針對巖性圈閉的正演照明采集參數優化設計

羅 偉, 閻 貧, 萬瓊華, 陳兆明, 黃 鑫

(1.中國科學院 邊緣海與大洋地質重點實驗室，中國科學院 南海海洋研究所，廣州 510301；2.中海石油(中國)有限公司 深圳分公司，深圳 518054; 3.中國科學院大學，北京 100049)

0 前言

目前，中國內陸、近海海域石油探區的重點區域已經基本實現三維地震資料的采集覆蓋，有的甚至已經實現二次三維、高精度三維的覆蓋。有研究數據表明，2000年到2013年，三維地震采集的工作量平均每年增長約5%，與此同時，油氣儲量平均每年增長約1.9%，呈現較高的正相關[1-2]。而高品質的三維地震資料在油氣勘探和開發過程中的重要性和意義顯而易見，為油氣的增儲上產提供著有利地支撐。隨著油氣勘探開發程度的不斷加深，常規的構造圈閉勘探逐漸向逆掩推覆、巖性潛山等復雜構造延伸；常規的碎屑巖油氣藏逐漸向碳酸鹽巖、火山巖等特殊油氣藏延伸；常規油氣藏逐漸向致密油氣、頁巖油、頁巖氣等延伸；近海大陸架海域勘探逐漸向深海海域延伸[3-4]。因此，信噪比、分辨率和保真度更高的地震資料才能更加準確地對復雜構造、儲層、油氣和空間展布關系等進行刻畫，從而解決油氣勘探和開發的可持續發展問題。基于此，地震勘探采集設計工作的重要性就得到了越來越大的凸顯。

比較精確的地震勘探采集設計與評價的實現，是基于波動方程的理論來模擬地震波的球面傳播，從而根據得到的照明度等效果圖來判斷地震勘探采集設計的觀測系統是否優化，以及通過外業采集能否得到理想資料的分析論證[5-8]。但在軟件實現算法的過程中，由于波動方程理論所需的計算量巨大，耗時較長，對硬件的要求較高，所以一般采用射線追蹤的方式進行近似模擬。前期針對目標的采集優化設計可以為后期的實際采集、處理等環節節省大量的人力、物力和財力[9-11]。

珠江口盆地惠州地區經過三十多年的勘探和開發，中淺層的構造圈閉已經基本鉆完，正逐步向中淺層的巖性圈閉勘探轉型。隨著近幾年惠州地區巖性油田的不斷發現[12-13]，該區巖性油田儲量的潛能越來越受到重視。因而品質更高的地震資料，將更好地助力巖性圈閉勘探進一步的深入，而地震資料的采集設計首當其沖。

1 研究區概況

研究工區位于珠江口盆地珠一坳陷惠州凹陷的南緣，是砂巖東側上傾尖滅和斷層南側側向封堵的巖性復合圈閉。結合平面屬性圖、單井測井相及取心資料，工區主要目的層K22up為受波浪的改造作用而大致呈東北-西南走向展布的三角洲前緣條帶砂體(圖1)。

圖1 HZ工區K22up砂體沉積相圖Fig.1 The sedimentary facies map of K22up sand layer in the HZ project

從區域背景來看，工區位于條帶砂的中部，條帶砂北部是惠州A油田；南部是惠州B油田，兩者均由于油水界面超出自圈范圍已被證明為巖性油田；因此認為工區應有較好的巖性勘探潛力。

工區西部是惠州C油田，其K22 up儲層是主力油層。K22和K22 up是層序界面SB18上下的兩套不同砂體，其中，K22 up是層序界面之上的海侵退積砂。

基于1996年采集的一次三維老資料(表1)，工區內現存三大問題難以解決，直接制約著進一步地研究。

1)基于以前的資料不易判別K22 up砂體東側尖滅線的位置，以及其與東側斷層的匹配關系,從而直接影響到圈閉有效性的落實(圖2)。

2)通過地球物理手段提取多種屬性后發現，每一種屬性對應一條尖滅線的位置,最小和最大范圍邊界相差約1 000 m，導致尖滅線的實際位置無法定量確定，直接影響到巖性復合圈閉的大小，最終影響到圈閉的儲量規模(圖3)。

3)工區內的多套砂體疊置關系比較復雜，直接影響到油氣運移方式、成藏類型以及最終油水分布，所以確定大套砂體間的疊置關系直接影響到圈閉的有效性(圖4)。

表1 一次三維資料采集參數

圖2 尖滅線和斷層匹配關系不落實Fig.2 The uncertain matching relationship between pinching-out lines and faults

圖3 尖滅線位置不落實Fig.3 The uncertain physical position of pinching-out lines

圖4 多套砂體疊置關系Fig.4 The superposition of multiple sand bodies

圖5 正演模型示意圖Fig.5 The stretch map of forward model

2 采集參數設計

針對1996年三維資料運用多種技術方法均無法較好解決以上三個難題的現狀，提出二次三維采集的需求，并針對巖性復合圈閉進行正演照明的采集參數優化設計，希望通過獲得品質更好的地質資料后，應用現有技術嘗試解決目前巖性圈閉勘探面臨的問題。

基于對工區的地質認識，建立正演模型(圖5)。在T40層和T50層之間建立K22 up砂體由西向東呈現楔狀尖滅的砂體模型，在K22 up砂體東側建立K22砂體的模型。模型的每一層速度和密度值均參考該工區西側惠州C油田的實鉆數據。初始模擬的采集參數參考最新的常規采集參數，以保證模型正演的結果更貼近實際。根據模擬的結果對采集參數進行符合實際情況的逐步修正，從而得到比較合理的采集設計方案。

通過三維空間的正演模擬試驗(圖6)，在平行于砂體展布方向采集時，通過觀察最大偏移距示意圖，K22 up砂體西南角和東北角最大偏移距都較小；而垂直于砂體展布方向采集時，可以較好地克服這一現象。一般情況下，在合理范圍內，最大偏移距應盡可能大，以利于速度分析和避免寬角反射波的畸變影響。修正采集方案首次提出針對巖性勘探，應采用垂直于砂體展布方向采集的方案。同時，針對多套砂體疊置的問題，模擬結果顯示，不同采集方向會對成像效果產生不同的影響。當平行于砂體展布方向采集時，K22 up砂體和K22砂體的相對關系并不清晰，必然導致砂體疊置關系成像不清晰。而垂直砂體展布方向采集時，兩套砂體的關系刻畫得非常清楚，可以預見成像效果會比較清晰。可見垂直砂體展布方向采集可以得到更好的多套砂體疊置的成像效果。而從模擬結果上，該方案也確實能更好地落實尖滅線和斷層的匹配關系。

運用高密度采集的方式后，通過對比常規采集和高密度采集的照明度剖面(圖7)，發現相對常規采集的拖攬間距100 m的覆蓋次數，高密度采集的拖攬間距50 m的采集能大幅度提高覆蓋次數，從而提高地震資料的分辨率，理論上來說，成像效果肯定會更好，從而更好地落實尖滅線的位置。因此，修正采集方案，采用高密度采集。

觀察不同拖纜間距對于砂體成像和疊置關系刻畫的影響(圖8)，拖攬間距(100 m)的常規采集對兩套砂體的邊界成像并不清楚，無法清晰落實砂體邊界的真實位置。高密度的拖攬間距(50 m)的采集，可以較好刻畫兩套砂體的邊界，可以預見對砂體疊置的成像會更加清晰。因此，修正采集方案為采用改變采集方向與高密度采集相結合的方案，以解決疊置的多套砂體識別的問題。

圖6 不同采集方向K22up砂體最大偏移距示意圖Fig.6 The stretch map of max offset of K22up sand layer in different acquisition directions(a)垂直砂體展布方向采集；(b)平行砂體展布方向采集

圖7 不同采集方案K22up砂體照明度示意圖Fig.7 The stretchmap of hitmap of K22up sand layer with different acquisition plans(a)常規采集；(b)高密度采集

圖8 不同纜間距對砂體邊界刻畫的影響Fig.8 The influence of different cable spacing on sand body boundary characterization(a)纜間距100 m；(b)纜間距50 m

綜上所述，在保持其他采集參數基本不變的前提下，經過理論模擬和論證，得到如下結論：

1)首次提出針對巖性勘探應著重注意采集方向問題。垂直于砂體展布方向(采集方向110.7°/290.7°)采集可以解決尖滅點的識別和尖滅線與斷層的匹配問題(老三維資料為平行于砂體展布方向，采集方向18°/198°)。

2)采用“雙高”采集提升地震資料分辨率。應用高密度采集(纜間距50 m)和高分辨率采集(采樣率1 ms)技術組合的方式可以更清晰刻畫砂體邊界，從而解決多套砂體疊置的問題(老資料的纜間距為200 m，采樣率為2 ms)。

從而得到一種解決巖性圈閉的照明采集參數優化設計問題的思路。

3 實際應用分析

3.1 二次三維地震資料分析

通過理論模型的分析論證，確定了優化后的采集方案，順利地推動了二次三維地震資料的采集。

通過對比老資料和二次三維的新資料，在相同測線Xline1620處，新資料對K22up砂體尖滅點的識別更加清晰(圖9)，斷層位置更加落實，尖滅點和斷層的匹配關系更加明顯。對比(圖2)的一次三維老資料相同測線的地震剖面品質后認為，二次三維資料確實更好地落實了尖滅點和斷層的匹配關系，從而落實了圈閉的有效性。

此外，通過采集設計得到的二次三維資料，同向軸的橫向連續性更好，縱向對比波組關系更為清晰，地震資料的整體分辨率得到了明顯地提高，有利于后期開展的巖性圈閉的勘探研究。

圖9 實際應用效果Fig.9 The actual application effect

3.2 實鉆井驗證

基于二次三維地震資料，通過運用最新的技術手段，預測工區儲層厚度16 m～20 m，孔隙度在16%左右。2017年初在HZ工區鉆探的C-1井證實，K22up儲層厚度為21.5 m，孔隙度為24.9%，滲透率為1 591.7 mD，物性甚至比預測的更好。實鉆結果證明，針對巖性復合圈閉目標的地震勘探采集設計確實取得了較為可靠的二次三維資料，而資料品質的提高將會極大提升勘探的成功率。

4 結論及討論

4.1 結論

隨著海上油氣勘探的逐步深入，地震勘探正向著更深、更廣的領域擴展。與此對應，地震勘探的采集設計需要更加針對性的措施和方法。而針對中淺層巖性復合圈閉的地震采集設計，經過實際采集和鉆井分析論證，以下兩點非常關鍵：

1)采集方向。首次提出針對巖性勘探應采用垂直于砂體展布方向采集的方案。實際二次三維采集結果資料表明，該方法確實可以較好落實巖性尖滅點和尖滅線，從而落實圈閉的有效性。

2)“雙高”采集。首次在南海東部珠江口盆地惠州凹陷獲得針對巖性勘探的“高分辨率和高密度”采集結果。實際二次三維采集結果資料表明，運用“雙高”采集，確實有利于提高分辨率，最大程度上加強砂體地識別，從而刻畫砂體疊置關系。

綜上，通過優化針對巖性圈閉的正演照明采集參數，得到了品質更高的地震資料，拓展了巖性勘探的領域，切實落實了儲量,對后續針對巖性圈閉的采集參數設計具有非常重要的參考價值。

4.2 討論

通過C-1井的鉆探，在K22up目標儲層之下發現了K34和K40兩套巖性復合圈閉形成的儲層，且均成藏。K34和K40均是東側靠尖滅線，南部高部位靠斷層封堵的成藏模式，因為與K22up類似，就不再贅述。這兩套儲層的發現，同時也拓展了一種巖性復合圈閉的新模式：即東側靠尖滅線，南部高部位靠斷層封堵也可以形成巖性復合圈閉并成藏。