复杂地表地震成像空间位置探讨

陈志刚，张　健，陈妙煜，崔　琴，王晓涛，马俊彦

（1.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所，乌鲁木齐830013；2.中国石油川庆钻探公司川庆物探公司，成都610213）

复杂地表地震成像空间位置探讨

陈志刚1，张健1，陈妙煜2，崔琴1，王晓涛1，马俊彦1

（1.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院地球物理研究所，乌鲁木齐830013；2.中国石油川庆钻探公司川庆物探公司，成都610213）

非水平地表且表层结构变化大的地区与水平地表且表层结构稳定地区相比，其地震射线的入射角度和出射角度会发生很大变化。分析认为，非水平地表时，地震剖面所反映的构造空间位置与实际地质构造位置是有误差的，偏移距离为X=hsinθ；水平地表但表层结构横向变化大时，时间域地震剖面所反映的构造空间位置与实际地质构造位置也是有误差的；在复杂地表区，静校正不考虑地震射线的入射角度和出射角度的变化所引起的时距曲线关系的改变，会将本不属于静校正解决的问题进一步复杂化，从而影响后续工作；复杂地表区，地表起伏和表层结构的横向变化成像方法是地震剖面精确成像要考虑的重点；时深转换时，在非水平地表区，要考虑地震剖面（包括速度剖面）与实际构造空间位置的匹配。

非水平地表；表层结构横向变化；空间位置；水平位移；成像误差

在复杂地震地质条件下的地震资料处理和解释中，通常将地震资料成像质量的关注点放在信噪比、清晰度、构造形态等方面，而忽略了地震成像的空间位置误差的影响。

文献［1］在四川、湖北、湖南、新疆和青海等地高陡背斜速度模型及高陡背斜勘探研究的基础上，从高陡背斜特有的速度模型和顶部反射特征、地表速度条件以及地层速度的各向异性3个方面，分析了引起地震高点偏离的原因及偏离规律，总结了影响地震高点偏离距离的主要原因（背斜不对称性、埋藏深度、速度和射线传播路径），建立了地震高点偏离距离的经验公式，并提出了校正地震高点偏离的“下倾偏移”概念。文献［2］对波场延拓法、静校正法、零速层法的应用条件和存在问题进行了分析，提出了解决偏移位置的“参考面转换法”。文献［3］对叠前偏移方法、原理和优缺点进行了分析。文献［4］—文献［10］从静校正、非水平地表基准面选取及叠前偏移方法等方面对提高复杂地震地质条件下的地震资料成像质量进行了分析研究。笔者认为，非水平地表且表层结构变化大的地区不满足已有方法的基本假设条件，是引起地震成像空间位置偏离的根本原因。“均匀水平层状介质，各向同性”这一基本假设条件中，水平地表且表层结构稳定是该条件非常重要的内涵。但是，多数油气勘探领域的地表条件难以满足这个假设条件。因而，非水平地表且表层结构变化大的地区与水平地表且表层结构稳定地区相比，其地震射线的入射角度和出射角度会发生很大变化，所得到的地震成像，其空间位置与实际地层的空间位置会发生很大的水平位移，从而造成错误的构造解释和地质认识。本文就这一问题进行探讨。

1　理论与模型分析

在满足“均匀水平层状介质，各向同性”这一基本假设条件时，地震射线以炮检中点为对称轴，时距曲线关系表现为标准双曲线，此时地震资料处理可以准确成像于自激自收点位置，在非水平地表且表层结构变化大的地区（地下介质变化在此不作讨论），地震成像位置会水平偏离于自激自收点位置。水平层状的地质模型（图1a），地表与水平面夹角为θ的地质模型（图1b），设地下都有一平行地表且厚度相同的反射界面，以地表为处理参考面，上述模型可得到完全相同的地震剖面（图1c），但是地震剖面反映的空间位置是不相同的。水平地表地质模型（图1a）的地震剖面反映的空间位置是A点铅垂下方的成像，地表与水平面夹角为θ的地质模型（图1b）的地震剖面反映的空间位置是D点铅垂下方的成像。当地表与水平面夹角为θ时，设反射界面法线到地表深度为h，则地震剖面反映的空间位置与实际空间位置的水平误差X=hsinθ（如h=3 000 m，θ=5°，X=261 m），在此地表条件下实际构造空间位置应向地表上倾方向偏移。

图1　地质模型（a，b）及其地震剖面（c）

三层水平层状的地质模型，地表水平但表层结构横向突变，由于表层结构突变，其地震射线的入射角度和出射角度会发生很大变化，在均匀水平层状，各向同性介质重合的共中心点（CMP）与反射点（D）在此并不重合，即地震成像位置会水平偏离于真实位置。其偏离的大小与表层结构横向突变两翼的地层厚度、速度差相关（图2），在此地表条件下实际构造空间位置应向地表速度低的方向偏移。

图2　三层水平层状的地质模型

依据准噶尔盆地南缘某测线表层研究成果和构造解释，利用测井处理解释层速度资料以及地层介质物理弹性参数建立的地质模型（图3a），其地形起伏较大，海拔500～1 500 m，在测线B点和C点之间为地表海拔最高点，以此为界向两边总体趋势变低，坡度3°～5°，应用波动方程模拟野外采集，生成合成地震数据后的叠前深度偏移剖面（图3b）。图3中选择了6个典型特征点（A，B，C，D，E，F），可以看出，与模型相比较，在地表有坡度角处（B点、C点和D点），地震剖面的空间位置明显向下倾方向偏移；而在地表平缓的地方（A点、E点和F点），地震剖面的空间位置则无明显偏移。

图3　地质模型（a）及正演数据叠前深度偏移剖面（b）

依据准噶尔盆地腹部沙漠与戈壁建立的地质模型（图4a），应用波动方程模拟野外采集生成合成地震数据后的水平叠加剖面（图4b）、叠前时间偏移剖面（图4c）、叠前深度偏移剖面（图4d），图4中选择了3个典型特征点（A，B，C），可以看出，与模型相比较，水平叠加剖面、叠前时间偏移剖面在表层结构横向突变C点处其空间位置明显偏移，而在表层结构横向稳定的A点处和B点处的空间位置无明显偏移。叠前深度偏移可以很好与模型吻合。结果能很好解释文献［1］提出的校正地震高点偏离的“下倾偏移”概念。

图4　地质模型及正演数据成果剖面

2　实例分析

实例分析1：位于准噶尔盆地南缘西段的独山子背斜地表呈北倾，近似斜面。钻井资料显示，在1 841 m新近系沙湾组（N1s）以下，钻遇古近系安集海河组（E2-3a），至3 135 m完井仍未钻穿。这与叠后偏移剖面显示的稳定的几百米的安集海河组地层厚度不符合。更为关键的是，DS1井倾角测井解释在2 400 m以下地层倾角为北倾70°～90°，地层几乎直立，这与剖面显示的地层倾角信息明显不符。笔者认为，这种矛盾现象是地表有坡度造成的，剖面反映的空间位置向北倾方向偏移而实际构造位置应向南，这与理论及模型分析结果一致（图5）。

图5　过DS1井叠后偏移剖面

图6　过目的层构造图及过井剖面

实例分析2：准噶尔盆地南缘H地区地表特征总体呈南高北低趋势，在H地区目的层构造图（图6a）和过H10井地震剖面（图6b）及过H001井地震剖面（图6c）上显示，井均位于构造轴部，H10井相对H001井偏南。遗憾的是H10井在目的层段未获取倾角资料。由于H10井相对偏南，钻在构造相对高点，获得工业油流。H001井倾角测井解释在紫泥泉子组（E1-2z）（2 872～3 702 m）北倾11°～20°，东沟组（K2d）（3 832～4 200 m）北倾35°～38°，与剖面图6c显示的地层倾角信息大相径庭，是因为地表坡度北倾，造成地震剖面反映的空间位置与实际构造位置不一致，实际构造高点位置应向南偏。因此H001井钻在了构造北翼，构造位置偏低，没有获得油流在情理之中。

3　几点认识

（1）当地表近似倾斜面，设反射界面深度为h，地表与水平面夹角为θ，则叠前深度偏移地震剖面反映的空间位置与实际空间位置的水平误差X=hsinθ.地震剖面空间位置与实际构造空间位置水平位移误差随目的层深度和地表坡度增大而增大。实际构造空间位置应向地表上倾方向偏移。水平叠加剖面水平位移误差最大，叠前深度偏移剖面水平位移误差最小。

（2）水平地表但表层结构横向变化大时，时间域地震剖面所反映的构造空间位置与实际地质构造位置也有水平位移误差，实际构造空间位置应向地表速度低的方向偏移。水平叠加剖面、叠后时间偏移剖面、叠前时间偏移剖面都有水平位移误差，叠前深度偏移剖面可以精确成像。

（3）复杂地表区，静校正如不考虑地震射线的入射角度和出射角度的变化会引起时距曲线关系的改变，将本不属于静校正解决的问题进一步复杂化，从而影响后续工作。引起偏移误差和速度反演时正确速度信息的获取及井震关系匹配差。野外资料采集应加大表层资料调查力度，特别是在复杂地表区的有利目标，精确的表层模型建立，是地震剖面精确成像的关键因素之一。

（4）复杂地表区，地表起伏和表层结构的横向变化成像方法是地震剖面精确成像要考虑的重点，首先，基准面应选取近地表平滑面，文献［2］中提出的“参考面转换法”是值得推广的方法。其次，成像方法应选取适应各项异性介质并具有双程偏移算子的方法。

（5）在非水平地表条件下，时深转换要考虑地震剖面（包括速度剖面）与实际构造空间位置的匹配。即需对地震剖面进行空间位置校正，否则井资料会与地震成果有很大误差，进而影响构造成图精度。地震地质条件复杂的地区，井震关系不匹配，往往是地震剖面所反映的构造空间位置与实际地质构造位置有误差造成的，也是实钻结果与设计预测不符的重要原因。

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Approach to Space Position of Seismic Imaging for Complex Surface

CHEN Zhigang1，ZHANG Jian1，CHEN Miaoyu2，CUI Qin1，WANG Xiaotao1，MA Junyan1
（1.Institute of Geophysics，Research Institute of Exploration and Development，XinjiangOilfield Company，PetroChina，Urumqi，Xinjiang 830013，China；2.Geophysical Branch，Sichuan-ChangqingUnited Drillingand Exploration EngineeringCo.，LTD，CNPC，Chengdu，Sichuan 610213，China）

The area of non horizontal surface and varied surface structures compared with the area of horizontal surface and stable surface structure may have big changes in incident angle and emergent angle of seismic ray，so its space position of seismic imaging obtained by ex⁃isting methods may have big horizontal displacement by comparing with real formation space location.This study suggests that for non hori⁃zontal surface，the structural space position displayed by seismic profile is in error，compared with the real geologic structure location，and the offset distance can be given by X=hsinθ；for horizontal surface，but the surface structure is in big lateral changes，the structural space position given by time domain seismic profile is also in error compared with the real structural location.In complex surface area，static cor⁃rection should take account of the changes of incident and emergent angles，which may cause the changes of time-distance curves，other⁃wise，it will allow the problem not belonging to static correction to be more complicated，thus influencing the follow⁃up work.Therefore，complex surface imagingmethod includingsurface relief and surface structure lateral changes is the key of precise seismic imagingfor com⁃plex surface area；the time-depth conversion for non horizontal surface area should take account of the matching of seismic profile（includ⁃ingvelocity profile）and real structural space location.

non horizontal surface；surface structure lateral change；spatial position；horizontal displacement；imagingerror

P631.443

A

1001-3873（2015）06-0748-04

10.7657/XJPG20150621

2015-04-07

2015-09-16

国家科技重大专项（2011ZX05003-005）

陈志刚（1961-），男，湖南湘乡人，高级工程师，地球物理勘探研究，（Tel）0991-4299089（E-mail）chzg@petrochina.com.cn.