近年来, 高密度三维地震勘探在国内外发展迅速。高密度地震技术通过减小面元尺寸, 加大空间域、时间域的数据采集密度, 增加目的层有效覆盖次数, 提高资料的信噪比、纵横向分辨率和保真度, 从而提高了构造成像精度, 对于小断块、薄储层等的识别以及精细描述具有明显优势。

根据实施方法的不同, 高密度地震技术分为两种类型:一是小道间距高成像道密度地震技术, 通过增加接收点和炮密度, 达到提高空间采样率和分辨率的目的。野外采用小面元、小道间距、较宽方位角采集, 室内进行精细处理, 代表技术有HD3D和Eye-D一体化技术。二是单点接收室内数字组合高密度地震技术, 通过单点接收室内数字组合, 达到提高信噪比、分辨率和保真度的目的。野外采用单点数字检波器、子线观测系统采集, 室内进行数字组合压噪及静校正等特殊处理, 代表技术为Q-marine、Q-land技术^[1]。以HD3D技术为例, 1993年使用5条拖缆地震采集, 现在达到20条拖缆采集能力。面元尺寸普遍采用6.25m×25.00m, 有的甚至减小到6.25m×12.50m或3.125m×12.500m。近年来以高空间采样率为显著特征的高密度、高精度地震勘探技术在国内取得了重大进展^[2-6]。如2008年在罗家地区开展的陆上高密度三维地震采集试验, 首次进行了超万道全数字单点三分量高密度三维地震采集, 取得了较好的应用效果。随着单点采集、处理技术的发展和应用, 全数字高密度地震勘探技术在长子地区也取得了较好的应用效果。在塔里木盆地缝洞型碳酸盐岩精细勘探中, 采用一体化单点接收有线遥测地震采集系统进行高密度地震采集, 提高了缝洞体识别精度, 有利于识别缝洞型储层中的流体。羌塘盆地利用高密度高覆盖宽线采集技术, 在较短偏移距范围内通过扩大叠加面元和提高覆盖次数来压制横向噪声, 提高了地震资料信噪比及成像品质。对高密度空间采集地震技术的研究与应用也历时多年, 2004年在南海西部油田使用的面元尺寸为6.25m×18.75m, 2010年在渤中高精度勘探中采用了6.25m×12.50m的面元尺寸, 同年在渤海辽东湾采用1.5625m×25.0000m的面元尺寸进行了单点检波器高密度试验, 这些项目在提高分辨率等方面取得了显著效果^[7]。

本文对西非深水A区块高密度三维地震与常规三维地震的采集参数、频谱信息、剖面成像效果等进行了对比分析和总结。基于两种不同的资料, 通过多种技术方法的应用分析与对比, 论证了高密度三维地震资料在深水油气勘探评价应用中的适用性和先进性。

尼日尔三角洲盆地位于西非被动大陆边缘, 是全球油气勘探的热点盆地之一^[8]。20世纪初至20世纪50年代在陆上开展了油气勘探, 证实了尼日尔三角洲的含油气性。20世纪六七十年代, 开始在海上浅水区开展二维地震勘探, 这一阶段也是钻井最集中的阶段, 油气储量快速增长。20世纪90年代以来, 勘探重点开始向深水区转移, 二维地震勘探大面积覆盖之后, 开展了大规模的三维地震勘探^[9]。深水A区块的三维地震勘探从这一阶段开始, 至今经历了20多年。第一次大面积三维地震勘探是在1998年, 覆盖了整个区块。2000—2006年, 针对研究目标, 进行了多次重处理, 使地震资料品质有了明显改善, 基本能够满足构造解释和储层预测需要。基于本地区常规三维地震资料, 前人在构造解释、沉积储层预测等方面开展了大量卓有成效的研究工作^[10-14]。

随着复杂目标与油气田评价工作的不断深入, 针对深水目标(水深为1100~1800m)复杂断裂难以刻画、沉积储层描述精度低、甜点钻探单元难以预测等一系列难题, 常规三维地震已无法满足精细研究的要求, 严重制约着勘探评价及井位部署的实现。针对研究瓶颈问题, 2007—2008年, 对区块内的重点目标重新进行了多块高密度三维地震采集, 采用表面相关多次波衰减法(SRME)压制多次波。2009年, 利用叠前时间偏移(PSTM)技术完成了前期处理。李明娟等根据此成果对西非深水目标进行了复杂断裂解释及沉积体刻画^[15]。由于该成果数据在信噪比、成像质量方面与叠前深度偏移成果存在一定差距, 所以其应用效果受到限制。2011年, 利用叠前深度偏移(PSDM)技术对该地震资料完成偏移成像处理。与常规三维地震资料相比, PSDM处理后的高密度三维地震资料信噪比更高、成像效果更好, 可以满足复杂构造精细勘探评价的要求。本次研究采用的高密度三维地震资料就是2011年采用PSDM技术处理后的最终成果数据。

2008年, 针对深水目标设计了高密度三维地震采集参数。采用2个气枪震源, 震源容量为3930cu.in(1cu.in=16.387cm³), 震源深度5m, 炮间距18.75m, 10条拖缆, 拖缆长度5600m, 沉放深度6m, 拖缆间距50m, 道间距12.5m, 覆盖次数73次, 记录长度5.5s, 采样率2ms, 面元尺寸为6.25m×12.50m。与1998年常规三维地震资料相比, 高密度三维地震最大的优势是横向面元尺寸减半(常规三维地震面元尺寸为12.5m×12.5m), 空间采样率提高了2倍, 这为提高去噪效果和叠前偏移成像质量提供了有利条件。总体来说, 高密度地震资料有利于避免前期处理和叠前偏移期间出现假频和损失高频信号, 提高了纵向和横向分辨率。

在处理方面, 针对高密度三维地震资料, 采用SRME进行多次波处理, 能够很好地衰减海底多次波, 提高信噪比, 同时使振幅保真性较好。与常规三维地震剖面相比, 采用PSTM技术得到的初步处理成果, 能有效提高构造、岩性变化复杂区的成像精度, 为落实构造、厘清地层接触关系以及沉积体追踪提供比较可靠的资料。前人曾根据此成果对西非深水目标进行复杂断裂解释及沉积体刻画^[15]。采用PSDM技术处理后得到的最终成果数据, 信噪比进一步提高, 不仅提供了更丰富的细节信息, 提高了地震同相轴横向连续性, 便于层位解释, 而且能够精确地对冲断层和在时间处理上无法识别的背向冲断层进行成像。

图 1a、图 1b和图 1c分别为常规三维地震剖面、高密度PSTM剖面和高密度PSDM剖面。由图 1可知, 虽然经PSTM处理后剖面成像质量比常规三维地震成像质量有所提高, 但是与PSDM处理后的最终成像结果相比, 其横向连续性较差, 对深层沉积体的地震成像仍然不够精细, 边界识别仍然存在较大的不确定性。因此基于PSTM成果对断裂与沉积体进行刻画, 其精细程度比PSDM成果低。而PSDM成像结果分辨率、信噪比与成像质量均显著提高, 横向连续性更好, 波组特征更明显, 对深水沉积体的刻画效果更好。此外, 断点及断面更加清晰, 细小断裂可以准确识别, 提高了对复杂断裂的识别能力。因此本文重点针对高密度三维地震资料与常规三维地震资料的PSDM成像结果进行对比分析, 并采用多种技术手段, 论证高密度三维地震勘探在研究区的优势。

图 1(Fig. 1)

图 1 常规三维地震剖面(a)、高密度PSTM剖面(b)与高密度PSDM剖面(c)

对比常规三维与高密度三维地震时间切片(图 2, 红框内为目标研究区)可以看出, 高密度地震资料的连续性更好, 波组特征更加明显, 分辨率更高, 对沉积边界的识别更加精细可靠。

图 2(Fig. 2)

图 2 常规三维(a)与高密度三维(b)地震时间切片(2600ms)对比

对比高密度三维与常规三维地震频谱(图 3)可知, 高密度三维地震资料频带更宽, 为9~65Hz, 主频为25Hz, 常规三维地震资料频带为6~52Hz, 主频仅为18Hz, 可见高密度三维地震资料的高频成分更加丰富, 地震分辨率也更高。

图 3(Fig. 3)

图 3 高密度三维与常规三维地震频谱对比

由上述分析可知, 高密度三维地震勘探可以明显提高海上地震资料的成像质量、信噪比和分辨率, 对海上复杂目标的构造解释、沉积储层预测、储量评价等方面具有明显的技术优势, 同时为地震地质解释技术的应用提供了资料基础。

复杂断裂发育是制约工区油气地质研究进展的关键问题之一。受到挤压应力和泥岩超压的共同作用, 研究区断裂类型多样, 发育密集, 并且平面交切关系复杂, 目标构造特征表现为发育在逆冲断层上盘、走向为北西—南东向、被断层复杂化的断块构造。优选地震属性进行断层检测, 有助于断裂的剖面识别与平面刻画, 进而精细落实复杂断块单元。

从相干属性、瞬时相位、曲率属性、方差属性等一系列反映断层特征的地震属性来看, 地震方差属性对断层的刻画效果最好。从基于常规三维和高密度三维地震资料提取的沿层方差属性图(图 4)可知, 两者识别出的断层数量不同, 断层交切关系及平面组合方式也存在一定差异。从高密度三维方差属性图(图 4b)位置①处识别出了基于常规三维方差属性未识别出来的北西—南东向断层, 同时清晰展示出了其与北部主干断层的搭接关系; 位置②处断层与北部主干断层的搭接关系也更加准确; 位置③和④处识别出了基于常规三维方差属性未识别出来的两组北东—南西向断层; 位置⑤处的北东—南西向断层的平面连续性及其与多组北西—南东向断层的交切关系也体现得更加直观。高密度三维地震资料断点归位准确, 有利于识别小规模断层和准确判断平面交切关系。

图 4(Fig. 4)

图 4 基于常规三维(a)与高密度三维(b)地震资料提取的沿层方差属性

研究区发育深水扇沉积体系, 目的层以深水朵叶、水道沉积为主, 地震相横向特征变化较快, 加之密集断裂的切割, 增加了对沉积体的剖面刻画与平面展布识别难度。高密度地震资料横向连续性有所提高, 对沉积体的刻画更加精细。采用地震相分析技术, 结合地震属性技术, 进行沉积相带刻画。图 5a与图 5b对比了常规三维和高密度三维地震沉积体刻画效果。从图 5a与图 5b可以看出, 两者均能够很好地反映强振幅、连续性好的朵叶沉积特征(图中①所示), 但是对水道地震相的响应差别较大(图中②, ③, ④所示)。具体来说, 高密度地震剖面(图 5b)上左①、中①、右①3个位置处, 朵叶边界的地震相特征更加精细, 其中右①处经钻井证实, 发育砂岩储层。而左①、中①具有相似的强振幅、连续性好的地震相特征, 被②和③水道切割分成3块相对独立的朵叶单元。②所示位置具有更加清晰的下切外形, 内部为中强振幅的杂乱反射特征, 推测为富砂水道。③所示位置表现为弱振幅、相对平行反射特征, 推测为废弃水道, 以泥质充填为主。此外, 在位置④处同样可见与位置②处类似的具有下切外形、中强振幅、杂乱反射的水道地震相特征, 而常规地震剖面(图 5a)上, 位置④处表现为弱振幅特征, 基本无法识别其边界。总体来说, 高密度地震资料在识别单个沉积体内部反射特征、刻画沉积边界以及识别不同沉积单元之间的切割关系等方面都有明显的优势。

图 5(Fig. 5)

图 5 常规三维(a)与高密度三维(b)地震沉积体刻画效果对比

对于平面沉积相带的识别, 针对西支水道弱振幅、朵叶强振幅的地震相差异, 利用沿层甜点属性识别西支水道及末端朵叶的平面展布特征。针对东支水道连续性差、朵叶连续性好的地震相差异, 利用沿层方差属性识别东支水道的平面展布特征。此外, 利用沿层甜点与方差属性融合技术, 可以快速刻画不同相带平面特征, 大大提高识别效率。

已钻井揭示, 研究区同一油层不同位置具有不同的油水系统。采用高密度地震资料落实了复杂断块油气藏的流体界面, 进而有效识别不同油藏单元。对比常规三维与高密度三维地震剖面(图 6)可以看出, 高密度三维地震剖面揭示了清晰可靠的平点反射, 而在常规三维地震剖面中未见平点反射。因此, 可以在高密度地震资料基础上, 利用平点技术, 提高对流体界面预测的精度。由于高密度地震资料具有更高的纵向分辨率, 所以目的层在常规三维地震剖面中由一组同相轴构成, 而在高密度三维地震剖面中, 目的层变成了两组同相轴, 可以揭示更薄的地层。由于高密度三维地震剖面具有更小的面元和更高的横向分辨率, 剖面中可以观测到更密的地震道, 因此在流体界面处出现了一组新的短、平同相轴。

图 6(Fig. 6)

图 6 常规三维(a)与高密度三维(b)地震剖面

对于高密度地震剖面中出现的平点反射, 通过地震相识别, 落实了沿同一等值线分布的特征, 推测该平点反射代表油水界面。实钻结果表明, 目的层钻遇油层。而目标靶点处油层的地震响应与平点界面之上的同相轴特征一致, 均表现为平行、连续、强振幅反射特征, 从侧面证明了该平点反射代表了油水界面。

寻找储量丰度高的油藏甜点单元是研究区复杂断块油气藏勘探评价面临的重要问题。而甜点单元的识别需要结合封堵断层、沉积储层分布以及含油气边界等因素进行综合推测。常规三维地震资料对于沉积体边界以及复杂断层的精细刻画、储层流体界面识别等都存在一定的局限性, 因此基于常规三维地震资料难以精细划分平面单元。高密度地震资料为平面甜点单元的识别提供了较好的数据基础。在复杂断裂与沉积边界精细识别的基础上, 通过断裂延伸距离及断距大小与沉积储层的匹配关系, 有效预测封堵断层的平面展布特征, 结合储层含油气分布特征, 精细划分了平面单元。目的层以朵叶沉积为主, 局部被水道沉积及泥质滑塌切割, 将朵叶沉积体从纵向上一分为四。结合目的层含油分布范围及分割断层展布特征, 朵叶沉积体从横向上被分割为多个独立单元。

采用甜点单元多因素分析技术, 基于可靠的平点及典型的三类AVO特征、含油面积大、储量丰度高等多因素综合判断, 在众多平面单元中识别出两个甜点单元。以A单元为例(图 7), 其东、西边界分别被泥质滑塌与水道切割, 以沉积边界为界, 北部边界以分割断层为界, 南部边界以振幅异常边界及平点所在位置作为边界。在考虑横向甜点单元的同时, 纵向上兼顾多个主力目的层叠置关系较好的甜点单元进行钻探部署, 实钻结果获得了重大油气发现, 多个主力目的层钻遇油层, 通过评价落实了亿吨级商业油田储量。

图 7(Fig. 7)

图 7 研究区目的层甜点单元划分

对西非深水A区块高密度三维地震与常规三维地震的采集参数、资料处理和解释效果等进行了对比研究。分析了高密度三维地震勘探在深水复杂构造精细评价中的实际应用效果, 得出如下认识:

高密度三维地震资料具有明显的成像优势。由于采用了较小的采集面元, 因而提高了空间采样率, 具有更高的信噪比、分辨率与成像质量。

高密度三维地震资料在地震地质解释中具有明显的优势。断点及断面更加清晰, 对小规模断层的识别和平面交切关系的解释更为精确、合理。横向连续性更好, 波组特征更明显, 在识别沉积体内部反射特征及边界刻画方面优势明显。具有更高的纵向和横向分辨率, 提高了流体界面的识别能力。

高密度三维地震勘探可以满足复杂构造精细评价的要求, 在深水油气勘探评价中具有显著的适用性和先进性。在复杂岩性圈闭勘探、深层系目标勘探等领域, 高密度三维地震勘探同样可以发挥其优势。