海上雙方位地震資料OVT域聯合成像技術在斷層陰影區的應用

關鍵詞： 斷層陰影，雙方位，OVT 域，斷控層析，各向異性，聯合成像

0 引言

斷控油藏在南海海域普遍存在，受海上地震資料采集方式、方向、速度建模以及偏移方法等影響，斷裂下盤常常會出現陰影區[1]，具體表現為反射雜亂、能量不聚焦，同相軸“上拉”“下拉”以及高角度錯斷，在陡傾角斷裂帶甚至出現地層產狀（傾角）畸變。斷層兩側速度差異是陰影區構造成像畸變的根本原因，疊前時間偏移（PSTM）無法解決速度橫向變化問題，而疊前深度偏移（PSDM）是消除斷層陰影的最常用技術，其關鍵是獲取高精度的速度模型[2]。近年來行業內發展了一系列的精細速度建模技術[3?5]，但在斷裂發育的復雜構造區，速度橫向變化劇烈，各向異性現象明顯，僅依靠處理技術，三維窄方位地震資料并不能徹底解決此類成像難題。

針對陸地束狀觀測系統采集的地震資料，諸多學者對多方位及寬方位地震資料處理技術開展了一系列的研究[6?8]，相關配套技術取得了快速發展。海上二次三維資料采集技術的迅速開展，使得照明度不斷提高，波場相對豐富，在復雜構造成像、振幅保真及裂縫預測等方面具有明顯的優勢[9?10]。針對海上拖纜不同方位的三維地震資料聯合成像，朱明等[11]利用各向同性PSDM 獲得兩個方位的方位角道集，通過道集的剩余時差反演兩個方位資料的速度模型，結合測井信息標定，形成兩個方位的各向異性速度場； 也有學者[12?14]提出利用雙方位資料的剩余時差聯合層析反演，用反演速度模型對兩個方位資料偏移得到雙方位道集，結合井信息分別更新兩個方位的各向異性參數，該處理技術流程目前廣泛采用。由于海上拖纜采集的特殊性以及成本控制，即使二次三維采集也會存在方位角的缺失，不同采集方向地震資料具有不同的方位信息，尤其是近正交采集的地震數據成像具有明顯差異。為保證不同方位偏移后的道集拉平以及疊加效果，常采用與傾角和方位角相關的時差校正，雖然能較好地解決區域強反射界面標準層的時差問題，但是標準層層間地震波能量相對較弱，層間時差難以徹底消除，在復雜構造區成像效果變差。

本文針對南海海域斷裂帶的復雜構造，分析了不同年份、不同采集方位三維地震資料的差異，采用雙方位OVT 域處理后的融合地震數據進行斷控約束網格層析速度建模。首先，OVT 域“五維”數據同時保留了炮檢距和方位角信息，其次，統一的各向同性速度模型基本消除了斷裂附近的速度畸變，使得不同方位資料的PSDM 成像基本一致。最后，結合TTI介質PSDM 進一步改善了斷層陰影區的成像效果。該方法對該地區同類型斷控構造成像研究具有一定借鑒意義。

1 斷層陰影區不同方位角地震資料差異分析

從方差體屬性切片上看（圖１），研究區普遍發育多組近北西西向的斷裂。為滿足早期區域勘探需求，第一期三維地震資料的采集方向垂直于控洼大斷裂，采集方位角為99°/279°，與研究區的近北西西向的控圈斷裂近似平行，不利于斷控油藏構造落實。第二期三維地震資料采集考慮到控圈斷裂的走向，采集方位角為20°/200°，與第一期采集方向近似正交（圖2）。另外考慮深層資源評價以及鬼波壓制等，對電纜長度、震源容量以及沉放深度等參數進行了優化和升級。兩期三維地震資料采集主要參數見表1。

研究區在斷裂下盤發現多個構造油藏，主要分布在韓江組至珠江組（T32～T60）地層，埋深約900～2700 m（圖3）。根據探井2 實測速度曲線，目的層段速度為2300～4300 m/s，主控斷裂的垂向斷距約為80～370 m，按照速度垂向梯度，斷層兩側的地層速度差異為90～435 m/s。

圖4a 為南北向（ 近垂直于控圈斷裂走向） 的PSTM 地震剖面，針對圖中白線所示的位置開展不同方位數據的速度譜及道集分析（圖4b、圖4c）。與Ts?vankin 等[15]認識一致，即第一期資料采集方向近平行于控圈斷裂走向，地震射線穿過下盤的高速層較多，速度明顯偏大。第二期資料采集方向近垂直于斷裂走向，射線穿過上盤低速層相對較多，速度明顯偏小，不同方位的疊前時間偏移資料在斷裂附近成像差異明顯。在斷裂上盤（埋深約1. 5 s 以上）的平穩地層，兩個方位資料的均方根速度差異不大，但在斷裂的下盤（埋深約1. 5 s 以下）兩個方位資料的均方根速度差異明顯變大，最大可達120 m/s。

通過對不同方位采集地震資料的分析，觀測方位接近正交，受斷裂走向、傾角以及地層產狀等影響，速度隨方位變化較大，基于傳統速度分析技術很難精確刻畫斷裂帶的速度變化。因此，建立一個穩定、具有物理意義的統一速度場存在一定難度。

2 雙方位地震資料OVT 域聯合成像技術

雙方位融合地震資料可增加斷裂陰影區照明度，在一定程度上接近寬方位采集效果。但不同年度、不同方位的射線路徑不同，若速度與各向異性參數估計略有不準，則雙方位資料聯合成像的效果低于優勢單方位。為充分利用不同方位采集的地震數據，本文采用雙方位OVT 域處理后的融合數據進行斷控約束各向同性速度建模以及各向異性深度偏移聯合成像技術，主要步驟如下：

（1）對不同方位采集的三維地震數據分別進行預處理，為滿足不同方位資料融合，建立統一處理面元的觀測系統；

（2）將不同方位的三維地震數據合并，對融合后的三維地震數據進行一致性處理；

（3）充分保留數據的方位角信息，分方位去噪和規則化處理；

（4）基于規則化后的OVT 域道集，在斷控約束的基礎上建立深度域正交方位各向異性參數場，通過網格層析聯合反演求得與方位角無關的統一的速度和各向異性參數體；

（5）基于統一的速度和各向異性參數體，對規則化后的地震數據進行TTI 各向異性疊前深度偏移和疊加。

2. 1 雙方位地震資料疊前融合處理

與第一期相比，第二期采集方位近垂直于控圈斷裂的走向，為優勢成像方位，可作為融合處理的主方位。同時考慮資料的信噪比，建立統一的雙方位融合處理網格。在3000 m 炮檢距內兩期資料的覆蓋次數一致，但兩期資料的氣槍（震源）容量與沉放深度不同，地震子波形態及波組特征存在差異（圖5）。為提高融合效果，需對地震資料的振幅、相位以及頻率進行一致性處理。

第一期地震資料采集的氣槍容量明顯偏小，主要選取兩期資料相同或相近炮檢距疊加，統計單炮檢距體能量，算出匹配算子，通過調整第一期資料能量，達到兩期地震資料振幅匹配的效果。兩期資料的震源沉放深度不同，鬼波周期不同，首先應用自適應去鬼波處理[16?17]，消除鬼波影響，恢復地震子波最小相位及低頻成分，改善波組的一致性； 然后應用寬頻反褶積處理[18?19]，實現子波零相位化，在保證有效反射信噪比的前提下，壓縮地震子波。圖6 為處理前、后海底反射特征對比，通過去鬼波和準零相位反褶積組合技術，可基本消除兩期資料的頻率和相位差異。

海上資料受洋流及風浪等影響使電纜遠端發生漂移，覆蓋次數分布不均，特別是雙方位資料兩期的采集方向接近垂直，造成面元內覆蓋次數分布不均勻甚至產生空白。在對炮檢距分組后，不同炮檢距組的覆蓋次數也往往不均勻，在偏移數據體切片上出現采集腳印。疊前五維規則化技術能實現反假頻目的[20]，主要表現為均化空間覆蓋次數、消除羽狀角影響和壓制采集腳印等。由于海上拖纜采集限制，雙方位OVT 道集不標準，會存在某些方位角的缺失，炮檢距向量片不完整。為保證兩期數據融合效果，在雙方位一致性處理后的三維地震數據上分方位規則化，充分保留數據的方位信息，在OVT 域內進行疊前五維規則化處理，即在主測線、聯絡測線和時間三維基礎上增加炮檢距、方位角維度，可針對不同方位采集數據，按相同方位角的一致性實現規則化處理，有利于保持不同方位數據地震波場信息。

2. 2 OVT 域斷控網格層析速度建模

為提高斷層陰影區成像效果，充分利用不同方位地震波場信息，基于OVT 域道集開展深度域斷控約束網格層析速度建模，主要步驟如下（圖7）：

（1）采用純數據驅動的層析反演速度，雙方位OVT 域道集數據應用同一個初始各向同性速度模型，進行疊前深度偏移（PSDM），對兩個方位的共成像點（CIP）道集拾取剩余時差（RMO），根據射線追蹤建立聯合方程組，統一迭代求解最優速度模型；

（2）針對由斷裂導致的速度橫向與縱向的速度突變以及方位各向異性，在基于純數據驅動層析反演速度的PSDM 數據體基礎上，解釋區域穩定分布的地震反射標志層和大斷裂，建立斷控框架約束速度模型；

（3）在斷控模型的約束下，進行各向同性PSDM，拾取兩個方位CIP 道集的剩余時差，聯合迭代層析，求取最優速度場，提升斷裂帶的速度精度，獲得適用于多方位資料的統一的深度域速度模型。

如何利用不同方位地震資料聯合反演速度是求取準確速度場的關鍵之一。由于常規層析得到的速度模型存在多解性，導致不同方位資料同一層位的深度不同。此外，因為難以獲得穩定的與方位角無關的統一的各向異性速度場，所以常采用與傾角和方位角相關的時差校正。雖然道集可以拉平，但在雙方位聯合成像方面存在人為的不確定性。為此，本文直接基于雙方位融合的地震數據開展聯合速度建模。由于OVT 域道集數據保留了炮檢距和方位角信息，在同一個初始速度模型基礎上做網格層析，充分考慮不同方位的射線路徑差異，更符合斷裂帶地層中地震動校正（NMO）速度在不同方位上為橢圓的特征。同時，兩個方位數據提高了速度層析的穩定性，降低了層析的多解性，有利于反演出高頻速度細節，提高大斷裂下方速度精度，得到更高分辨率、更加穩定的速度模型（圖8），實現雙方位數據的偏移融合。

由于海上拖纜采集信息的局限性，為獲得符合地質情況的速度和各向異性參數模型，需要利用地層層序和大斷裂的先驗信息約束反演速度場。即在根據剩余時差進行射線追蹤求解聯合層析方程組時，在斷裂附近給其一個快速收斂的初始條件。在雙方位OVT 域純數據驅動網格層析體PSDM 的基礎上，精細解釋區域分布層序和斷裂組合，建立地震層序約束的斷控三維模型，拾取地震層序的傾角、方位角、斷層產狀信息作為先驗約束條件，采用自適應算法進行網格層析反演，通過多次迭代與優化，不斷更新速度場以及地震層序與斷裂的空間位置，獲得反映巖性和構造變化規律的速度模型。圖8c 為在雙方位OVT 域純數據驅動層析基礎上斷控層析反演的速度剖面，與圖8b 相比，斷裂帶的速度精度得到顯著提高，速度模型更符合地質規律。

圖9 為速度建模過程中共成像點（CIP）道集對比。通過斷控模型約束與高精度網格層析，速度模型的精度逐漸提高，對應PSDM 的射線旅行時計算精度也逐步提高，兩個方位能夠獲得較平的偏移道集。但是在斷裂附近的遠炮檢距道集仍未拉平，需要開展各向異性分析和PSDM 融合成像。

2. 3 TTI 各向異性PSDM 聯合成像

復雜斷裂帶地震波沿不同方向傳播時會產生各向異性效應，各向同性處理方法無法準確描述各向異性速度，尤其對斷裂附近大炮檢距地震數據影響較大，主要表現為遠成像道集未拉平，斷裂帶的地層成像失真，成像深度與實鉆誤差大。TTI 介質為具有傾斜對稱軸的橫向各向同性介質，用5 個參數描述，分別是沿對稱軸方向的傳播vP0、Thomsen 各向異性參數δ 和ε、對稱軸傾角θ 和方位角φ。其中θ 和φ 一般通過掃描深度域地震剖面直接得到[21]。

研究區韓江組—珠江組主要為海相砂泥巖沉積，地層橫向分布穩定，受區域地質應力影響，發育多組產狀相似的陡傾角的大斷裂，地震各向異性主要由定向斷裂和砂泥互層引起。因此，采用TTI 介質各向異性層析方法建立統一的與方位角無關的速度模型和各向異性參數體。具體實現步驟如下（圖7）：

（1）在雙方位OVT 域斷控層析的與方位角無關的速度模型基礎上，進行各向同性PSDM 體偏移，求取地質目標的傾角體和方位體，將地質認識作為約束條件融入各向異性參數層析；

（2）將測井信息作為約束條件，應用實測聲波資料和層析速度模型求取初始δ 和ε；

（3）開展方位各向異性TTI 深度偏移，對生成的兩個方位共成像點（CIP）道集拾取剩余時差，經多次迭代更新，獲得適用于多方位資料的統一的各向異性參數體。

圖10 是過主控斷裂位置的TTI 各向異性參數層析反演前、后PSDM 共成像點（CIP）道集對比，由圖可知層析反演后的道集校平，減少了遠道切除量，能充分利用遠炮檢距信息，可進一步提升斷裂陰影區成像品質。TTI ? PSDM 迭代過程中采用雙方位OVT 域網格層析提高了速度反演精度，最終獲得的各向異性速度能校平兩個方位采集的地震數據（圖11），可直接對雙方位數據進行聯合成像。

圖12 為優勢單方位TTI?PSDM 與雙方位TTI?PSDM 聯合成像的結果對比。得益于雙方位數據應用，速度模型精度提高，在主測線方向，兩者成像效果基本一致。由于雙方位地震數據融合增加了陰影區照明度，消除了單方位采集數據在聯絡線上的采集腳印，尤其是提高了大斷裂下方的信噪比，進一步消除地震同相軸畸變，結果更符合地下真實構造形態。

3 實際資料應用

圖13 為兩期地震資料不同方法偏移成像效果對比。雙方位疊前時間偏移直接融合數據信噪比整體高于兩期各自偏移數據，但由于斷裂導致速度變化，兩期單方位的地震資料成像位置不一致，直接融合效果改善不大，在局部甚至變差。針對不同方位地震成像的差異，采用模型道相關法逐層剝離進行時差校正融合，能在一定程度上改善斷層陰影區的成像品質，但在大斷裂下方仍然存地震同相軸扭曲以及陰影殘留等問題。應用本文雙方位地震資料OVT 域聯合成像，斷點歸位合理，斷面更清晰，陰影區畸變得到有效壓制。結合方差體屬性切片（圖14）也可以看到，斷裂陰影導致的模糊帶顯著減小，更有利于斷層和構造精細解釋。

研究區A 油田（W1 井區）主要受兩條大斷裂控制，基于本文方法能更好的消除斷層陰影區地層產狀的畸變。如圖15 所示，在斷裂夾持區，地震同相軸連續、穩定，構造幅度變緩（橢圓內），傾角由3. 50°～5. 50° 降低為0. 20°～2. 20°，更符合區域大數據統計的相似斷控構造的傾角規律認識。

B 油田（W2 井區）主要受一條大斷裂和一條次級斷裂控制，本文聯合成像方法能更好的消除斷層陰影區“上拉”“下拉”等地震同相軸畸變，油藏構造由之前的斷背斜變為斷鼻特征（圖16），高點位置由W2 井附近向東北偏移。后續實施的開發井證實，構造形態與鉆前新認識一致，實鉆深度誤差由?11～18 m 降低至?3～3 m，指導了開發井的高效實施（圖17）。

實際地震資料處理結果仍有不足之處，大斷裂下方的陰影區地震反射仍存在局部“錯斷”的現象，需在后續的資料處理過程中結合油田開發的鉆、測井信息，針對斷面附近的數據進行更精細的網格層析。

4 結論

針對復雜斷裂帶的構造落實，本文直接基于一致性處理以及疊前五維規則化后的融合數據開展速度建模。由于OVT 域道集保留了炮檢距和方位角信息，能充分考慮不同方位的射線旅行時信息，結合斷控模型約束層析聯合反演，建立一個穩定、具有物理意義、與方位角無關的統一高精度速度場。TTI 各向異性參數層析與深度偏移聯合成像能最大程度校平地震道集，充分利用遠炮檢距數據，有效提升陰影區成像品質，是一種有效、可行的技術方案。由于海上拖纜采集的特殊性，雙方位地震資料OVT 域聯合成像技術的關鍵有兩點： 一是由于采集年度（環境）不同以及采集參數的差異，需做好不同期次資料的地震振幅、相位以及頻率的一致性處理； 二是如果二次三維采集，雙方位拖纜資料存在某些方位角的缺失，炮檢距向量片不完整，需采用疊前五維規則化技術壓制采集腳印。

實踐表明，海上不同方位采集不僅可以改善波場照明，更有利于復雜構造背景下的深度域速度精細建模。在速度橫向變化劇烈區域，OVT 域層析反演速度建模與各向異性疊前深度偏移雙方位地震數據聯合成像具有較大潛力。雙方位斷控約束網格層析可顯著提高復雜構造的速度模型精度，改善成像效果。