珠江口盆地珠一坳陷的多个凹陷都呈NE、NEE向展布, 而晚期断层多呈NWW、近EW向分布, 这些晚期断层对圈闭形成和油气汇聚具有重要的控制作用, 对发育在正断层上升盘(也称为“断层下盘”)的构造圈闭成藏非常有利。断层上升盘构造成像经常发生畸变, 特别是一些面积较小的断层圈闭, 如何精细落实断层阴影带构造, 对井位部署和储量评估至关重要。

FAGIN^[1]和TRINCHERO^[2]最早将时间偏移剖面中断层上升盘不可靠三角区域中出现的同相轴扭曲、错断和振幅变弱现象定义为断层阴影。叠前深度偏移(PSDM)是消除断层阴影的最常用技术^[3-7], 高精度的速度模型是决定PSDM成像效果的关键因素, 层析速度反演在PSDM速度建模中得到了广泛应用, 在此基础上, 通过构造约束可进一步提高速度模型精度^{[3, 6-7]}, 针对断块构造速度横向变化快的特点, 一些学者应用层位和断层共同约束进行速度建模^[6-7], 提高速度场精度, 解决复杂断层区的成像问题。除了PSDM, 一些学者通过建立断层阴影带地质模型, 进行地震正演模拟, 统计时间域构造畸变量, 对PSTM资料上的断层阴影带构造进行校正, 以获得更合理的构造图^[8-10], 在钻井较多地区, 由于速度以及构造先验信息较丰富, 该方法简单实用, 但在无井或者井较少的地区, 其应用受到限制。

通过深度偏移处理, 在一定程度上能够改善断层阴影带的成像, 然而, 由于地下介质的方位各向异性客观存在^[11-12], 特别是在发育多组断裂的区域, 各向异性现象更为突出, 海洋拖揽三维地震采集的单个方位数据, 仅仅依靠处理技术, 并不能彻底解决断层阴影带成像难题^[11-16]。HARDWICK等^[12]通过复杂模型照明分析得出结论: 无论平行于断层还是垂直于断层采集都无法获取断层两侧精细地层速度, 断层阴影带同相轴都会扭曲和畸变, 并且平行于断层的地震采集带来的断层阴影带现象更为严重。理论上, 多方位、全方位地震采集的资料具有开展各向异性分析、提高地震资料信噪比和空间分辨率等优势, 对消除断层阴影最为有效^{[11, 13-14]}。近年来, 海上二次三维采集通过对采集参数(如采集方向、枪缆沉放深度、电缆长度和气枪容量等)进行优化, 在断层阴影带成像质量改善方面取得了较好的应用效果, 与之配套的双方位地震资料的处理技术也得到快速发展^[15-17]。

在研究区勘探实践中, 形成了针对断层阴影带构造落实的3种有效的技术和方法, 其中, PSDM技术适用范围广, 发展成熟, 引入断控+层位约束的层析速度建模能提高断层两侧成像精度。发展了基于正演模拟的断层阴影带构造成图方法, 提出了双参数误差校正图版, 更好地约束断层阴影带构造畸变量计算, 初步获得断层阴影带更合理的构造形态, 为层析速度反演提供了更好的构造导向约束, 可进一步改善PSDM在断层阴影带的成像效果。针对典型二次三维靶区, 对比了垂直于断层和平行于断层采集的三维地震数据在断层阴影带的成像效果, 分析了更有利于断层阴影带成像的地震采集方式和处理技术。

本文针对断层阴影带构造落实的3种技术主要包括: ①断控速度建模和PSDM; ②基于正演模拟的PSTM资料断层阴影带构造成图, 主要适用于钻井资料丰富的地区, 也可以为PSDM的速度建模提供更好的层位约束; ③二次三维采集和双方位融合处理, 在本工区断层阴影带成像效果显著, 只是研究区目前仅在重点靶区进行了二次三维采集。

断层阴影最初被定义为时间偏移剖面上断层上升盘不可靠三角区域, 表现为同相轴扭曲、错断, 特别是当断层断距较大时, 两侧速度差异大, 时间偏移成像算法不能处理速度剧烈横向变化问题, 从而无法从根本上解决断层阴影带的成像问题。理论上, 只要能建立精确的速度模型, PSDM就能消除断层阴影假象。

层析速度反演是目前应用最广泛的深度域偏移成像速度建模方法。常规的层析速度建模方法不能准确获取断层附近区域的速度, 因而无法解决断层阴影带成像问题; 构造约束层析反演技术充分利用了地震解释层位进行约束, 可以提高速度反演精度。然而, 对于断层较发育的地质情况, 特别是断距较大、断层两侧速度差异较大时, 构造约束层析反演精度仍然不够。在速度建模过程中, 加入断层, 利用断层和层位共同约束进行速度建模, 能够提高断层两侧的速度场精度, 弥补了传统层析成像技术不能精细描述断层两侧速度变化的缺陷。

如图 1所示, 常规的层析反演(图 1a)精度较低; 构造约束层析反演(图 1b)考虑了地层的倾角, 速度模型精度提高, 但是在断层附近, 速度模型精度仍然不够; 断控+层位约束层析反演(图 1c)利用层位和断层对网格层析中的插值过程进行约束, 考虑了断层两侧速度突变的特征, 可以获得更精确的速度模型。

图 1(Fig. 1)

图 1 断层模型的3种不同层析反演方法 a常规层析反演; b构造约束层析反演; c断控+层位约束层析反演

以研究区某构造为例, 展示断控+层位约束层析速度反演的效果。首先基于PSTM速度场建立初始速度模型, 再综合地震解释层位、主要断层数据, 选择合理的层位-断层建模方法和速度场插值算法, 得到断控+层位约束的速度模型。与常规的仅构造约束的层析反演结果(图 2a)相比, 断控+层位约束层析反演速度场(图 2b)精度更高。图中色标没有采用渐变颜色, 仅仅是为了更突出速度场的横向变化。

图 2(Fig. 2)

图 2 垂直断层的主侧线层析速度反演结果对比 a仅构造约束; b断控+层位约束

通过井、震资料结合开展地震正演研究, 定量揭示断层阴影带时间域地震资料畸变特征, 并通过构建校正量网格或校正解释的方式, 对PSTM资料断层阴影带构造成像畸变进行校正, 来恢复断层阴影带的真实构造形态^{[8, 10]}, 利用该方法获得断层阴影带相对合理的构造结果, 为断控+层位约束PSDM处理提供相对合理的构造导向约束, 进一步提高速度模型的精度和成像质量。

在前人研究的基础上, 结合靶区内断层阴影带构造所有已钻井的深度误差(实钻深度减去预测深度)统计结果, 提出以“双参数深度误差图版”+“模型正演”相结合的断层阴影带构造成图方法, 取得了较好的应用效果, 该方法关键的2个步骤为基于已钻井误差统计结果建立“双参数误差图版”和基于地质模型的地震正演模拟确定校正量。

该靶区位于油田区, 对6个已钻井构造主力油层的深度误差进行统计分析, 深度误差与两个因素相关性最高: ①断层的断距; ②断层的走向与地震采集方向之间的夹角(简称夹角, 夹角为0, 两者平行; 夹角为90°, 两者垂直)。统计结果如图 3所示。由图 3可见, 深度误差与断距正相关, 断距越大误差越大(图 3a); 深度误差与夹角负相关, 夹角越小误差越大(图 3b)。

图 3(Fig. 3)

图 3 钻井深度误差与断距(a)、夹角(b)统计关系

基于图 3的统计结果, 利用靶区内断层阴影带的多口井主力层深度误差数据可以绘制能反映深度误差变化规律的双参数图版, 如图 4所示。为了规律性更强, 进行了筛选, 只保留典型的数据。将断层走向与地震采集方向的夹角划分为4组: 0~20°, 20°~40°, 40°~60°, 60°~90°, 图版中每一簇曲线代表一个确定的夹角范围的深度误差随断距的变化。由图 4可以看出, 夹角较小时, 整体深度误差较大; 同一夹角, 深度误差随断距增大而增大。对于靶区内未钻井圈闭, 因为夹角和断距已知, 所以利用该图版可以较好地约束深度误差, 避免校正量过大。

图 4(Fig. 4)

图 4 双参数(断距、夹角)深度误差图版

双参数误差图版建立后, 还需要结合正演模拟, 获得具体校正量(深度误差)平面分布。具体步骤如下: ①建立正演地质模型(图 5a), 结合已钻井资料, 制作深度域速度填充模型; ②地震正演模拟(图 5b), 利用自激自收的方式, 根据断层阴影带内地震同相轴反射时间相对于阴影带外的同相轴的时间差, 计算时间域构造畸变量; ③绘制误差校正网格化的平面图, 完成多条模型剖面的正演, 统计畸变量平面分布, 通过插值建立畸变量。

图 5(Fig. 5)

图 5 靶区内A构造的地质模型(a)和正演模拟时间剖面(b)

获得断层阴影带内时间域构造畸变量后, 容易得到断层阴影带校正后的构造图。以靶区内的A构造为例, 断层走向与采集方向夹角为60°~90°, 断距为110~145 m, 通过图 4预测校正量为10 m左右, 时间域误差和校正前、后结果如图 6所示。结合多条剖面的正演、统计和插值, 建立的断层阴影带时间域构造校正量平面分布图如图 6a所示, 校正前、后的时间构造图(等t₀图)如图 6b和图 6c所示。可以看出, 经过断层阴影带校正后, 构造高部位的畸变特征得到了较好恢复, 圈闭形态更加自然合理, 与区域认识和P6井的钻探结果也更吻合。

图 6(Fig. 6)

图 6 A构造主力油层基于正演模拟的断层阴影带校正 a误差平面分布; b校正前时间构造图; c校正后时间构造图

用同样的方法, 对断层阴影带的重点层位进行基于正演模拟的构造校正, 初步获得断层阴影带相对合理的构造形态, 可为层析速度建模提供更准确的构造导向约束, 从而进一步改善PSDM成像效果。

近年来, 在研究区的重点靶区逐步部署了二次三维地震勘探, 与一次三维地震相比, 一方面对电缆长度、枪缆沉放深度、气枪容量进行了升级, 另一方面, 采集方向普遍垂直于主要控圈断层的走向。勘探实践证明, 对于断层阴影带成像, 垂直断层方向采集的二次三维地震数据优于平行断层采集的一次三维地震数据; 进一步, 双方位融合处理的地震资料成像效果最佳, 既消除了断层阴影带成像畸变, 又提高了信噪比。

以研究区某二次三维靶区为例介绍双方位融合处理技术。该区一次三维采集方位角为120°/300°(称A方位, 这里定义正北方向为0, 正东方向为90°), 二次三维采集的方位角为30°/210°(称B方位), 两块三维采集方向正交。图 7是相同位置的B方位和A方位采集地震数据的CDP道集和速度谱, 图 7b中速度谱上叠合显示了图 7a速度趋势线(黑色)。由图 7可以看出, 当两个方位的道集都被有效拉平时, 速度谱是有差异的: B方位数据(图 7a)速度小, A方位数据(图 7b)速度更大, 在浅层1.5 s速度差异约20 m/s, 在中深层2.8s附近速度差异超过50 m/s。综合分析认为, 该速度谱差异反映了P波速度方位各向异性特征, 进一步说明进行双方位各向异性处理尤为必要。

图 7(Fig. 7)

图 7 相同位置B方位(a)和A方位(b)的CDP道集和速度谱

进行双方位地震资料融合处理的关键是获得各向异性速度场, TSVANKIN^[18]和GRECHKA等^[19-20]提出方位速度差异及各向异性参数估计方法, 我们采用正交各向异性假设, 每个方位用VTI介质近似, 进行联合速度反演的步骤为: ①建立初始速度模型, 两个方位联合层析反演, 得到各向同性速度模型; ②利用联合反演的速度模型, 对两个方位分别进行各向同性偏移, 然后基于偏移得到的多方位道集, 结合井资料, 分别估算每个方位的各向异性参数(ε和δ); ③对两个方位的各向异性参数分别进行更新; ④利用联合反演速度场与更新后的各向异性参数, 对两个方位分别进行各向异性偏移; ⑤对不同方位偏移后的道集进行与倾角和方位角相关的时差校正, 然后进行叠加成像。靶区双方位联合层析速度反演流程如图 8所示, 仍然用2.1节的速度建模方法, 以确保速度模型更新的效果。

图 8(Fig. 8)

图 8 双方位联合层析速度反演流程

图 9a和图 9b分别给出了采用各向同性和各向异性速度场得到的两个方位蝴蝶道集。由图 9可以看出, 采用各向同性速度场A方位和B方位道集不能同时被拉平, 有的下拉, 有的上翘, 有明显的剩余时差, 证实了两个方位的数据在速度上存在差异; 采用各向异性速度场得到的两个方位的道集同时被拉平, 成果数据上的同相轴更聚焦, 资料信噪比更高。

图 9(Fig. 9)

图 9 采用各向同性(a)和各向异性(b)速度场得到的两个方位蝴蝶道集

为了展示断控+层位约束速度建模技术的应用效果, 将PSDM新老成果进行对比, 结果如图 10所示。新老成果均应用各向异性偏移成像方法, 两次PSDM处理的差异在于, 老成果的层析速度反演仅用构造约束, 新成果用断控+层位约束, 并且应用基于正演模拟的断层阴影带构造成图方法对校正后的构造形态进行约束, 进一步提升速度模型的精度。以图中左侧断层为例, 箭头标识的位置新成果断面成像明显改善, 断层阴影带同相轴不合理的“上翘”、“下拉”、和“错断”都得到合理的恢复, 断层上升盘构造更加合理, 对于右侧断层, 在2 600 m以下, 受“X型”断层挤压作用, 断层上升盘地层有一定上翘, 新成果上断层两侧地层(箭头标识的位置)对比更可靠, 因此, 靶区后续针对断层圈闭落实的PSDM处理均采用断控+层位约束速度建模。

图 10(Fig. 10)

图 10 PSDM老成果(a)、新成果(b)剖面对比

为了对比A方位、B方位和双方位融合处理数据的优劣, 图 11给出了3套数据在断层阴影区的典型剖面。由图 11可以看出, 该剖面有3条主要的正断层, 每个断层都有断层阴影带现象, 断距越大断层阴影越严重。平行断层采集的A方位成果数据(图 11a)信噪比低, 连续性差, 断层阴影带畸变非常严重, 甚至在断层f2上升盘出现“假断层”; 相比之下, 垂直断层采集的B方位成果数据(图 11b)在断层阴影带成像有明显改善, 信噪比提高, 断层阴影带地层产状趋于合理, 断层f2上升盘未见“假断层”, 两套数据处理流程相同, 这表明垂直断层采集更有利于断层阴影带成像。

图 11(Fig. 11)

图 11 A方位(a)、B方位(b)和双方位(c)PSDM剖面对比

进一步对比双方位融合(图 11c)与两个单方位成像结果, 双方位融合处理技术在断层阴影区成像效果最好, 构造形态最合理, 有效地消除了A方位资料和B方位资料上不合理的“上翘”、“下拉”和错断假象, 此外, 双方位成果数据的信噪比也是最高的, 断面、深层和基底成像也最清晰。

对3套成果数据沿1 500 ms提取的相干体切片如图 12所示, 该深度为主要目的层段, 图中用箭头标记了几处关键对比位置。可以看出, A方位数据(图 12a)断层阴影带问题最严重, 表现为断面模糊, 不干脆; B方位数据(图 12b)有所改善, 断层较为清晰; 双方位成果数据(图 12c)信噪比最高, 特别是断层成像有大幅改善, 边界干脆, 断层交切关系清楚。由于3套资料均采用了相同的断控+层位约束速度建模方法, 因此断层成像的差异主要来自采集方向以及单方位与双方位的差异。

图 12(Fig. 12)

图 12 A方位(a)、B方位(b)和双方位(c)成果数据1 500 ms处的相干体切片

1) 基于断控+层位约束的层析速度建模和PSDM处理可以改善断层阴影带构造成像质量。采用基于正演模拟的断层阴影带构造成图方法, 可获得断层阴影带的相对合理的构造形态, 为层析速度建模提供更准确的构造导向约束, 达到解释-处理一体化的效果。

2) 各向异性现象较明显时, 垂直断层采集的地震数据和平行于断层采集的地震数据速度差异明显, 就断层阴影带成像而言, 垂直断层采集比平行断层采集更有利。

3) 双方位联合层析速度反演和各向异性PSDM处理, 使地震资料信噪比显著提高, 断层阴影带成像更好, 构造形态更合理, 有利于落实断层上升盘圈闭, 双方位融合处理技术可在其它二次三维靶区推广应用。