南海東部地區斷層陰影帶構造落實方法及其應用研究

宋亞民, 戴朝強, 姜 建, 周清波, 吳 成

(中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，深圳 518000)

0 引言

斷層陰影帶指斷層下盤三角形區域地震成像“盲區”，通常表現為地震同相軸的扭曲、錯斷、地層產狀失真等地震假象，為斷層陰影帶的地震解釋帶來諸多陷阱[1-2]。受斷裂帶及斷層上、下盤速度差異等因素影響，斷層附近橫向速度變化快、地震繞射波發育，疊前時間偏移地震資料不能真實刻畫構造形態，準確構建偏移速度場難度大，疊前深度偏移成像精度受到制約。為斷層陰影帶構造圈閉落實帶來較大困難，無法準確評估圈閉資源潛力，不利于潛在目標的評價鉆探及開發動用。國內、外學者從地震資料采集、處理等方面關于提高地下地質體照明度、改善復雜構造成像效果開展了大量研究及實踐，包括寬方位三維地震資料采集和處理[3-8]、層位和斷層約束的網格層析偏移速度建模[9-12]等，均有利于改善斷層陰影帶地震資料品質，提高偏移成像精度。在地震解釋階段，也有通過地震正演模擬揭示斷層陰影特征并指導構造解釋的成功例子[13-14]。但斷層陰影帶構造圈閉的精細落實是關乎地震資料采集、處理、解釋的系統工程，單一環節的改良及方法技術均存在一定局限性。

針對南海東部地區地震資料情況及斷層陰影帶地質特點，分析了陰影帶構造圈閉落實面臨的主要技術難點，介紹了針對性的采集、處理關鍵技術，著重介紹了地震正演研究指導下的斷層陰影帶構造解釋成圖方法，并結合勘探開發實踐提出了地震資料采集、處理、解釋一體化研究策略。結合南海東部A油田不同階段斷層陰影帶構造落實實例，首先分析了基于地震正演技術的斷層陰影帶構造成圖應用效果，進而分析了基于老三維采集地震數據在正確構造導向約束下,更新偏移速度場對疊前深度偏移成像的改善，最后分析了利用新、老不同方位角采集的地震數據，通過建立方位各向異性速度場及開展兩批次地震數據融合處理，實現斷層陰影帶疊前深度偏移準確成像的效果。通過不同階段針對性技術的應用及一體化研究，油田構造認識逐漸趨近真實，斷層陰影帶構造圈閉形態及油田儲量規模得以落實。

圖1 南海東部地區X區塊早期斷裂和晚期斷裂分布圖Fig.1 Early and later fault distribution of block X in the east of south China sea(a)早期斷裂分布圖；(b)晚期斷裂分布圖

1 斷層陰影帶構造圈閉落實難點

南海海域珠江口盆地的勘探實踐表明，斷裂系統發育對圈閉形成、油氣運聚起到重要控制作用，斷層圈閉亦是常見的圈閉類型。受斷層陰影影響，斷層圈閉的精細落實難度較大?？碧皆u價階段，斷層陰影帶的構造假高點常導致勘探鉆井失利，增加勘探風險，同時，斷層陰影帶構造認識不清也使部分潛力構造被低估、忽略。在油田開發階段，斷層陰影帶較大的鉆井深度誤差，常給油田構造形態及儲量規模認識帶來巨大改變，不利于油田開發方案的合理部署。斷層陰影帶構造圈閉落實受地震資料采集、處理、解釋多方因素影響，主要難點如下：

1)我國海上地震資料的采集以單船拖纜采集為主，采集方位角窄。老三維地震資料采集時間較早，受采集設備制約，震源能量較弱，覆蓋次數較低，且采集方向多垂直于文昌組早期發育的控制洼陷結構的大斷裂(圖1(a))，以更好呈現盆地區域構造特征。新近系沉積時期，構造主應力方向發生改變，斷裂系統走向也相應發生了較大改變(圖1(b))，晚期斷裂走向多與早期大斷裂呈大角度相交(>45°)，部分地區近似正交，即與老三維地震資料采集方向小角度相交或近乎平行，垂直于晚期斷層走向方向照明不足，不利于晚期斷層陰影帶的成像。

2)斷層陰影帶橫向速度變化快，常規偏移速度建模難以構建準確的速度場，地震資料疊前深度偏移方法對速度場敏感，難以獲得準確的深度偏移成果。且斷層兩盤地層受埋深和沉積環境差異影響，通常具有明顯的層速度差異，沿斷層走向和傾向方向速度各向異性特征突出，如圖2(a)、圖2(b)所示相同位置新、老兩批次不同方位采集地震數據的速度譜特征差異明顯(南海東部A油田實例)，單方位采集地震資料不利于各向異性速度場構建，制約了疊前深度偏移成像精度。

3)地震資料解釋過程中，對斷層陰影帶地震成像“假象”認識不足，常規構造解釋成果難以為地震資料處理過程中速度場構建提供正確的構造導向約束，不利于構建精細的偏移速度場。

2 關鍵技術及一體化研究策略

2.1 二次三維地震資料采集

勘探實踐及研究表明，南海東部地區晚期斷裂對新近系圈閉形成及油氣運移均起到重要控制作用。隨著勘探程度提高，勘探重點逐漸轉向斷層控制的小型圈閉等隱蔽圈閉，改善斷層陰影帶成像質量、準確落實圈閉形態成為勘探開發亟待解決的難題。寬方位三維地震數據在復雜斷裂帶成像方面的優勢已得到實踐證實，通過兩批次不同方位采集的三維地震數據融合處理間接形成寬方位地震數據體的方法，已在珠江口盆地勘探實踐中得到應用[15-18]，并較好地改善了復雜斷裂帶的成像效果?；诖?，在油氣分布的有利區帶，近年來陸續開展了二次三維地震采集，采集方向垂直于晚期斷裂系統，即與老三維地震資料采集方向近似正交，彌補了老資料在垂直于晚期斷層走向方向采樣不足的缺陷，增強了斷層陰影帶照明度，為改善斷層陰影帶地震成像提供借鑒。

圖2 相同位置新、老兩批次不同方位采集地震數據速度譜Fig.2 Velocity spectrum of seismic data acquired from new and old survey in different azimuth at the same location(a)北東方向新采集三維地震數據速度譜；(b)近東西向采集老三維地震數據速度譜

2.2 速度建模及雙方位地震資料融合處理

研究及實踐應用表明，基于構造導向約束的速度建模方法通過加入層位、斷層的約束，能更客觀地描述斷層兩側地層橫向速度突變特點，提高斷層附近速度場精度，從而改善斷層陰影帶疊前深度偏移成像效果。雙方位地震資料融合處理是在對不同方位地震數據精細匹配處理基礎上，首先基于常規各向同性速度模型進行疊前深度偏移，以獲取兩個方位的角道集數據；然后基于雙方位角道集數據分別求取剩余時差，并結合鉆井數據聯合求解適合于雙方位地震資料的方位各向異性速度場；最后利用方位各向異性速度場對雙方位融合地震道集開展疊前偏移處理。將構造導向約束的速度建模方法融入雙方位地震資料的融合處理中，可以充分發揮構造導向約束精細速度建模的優勢和雙方位地震數據照明度及方位各向異性分析優勢，從而改善斷層陰影帶地震成像效果。

2.3 斷層陰影帶構造解釋成圖

針對斷層陰影帶的精確深度偏移成像，關鍵在于準確構建斷層附近的偏移速度場，基于構造約束的速度建模方法，彌補了常規速度建模不能精細刻畫斷層附近速度突變的缺陷，可提高斷層附近的速度場精度。但相對合理的構造解釋成果，是基于構造導向約束構建客觀、真實精細速度場的前提。因此，在斷層陰影帶地震資料疊前深度偏移處理過程中，先驗構造認識越準確越有利于偏移速度場的合理構建，進而提高深度偏移成像精度。換言之，斷層陰影帶構造解釋和地震資料處理是相輔相成的兩個過程。

地震正演研究指導的斷層陰影帶構造成圖方法，是在綜合分析區域地震、地質特征基礎上，基于對速度場精度依賴度相對較低的疊前時間偏移地震數據，通過井、震資料結合開展地震正演研究，定量揭示斷層陰影帶時間域地震資料畸變特征，并通過構建校正量網格或校正解釋的方式，對斷層陰影帶速度變化導致的構造成像畸變進行校正，以提供更真實的構造形態，為精細速度建模提供合理的構造約束。具體流程如下：

1)正演地質模型構建：地質模型應客觀真實，符合實際地質情況。斷層陰影帶地震成像精度通常較低，已鉆井合成地震記錄標定效果通常較差，可選取位于斷層陰影帶范圍之外的鉆井作為標準井，采用已鉆井時深關系數據將疊前時間偏移地震數據轉換到深度域。依據區域主要三級層序界面，沿垂直斷層走向方向過構造主體部位的深度域地震剖面等比例構建深度地質模型。為便于準確求取斷層陰影帶

圖3 南海東部地區A油田地質模型和正演時間剖面Fig.3 Geological model and forward modeled seismic profile in time domain of A oilfield in the east of south China sea(a)地質模型；(b)正演時間剖面

的時間域構造畸變量，在地層傾角較小的情況下，可采用簡化的水平層狀地質模型，模型上、下盤層速度參數參考標準井結合埋深壓實校正取值，地質模型如圖3(a)所示。

2)地震正演模擬：可采用自激自收的方式開展地震正演模擬，以避免采集、處理因素帶來的不確定性，正演時間地震剖面如圖3(b)所示，可直觀揭示斷層陰影帶構造畸變總體特征。通過統計正演地震剖面斷層陰影帶各層界面地震同相軸反射時間相對于陰影帶范圍外的水平同相軸時間差，可進一步明確斷層陰影帶內各層的時間域構造畸變量。

3)構造成圖：基于上述方法過構造主體部位構建多條模型剖面開展地震正演，可揭示斷層陰影帶范圍內時間域構造畸變量平面分布特征和變化趨勢。統計畸變量散點數據并進行平面插值建立各層時間域構造畸變量網格，用該網格對相應層位的疊前時間偏移解釋成果進行校正，并采用標準井的時深關系數據對各層校正后的時間域構造網格進行時深轉換，即可得到消除斷層陰影影響的深度域構造。實際構造解釋工作中，也可參照斷層陰影帶時間構造畸變量正演分析結果，結合地層產狀趨勢開展陰影帶構造校正解釋，然后基于校正解釋結果采用標準井時深關系進行時深轉換。

2.4 采集、處理、解釋一體化技術策略

斷層陰影帶的構造落實需要找準關鍵問題，將采集、處理、解釋關鍵技術有機結合。在南海東部地區油氣勘探開發實踐中，針對斷層陰影帶構造落實難點，建立了一體化的技術流程(圖4)，工作中可根據現有地震資料情況分階段有序開展：

1)基于疊前時間偏移成果地震數據，實際工作中，通常是老三維成果數據或二次三維處理的階段性成果數據，開展構造解釋。并通過井、震資料結合開展地震正演研究，定量揭示斷層陰影帶時間構造畸變特征，初步落實斷層陰影帶構造形態，為后續地震資料處理提供相對合理的構造趨勢約束，以提高偏移速度場精度。

2)在對現有老三維地震資料品質分析基礎上，結合斷裂系統展布特征，設計二次三維采集方位及采集參數，以彌補老資料照明度低、信噪比低等問題，開展二次三維地震資料采集。

3)對二次三維地震資料做去噪、鬼波壓制、去多次波、面元規則化等前置處理后與老三維地震資料結合，開展能量、時差、相位、頻率匹配處理，并將新、老兩批次資料進行共中心點道集融合。然后基于層位、斷層約束開展偏移速度建模，并對雙方位融合地震資料開展偏移處理和剩余多次波衰減，最后通過雙方位剩余時差聯合分析對偏移速度場進行修正，并結合井、震標定反復迭代修正速度場，最終得到能同時滿足兩個方位道集拉平的各向異性速度場及融合資料疊前深度偏移成果。

圖4 采集、處理、解釋一體化技術流程Fig.4 Integrated technical process of seismic data acquisition, processing and interpretation

圖5 A油田M油層不同階段構造成果圖Fig.5 Structural results of M reservoir in A oilfield at different stages(a)老三維地震資料構造解釋成果圖；(b)地震正演研究指導下構造成果圖；(c)老三維重處理地震資料構造解釋成果圖；(d)雙方位融合處理地震資料構造解釋成果圖

3 一體化技術應用實例

A油田是南海東部地區受斷層陰影影響較典型的油田之一，老資料疊前深度偏移處理過程中，基于常規時間域解釋層位約束構建速度模型，斷層陰影帶地震同相軸的扭曲、錯斷特征明顯，近斷層部位表現為同相軸總體下拉的趨勢(圖6(a))。該油田所在區域勘探開發實踐證實，斷層陰影帶上述地震反射特征均可能是地震假象。因斷層陰影帶老資料疊前深度偏移成果精度較低，采用對速度場精度相對不敏感的疊前時間偏移數據及解釋成果，井、震資料結合，在地震正演研究指導下開展陰影帶的構造成圖。

圖6 老三維地震資料重處理前、后地震剖面Fig.6 Seismic section before and after reprocessing of old 3D seismic data(a)老三維地震資料重處理前地震剖面；(b)老三維地震資料重處理后地震剖面

圖7 新老資料處理成果剖面對比Fig.7 Seismic section comparison of new and old seismic data processing (a)老三維重處理地震資料成果剖面；(b)二次三維地震資料成果剖面；(c)雙方位融合處理地震資料成果剖面

基于老資料疊前深度偏移成果資料解釋得到構造圖(圖5(a))，靠近斷層部位構造下傾，地震正演研究指導的斷層陰影帶構造成圖如圖5(b)所示，靠近斷層部位構造抬升，儲量規模有擴大的潛力?；诖?，2017年在靠近斷層部位部署了X2井以落實斷層陰影帶構造，該井實鉆證實構造抬升，M主力油層X2井實鉆深度相對于疊前深度偏移老資料解釋成果偏淺22 m，相對于地震正演研究指導的構造成圖成果偏深僅2 m?？梢娀诘卣鹫菅芯恐笇У臉嬙斐蓤D方法可基本落實斷層陰影帶總體構造形態，為后續地震資料的處理提供相對合理的構造導向約束。

為落實油田構造，2018年初基于老三維地震采集數據，對A油田及周邊幾個鄰近的油田進行了疊前深度偏移重處理。重處理過程中，基于正演研究指導下的階段性相對合理的構造研究成果，采用層位、斷層約束更新偏移速度場，一定程度改善了斷層陰影帶疊前深度偏移成像效果，陰影帶同相軸扭曲、錯斷和下拉假象都明顯減弱，過A油田構造高部位老三維地震資料重處理前、后地震剖面如圖6所示。

為進一步落實區域勘探潛力，2018年在A油田所在二級構造帶采集了二次三維地震數據，采集方向與區域晚期控圈斷裂走向近似垂直，同時優化了電纜長度、震源能量等采集參數。采用與老三維地震資料重處理相同的處理流程，對二次三維采集地震數據開展了疊前深度偏移處理。同時結合老三維地震資料，采用上述方法將新、老兩批次不同方位采集的地震數據融合并開展了疊前深度偏移處理。二次三維成果資料較老資料重處理成果信噪比更高，深層地震反射波組特征更清晰，同相軸更連續，斷層陰影帶地震成像明顯改善。融合處理資料結合了兩批資料的優點，斷層陰影帶和深層局部成像較二次三維資料又有一定改善(圖7)。對比老三維重處理地震資料和雙方位融合處理地震資料M油層解釋成果(圖5(c)、圖5(d))可見，靠近斷層部位陰影帶構造抬升，兩者總體構造形態一致。X2井實鉆深度相對于老資料重處理解釋成果偏深3 m，相對于雙方位融合處理解釋成果偏深1 m，表明雙方位融合處理對構造細節的落實更趨真實，為油田儲量評價及開發方案部署提供借鑒。

4 結論

1)南海東部地區部分區帶老三維地震資料采集方位與新近系控圈斷層走向方向近似平行，垂直于斷層走向方向照明度不足，沿斷層走向和傾向方向速度各向異性特征突出，斷層陰影帶地震偏移成像受采集照明度和偏移速度場精度制約，難以呈現真實構造特征。

2)針對目標的地震正演研究可揭示斷層陰影帶構造畸變特點，落實構造趨勢，為斷層陰影帶偏移速度場構建提供正確的構造導向約束，提高偏移場速度精度，從而改善疊前深度偏移成像效果。

3)垂直于新近系控圈斷層走向方向開展二次三維地震資料采集可顯著提高斷層陰影帶照明度，與老三維地震資料聯合，通過新、老兩批次采集的三維地震數據融合處理，可有力改善斷層陰影帶成像效果，進一步提高陰影帶疊前深度偏移成像精度，落實構造細節。