中古生界火成岩复杂构造波场特征分析与对策

张 鹏，焦叙明，吴旭光，刘兴达，张明强，陈 磅，刘旭明

(中海油田服务股份有限公司，天津 300451)

1 引 言

南黄海盆地是我国海相油气勘探重要区域，在新生代大地构造格局上表现为“三隆两拗”结构，由北向南分别为千里岩隆起、北部拗陷、中部隆起、南部拗陷和勿南沙隆起五大构造单元。其中，中部隆起除缺失上志留统和下泥盆统外，发育厚度超过6 000 m中生界、古生界海相地层，埋藏相对较浅，分布范围广，沉积较稳定，有利于形成古生古储或新生古储型油气藏，认为南黄海海相中生界、古生界具备多层系、多类型晚期成藏条件，需重点关注天然气藏保存条件和储层物性，油气勘探前景良好[1-3]。中海油、中国地质海洋局青岛海洋地质研究所等单位开展多轮次，富低频震源、立体震源、长缆、海底电缆等二维试验攻关，中古生界地层内幕反射特征有一定程度改善，但资料品质仍旧无法满足勘探需求，制约勘探进程。因此，有必要从地质、采集、处理等多个角度系统开展地震地质条件机理研究，分析影响地震资料品质关键因素，寻找针对性采集和处理的解决方案，为后续开展三维地震采集提供借鉴思路。

2 地震波场反射特征模拟分析

2.1 地震地质条件分析

南黄海盆地为古生界、中生界、新生界叠合盆地，在漫长地质演化过程中受到多期次构造运动改造，地层叠置与逆掩断裂发育，形成复杂构造格局。南黄海中古生界发育四套反射层，第三系沉积地层直接覆盖中生界三叠系海相灰岩地层，上覆新近系地层为2 200 m/s，灰岩地层速度高达5 700 m/s[4,5]，对下伏地层有较强屏蔽作用，能量变弱，只有10 %能量透射过界面向下传播；由于年代及压实等因素影响，中古生界内部海相灰岩地层速度差异较小，阻抗差异小，如图1所示。

图1 合成地震记录Fig.1 Synthetic seismogram

2.2 地球物理模型

根据南黄海盆地中生界、古生界已钻遇中生界、古生界地层探井资料，得到海相中生界、古生界地层速度与密度参数，充填合适速度与密度值，建立中部隆起区典型二维地质地球物理模型，研究表明南黄海海域新近系底界T0为区域不整合面，该界面埋深不足千米，中部隆起大部分区域缺失侏罗系、白垩系和古近系。 针对新近系底界面粗糙度、散射、多次波、偏移成像等对波场特征进行分析[6]。正演时采用基于有限差分二维波动方程方法，观测系统采用最大偏移距为12 km排列长度。

2.3 高速层顶界面粗糙度影响

地震波在地下介质中传播时，其地震波衰减类型可以分为与地震波传播有关的衰减和与介质内在属性相关的地层本征衰减。地下非均质性带来的绕射属于与地震波传播有关的衰减。模拟新 近系底界面为不同粗糙度(光滑度)地震地质模型，从正演模拟原始单炮数据可以看到，两种模型在单炮上都存在不同程度散射，且粗糙度越高影响越大，有效反射信号相对较弱，淹没在绕射和多次波中，严重影响了地震资料品质。从柯西霍夫深度 偏移成像来看，当粗糙度较大时，绕射波影响凸起区成像，甚至带来构造假象，绕射波能量偏移后未完全收敛，中生界内幕地层波组连续性变差，甚至无反射特征，影响构造落实。

2.4 多次波影响

有效反射被强多次波能量淹没，每个有效反射界面后面跟随着海底多次同相轴，发育海底多次波、强屏蔽下层间多次波，绕射多次波等，导致反射信号信噪比低，无法识别出主要地层反射界面。图3为多次波压制之后再做单道叠加剖面，去多次后信噪比有所提高，但有效信号能量级别远小于多次波。除了海底多次波以外，发育大量层间多次波，有效信号淹没在多次波中，导致有效信号能量弱，反射同相轴连续性差，甚至不成像[7-9]。

图3 多次波分析Fig.3 Multiple wave analysis

3 地震采集处理技术攻关

中海油、青岛海洋地质研究所等经过采集技术攻关手段包括加大排列长度，增加覆盖次数、震源容量、沉放深度等黄海中、古生界地震地质条件复杂，成像方面没有明显性改善，必须从采集和处理等多方面开展系统攻关，从多个角度进行新技术组合，重点克服高速屏蔽层效应，增加中深层有效反射能量，压制多次波干扰，提高中、古生界地层地震信噪比，改善成像质量[10-12]。

3.1 富低频震源激发

海上常规震源激发，主要兼顾低频和高频两个方面，中深层普遍震源在4 000～5 000 cu.in。南黄海地区震源容量普遍在5 000 cu.in以上，最大达到7 340 cu.in，但是单枪最大容量为250 cu.in。 根据以往研究表明，在保持总容量一定基础上，更应该关注低频占比，在空气枪震源设计时考虑380 cu.in以上具有低频优势容量气枪，既可以保证高速屏蔽层以下反射波能量穿透，克服散射波影响，衰减慢等特点。图4所示，从波动方程正演可以看到，远偏移距端低频10 Hz散射波更聚焦，增强波组连续性。新设计7 620 cu.in震源容量，含有380 cu.in容量富低频气枪，从子波模拟来看，低频成分占比高，主脉冲能量强，参见图5所示。

图4 不同主频单炮对散射响应Fig.4 Dominant frequency single gun response to scattering

3.2 高密度宽方位广角地震采集

针对南黄海海相目标层内幕反射层，高密度宽方位广角地震是获得强反射界面下弱反射信号的有效途径。根据地震地质模型模拟主要地层界面的炮集特征上可以看出入射角较小时，海相地层界面反射波能量微弱，入射角大于45°后，振幅明显增强，中远偏移距能够辨别出深部反射波同相轴信息，在远偏移距处接收到地下更深部地层界面的强能量有效广角地震信息，为深部构造成像提供数据基础。本工区发育有高速屏蔽层，发育大量多次波。理论上强反射界面越多，层间多次波越发育，其对下伏地层影响越严重。宽方位地震采集由于接收到不同方位波场信息，多次波走时特征不一致，对于地下同一个反射点，通过多方位叠加可以一定程度上消除多次波影响。海底节点地震采集技术具有全方位、高覆盖、高密度、超长偏移距特点，覆盖次数可以达到1 000次以上，偏移距可以达到10多公里以上，在复杂构造成像以及油藏监测等方面受到广泛青睐。建议在本工区开展基于海底节点两宽一高地震采集，夯实地震资料基础[13-16]。

3.3 多域组合压制多次波

多次波压制方法主要分为两大类: 滤波方法和预测相减法。南黄海中部隆起区地震资料多次波类型十分复杂，研究区水深较浅，平均水深 50 m，除了海底相关多次波外，还存在新生界底界面产生的层间多次波。针对南黄海地震资料多次波的特殊性，对与海底相关多次波采用两步法来衰减:第一步采用SWD(Shallow Water Demultiple,SWD)方法，通过对原始数据进行互相关处理模拟出反射子波,与原始数据进行褶积而得到多次波模型。去除短周期海底相关多次波；第二步采用SRME(Surface Related Multiple Attenuation,SRME)方法压制剩余长周期自由表面多次波。第三步采用Radon法压制剩余的层间多次波。如图6所示，采用组合法有效压制多次波，有效波的能量信息得到很大提升，深部有效反射同相轴更加清晰。

图6 多域组合压制多次波Fig.6 Multiple domain combination suppression multiple

3.4 逆时偏移成像

逆时偏移(RTM,Reverse Time Migration)已广泛应用于复杂构造成像中，对于复杂构造的油气勘探起到了较大的促进作用[17-20]。其中逆时偏移方法是一种有效的成像手段。基于波动理论的双层波算子，包含了全波场信息，具有良好成像结果。本工区发育大量绕射波，常规偏移方法难以解决。

通过二维正演模型测试可以看到，高速层上有一定粗糙度，柯西霍夫深度偏移产生构造假象，逆时偏移方法使得绕射波有很好的收敛，下覆有效波弱反射地层反射能量加强。

图7 逆时偏移成像Fig.7 RTM image

4 结论与建议

通过地震波场数值模拟技术对南黄海中古生界地震资料成像难题进行理论分析，明确中部隆起地震资料信噪比低、品质差的主要原因，针对性提出以下地震采集处理建议：

1)中部隆起浅层新近系底界为强反射区域不整合面，下伏地层为海相地层，反射系数小。地震波能量产生强烈屏蔽作用，强反射界面多次波、层间多次波、长周期多次波等各种类型多次波能量强，导致中深层地震反射能量微弱；高速层上覆不同程度粗糙度界面，导致绕射波发育，严重降低目的层地震数据的信噪比。

2)采集技术上提出富低频、宽方位、高密度广角地震采集。富低频震源有利于穿透高速屏蔽层，克服散射波影响。高密度采集有利于提高中深层弱反射信号信噪比，宽方位采集有利于压制多次波，广角反射有利于深部目的层在更远偏移距处接收到地下更深部地层界面强能量。

3)处理技术上提出组合法压制多次波，采用SWD压制短周期海底多次波，SRME压制自由表面长周期多次波，最后采用Radon变换衰减层间多次波，深部有效反射清晰。在偏移方法上，逆时偏移成像可较好解决绕射波对下伏地层成像影响，克服柯西霍夫偏移不足，提高了构造成像精度。

4)落实盆地结构、沉积充填、构造与地层序列为目标，重点改善中生界、古生界大套地层反射界面和深层断裂成像，进一步加强采集处理一体化攻关，在本工区开展海底节点高密度、宽方位三维地震采集先导试验，夯实资料基础，提高成像质量，破解制约勘探瓶颈问题。早日实现南黄海中生界、古生界海相油气勘探突破。