川西北线束三维地震成像攻关及勘探意义

韩 嵩 梁 瀚 关 旭 陈 骁 冉 崎

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

川西北部上古生界油气成藏条件优越[1]，由龙门山推覆作用形成的构造形变为油气运移成藏创造了优越的条件，有利于大气区的形成。目前山前带有利勘探目标区主要集中在推覆断下盘的背冲背斜带和逆冲推覆构造带2个构造单元，前者是勘探的重点有利区，后者是勘探的潜在有利区[2-4]。

随着双探1、双探3等探井的成功获气，川西北部双鱼石地区的上古生界多层系碳酸盐岩储层油气勘探取得重大突破，并已进入试采阶段。在川西北部地区寻找新的油气富集区带成为当下该地区油气勘探的急迫需求。前期研究显示上古生界储层由盆地向山前复杂构造带变得更加发育，但山前带早期地震数据分辨率低，资料品质较差，难以落实①号断层[1,5]的上古生界下盘断点，无法确定双鱼石地区有利勘探区带向山前复杂构造带是否依然发育。为此，2016年西南油气田公司在川西北地区部署采集了线束三维地震资料。笔者在新采集的线束三维基础上，开展地震处理、解释综合研究，进行叠前深度偏移成像攻关，以期落实①号断层上古生界下盘断点及下盘上古生界构造展布特征，为进一步落实川西北部油气勘探有利区带和探井部署提供技术支撑。

1 区域概况

2016CXB02线束三维地震采集区位于四川盆地西北部龙门山前，地表岩性复杂，主要出露第四系河滩砾石、白垩系及侏罗系砂泥岩或砂砾岩互层，西北部出露三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系灰岩和石英砂岩，岩性横向变化大[3]。线束三维地震采集区在地理上属山地—丘陵地貌，测线西北部进入龙门山，地形起伏大，属于典型高陡山区地表；东南部地形起伏相对较小，工区最高海拔为1 920 m，最低海拔为460 m，最大相对海拔高差1 460 m。研究区内水系不发育，主要河流为嘉陵江支流和清江河，河宽介于50～300 m。

该线束三维采用12.5 mh12.5 m小面元、炮道密度153.6h104道/km2的高密度线束三维采集方式，相较2003年二维地震采集观测系统参数有明显不同：①观测系统由二维采集变为窄方位线束三维采集方式；②覆盖次数由以往60次提升到240次；③最大偏移距由3 675 m增大为6 987 m。采用以上高密度、高覆盖、大偏移距的采集方式，频宽较老资料地震数据得到有效拓展，复杂构造区信噪比得到显著提高，地震波场密度得到明显加强。

2 地震数据处理难点与技术对策

2.1 地震数据处理难点

线束三维地震数据处理存在3大难点：①山地地形起伏大，地表高程和低降速带变化剧烈，静校正问题突出，其中高差变化主要集中在西北山区，约占整条线束三维满覆盖面积60%。进山段出露高角度地层，岩性由侏罗系砂岩过渡到三叠系、泥盆系石灰岩；②深度域数据处理特殊，为自上而下的关系即浅层速度准确后才能得到准确的深层速度，浅层速度的精度直接对深层构造的成像造成影响，在实际生产中，受地震资料近道信息少、数据信噪比低等因素的制约，浅层速度模型无法通过非线性层析反演技术进行高精度的速度更新，而往往通过下伏地层速度向上外推得到，精度难以保障；③川西北地区具有“双复杂”地质特点[4]，速度建模困难，偏移成像合理归位难度大，由于该地区经历的多期构造运动使断裂发育，逆掩推覆构造复杂，地震资料信噪比低[5]，以往依赖精确层位解释及先验地层速度信息建模方式在该区受到极大限制，偏移成像结果难以满足该区构造解释的需求。

2.2 技术思路与对策

针对该线束三维地震数据处理难点，提出3条技术对策：①静校正要大量结合微测井、小折射及地表露头信息，以提高近地表速度模型精度；②浅层速度建模需要构建地表一致性的统一时间域及深度域小平滑面，从而融合由初至反演得到的近地表速度场与深层速度场，实现高精度浅层速度建模；③基于小平滑面，开展近地表、地下速度模型融合，同时以多信息指导整体速度模型建立，在此基础上，优选偏移算法，从而确保最终成像效果成像准确可靠。

3 关键技术

3.1 微测井约束层析静校正技术

针对川西北地表地形特征以及出露岩性快速变化的特点，采用了初至波层析静校正，该方法考虑了地震波在近地表介质中传播的各种现象，充分利用了直达波、初至折射波、回转波、绕射波，能够描述复杂近地表速度结构中地震波速度在纵、横向的变化，是目前具有最强适应能力的近地表速度反演与静校正技术[6]。

在连续介质中，走时即为射线路径的积分，具体算法如下：

式中v0表示介质速度，L0表示射线路径。

L为新的射线路径，将该走时在 做级数展开可得：

正是由于其采用了高频近似，因此地质体速度扰动在震源子波波长的尺度时，无法取得好的效果[7]。为了防止反演陷入局部极值，精确的初始模型对于走时反演变得尤为重要[8]。

笔者充分利用微测井资料，在大炮初至反演中，将表层地质调查资料解释的速度作为约束条件[8]，结合偏移距加权技术，突出浅层反演精度，从而计算得到更精确的静校正量，与无约束层析静校正对比，微测井约束层析静校正单炮效果更好（图1）。

图1 单炮效果对比图

3.2 基于小平滑面出发的地表、地下速度融合技术

速度模型的精准程度是深度偏移成功与否的关键。由于深度域数据处理特殊，需要浅层速度准确后才能得到深层准确的速度[9-11]。在实际生产中，受地震资料品质限制，近地表速度场进度很难得到保证。

针对该问题，采用了地表、地下速度融合的方法。该方法在前期时间域处理采用双平方根动校正及其配套技术，统一了时间域与深度域小平滑面，使得层析成像的近地表模型与反射波的深度模型得以融合。在速度融合处理过程中，首先通过微测井约束层析静校正技术，反演获得近地表速度，再对比不同偏移距输出的射线密度曲线和层析反演速度模型，确定近地表速度融合的底界面（图2～图5）；然后在前期对单炮浅层精细处理的基础上，通过非线性层析反演技术得到的浅层速度场对近地表速度模型进行补充；最后结合浅层的VSP曲线信息，对其进行联合标定，得到融合后的速度场。融合后速度场近地表速度更为精确（图6），与VSP测井速度曲线吻合性较高，保证了叠前深度偏移整体速度场的精度。

图2 0～1 000 m偏移距层析反演后射线密度归一化显示图

图3 0～3 000m偏移距层析反演后射线密度归一化显示图

图4 0～5 000 m偏移距层析反演后射线密度归一化显示图

图5 全偏移距层析反演后射线密度归一化显示图

3.3 基于VSP测井约束的非线性层析成像技术

该技术的关键在于非线性层析反演和VSP走时信息在反演中的约束作用。

非线性层析成像反演具体分为2步：①调用初始偏移速度通过运动学反偏移，将CIG道集上拾取的不同偏移距之间的剩余曲率信息与深度域剖面上拾取的构造倾角信息转换为未偏移域的时间域不变量，这种不变量包含了数据中炮检点旅行时和、炮检点位置，时间梯度等与速度无关的信息；②反演迭代中运用输入的初始速度将上一步反偏移求得的时间域不变量进行运动学的重偏移，重偏移后可以重新估算出不变量在深度域的新位置以及其之间的剩余曲率，再通过反演扰动速度，使得各个三维空间中属于相同共成像点内不同偏移距之间的剩余时差最小化。由于不变量的存在，所以整个反演过程可以进行多次重偏移，每一次不变量的重偏移均等效于传统深度域层析反演流程中整个偏移更新的流程[12-14]。所以整套反演是一个非线性的过程，最终可得到一个分辨率更高更准确的深度模型。

在非线性层析反演过程中，将VSP走时信息用于约束反演，既保留了井数据的高频信息，又提高了速度变化趋势和井数据的吻合程度；同时配合构造约束，使得速度和地层吻合度更好。叠前深度偏移后道集拉平，剖面成像质量相较成果剖面有了大幅提高（图7）。

图6 近地表与地下速度融合前后对比图

图7 新老成果效果对比图

3.4 油气勘探意义

基于线束三维地震反射剖面成像质量的提高及断层相关褶皱理论[15]在构造精细建模中的应用，建立了合理可靠的构造模型与解释方案。

最终地震解释成果中，①号断层下盘断点更为准确可靠，解释为断坪—断坡组合，呈北东向展布，较早期研究成果向北西山前迁移，深入了7 km（图8），其前端发育断层传播褶皱、并形成陡立倒转背斜；新识别出①号断层下盘隐伏的上古生界构造，将栖霞组勘探领域由2 000 km2扩大至3 000 km2（图9）。

4 结论与建议

1）川西北线束三维地震成像攻关形成了适合川西北部“双复杂”特点的地震叠前偏移成像处理技术：①结合露头信息、微测井及地质认识，通过大炮初至反演，形成约束层析静校正技术；②基于小平滑面出发，利用近地表速度模型，形成地表、地下速度融合技术；③基于VSP测井约束的非线性层析成像技术。该技术为川西北部深层海相碳酸盐岩气藏的整体勘探开发奠定了坚实的基础。

2）地震资料信噪比与成像精度得到较大提升，建立了合理构造模型，落实了①号断层下盘上古生界断点位置、向北西山前复杂带深入7 km，新识别出被①号断层逆掩的隐伏构造带，认为双鱼石上古生界构造向山前复杂带延伸，川西北部栖霞组有利勘探面积由2 000 km2扩大至3 000 km2。

由于四川盆地周缘尚存在多个未取得油气勘探突破或需要进一步落实油气有利区的复杂构造带。因此，需加快该技术的推广应用，为该类地区的油气勘探突破提供更有力的技术支撑。

图8 川西北线束三维地震成像攻关前后成果对比图

图9 川西北部上二叠统底界构造简图