际去噪过程中,在十字交叉域采用自适应线性干扰噪声压制技术对上述噪声进行压制。自适应线性干扰噪声压制技术在小波域根据线性干扰频率—速度特征拟合建立线性干扰模型,然后分频段进行频率空间域扇形滤波,去除线性干扰。该方法在利用分频去噪技术压制强能量面波后,能进一步压制部分单炮存在低速、能量不太强的线性干扰,保真性好,对有效波损伤少。针对该地区异常振幅、强能量噪声的衰减,采用高频、低频两端化处理:对低频端强能量噪声仍然采用对低频有效信号保护的分频去噪技术及合适的参数进行压制,而对高频端强能量噪声采用多道统计异常噪声衰减技术进行压制。
如图7,采用基于低频断面波保护的叠前多域噪声压制技术,山前带地震资料的连续性及信噪比得到提高,高陡构造带边界大断裂低频断面波得到了更好的保护。
图7
图7
常规流程去噪(a)与基于低频保护去噪(b)剖面对比
Fig.7
Comparison of conventional process denoising (a) and low-frequency protection denoising (b) sections
2.3 山前带起伏地表高陡构造速度建模技术
为实施起伏地表偏移成像,必须建立起伏地表速度模型,因此本文从时间域到深度域速度建模都始终坚持在小平滑的起伏面上进行。山前带速度建模一直是地震资料处理中的难题, 泌阳凹陷高陡构造带速度横向变化大,边界大断裂南侧信噪比低,基岩发育,速度求准困难,为提高高陡构造带速度模型的精度,本文采用断控+层控+井控“三控”方式,开展多方式约束速度建模。
针对基岩区地震资料有效反射信号难以识别,直接利用地震资料制作的速度谱很难求准基岩速度的难题[16],首先,利用近地表微测井调查数据、参考层析反演的近地表速度模型,确定边界断裂南侧基岩的速度和内侧地层的速度,得到表层速度大致分布规律,然后,利用VSP资料进一步拟合整个高陡构造带垂向速度分布规律;由于该地区VSP资料有限,只能得到高陡构造带大致速度分布规律,但利用该规律也能为求取准确的速度打基础。在实际速度分析过程中,参考测井资料、VSP速度,利用速度扫描、断控+层控速度分析技术,沿着边界断裂分区域精细求取基岩及沉积岩的速度,通过多次迭代方式逐步提高高陡构造带的速度精度,使边界大断裂成像更加清晰可靠。在深度域速度建模过程中,首先将高精度的叠前时间偏移均方根速度场利用约束速度反演方法转化成深度域的层速度,得到较为准确的层速度;然后,利用VSP资料、钻井资料、地震分层数据进行约束网格层析反演速度模型优化,通过多次迭代对基于地震数据驱动求取的层速度进行修正,提高深度域速度模型的精度;最后,利用井资料及分层数据开展井约束各向异性校正,消除井震误差,为深度偏移成像方法的应用提供高精度的速度模型。
如图8,通过山前带起伏地表高陡构造速度建模技术的应用,建立了高精度的速度模型,高陡构造带边界大断裂两侧速度横向变化清晰,深度域速度模型与地质模型吻合度较高,速度模型较为准确,为深度偏移技术的应用提供了高精度的速度模型。
图8
图8
深度域初始速度模型(a)与最终速度模型(b)对比
Fig.8
Comparison of initial velocity model(a) and final velocity model(b) in depth domain
2.4 起伏地表逆时偏移技术
为实现起伏地表逆时偏移技术的应用,前述的静校正、速度建模等处理都是基于小平滑起伏面上进行,并将该平滑面作为偏移起伏面。具体实施:①输入起伏地表速度模型;②输入起伏地表的地震数据,将基于小平滑半径起伏面的叠前炮集数据校正到与深度域速度建模统一的起始面上,并将起伏面的深度值写进地震数据道头;③利用起伏地表逆时偏移软件进行偏移成像处理。偏移过程中,对逆时偏移重要参数孔径进行反复试验选取合适参数,确保高陡构造带边界大断裂准确归位成像。图9为同一速度模型起伏地表克希霍夫叠前深度偏移与逆时偏移成像效果对比,可以看出,逆时偏移对高陡构造带边界大断裂成像刻画较好,聚焦度更高,断面清晰,断点干脆;其次,边界大断裂与内侧地层接触关系更好,构造成像清晰,更利于构造解释及断裂内侧砂体刻画。图10为以往处理与本次处理的切片对比,总体来说,高陡构造带的地震成像精度得到改善,整个边界断裂展布特征更加清楚,轮廓更加清晰,有利于构造的进一步落实。
图9
图9
克希霍夫叠前深度偏移(a)与逆时偏移(b)剖面对比
Fig.9
Comparison of kirchhoff prestack depth migration(a) and inverse time migration(b) sections
图10
图10
t=1800 ms时刻以往处理切片(a)与本次处理切片(b)对比
Fig.10
Comparison of the slice processed in the past(a) and the slice processed in this time(b) with t=1800 ms
3 结论与认识
通过分析制约泌阳凹陷高陡构造带地震成像精度的因素,在静校正、速度建模、偏移成像方面采用起伏地表处理技术,减少了处理过程中对复杂地震波场的改造作用,更加有利于该地区复杂构造正确成像。采用对低频信号保护较好的技术手段分步多域对噪声进行压制,更好地保护了该地区低频断面波有效信号,提高了高陡构造带资料的信噪比;采用断控+层控+井控多方式约束速度建模技术,提高了高陡构造带复杂速度模型的精度; 利用逆时偏移技术,使边界大断裂偏移归位更加准确,断面更加清晰可靠。最终研究成果表明,高陡构造带断裂刻画清晰干脆,地层接触关系明显,构造成像清晰,为该地区进一步的综合研究以及油气勘探开发提供了更加准确、可靠的地震资料。
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