南海东部地区断层阴影带构造落实方法及其应用研究

时间：2024-05-22

宋亚民, 戴朝强, 姜建, 周清波, 吴成

(中海石油(中国)有限公司深圳分公司，深圳 518000)

0 引言

断层阴影带指断层下盘三角形区域地震成像“盲区”，通常表现为地震同相轴的扭曲、错断、地层产状失真等地震假象，为断层阴影带的地震解释带来诸多陷阱[1-2]。受断裂带及断层上、下盘速度差异等因素影响，断层附近横向速度变化快、地震绕射波发育，叠前时间偏移地震资料不能真实刻画构造形态，准确构建偏移速度场难度大，叠前深度偏移成像精度受到制约。为断层阴影带构造圈闭落实带来较大困难，无法准确评估圈闭资源潜力，不利于潜在目标的评价钻探及开发动用。国内、外学者从地震资料采集、处理等方面关于提高地下地质体照明度、改善复杂构造成像效果开展了大量研究及实践，包括宽方位三维地震资料采集和处理[3-8]、层位和断层约束的网格层析偏移速度建模[9-12]等，均有利于改善断层阴影带地震资料品质，提高偏移成像精度。在地震解释阶段，也有通过地震正演模拟揭示断层阴影特征并指导构造解释的成功例子[13-14]。但断层阴影带构造圈闭的精细落实是关乎地震资料采集、处理、解释的系统工程，单一环节的改良及方法技术均存在一定局限性。

针对南海东部地区地震资料情况及断层阴影带地质特点，分析了阴影带构造圈闭落实面临的主要技术难点，介绍了针对性的采集、处理关键技术，着重介绍了地震正演研究指导下的断层阴影带构造解释成图方法，并结合勘探开发实践提出了地震资料采集、处理、解释一体化研究策略。结合南海东部A油田不同阶段断层阴影带构造落实实例，首先分析了基于地震正演技术的断层阴影带构造成图应用效果，进而分析了基于老三维采集地震数据在正确构造导向约束下,更新偏移速度场对叠前深度偏移成像的改善，最后分析了利用新、老不同方位角采集的地震数据，通过建立方位各向异性速度场及开展两批次地震数据融合处理，实现断层阴影带叠前深度偏移准确成像的效果。通过不同阶段针对性技术的应用及一体化研究，油田构造认识逐渐趋近真实，断层阴影带构造圈闭形态及油田储量规模得以落实。

图1 南海东部地区X区块早期断裂和晚期断裂分布图Fig.1 Early and later fault distribution of block X in the east of south China sea(a)早期断裂分布图；(b)晚期断裂分布图

1 断层阴影带构造圈闭落实难点

南海海域珠江口盆地的勘探实践表明，断裂系统发育对圈闭形成、油气运聚起到重要控制作用，断层圈闭亦是常见的圈闭类型。受断层阴影影响，断层圈闭的精细落实难度较大。勘探评价阶段，断层阴影带的构造假高点常导致勘探钻井失利，增加勘探风险，同时，断层阴影带构造认识不清也使部分潜力构造被低估、忽略。在油田开发阶段，断层阴影带较大的钻井深度误差，常给油田构造形态及储量规模认识带来巨大改变，不利于油田开发方案的合理部署。断层阴影带构造圈闭落实受地震资料采集、处理、解释多方因素影响，主要难点如下：

1)我国海上地震资料的采集以单船拖缆采集为主，采集方位角窄。老三维地震资料采集时间较早，受采集设备制约，震源能量较弱，覆盖次数较低，且采集方向多垂直于文昌组早期发育的控制洼陷结构的大断裂(图1(a))，以更好呈现盆地区域构造特征。新近系沉积时期，构造主应力方向发生改变，断裂系统走向也相应发生了较大改变(图1(b))，晚期断裂走向多与早期大断裂呈大角度相交(>45°)，部分地区近似正交，即与老三维地震资料采集方向小角度相交或近乎平行，垂直于晚期断层走向方向照明不足，不利于晚期断层阴影带的成像。

2)断层阴影带横向速度变化快，常规偏移速度建模难以构建准确的速度场，地震资料叠前深度偏移方法对速度场敏感，难以获得准确的深度偏移成果。且断层两盘地层受埋深和沉积环境差异影响，通常具有明显的层速度差异，沿断层走向和倾向方向速度各向异性特征突出，如图2(a)、图2(b)所示相同位置新、老两批次不同方位采集地震数据的速度谱特征差异明显(南海东部A油田实例)，单方位采集地震资料不利于各向异性速度场构建，制约了叠前深度偏移成像精度。

3)地震资料解释过程中，对断层阴影带地震成像“假象”认识不足，常规构造解释成果难以为地震资料处理过程中速度场构建提供正确的构造导向约束，不利于构建精细的偏移速度场。

2 关键技术及一体化研究策略

2.1 二次三维地震资料采集

勘探实践及研究表明，南海东部地区晚期断裂对新近系圈闭形成及油气运移均起到重要控制作用。随着勘探程度提高，勘探重点逐渐转向断层控制的小型圈闭等隐蔽圈闭，改善断层阴影带成像质量、准确落实圈闭形态成为勘探开发亟待解决的难题。宽方位三维地震数据在复杂断裂带成像方面的优势已得到实践证实，通过两批次不同方位采集的三维地震数据融合处理间接形成宽方位地震数据体的方法，已在珠江口盆地勘探实践中得到应用[15-18]，并较好地改善了复杂断裂带的成像效果。基于此，在油气分布的有利区带，近年来陆续开展了二次三维地震采集，采集方向垂直于晚期断裂系统，即与老三维地震资料采集方向近似正交，弥补了老资料在垂直于晚期断层走向方向采样不足的缺陷，增强了断层阴影带照明度，为改善断层阴影带地震成像提供借鉴。

图2 相同位置新、老两批次不同方位采集地震数据速度谱Fig.2 Velocity spectrum of seismic data acquired from new and old survey in different azimuth at the same location(a)北东方向新采集三维地震数据速度谱；(b)近东西向采集老三维地震数据速度谱

2.2 速度建模及双方位地震资料融合处理

研究及实践应用表明，基于构造导向约束的速度建模方法通过加入层位、断层的约束，能更客观地描述断层两侧地层横向速度突变特点，提高断层附近速度场精度，从而改善断层阴影带叠前深度偏移成像效果。双方位地震资料融合处理是在对不同方位地震数据精细匹配处理基础上，首先基于常规各向同性速度模型进行叠前深度偏移，以获取两个方位的角道集数据；然后基于双方位角道集数据分别求取剩余时差，并结合钻井数据联合求解适合于双方位地震资料的方位各向异性速度场；最后利用方位各向异性速度场对双方位融合地震道集开展叠前偏移处理。将构造导向约束的速度建模方法融入双方位地震资料的融合处理中，可以充分发挥构造导向约束精细速度建模的优势和双方位地震数据照明度及方位各向异性分析优势，从而改善断层阴影带地震成像效果。

2.3 断层阴影带构造解释成图

针对断层阴影带的精确深度偏移成像，关键在于准确构建断层附近的偏移速度场，基于构造约束的速度建模方法，弥补了常规速度建模不能精细刻画断层附近速度突变的缺陷，可提高断层附近的速度场精度。但相对合理的构造解释成果，是基于构造导向约束构建客观、真实精细速度场的前提。因此，在断层阴影带地震资料叠前深度偏移处理过程中，先验构造认识越准确越有利于偏移速度场的合理构建，进而提高深度偏移成像精度。换言之，断层阴影带构造解释和地震资料处理是相辅相成的两个过程。

地震正演研究指导的断层阴影带构造成图方法，是在综合分析区域地震、地质特征基础上，基于对速度场精度依赖度相对较低的叠前时间偏移地震数据，通过井、震资料结合开展地震正演研究，定量揭示断层阴影带时间域地震资料畸变特征，并通过构建校正量网格或校正解释的方式，对断层阴影带速度变化导致的构造成像畸变进行校正，以提供更真实的构造形态，为精细速度建模提供合理的构造约束。具体流程如下：

1)正演地质模型构建：地质模型应客观真实，符合实际地质情况。断层阴影带地震成像精度通常较低，已钻井合成地震记录标定效果通常较差，可选取位于断层阴影带范围之外的钻井作为标准井，采用已钻井时深关系数据将叠前时间偏移地震数据转换到深度域。依据区域主要三级层序界面，沿垂直断层走向方向过构造主体部位的深度域地震剖面等比例构建深度地质模型。为便于准确求取断层阴影带

图3 南海东部地区A油田地质模型和正演时间剖面Fig.3 Geological model and forward modeled seismic profile in time domain of A oilfield in the east of south China sea(a)地质模型；(b)正演时间剖面

的时间域构造畸变量，在地层倾角较小的情况下，可采用简化的水平层状地质模型，模型上、下盘层速度参数参考标准井结合埋深压实校正取值，地质模型如图3(a)所示。

2)地震正演模拟：可采用自激自收的方式开展地震正演模拟，以避免采集、处理因素带来的不确定性，正演时间地震剖面如图3(b)所示，可直观揭示断层阴影带构造畸变总体特征。通过统计正演地震剖面断层阴影带各层界面地震同相轴反射时间相对于阴影带范围外的水平同相轴时间差，可进一步明确断层阴影带内各层的时间域构造畸变量。

3)构造成图：基于上述方法过构造主体部位构建多条模型剖面开展地震正演，可揭示断层阴影带范围内时间域构造畸变量平面分布特征和变化趋势。统计畸变量散点数据并进行平面插值建立各层时间域构造畸变量网格，用该网格对相应层位的叠前时间偏移解释成果进行校正，并采用标准井的时深关系数据对各层校正后的时间域构造网格进行时深转换，即可得到消除断层阴影影响的深度域构造。实际构造解释工作中，也可参照断层阴影带时间构造畸变量正演分析结果，结合地层产状趋势开展阴影带构造校正解释，然后基于校正解释结果采用标准井时深关系进行时深转换。

2.4 采集、处理、解释一体化技术策略

断层阴影带的构造落实需要找准关键问题，将采集、处理、解释关键技术有机结合。在南海东部地区油气勘探开发实践中，针对断层阴影带构造落实难点，建立了一体化的技术流程(图4)，工作中可根据现有地震资料情况分阶段有序开展：

1)基于叠前时间偏移成果地震数据，实际工作中，通常是老三维成果数据或二次三维处理的阶段性成果数据，开展构造解释。并通过井、震资料结合开展地震正演研究，定量揭示断层阴影带时间构造畸变特征，初步落实断层阴影带构造形态，为后续地震资料处理提供相对合理的构造趋势约束，以提高偏移速度场精度。

2)在对现有老三维地震资料品质分析基础上，结合断裂系统展布特征，设计二次三维采集方位及采集参数，以弥补老资料照明度低、信噪比低等问题，开展二次三维地震资料采集。

3)对二次三维地震资料做去噪、鬼波压制、去多次波、面元规则化等前置处理后与老三维地震资料结合，开展能量、时差、相位、频率匹配处理，并将新、老两批次资料进行共中心点道集融合。然后基于层位、断层约束开展偏移速度建模，并对双方位融合地震资料开展偏移处理和剩余多次波衰减，最后通过双方位剩余时差联合分析对偏移速度场进行修正，并结合井、震标定反复迭代修正速度场，最终得到能同时满足两个方位道集拉平的各向异性速度场及融合资料叠前深度偏移成果。

图4 采集、处理、解释一体化技术流程Fig.4 Integrated technical process of seismic data acquisition, processing and interpretation

图5 A油田M油层不同阶段构造成果图Fig.5 Structural results of M reservoir in A oilfield at different stages(a)老三维地震资料构造解释成果图；(b)地震正演研究指导下构造成果图；(c)老三维重处理地震资料构造解释成果图；(d)双方位融合处理地震资料构造解释成果图

3 一体化技术应用实例

A油田是南海东部地区受断层阴影影响较典型的油田之一，老资料叠前深度偏移处理过程中，基于常规时间域解释层位约束构建速度模型，断层阴影带地震同相轴的扭曲、错断特征明显，近断层部位表现为同相轴总体下拉的趋势(图6(a))。该油田所在区域勘探开发实践证实，断层阴影带上述地震反射特征均可能是地震假象。因断层阴影带老资料叠前深度偏移成果精度较低，采用对速度场精度相对不敏感的叠前时间偏移数据及解释成果，井、震资料结合，在地震正演研究指导下开展阴影带的构造成图。

图6 老三维地震资料重处理前、后地震剖面Fig.6 Seismic section before and after reprocessing of old 3D seismic data(a)老三维地震资料重处理前地震剖面；(b)老三维地震资料重处理后地震剖面

图7 新老资料处理成果剖面对比Fig.7 Seismic section comparison of new and old seismic data processing (a)老三维重处理地震资料成果剖面；(b)二次三维地震资料成果剖面；(c)双方位融合处理地震资料成果剖面

基于老资料叠前深度偏移成果资料解释得到构造图(图5(a))，靠近断层部位构造下倾，地震正演研究指导的断层阴影带构造成图如图5(b)所示，靠近断层部位构造抬升，储量规模有扩大的潜力。基于此，2017年在靠近断层部位部署了X2井以落实断层阴影带构造，该井实钻证实构造抬升，M主力油层X2井实钻深度相对于叠前深度偏移老资料解释成果偏浅22 m，相对于地震正演研究指导的构造成图成果偏深仅2 m。可见基于地震正演研究指导的构造成图方法可基本落实断层阴影带总体构造形态，为后续地震资料的处理提供相对合理的构造导向约束。

为落实油田构造，2018年初基于老三维地震采集数据，对A油田及周边几个邻近的油田进行了叠前深度偏移重处理。重处理过程中，基于正演研究指导下的阶段性相对合理的构造研究成果，采用层位、断层约束更新偏移速度场，一定程度改善了断层阴影带叠前深度偏移成像效果，阴影带同相轴扭曲、错断和下拉假象都明显减弱，过A油田构造高部位老三维地震资料重处理前、后地震剖面如图6所示。

为进一步落实区域勘探潜力，2018年在A油田所在二级构造带采集了二次三维地震数据，采集方向与区域晚期控圈断裂走向近似垂直，同时优化了电缆长度、震源能量等采集参数。采用与老三维地震资料重处理相同的处理流程，对二次三维采集地震数据开展了叠前深度偏移处理。同时结合老三维地震资料，采用上述方法将新、老两批次不同方位采集的地震数据融合并开展了叠前深度偏移处理。二次三维成果资料较老资料重处理成果信噪比更高，深层地震反射波组特征更清晰，同相轴更连续，断层阴影带地震成像明显改善。融合处理资料结合了两批资料的优点，断层阴影带和深层局部成像较二次三维资料又有一定改善(图7)。对比老三维重处理地震资料和双方位融合处理地震资料M油层解释成果(图5(c)、图5(d))可见，靠近断层部位阴影带构造抬升，两者总体构造形态一致。X2井实钻深度相对于老资料重处理解释成果偏深3 m，相对于双方位融合处理解释成果偏深1 m，表明双方位融合处理对构造细节的落实更趋真实，为油田储量评价及开发方案部署提供借鉴。