海上双方位地震资料OVT域联合成像技术在断层阴影区的应用

李黎 刘道理 郭飞 张振波 徐超 吴成

关键词： 断层阴影，双方位，OVT 域，断控层析，各向异性，联合成像

0 引言

断控油藏在南海海域普遍存在，受海上地震资料采集方式、方向、速度建模以及偏移方法等影响，断裂下盘常常会出现阴影区[1]，具体表现为反射杂乱、能量不聚焦，同相轴“上拉”“下拉”以及高角度错断，在陡倾角断裂带甚至出现地层产状（倾角）畸变。断层两侧速度差异是阴影区构造成像畸变的根本原因，叠前时间偏移（PSTM）无法解决速度横向变化问题，而叠前深度偏移（PSDM）是消除断层阴影的最常用技术，其关键是获取高精度的速度模型[2]。近年来行业内发展了一系列的精细速度建模技术[3?5]，但在断裂发育的复杂构造区，速度横向变化剧烈，各向异性现象明显，仅依靠处理技术，三维窄方位地震资料并不能彻底解决此类成像难题。

针对陆地束状观测系统采集的地震资料，诸多学者对多方位及宽方位地震资料处理技术开展了一系列的研究[6?8]，相关配套技术取得了快速发展。海上二次三维资料采集技术的迅速开展，使得照明度不断提高，波场相对丰富，在复杂构造成像、振幅保真及裂缝预测等方面具有明显的优势[9?10]。针对海上拖缆不同方位的三维地震资料联合成像，朱明等[11]利用各向同性PSDM 获得两个方位的方位角道集，通过道集的剩余时差反演两个方位资料的速度模型，结合测井信息标定，形成两个方位的各向异性速度场； 也有学者[12?14]提出利用双方位资料的剩余时差联合层析反演，用反演速度模型对两个方位资料偏移得到双方位道集，结合井信息分别更新两个方位的各向异性参数，该处理技术流程目前广泛采用。由于海上拖缆采集的特殊性以及成本控制，即使二次三维采集也会存在方位角的缺失，不同采集方向地震资料具有不同的方位信息，尤其是近正交采集的地震数据成像具有明显差异。为保证不同方位偏移后的道集拉平以及叠加效果，常采用与倾角和方位角相关的时差校正，虽然能较好地解决区域强反射界面标准层的时差问题，但是标准层层间地震波能量相对较弱，层间时差难以彻底消除，在复杂构造区成像效果变差。

本文针对南海海域断裂带的复杂构造，分析了不同年份、不同采集方位三维地震资料的差异，采用双方位OVT 域处理后的融合地震数据进行断控约束网格层析速度建模。首先，OVT 域“五维”数据同时保留了炮检距和方位角信息，其次，统一的各向同性速度模型基本消除了断裂附近的速度畸变，使得不同方位资料的PSDM 成像基本一致。最后，结合TTI介质PSDM 进一步改善了断层阴影区的成像效果。该方法对该地区同类型断控构造成像研究具有一定借鉴意义。

1 断层阴影区不同方位角地震资料差异分析

从方差体属性切片上看（图１），研究区普遍发育多组近北西西向的断裂。为满足早期区域勘探需求，第一期三维地震资料的采集方向垂直于控洼大断裂，采集方位角为99°/279°，与研究区的近北西西向的控圈断裂近似平行，不利于断控油藏构造落实。第二期三维地震资料采集考虑到控圈断裂的走向，采集方位角为20°/200°，与第一期采集方向近似正交（图2）。另外考虑深层资源评价以及鬼波压制等，对电缆长度、震源容量以及沉放深度等参数进行了优化和升级。两期三维地震资料采集主要参数见表1。

研究区在断裂下盘发现多个构造油藏，主要分布在韩江组至珠江组（T32～T60）地层，埋深约900～2700 m（图3）。根据探井2 实测速度曲线，目的层段速度为2300～4300 m/s，主控断裂的垂向断距约为80～370 m，按照速度垂向梯度，断层两侧的地层速度差异为90～435 m/s。

图4a 为南北向（ 近垂直于控圈断裂走向） 的PSTM 地震剖面，针对图中白线所示的位置开展不同方位数据的速度谱及道集分析（图4b、图4c）。与Ts?vankin 等[15]认识一致，即第一期资料采集方向近平行于控圈断裂走向，地震射线穿过下盘的高速层较多，速度明显偏大。第二期资料采集方向近垂直于断裂走向，射线穿过上盘低速层相对较多，速度明显偏小，不同方位的叠前时间偏移资料在断裂附近成像差异明显。在断裂上盘（埋深约1. 5 s 以上）的平稳地层，两个方位资料的均方根速度差异不大，但在断裂的下盘（埋深约1. 5 s 以下）两个方位资料的均方根速度差异明显变大，最大可达120 m/s。

通过对不同方位采集地震资料的分析，观测方位接近正交，受断裂走向、倾角以及地层产状等影响，速度随方位变化较大，基于传统速度分析技术很难精确刻画断裂带的速度变化。因此，建立一个稳定、具有物理意义的统一速度场存在一定难度。

2 双方位地震资料OVT 域联合成像技术

双方位融合地震资料可增加断裂阴影区照明度，在一定程度上接近宽方位采集效果。但不同年度、不同方位的射线路径不同，若速度与各向异性参数估计略有不准，则双方位资料联合成像的效果低于优势单方位。为充分利用不同方位采集的地震数据，本文采用双方位OVT 域处理后的融合数据进行断控约束各向同性速度建模以及各向异性深度偏移联合成像技术，主要步骤如下：

（1）对不同方位采集的三维地震数据分别进行预处理，为满足不同方位资料融合，建立统一处理面元的观测系统；

（2）将不同方位的三维地震数据合并，对融合后的三维地震数据进行一致性处理；

（3）充分保留数据的方位角信息，分方位去噪和规则化处理；

（4）基于规则化后的OVT 域道集，在断控约束的基础上建立深度域正交方位各向异性参数场，通过网格层析联合反演求得与方位角无关的统一的速度和各向异性参数体；

（5）基于统一的速度和各向异性参数体，对规则化后的地震数据进行TTI 各向异性叠前深度偏移和叠加。

2. 1 双方位地震资料叠前融合处理

与第一期相比，第二期采集方位近垂直于控圈断裂的走向，为优势成像方位，可作为融合处理的主方位。同时考虑资料的信噪比，建立统一的双方位融合处理网格。在3000 m 炮检距内两期资料的覆盖次数一致，但两期资料的气枪（震源）容量与沉放深度不同，地震子波形态及波组特征存在差异（图5）。为提高融合效果，需对地震资料的振幅、相位以及频率进行一致性处理。

第一期地震资料采集的气枪容量明显偏小，主要选取两期资料相同或相近炮检距叠加，统计单炮检距体能量，算出匹配算子，通过调整第一期资料能量，达到两期地震资料振幅匹配的效果。两期资料的震源沉放深度不同，鬼波周期不同，首先应用自适应去鬼波处理[16?17]，消除鬼波影响，恢复地震子波最小相位及低频成分，改善波组的一致性； 然后应用宽频反褶积处理[18?19]，实现子波零相位化，在保证有效反射信噪比的前提下，压缩地震子波。图6 为处理前、后海底反射特征对比，通过去鬼波和准零相位反褶积组合技术，可基本消除两期资料的频率和相位差异。

海上资料受洋流及风浪等影响使电缆远端发生漂移，覆盖次数分布不均，特别是双方位资料两期的采集方向接近垂直，造成面元内覆盖次数分布不均匀甚至产生空白。在对炮检距分组后，不同炮检距组的覆盖次数也往往不均匀，在偏移数据体切片上出现采集脚印。叠前五维规则化技术能实现反假频目的[20]，主要表现为均化空间覆盖次数、消除羽状角影响和压制采集脚印等。由于海上拖缆采集限制，双方位OVT 道集不标准，会存在某些方位角的缺失，炮检距向量片不完整。为保证两期数据融合效果，在双方位一致性处理后的三维地震数据上分方位规则化，充分保留数据的方位信息，在OVT 域内进行叠前五维规则化处理，即在主测线、联络测线和时间三维基础上增加炮检距、方位角维度，可针对不同方位采集数据，按相同方位角的一致性实现规则化处理，有利于保持不同方位数据地震波场信息。

2. 2 OVT 域断控网格层析速度建模

为提高断层阴影区成像效果，充分利用不同方位地震波场信息，基于OVT 域道集开展深度域断控约束网格层析速度建模，主要步骤如下（图7）：

（1）采用纯数据驱动的层析反演速度，双方位OVT 域道集数据应用同一个初始各向同性速度模型，进行叠前深度偏移（PSDM），对两个方位的共成像点（CIP）道集拾取剩余时差（RMO），根据射线追踪建立联合方程组，统一迭代求解最优速度模型；

（2）针对由断裂导致的速度横向与纵向的速度突变以及方位各向异性，在基于纯数据驱动层析反演速度的PSDM 数据体基础上，解释区域稳定分布的地震反射标志层和大断裂，建立断控框架约束速度模型；

（3）在断控模型的约束下，进行各向同性PSDM，拾取两个方位CIP 道集的剩余时差，联合迭代层析，求取最优速度场，提升断裂带的速度精度，获得适用于多方位资料的统一的深度域速度模型。

如何利用不同方位地震资料联合反演速度是求取准确速度场的关键之一。由于常规层析得到的速度模型存在多解性，导致不同方位资料同一层位的深度不同。此外，因为难以获得稳定的与方位角无关的统一的各向异性速度场，所以常采用与倾角和方位角相关的时差校正。虽然道集可以拉平，但在双方位联合成像方面存在人为的不确定性。为此，本文直接基于双方位融合的地震数据开展联合速度建模。由于OVT 域道集数据保留了炮检距和方位角信息，在同一个初始速度模型基础上做网格层析，充分考虑不同方位的射线路径差异，更符合断裂带地层中地震动校正（NMO）速度在不同方位上为椭圆的特征。同时，两个方位数据提高了速度层析的稳定性，降低了层析的多解性，有利于反演出高频速度细节，提高大断裂下方速度精度，得到更高分辨率、更加稳定的速度模型（图8），实现双方位数据的偏移融合。

由于海上拖缆采集信息的局限性，为获得符合地质情况的速度和各向异性参数模型，需要利用地层层序和大断裂的先验信息约束反演速度场。即在根据剩余时差进行射线追踪求解联合层析方程组时，在断裂附近给其一个快速收敛的初始条件。在双方位OVT 域纯数据驱动网格层析体PSDM 的基础上，精细解释区域分布层序和断裂组合，建立地震层序约束的断控三维模型，拾取地震层序的倾角、方位角、断层产状信息作为先验约束条件，采用自适应算法进行网格层析反演，通过多次迭代与优化，不断更新速度场以及地震层序与断裂的空间位置，获得反映岩性和构造变化规律的速度模型。图8c 为在双方位OVT 域纯数据驱动层析基础上断控层析反演的速度剖面，与图8b 相比，断裂带的速度精度得到显著提高，速度模型更符合地质规律。

图9 为速度建模过程中共成像点（CIP）道集对比。通过断控模型约束与高精度网格层析，速度模型的精度逐渐提高，对应PSDM 的射线旅行时计算精度也逐步提高，两个方位能够获得较平的偏移道集。但是在断裂附近的远炮检距道集仍未拉平，需要开展各向异性分析和PSDM 融合成像。

2. 3 TTI 各向异性PSDM 联合成像

复杂断裂带地震波沿不同方向传播时会产生各向异性效应，各向同性处理方法无法准确描述各向异性速度，尤其对断裂附近大炮检距地震数据影响较大，主要表现为远成像道集未拉平，断裂带的地层成像失真，成像深度与实钻误差大。TTI 介质为具有倾斜对称轴的横向各向同性介质，用5 个参数描述，分别是沿对称轴方向的传播vP0、Thomsen 各向异性参数δ 和ε、对称轴倾角θ 和方位角φ。其中θ 和φ 一般通过扫描深度域地震剖面直接得到[21]。

研究区韩江组—珠江组主要为海相砂泥岩沉积，地层横向分布稳定，受区域地质应力影响，发育多组产状相似的陡倾角的大断裂，地震各向异性主要由定向断裂和砂泥互层引起。因此，采用TTI 介质各向异性层析方法建立统一的与方位角无关的速度模型和各向异性参数体。具体实现步骤如下（图7）：

（1）在双方位OVT 域断控层析的与方位角无关的速度模型基础上，进行各向同性PSDM 体偏移，求取地质目标的倾角体和方位体，将地质认识作为约束条件融入各向异性参数层析；

（2）将测井信息作为约束条件，应用实测声波资料和层析速度模型求取初始δ 和ε；

（3）开展方位各向异性TTI 深度偏移，对生成的两个方位共成像点（CIP）道集拾取剩余时差，经多次迭代更新，获得适用于多方位资料的统一的各向异性参数体。

图10 是过主控断裂位置的TTI 各向异性参数层析反演前、后PSDM 共成像点（CIP）道集对比，由图可知层析反演后的道集校平，减少了远道切除量，能充分利用远炮检距信息，可进一步提升断裂阴影区成像品质。TTI ? PSDM 迭代过程中采用双方位OVT 域网格层析提高了速度反演精度，最终获得的各向异性速度能校平两个方位采集的地震数据（图11），可直接对双方位数据进行联合成像。

图12 为优势单方位TTI?PSDM 与双方位TTI?PSDM 联合成像的结果对比。得益于双方位数据应用，速度模型精度提高，在主测线方向，两者成像效果基本一致。由于双方位地震数据融合增加了阴影区照明度，消除了单方位采集数据在联络线上的采集脚印，尤其是提高了大断裂下方的信噪比，进一步消除地震同相轴畸变，结果更符合地下真实构造形态。

3 实际资料应用

图13 为两期地震资料不同方法偏移成像效果对比。双方位叠前时间偏移直接融合数据信噪比整体高于两期各自偏移数据，但由于断裂导致速度变化，两期单方位的地震资料成像位置不一致，直接融合效果改善不大，在局部甚至变差。针对不同方位地震成像的差异，采用模型道相关法逐层剥离进行时差校正融合，能在一定程度上改善断层阴影区的成像品质，但在大断裂下方仍然存地震同相轴扭曲以及阴影残留等问题。应用本文双方位地震资料OVT 域联合成像，断点归位合理，断面更清晰，阴影区畸变得到有效压制。结合方差体属性切片（图14）也可以看到，断裂阴影导致的模糊带显著减小，更有利于断层和构造精细解释。

研究区A 油田（W1 井区）主要受两条大断裂控制，基于本文方法能更好的消除断层阴影区地层产状的畸变。如图15 所示，在断裂夹持区，地震同相轴连续、稳定，构造幅度变缓（椭圆内），倾角由3. 50°～5. 50° 降低为0. 20°～2. 20°，更符合区域大数据统计的相似断控构造的倾角规律认识。

B 油田（W2 井区）主要受一条大断裂和一条次级断裂控制，本文联合成像方法能更好的消除断层阴影区“上拉”“下拉”等地震同相轴畸变，油藏构造由之前的断背斜变为断鼻特征（图16），高点位置由W2 井附近向东北偏移。后续实施的开发井证实，构造形态与钻前新认识一致，实钻深度误差由?11～18 m 降低至?3～3 m，指导了开发井的高效实施（图17）。

实际地震资料处理结果仍有不足之处，大断裂下方的阴影区地震反射仍存在局部“错断”的现象，需在后续的资料处理过程中结合油田开发的钻、测井信息，针对断面附近的数据进行更精细的网格层析。

4 结论

针对复杂断裂带的构造落实，本文直接基于一致性处理以及叠前五维规则化后的融合数据开展速度建模。由于OVT 域道集保留了炮检距和方位角信息，能充分考虑不同方位的射线旅行时信息，结合断控模型约束层析联合反演，建立一个稳定、具有物理意义、与方位角无关的统一高精度速度场。TTI 各向异性参数层析与深度偏移联合成像能最大程度校平地震道集，充分利用远炮检距数据，有效提升阴影区成像品质，是一种有效、可行的技术方案。由于海上拖缆采集的特殊性，双方位地震资料OVT 域联合成像技术的关键有两点： 一是由于采集年度（环境）不同以及采集参数的差异，需做好不同期次资料的地震振幅、相位以及频率的一致性处理； 二是如果二次三维采集，双方位拖缆资料存在某些方位角的缺失，炮检距向量片不完整，需采用叠前五维规则化技术压制采集脚印。

实践表明，海上不同方位采集不仅可以改善波场照明，更有利于复杂构造背景下的深度域速度精细建模。在速度横向变化剧烈区域，OVT 域层析反演速度建模与各向异性叠前深度偏移双方位地震数据联合成像具有较大潜力。双方位断控约束网格层析可显著提高复杂构造的速度模型精度，改善成像效果。