復(fù)雜地表地震成像空間位置探討

陳志剛，張　健，陳妙煜，崔　琴，王曉濤，馬俊彥

（1.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，烏魯木齊830013；2.中國石油川慶鉆探公司川慶物探公司，成都610213）

復(fù)雜地表地震成像空間位置探討

陳志剛1，張健1，陳妙煜2，崔琴1，王曉濤1，馬俊彥1

（1.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，烏魯木齊830013；2.中國石油川慶鉆探公司川慶物探公司，成都610213）

非水平地表且表層結(jié)構(gòu)變化大的地區(qū)與水平地表且表層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定地區(qū)相比，其地震射線的入射角度和出射角度會(huì)發(fā)生很大變化。分析認(rèn)為，非水平地表時(shí)，地震剖面所反映的構(gòu)造空間位置與實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造位置是有誤差的，偏移距離為X=hsinθ；水平地表但表層結(jié)構(gòu)橫向變化大時(shí)，時(shí)間域地震剖面所反映的構(gòu)造空間位置與實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造位置也是有誤差的；在復(fù)雜地表區(qū)，靜校正不考慮地震射線的入射角度和出射角度的變化所引起的時(shí)距曲線關(guān)系的改變，會(huì)將本不屬于靜校正解決的問題進(jìn)一步復(fù)雜化，從而影響后續(xù)工作；復(fù)雜地表區(qū)，地表起伏和表層結(jié)構(gòu)的橫向變化成像方法是地震剖面精確成像要考慮的重點(diǎn)；時(shí)深轉(zhuǎn)換時(shí)，在非水平地表區(qū)，要考慮地震剖面（包括速度剖面）與實(shí)際構(gòu)造空間位置的匹配。

非水平地表；表層結(jié)構(gòu)橫向變化；空間位置；水平位移；成像誤差

在復(fù)雜地震地質(zhì)條件下的地震資料處理和解釋中，通常將地震資料成像質(zhì)量的關(guān)注點(diǎn)放在信噪比、清晰度、構(gòu)造形態(tài)等方面，而忽略了地震成像的空間位置誤差的影響。

文獻(xiàn)［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礎(chǔ)上，從高陡背斜特有的速度模型和頂部反射特征、地表速度條件以及地層速度的各向異性3個(gè)方面，分析了引起地震高點(diǎn)偏離的原因及偏離規(guī)律，總結(jié)了影響地震高點(diǎn)偏離距離的主要原因（背斜不對稱性、埋藏深度、速度和射線傳播路徑），建立了地震高點(diǎn)偏離距離的經(jīng)驗(yàn)公式，并提出了校正地震高點(diǎn)偏離的“下傾偏移”概念。文獻(xiàn)［2］對波場延拓法、靜校正法、零速層法的應(yīng)用條件和存在問題進(jìn)行了分析，提出了解決偏移位置的“參考面轉(zhuǎn)換法”。文獻(xiàn)［3］對疊前偏移方法、原理和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)［4］—文獻(xiàn)［10］從靜校正、非水平地表基準(zhǔn)面選取及疊前偏移方法等方面對提高復(fù)雜地震地質(zhì)條件下的地震資料成像質(zhì)量進(jìn)行了分析研究。筆者認(rèn)為，非水平地表且表層結(jié)構(gòu)變化大的地區(qū)不滿足已有方法的基本假設(shè)條件，是引起地震成像空間位置偏離的根本原因?！熬鶆蛩綄訝罱橘|(zhì)，各向同性”這一基本假設(shè)條件中，水平地表且表層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是該條件非常重要的內(nèi)涵。但是，多數(shù)油氣勘探領(lǐng)域的地表?xiàng)l件難以滿足這個(gè)假設(shè)條件。因而，非水平地表且表層結(jié)構(gòu)變化大的地區(qū)與水平地表且表層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定地區(qū)相比，其地震射線的入射角度和出射角度會(huì)發(fā)生很大變化，所得到的地震成像，其空間位置與實(shí)際地層的空間位置會(huì)發(fā)生很大的水平位移，從而造成錯(cuò)誤的構(gòu)造解釋和地質(zhì)認(rèn)識(shí)。本文就這一問題進(jìn)行探討。

1　理論與模型分析

在滿足“均勻水平層狀介質(zhì)，各向同性”這一基本假設(shè)條件時(shí)，地震射線以炮檢中點(diǎn)為對稱軸，時(shí)距曲線關(guān)系表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)雙曲線，此時(shí)地震資料處理可以準(zhǔn)確成像于自激自收點(diǎn)位置，在非水平地表且表層結(jié)構(gòu)變化大的地區(qū)（地下介質(zhì)變化在此不作討論），地震成像位置會(huì)水平偏離于自激自收點(diǎn)位置。水平層狀的地質(zhì)模型（圖1a），地表與水平面夾角為θ的地質(zhì)模型（圖1b），設(shè)地下都有一平行地表且厚度相同的反射界面，以地表為處理參考面，上述模型可得到完全相同的地震剖面（圖1c），但是地震剖面反映的空間位置是不相同的。水平地表地質(zhì)模型（圖1a）的地震剖面反映的空間位置是A點(diǎn)鉛垂下方的成像，地表與水平面夾角為θ的地質(zhì)模型（圖1b）的地震剖面反映的空間位置是D點(diǎn)鉛垂下方的成像。當(dāng)?shù)乇砼c水平面夾角為θ時(shí)，設(shè)反射界面法線到地表深度為h，則地震剖面反映的空間位置與實(shí)際空間位置的水平誤差X=hsinθ（如h=3 000 m，θ=5°，X=261 m），在此地表?xiàng)l件下實(shí)際構(gòu)造空間位置應(yīng)向地表上傾方向偏移。

圖1　地質(zhì)模型（a，b）及其地震剖面（c）

三層水平層狀的地質(zhì)模型，地表水平但表層結(jié)構(gòu)橫向突變，由于表層結(jié)構(gòu)突變，其地震射線的入射角度和出射角度會(huì)發(fā)生很大變化，在均勻水平層狀，各向同性介質(zhì)重合的共中心點(diǎn)（CMP）與反射點(diǎn)（D）在此并不重合，即地震成像位置會(huì)水平偏離于真實(shí)位置。其偏離的大小與表層結(jié)構(gòu)橫向突變兩翼的地層厚度、速度差相關(guān)（圖2），在此地表?xiàng)l件下實(shí)際構(gòu)造空間位置應(yīng)向地表速度低的方向偏移。

圖2　三層水平層狀的地質(zhì)模型

依據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地南緣某測線表層研究成果和構(gòu)造解釋，利用測井處理解釋層速度資料以及地層介質(zhì)物理彈性參數(shù)建立的地質(zhì)模型（圖3a），其地形起伏較大，海拔500～1 500 m，在測線B點(diǎn)和C點(diǎn)之間為地表海拔最高點(diǎn)，以此為界向兩邊總體趨勢變低，坡度3°～5°，應(yīng)用波動(dòng)方程模擬野外采集，生成合成地震數(shù)據(jù)后的疊前深度偏移剖面（圖3b）。圖3中選擇了6個(gè)典型特征點(diǎn)（A，B，C，D，E，F(xiàn)），可以看出，與模型相比較，在地表有坡度角處（B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)），地震剖面的空間位置明顯向下傾方向偏移；而在地表平緩的地方（A點(diǎn)、E點(diǎn)和F點(diǎn)），地震剖面的空間位置則無明顯偏移。

圖3　地質(zhì)模型（a）及正演數(shù)據(jù)疊前深度偏移剖面（b）

依據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠與戈壁建立的地質(zhì)模型（圖4a），應(yīng)用波動(dòng)方程模擬野外采集生成合成地震數(shù)據(jù)后的水平疊加剖面（圖4b）、疊前時(shí)間偏移剖面（圖4c）、疊前深度偏移剖面（圖4d），圖4中選擇了3個(gè)典型特征點(diǎn)（A，B，C），可以看出，與模型相比較，水平疊加剖面、疊前時(shí)間偏移剖面在表層結(jié)構(gòu)橫向突變C點(diǎn)處其空間位置明顯偏移，而在表層結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定的A點(diǎn)處和B點(diǎn)處的空間位置無明顯偏移。疊前深度偏移可以很好與模型吻合。結(jié)果能很好解釋文獻(xiàn)［1］提出的校正地震高點(diǎn)偏離的“下傾偏移”概念。

圖4　地質(zhì)模型及正演數(shù)據(jù)成果剖面

2　實(shí)例分析

實(shí)例分析1：位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣西段的獨(dú)山子背斜地表呈北傾，近似斜面。鉆井資料顯示，在1 841 m新近系沙灣組（N1s）以下，鉆遇古近系安集海河組（E2-3a），至3 135 m完井仍未鉆穿。這與疊后偏移剖面顯示的穩(wěn)定的幾百米的安集海河組地層厚度不符合。更為關(guān)鍵的是，DS1井傾角測井解釋在2 400 m以下地層傾角為北傾70°～90°，地層幾乎直立，這與剖面顯示的地層傾角信息明顯不符。筆者認(rèn)為，這種矛盾現(xiàn)象是地表有坡度造成的，剖面反映的空間位置向北傾方向偏移而實(shí)際構(gòu)造位置應(yīng)向南，這與理論及模型分析結(jié)果一致（圖5）。

圖5　過DS1井疊后偏移剖面

圖6　過目的層構(gòu)造圖及過井剖面

實(shí)例分析2：準(zhǔn)噶爾盆地南緣H地區(qū)地表特征總體呈南高北低趨勢，在H地區(qū)目的層構(gòu)造圖（圖6a）和過H10井地震剖面（圖6b）及過H001井地震剖面（圖6c）上顯示，井均位于構(gòu)造軸部，H10井相對H001井偏南。遺憾的是H10井在目的層段未獲取傾角資料。由于H10井相對偏南，鉆在構(gòu)造相對高點(diǎn)，獲得工業(yè)油流。H001井傾角測井解釋在紫泥泉子組（E1-2z）（2 872～3 702 m）北傾11°～20°，東溝組（K2d）（3 832～4 200 m）北傾35°～38°，與剖面圖6c顯示的地層傾角信息大相徑庭，是因?yàn)榈乇砥露缺眱A，造成地震剖面反映的空間位置與實(shí)際構(gòu)造位置不一致，實(shí)際構(gòu)造高點(diǎn)位置應(yīng)向南偏。因此H001井鉆在了構(gòu)造北翼，構(gòu)造位置偏低，沒有獲得油流在情理之中。

3　幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）當(dāng)?shù)乇斫苾A斜面，設(shè)反射界面深度為h，地表與水平面夾角為θ，則疊前深度偏移地震剖面反映的空間位置與實(shí)際空間位置的水平誤差X=hsinθ.地震剖面空間位置與實(shí)際構(gòu)造空間位置水平位移誤差隨目的層深度和地表坡度增大而增大。實(shí)際構(gòu)造空間位置應(yīng)向地表上傾方向偏移。水平疊加剖面水平位移誤差最大，疊前深度偏移剖面水平位移誤差最小。

（2）水平地表但表層結(jié)構(gòu)橫向變化大時(shí)，時(shí)間域地震剖面所反映的構(gòu)造空間位置與實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造位置也有水平位移誤差，實(shí)際構(gòu)造空間位置應(yīng)向地表速度低的方向偏移。水平疊加剖面、疊后時(shí)間偏移剖面、疊前時(shí)間偏移剖面都有水平位移誤差，疊前深度偏移剖面可以精確成像。

（3）復(fù)雜地表區(qū)，靜校正如不考慮地震射線的入射角度和出射角度的變化會(huì)引起時(shí)距曲線關(guān)系的改變，將本不屬于靜校正解決的問題進(jìn)一步復(fù)雜化，從而影響后續(xù)工作。引起偏移誤差和速度反演時(shí)正確速度信息的獲取及井震關(guān)系匹配差。野外資料采集應(yīng)加大表層資料調(diào)查力度，特別是在復(fù)雜地表區(qū)的有利目標(biāo)，精確的表層模型建立，是地震剖面精確成像的關(guān)鍵因素之一。

（4）復(fù)雜地表區(qū)，地表起伏和表層結(jié)構(gòu)的橫向變化成像方法是地震剖面精確成像要考慮的重點(diǎn)，首先，基準(zhǔn)面應(yīng)選取近地表平滑面，文獻(xiàn)［2］中提出的“參考面轉(zhuǎn)換法”是值得推廣的方法。其次，成像方法應(yīng)選取適應(yīng)各項(xiàng)異性介質(zhì)并具有雙程偏移算子的方法。

（5）在非水平地表?xiàng)l件下，時(shí)深轉(zhuǎn)換要考慮地震剖面（包括速度剖面）與實(shí)際構(gòu)造空間位置的匹配。即需對地震剖面進(jìn)行空間位置校正，否則井資料會(huì)與地震成果有很大誤差，進(jìn)而影響構(gòu)造成圖精度。地震地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，井震關(guān)系不匹配，往往是地震剖面所反映的構(gòu)造空間位置與實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造位置有誤差造成的，也是實(shí)鉆結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)測不符的重要原因。

［1］梁順軍，梁順彬.高陡背斜地震剖面高點(diǎn)偏離問題分析及校正［J］.石油地球物理勘探，2001，36（1）：105-114.

Liang Shunjun，Liang Shunbin.Analysis of height departure and its correction in seismic section with high dipping anticline［J］.Oil Geophysical Prospecting，2001，36（1）：105-114.

［2］錢榮均.復(fù)雜地表區(qū)偏移基準(zhǔn)面問題研究［J］.石油地球物理勘探，1996，31（1）：41-54.

Qian Rongjun.Study on migration datum in complicated terrain area［J］.Oil Geophysical Prospecting，1996，31（1）：41-54.

［3］Robin E.地震資料疊前偏移成像——方法、原理和優(yōu)缺點(diǎn)分析［M］.王克斌，曹孟起，王永明，等，譯.北京：石油工業(yè)出版社，2012.

Robin E.Seismic imaging—a review of the techniques，their princi?ples，merits and limitations［M］.Transcated by Wang Kebin，Cao Mengqi，Wang Yongming，et al.Beijing：Petroleum Industry Press，2012.

［4］鄭鴻明，康月萍，姜元?jiǎng)?，?空間域CMP參考基準(zhǔn)面實(shí)現(xiàn)方法及應(yīng)用效果［J］.新疆石油地質(zhì)，2015，36（2）：214-217.

Zheng Hongming，Kang Yueping，Jiang Yuangang，et al.Research on the realization method and effect of the spatial domain CMP refer?ence datum［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2015，36（2）：214-217.

［5］鄭鴻明，呂煥通.地震勘探近地表異常校正［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009.

Zheng Hongming，Lv Huantong.Seismic exploration of near surface anomaly correction［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2009.

［6］鄭鴻明，婁兵，蔣在超.復(fù)雜地貌區(qū)地震資料處理中的靜校正方法［J］.新疆石油地質(zhì)，2002，23（3）：214-216.

Zheng Hongming，Lou Bing，Jiang Zaichao.Static correction meth?od in seismic data processing in complex geomorphic［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2002，23（3）：214-216.

［7］羅英偉，段衛(wèi)星，徐維秀，等.幾種靜校正方法的研究與比較［J］.油氣地球物理，2010，8（1）：34-39.

Luo Yingwei，Duan Weixing，Xu Weixiu，et al.Study and compari?son of several static correction method［J］.Petroleum and Natural Gas Geophysics，2010，8（1）：34-39.

［8］劉治凡，毛海波，邵雨，等.復(fù)雜地表區(qū)基準(zhǔn)面和靜校正方法的選擇［J］.石油物探，2003，42（2）：240-247.

Liu Zhifan，Mao Haibo，Shao Yu，et al.Complex surface area da?tum and static correction method choice［J］.Geophysical Prospect?ingfor Petroleum，2003，42（2）：240-247.

［9］楊海生，王必金，陳玉明，等.基于起伏地表的合成平面波疊前深度偏移［J］.石油物探，2010，49（2）：129-138.

Yang Haisheng，Wang Bijin，Chen Yuming，et al.Synthesis of plane wave depth migration before stack based on relief surface［J］. Geophysical Prospectingfor Petroleum，2010，49（2）：129-138.

［10］鄭鴻明，劉宜文，蔣琳，等.影響構(gòu)造形態(tài)的原因分析及解決思路——以準(zhǔn)噶爾盆地泉1井區(qū)三維地震資料為例［J］.石油物探，2012，51（1）：71-78.

Zheng Hongming，Liu Yiwen，Jiang Lin，et al.Analysis on the fac?tors affecting the structural form and the solution—Analysis of the influence factors on structure shape and solutions：case study of the 3?D seismic data in Quan 1 well area，Junggar basin［J］.Geo?physical Prospectingfor Petroleum，2012，51（1）：71-78.

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

國家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05003-005）

陳志剛（1961-），男，湖南湘鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師，地球物理勘探研究，（Tel）0991-4299089（E-mail）chzg@petrochina.com.cn.