塔里木盆地沙漠區超深層碳酸鹽巖地震資料精細處理技術

趙銳銳,周 強,彭更新,胡曉亞,孫海軍,陳 立,李 忠,王 瓏,王玉華

(1.中國石油 塔里木油田分公司勘探開發研究院,庫爾勒 841000;2.東方地球物理公司 物探技術研究中心,成都 610213)

0 引言

碳酸鹽巖油氣總量約占全球油氣總量的70%,塔里木盆地碳酸鹽巖油儲層是塔里木油田原油上產的重要戰略要地。以塔里木盆地近10年來石油勘探最大的發現--富滿油田為例,高品質地震資料采集處理技術是其成功勘探發現的兩大關鍵技術之一。

富滿油田位于塔克拉瑪干沙漠,其地震資料處理面臨三大挑戰[1-2]:①地表為大沙漠區,位于塔克拉瑪干沙漠腹地,廣泛分布松散沙土,沙丘表層結構橫向變化劇烈,吸收衰減嚴重;②目的層奧陶系埋藏超深,多次波發育對目的層信號造成多重污染,信噪分離難,影響剩余時差拾取精度;③全層系高精度建模需考慮的地層數量眾多,尤其沙丘表層和火成巖速度變化劇烈,嚴重制約奧陶系走滑斷裂和精準成像。

針對大沙漠區表層、超深埋藏、全層系精準建模三大挑戰,塔里木油田持續對地震資料處理進行攻關,針對性形成了沙漠近地表反演及剝蝕技術、近地表Q補償技術、層間多次波壓制技術、超深目的層全層系高精度建模技術,通過精細化處理獲得高品質的預處理道集和精準的速度模型,從而達到提高奧陶系縫洞和走滑斷裂成像精度的目的。

1 沙丘近地表反演及剝蝕技術

塔克拉瑪干沙漠廣泛分布條帶狀沙丘和蜂窩狀沙丘,縱橫向存在速度變化,以往采用沙丘曲線來解決靜校正問題。沙丘曲線法是將沙丘作為一個規則的變化體來考慮,而現實中沙丘形態千變萬化,成因和物性又各不相同,一條沙丘曲線并不能充分表征大面積的表層結構特性,具有局限性。折射靜校正是一種較好的替代方法,通過交互初至拾取,逐段估算折射波速度,用延遲時反演法建立近地表模型,然后用相關方法計算各道與模型道時差,最后根據近地表模型用統計方法算出炮點和檢波點的靜校正量。但其應用前提是要求有一個平穩光滑的低降速帶底界,且須追蹤同一折射層,應用條件相對苛刻,且精度不夠。通過大量研究證實:微測井約束層析靜校正能相對精準反演塔克拉瑪干沙漠近地表結構。

層析成像利用地震波旅行時來反演地下介質的層速度和反射界面。因為走時是各個網格旅行時的總和,導致成極淺層速度偏大,故用微測井速度提供極淺層速度,有助于提高表層速度模型精度。微測井約束層析能很好地刻畫沙漠表層(圖1),北面是蜂窩狀沙丘,沙丘頂部速度為1 400 m/s,南面是條帶狀沙丘,條帶狀沙丘頂部速度極低小于1 000 m/s,蜂窩狀和條帶狀沙丘底部速度都相對較高,在1 700 m/s左右。分析證實塔克拉瑪干沙漠第四系松散沙土速度受壓實膠結程度影響巨大,沙丘頂部和底部速度差異大,整個大沙漠區速度橫向變化劇烈,存在嚴重的靜校正問題,地震道時間一致性極差,對地下構造恢復及成像精度影響極大。

圖1 沙漠區近地表結構

近地表速度模型反演之后求取靜校正需要兩個步驟,①從物理點(激發點和接收點)高程往下將低降速帶剝蝕到高速層頂;②從高速層頂向上用替換速度填充到基準面。在這兩個步驟里,剝蝕的低降速帶速度由近地表反演的精度決定,替換速度和統一基準面為1 500 m,替換速度為1 700 m/s,需要關注的焦點是剝蝕到哪個深度。

如圖2所示,間隔100 m/s分別選1 700 m/s～2 100 m/s作為高速層頂界,即低降速帶的底界,從沙丘表面向下剝蝕,再用替換速度校正到統一基準面,完成靜校正。圖2(a)為應用不同速度界定高速層的在近地表模型縱剖面上的示意圖,圖2(b)～圖2(f)依次為剝蝕到不同高速層的疊加效果,直觀來看,選擇潛水面速度1 700 m/s作為剝蝕的低降速帶底界,成像效果欠佳,剝蝕到1 900 m/s的剖面同相軸明顯更加連續,且與該區VSP速度拐點吻合,故推薦大沙漠區高速層頂界優選1 900 m/s。

圖2 剝蝕到不同低降速帶成像效果

2 沙漠區近地表Q補償技術

沙漠區表層廣泛分布松散沙丘,由于迎風面背風面及膠結程度不同,近地表速度的橫向變化,除了引起地震道時間一致性差異,還會引起地震子波的空間變化[3]。另外沙丘Q值小,地震波能量衰減快,宋智強等[4]指出,對于60 Hz以上的地震波,當它穿過80 m厚的沙丘時,地震波衰減大于38 dB,能量相對損失可超過90%,導致深層地震波能量弱,分辨率低。傳統的處理方法采用地表一致性反褶積,利用地震數據計算出不同炮檢點的反褶積因子然后進行補償,解決地震數據由于近地表變化而引起的子波空變問題。反褶積假設地震子波為最小相位,反射系數為白噪,且一定的時窗范圍內地震數據的子波時不變,實際資料很難滿足這些條件。蔣立等[5]探索在地表吸收起主要作用的沙漠區使用近地表補償技術。

近地表介質吸收衰減補償處理的關鍵是構建精準的近地表Q模型[6],筆者對比分析了傳統的譜比法,認為極淺層Q值估算過小,存在小于2的情形,這屬于不合理范圍,故優選振幅曲線擬合法估算沙丘品質因子Q,即平面波在介質中傳播一個波長距離之后的能量耗散比。

研究區沙丘厚度達到120 m,分布微測井403口,振幅曲線擬合法估算的第一層Q值為6.317(圖3(b)),相比譜比法估算的0.8～2更為合理(圖3(a))?；诙嗫谖y井Q插值得到近地表Q模型,在沙層5 m范圍內,沙層Q值分布在6～20(圖3(c)),橫向存在較強變化,采用GeoEast的近地表波動方程Q吸收補償方法,對穿過沙丘的地震數據進行振幅和相位補償,提高資料分辨率。從圖4近地表補償前后單炮圖4(a)、圖4(b)和圖4(c)來看,紅色為Q補償后頻譜,能量有所恢復,頻帶寬度得到拓展,圖4(d)、圖4(e)、圖4(f)展示,深偏剖面主頻由11 Hz～67 Hz拓展到3 Hz～80 Hz,為超深層奧陶碳酸鹽巖高精度成像奠定基礎。

圖3 近地表Q值計算

圖4 近地表Q補償效果

3 層間多次波壓制技術

研究區層間多次波發育,其壓制效果直接影響后續剩余時差的拾取精度,如圖5所示,首先從速度譜分析,根據明顯速度差異判別長程多次波存在時間段;利用聲波曲線生成合成記錄,與波動方程正演結果匹配,定位多次波污染比較嚴重的層系;根據動校正后的VSP上行波直接識別層間多次波發育地層。通過多信息識別多次波后,根據長程和短程多次波不同的特征分別進行壓制。

圖5 多次波壓制技術路線

根據動校的VSP上行波是否能傳播到達初至(圖6(a)紅色實線),直觀識別出4層相對明顯的層間多次波(紅色虛線)。以圖6中第二組多次波多②為例,因其未能與初至相交,被認定為層間多次波,其發生在雙程走時3 970 ms處,能量消失對應黃色虛線處的同相軸就是對應的反射層位,位于雙程走時3 190 ms,按照等走時原則,繪制出多②產生的示意圖6(b)。初步認為地震波穿過地層,在多②層發生強反射,到達A地層又遭遇強反射,在多②層和A層之間來回震蕩,產生層間多次波。結合地質認識和井資料,多②層是二疊系火成巖底,為高速;A層是白堊系底,為相對高速;二者之間為低速層。通過大量研究,認為一間房的多次波主要產生層系為古近、白堊、二疊、石炭、志留,其中二疊底產生的多次波能量強,志留系底離一間房近,二者對奧陶系一間房污染嚴重(圖6(c))。

圖6 多次波識別

應用拉冬變換多次波[8]壓制具有明顯速度差異的長程多次波(圖7),基于動校道集拾取正剩余時差范圍,在拉冬變換后的譜數據上進行切除線定義,該方法針對動校道集壓制受限于動校速度,要慎重,需根據速度譜和VSP資料劃定壓制范圍,只壓制長程多次波發育的時段。沒有明顯速度差異的短程層間多次波采用擴展層間多次波預測并壓制,該方法基于共炮道與共檢波點道卷積,相關過程是通過拾取產生多次波的層位時間做時延,再累加所有貢獻道集,預測出層間多次波,再自適應相減(圖8)。壓制后的道集采用同樣的參數偏移生成CRP道集(圖9),多次波得到較好壓制,波組特征更加清楚,便于后期拾取剩余時差,提高網格層析可靠度,為深度域精準建模奠定基礎。

圖7 長程層間多次波壓制

圖8 短程層間多次波壓制

圖9 多次波壓制前后CRP道集

4 超深目的層全層系高精度建模技術

塔里木盆地奧陶系碳酸鹽埋藏超過6 000 m,基于井控和層控得到相對精準的初始速度模型應用了9口井,11個層位控制,起始面用小平滑面,淺層鑲嵌近地表,中深層基于層位約束,應用VSP和聲波速度構建初始速度模型,重點針對火層巖優化速度,形成全層系高精度建模技術。極淺層覆蓋次數低,反射波共偏移距道集道數少,剩余時差拾取精度低,速度更新量不可靠,目前行業有兩種解決方法:①用角道集替換共偏移距道集,增加淺層反射波數據剩余時差拾取精度;②利用初至走時反演的近地表速度模型經過平滑后進行鑲嵌[9]。

前面已提到,小道距微測井約束的層析靜校正方法利用走時信息,能夠比較精準地刻畫出沙丘縱橫向速度,故筆者選用近地表鑲嵌為全層系深度域建模提供可靠的淺層速度。該方法在高程小平滑面以下,高速層頂以上,嵌入大炮初至反演的沙丘表層模型。通過研究,優選接收線距作為小平滑面的平滑半徑。

圖10展示的是沙丘鑲嵌過程和效果。10(a)是初至信息反演的近地表模型,其中藍色線代表小平畫面,紅色線是高速層頂,高速層以1 900 m/s作為門檻值限定。圖10(b)是初始速度模型,其構建方式可以是時間域均方根速度插值,通過時深轉換而得,也可以是CVI反演而得,筆者利用井多的優勢,基于井控和層控得到相對精準的初始速度模型。圖10(c)為鑲嵌了沙丘表層的初始速度模型,具體做法是在深度域高速層頂以上填充圖10(a)所示的近地表模型,高速層頂以下保留根據井控建立的初始速度模型,高速層頂附近再做小尺度的平滑處理。圖10(c)和圖10(d)分別是沙丘模型鑲嵌前后的偏移成像效果,鑲嵌之后沙丘速度精度更高,使得淺層整體成像更優,尤其是紅色方框和箭頭處,同相軸連續性更強,波組特征更清晰。

圖10 近地表模型鑲嵌

火成巖精準速度建模,是塔里木超深層碳酸鹽巖全層系建模第二個關鍵因素。首先火成巖與圍巖速度相差大,達到1 000 m/s,火成巖速度為5 000 m/s,圍巖為4 000 m/s。其次火成巖橫向變化劇烈,地震響應特征分為雜亂相和平行相,雜亂相對下伏地層成像影響巨大。通常采用網格層析速度反演技術在三維立體網格內進行射線追蹤,通過共成像點道集上的深度殘差方程求解更新速度模型,提高速度模型精度[10]。通過攻關,推薦基于層控+井控建立較精準的初始速度,利用200 m*200 m的小網格層析反演火成巖速度細節。從偏移成像效果來看(圖11),火成巖速度細節得以精細刻畫之后,內幕成像更加清晰,反射之間接觸更加清楚,分辨率明顯提高。

圖11 火成巖速度優化

5 應用效果

研究區域位于塔克拉瑪干沙漠邊緣,地表為蜂窩狀沙丘和條帶狀沙丘,奧陶系碳酸鹽巖埋深大于6 000 m,上覆二疊系火成巖。前期油田統計分析表明,縫洞體儲層主要受控于走滑斷裂破碎帶,多分布在距主斷裂一定范圍之內。從縫洞和走滑斷裂成像剖面(圖12)和(圖13)來看,攻關剖面解決了時間、頻率和振幅一致性,壓制多次波提高剩余時差拾取精度,在近地表鑲嵌+井控+層控的初始速度模型基礎之上,利用網格層析提高火成巖在內的全層系速度精度,成像精度得到較大幅度的改善。分析相干屬性平面圖(圖14),看出奧陶系走滑斷裂和縫洞分布特征清晰,可為油田奧陶系縫洞儲層高效開發提供支撐。

圖13 走滑斷裂成像對比

圖14 碳酸鹽巖相干屬性平面圖

6 結論及建議

筆者提出的沙漠區超深碳酸鹽巖地震資料處理技術較好地解決了靜校正和多次波問題,拓寬了超深層主頻,建模精度高,確保了成像品質,能更清晰地刻畫縫洞和走滑斷層。

1)大沙漠區沙丘速度橫向變化劇烈,靜校正問題嚴重,微測井約束層析能較好反演沙丘表層結構,通過對比分析,低降速帶剝蝕到1 900 m/s能更好解決時間一致性問題。

2)建議應用近地表Q補償解決地震波穿過沙丘產生的能量衰減和速度頻散,提高深層資料分辨率,為后續奧陶系偏移成像提供優質預處理道集。

3)推薦采用VSP上行波和井震聯合識別多次波,基于最小二乘拉冬變換和擴展層間多次波壓制,為剩余時差精準拾取奠定基礎。

4)深度域建模和速度優化方面,基于小滑面,淺層鑲嵌沙丘地表,利用VSP和聲波速度建立精準初始模型,針對火成巖精細刻畫,提高超深目的層全層系建模精度,確?？p洞和走滑斷裂高精度成像。