超深層油氣地震勘探技術進展

摘要：超深層油氣逐漸成為中國乃至全球探明儲量、產量的重要增長極（點），超深層油氣地震勘探技術的研究與應用意義重大。為此，以塔里木超深層油氣藏為研究對象，首先分析超深層油氣藏的地震、地質條件及地震勘探面臨的難題；然后總結了超深層油氣三代地震勘探技術的形成、發展歷程及應用成果、效果；最后對該技術發展思路進行了展望。研究認為：以寬線+三維觀測、高速層激發、疊前時間偏移為核心的第一代超深層油氣地震勘探技術解決了超深層地震資料的信噪比低的難題；以三維、寬方位、較高密度觀測、疊前深度偏移為核心的第二代超深層油氣地震勘探技術初步解決了超深層地震成像歸位不準的難題；以高密度寬方位三維觀測、增能降噪地震激發、深層地震保真擴頻、真地表TTI深度偏移成像、分級斷裂刻畫與組合、OVT域相控反演及雕刻等為核心的第三代超深層油氣地震勘探技術基本解決了超深層地震高精度成像難題，有效支撐了富滿超深層十億噸大油田和博孜—大北超深層萬億方大氣田的發現和探明；增能降噪、保真拓頻、聚焦歸位和解耦映射是未來超深層油氣地震勘探技術的重點發展方向。

關鍵詞：超深層油氣，地震勘探技術，增能降噪，保真拓頻，聚焦歸位，解耦映射

中圖分類號：P631文獻標識碼：A DOI：10.13810/j.cnki.issn.1000?7210.2024.04.028

Ultra?deep oil and gas reservoir seismic prospectingtechnologies progress

LI Yalin

（BGP Inc.，CNPC，Zhuozhou，Hebei 072751，China）

Abstract：The ultra?deep oil and gas reservoir gradually becomes an important growth point of explored re?serves and production nationwide and worldwide，and the research and application of ultra?deep oil and gas reservoir seismic prospecting technology are of great significance.To this end，with the ultra?deep oil and gas reservoir in Tarim as the research target，the difficulties faced by the seismic and geological conditions and seismic prospecting of ultra?deep oil and gas reservoirs are analyzed.The formation，development，and applica?tion results and effects of the third?generation seismic prospecting technology for ultra?deep oil and gas reservoir are summarized，and the development strategy of this technology is prospected.The research suggests that the first generation of ultra?deep oil and gas reservoir seismic prospecting technology mainly based on wide?line and 3D geometry，high?velocity layer excitation，and pre?stack time migration has settled the low signal?to?noise ra?tio in ultra?deep seismic data.The second generation of ultra?deep oil and gas reservoir seismic technology mainly based on 3D，wide azimuth，higher?density geometry，and prestack depth migration has preliminarily re?solved the inaccurate location of ultra?deep seismic data imaging.The third generation of ultra?deep reservoir seismic technology is mainly based on high?density and wide?azimuth 3D geometry，enhanced energy and noise reduction for seismic excitation，deep layer spectrum spread and fidelity，true surface TTI depth migration imaging，segmented fault interpretation and combination，OVT domain phase?controlled inversion and interpretation，etc.This techno?logy has basically overcome the high?precision imaging problem of ultra?deep seismic data and effectively supports the discovery and exploration of the Fuman ultra?deep ten?billion?ton oilfield and the Bozi?Dabei ultra?deep trillion?cubic?meter gas field.The energy enhancement and noise reduction，the spectrum spread and fidelity，the focus location，and the decoupling mapping will be prioritized in the future development of ultra?deep oil and gas reservoir seismic prospecting technology.

Keywords：ultra?deep oil and gas reservoir，seismic prospecting technology，energy enhancement and noise re?duction，spectrum spread and fidelity，focus location，decoupling mapping

李亞林.超深層油氣地震勘探技術進展［J］.石油地球物理勘探，2024，59（4）：915-924.

LI Yalin.Ultra-deep oil and gas reservoir seismic prospecting technologies progress［J］.Oil Geophysical Pros?pecting，2024，59（4）：915-924.

0引言

目前，尚沒有嚴格的超深層油氣的定義。在國際上大致將埋深大于15000 ft（4500 m）的油氣藏定義為深層油氣藏。2020年，中國礦產儲量委員會將地層埋深3500～4500 m定義為深層，大于4500 m定義為超深層[1]。中國鉆井工程行業采用的標準為：地層埋深4500～6000 m為深層；大于6000 m為超深層。基于中國東部、西部地區地溫場、壓力場、流體相態差異的變化以及勘探實踐，在東部地區，一般將地層埋深3500～4500 m作為深層，大于4500 m為超深層；在西部地區，將地層埋深4500～5500 m作為深層，大于6000 m作為超深層[2]。

超深層油氣逐漸成為全球探明儲量的重要增長極。據IHS數據[3]，截止2018年底，全球共發現178個埋深大于6000 m的工業性油氣田（藏）。2008—2018年全球新增油氣探明儲量中，深層油氣藏（4000～6000 m）石油占54%、天然氣占40%；超深層（大于6000 m）石油占13%、天然氣占21%。

超深層油氣已成為中國油氣儲量、產量的重要增長點。據“十三五”全國油氣資源評價結果[4]，中國陸上超深層常規油氣資源量為154億噸，占全部常規油氣資源量的18%。目前在塔里木、四川、準噶爾、渤海灣等盆地超深層均有規模油氣發現[4]。截止2021年底，超深層油氣田合計探明儲量約為27億噸，占全國累計探明儲量的5%。2021年，超深層油氣田生產油氣當量約為2200萬噸，占全國產量的6%。“十三五”以來，超深層油氣產量實現了翻番。隨著國際能源供需矛盾的日益突出，超深層油氣資源將成為中國甚至全球重要的戰略接替資源。

超深層油氣藏的形成一般分為兩種情況，一是沉積（成巖）時間長，地層經多期沉降、疊加而深埋地下；二是沉積（成巖）時間短，地層短時期劇烈沉降而深埋地下。因此，超深層油氣藏具有四個主要特點：①經歷多期構造運動形成和改造，圈閉類型多樣，主要有構造、巖性、地層、巖性—構造復合等圈閉；②壓實作用強，儲層致密，非均質性強；③多期成藏，多期調整，油氣藏復雜（以氣為主）；④經多期改造和斷裂活動，封蓋條件要求高。

超深層油氣藏的效益勘探、開發首先需要確定地層（儲層、蓋層、烴源巖）的結構及其展布特征，落實有利的圈閉與目標，評價圈閉的含油氣性等。迄今為止，地震勘探技術是其關鍵技術。因此，本文以塔里木超深層油氣藏為研究對象，剖析三代超深層油氣地震勘探技術的進展及應用效果，以期為將來超深層油氣勘探提供參考。

1關鍵技術難點

超深層油氣具有“雙復雜”的地震、地質條件。一是地表與表層復雜，主要表現為：①地形起伏大，尤其是山地區，最大高差可達2000 m；②表層結構復雜多變，巖性、速度橫向變化大。二是地下地質條件復雜，主要體現在：①深層構造復雜，地層陡傾，斷裂發育；②烴源巖埋藏超深；③蓋層類型復雜多樣，空間多變；④儲層非均質性強，如發育碳酸鹽巖巖溶、低孔裂縫性致密砂巖等（圖1）。

特定的地震、地質條件導致超深層油氣地震勘探面臨以下難題。

一是超深層地震資料信噪比低。超深層的地震波傳播路徑長、穿透地層多（圖2a）。相對中淺層可見清晰有效信號（圖2中、圖2右綠箭頭處）而言，超深層地震反射波能量弱，信噪比低（圖2中、圖2右紅框內）。

二是超深層地震資料分辨率低。地震信號經巨厚地層傳播后，地震波吸收畸變大、主頻降低、頻帶變窄。相比中淺層和深層而言，超深層地震資料分辨率明顯降低（圖3）。

三是超深層地震資料成像精度低。地震信號經深、淺層復雜的地質結構和速度結構后，波場變得十分復雜。相比理論模型，超深層地震資料成像精度低（圖 4 橢圓框內）。

四是超深層儲層預測難。相同的觀測排列，超 深層的地震反射角窄（圖 5a）。同時，超深層強壓實 作用導致儲層致密、地層波阻抗差值小，地層界面反 射弱（圖 5b 藍色框）， AVO 響應不明顯（圖 5c）。

解決上述難題，需要：一是增加激發產生的下 傳地震波能量，同時減少源生干擾波能量，實現增 能降噪[5-9] ；二是在接收方面保護深層弱反射信號，在高精度接收情況下通過系列拓頻方法補償波場吸收、展寬頻帶，實現保真拓頻；三是對超深層復雜的地震反射波場進行反射點聚焦、偏移歸位[10?13]；四是對深度偏移后的波場進行反射系數（超深層地層界面）和反射子波的解耦分離，實現速度、密度、各向異性等地球物理參數與巖石物性參數之間的映射。這些是超深層油氣地震勘探技術持續的攻關方向。

2塔里木盆地超深層油氣地震勘探技術進展

塔里木盆地是中國超深層油氣勘探開發最早、成效最大的盆地之一。截止2021年底，僅塔里木油田探明油氣儲量當量為19億噸，占全國探明儲量的70%。本文以塔里木盆地為例，探討超深層油氣地震勘探技術的進展和效果。

從2002年起，到目前為止，塔里木超深層油氣地震勘探技術經歷了三代發展，取得了一系列重大油氣勘探與開發成果[14?17]。

2.1第一代超深層油氣地震勘探技術

2002年以前，常規地震勘探可發現、落實中深層的簡單構造，支撐了如輪南1、克拉2等油氣田的發現。但地震資料還存在制約進一步發現超深層油氣藏的問題，如：超深層地震資料能量弱、信噪比低；地層層位及儲層不能有效識別；圈閉目標不落實等。

為了解決上述問題，從2002年開始，在原中深層油氣地震勘探技術的基礎上，歷經七年攻關，形成了第一代超深層油氣地震勘探技術。其主要創新點為：①地震觀測系統由二維升級為寬線＋三維；②由在低降速層中激發升級為在高速層中激發；③由疊后時間偏移升級為疊前時間偏移。

應用第一代超深層油氣地震勘探技術，一是解決了庫車山地復雜構造區超深層地震資料不成像的難題。如圖6所示，克深2號構造地震資料成像變得更加清晰（圖6右橢圓處）。因此，發現和落實了一批超深層構造圈閉。2008年，克深2井獲高產工業氣流，從而拉開了塔里木盆地復雜山地超深層油氣勘探的序幕。

二是解決了沙漠區超深層地震資料信噪比低的難題，在時間域實現了碳酸鹽巖“串珠”儲層成像“從無到有、從弱到強”（圖7方框內），支撐了塔中1號坡折帶的油氣勘探發現。

2.2第二代超深層油氣地震勘探技術

第一代超深層油氣地震勘探技術尚存在兩個突出問題：一是時間域存在超深層構造假象；二是超深層縫洞體形成的“串珠”反射位置不真實，一些鉆井鉆到地震“串珠”反射位置，未見縫洞體。

從2009年開始，針對上述問題開展了八年攻關，形成了第二代超深層油氣地震勘探技術，主要取得了3項技術創新：①地震觀測系統由寬線升級到三維，窄方位、低密度觀測升級到寬方位、較高密度觀測；②偏移方法由疊前時間偏移升級到疊前深度偏移，各向同性偏移升級到各向異性偏移；③縫洞體雕刻技術由定性升級到定量。

應用第二代超深層油氣地震勘探技術重大成果有：一是實現了山地超深層復雜構造的成像。在庫車山地區，較好地消除了時間域的構造假像（圖8圓圈內），發現、落實了一批構造圈閉，推動了克深8、克深9、克深13等一批氣藏的發現和克拉蘇構造帶克深段油氣勘探的整體突破。

二是實現了沙漠區超深層碳酸鹽巖縫洞體的高精度成像及歸位。如圖9所示，技術應用前、后的串珠反射（紅框內）平面位置和長度均不同，XK 9井揭示疊前深度偏移資料獲得的串珠反射（圖9下）真實可信。該技術解決了超深縫洞儲層“縱向誤差大、平面位置不準”的難題，鉆井成功率由68%提高至80%，快速建成了塔里木第一個超深（平均埋深7000 m）碳酸鹽巖百萬噸大油田——哈拉哈塘大油田。

2.3第三代超深層油氣地震勘探技術

第二代超深層油氣地震勘探技術在塔里木盆地應用后尚存在一些問題，如：地表起伏劇烈、厚鹽層區、埋藏更深的復雜區超深層地質（圈閉）目標地震資料成像不夠清晰，或者清晰但成像空間位置不準確等。

從2017年開始，在第二代超深層油氣地震勘探技術的基礎上，歷經六年攻關，形成了第三代超深層油氣地震勘探技術，主要取得了3項技術創新。

①創新、形成了超深層油氣地震資料采集技術體系，實現了超深層地震資料的增能降噪和保真采樣。地震觀測系統由較高密度寬方位三維升級為高密度寬方位三維。在高速層激發基礎上，以相控聚能和虛反射聚能激發增加向下傳播的地震波能量，達到增能降噪的目的。檢波點由大組合或單點接收改為小面積方陣組合接收實現保真壓噪。炮點、檢波點空間采樣由地表條件和現有地震采集儀器的適應性確定改為由均勻、規則、充分采樣規則確定。

②創新、形成了超深層地震資料處理技術體系，實現了超深層地震資料的保真拓頻和高精度聚焦歸位。由常規反褶積改為全深度、全層系高精度Q補償和基于模態分解、壓縮感知的深層弱信號增強與VSP井驅動諧波擴頻相結合的地震資料保真擴頻。由反射波偏移速度分析與地質模式指導相結合改為初至波淺中層層析反演、初至波—反射波聯合建模和分方位網格層析迭代更新相結合的數據驅動型全深度、高精度速度建模方法。由水平地表、VTI克希霍夫積分偏移改為真地表、TTI、克希霍夫或逆時深度偏移成像方法。

③創新、形成了超深層圈閉地震資料描述技術，推動了超深層地震資料解耦映射技術的發展。斷裂解釋由單一斷裂要素解釋和空間簡單組合改為斷裂分級刻畫、分級組合，提出了碳酸鹽巖微斷裂的識別方法、OVT域相控儲層反演及雕刻方法。

第三代超深層油氣地震勘探技術基本解決了超深層地震高精度成像難題，有效支撐了塔里木超深層油氣勘探的重大突破，主要應用成果有：

一是提升了超深層復雜目標地震成像的聚焦歸位精度（圖10），KS21、KS20、KS18、KS19、KS39、KS5、KS11、KS46號等構造得到了清晰成像，尤其是KS46號構造；此外，落實了構造的地層傾角、圈閉幅度。地層傾角的實鉆吻合率由70%提高到90%以上。

二是實現了庫車前陸沖斷帶16塊三維面積共8722 km2的區帶級超深層地震資料（圖11）的整體高精度深度成像。由圖11可見，技術應用前的各單塊間的振幅能量有差異、相鄰塊間同相軸錯斷（圖11上），而技術應用后的區帶整體高精度地震資料振幅能量一致、波組特征清晰，成像清晰度明顯變好（圖11下）。為完成“克拉蘇地震地下透明區帶建設工程”提供了資料基礎，支撐發現、落實了博孜—大北萬億方級超深層大氣田。

三是實現了塔北—塔中地區共6.4×104 km2地震數據體的整體成像（圖12）。由圖可見，技術應用后，區帶整體高精度地震資料振幅能量一致、波組特征清晰，成像清晰度明顯變好。這有效支撐了“臺盆區地震地下透明區帶建設工程”的完成，特別是實現了塔北富滿區帶超深層地震的整體高精度深度成像，發現并探明了富滿10×109 t級超深層大油田。

3結論與展望

超深層油氣資源是中國乃至全球重要的戰略接替領域。塔里木的超深層油氣勘探實踐表明，超深層油氣地震勘探技術的每一次進步，都帶來新一輪油氣儲量、產量增長高峰，超深層油氣地震勘探技術已經成為塔里木超深層油氣高效勘探、開發的關鍵技術之一。

隨著中國超深層油氣勘探程度的進一步深入，技術應用的條件將越來越復雜，需要地震資料的增能降噪、保真拓頻、聚焦歸位、解耦映射等技術的持續攻關和發展，這也是超深層油氣地震勘探技術的重點發展方向。

本文所展示的成果凝聚了塔里木油田幾代石油物探工作者的智慧和心血，特別是近年來筆者所在團隊和相關合作者的貢獻，如塔里木油田的彭更新、肖又軍、段文勝、李大軍、鄭多明、王興軍、趙蕊蕊、劉正文等，東方物探公司的馮許魁、羅文山、巫芙蓉、陳學強等專家，在此一并向他們表示衷心的感謝。

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（本文編輯：謝結來）

作者簡介

李亞林教授級高級工程師，1965年生；1986年獲成都地質學院石油地質專業學士學位，1996年獲西南石油學院煤田與石油天然氣專業碩士學位，1999年獲成都理工學院地球探測與信息專業博士學位；現就職于中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司，主要從事油氣地震技術研究與應用工作。