四川盆地复杂地表高精度建模技术及其应用

时间：2024-07-28

杨智超侯泽富王佚王雪梅耿春胡峰刘伟

1. 中国石油集团东方地球物理公司西南物探分公司 2. 中国石油西南油气田分公司

0 引言

随着四川盆地油气勘探开发的不断深入，地震勘探已由找构造、找有利区带的普查勘探阶段，进入到面向地质目标体的精细地震勘探阶段。四川盆地油气储层具有产层多、厚度薄、横向分布不稳定、储层非均质性强等特点。再加上地腹广泛发育正断层、逆断层、推覆构造，地表为典型的山地地形，起伏剧烈，广泛出露第四系砾石堆积层、侏罗系泥岩、泥砂岩、砂岩，二、三叠系砂岩，岩性横向变化快，低降速层厚度和速度结构变化也大，这些复杂的因素综合在一起，注定了四川盆地地震勘探是一个高难区域。但是，四川盆地拥有丰富的油气资源，有必要进行精细地震勘探，获得高精度地震成果[1-3]。

复杂地表给地震勘探带来的影响相当严重，不但会造成激发和接收条件剧烈变化,进而导致资料能量和频率差；也会产生强的次生干扰,影响单炮资料的信噪比；更会带来严重的静校正问题，直接影响资料的成像效果。要获得高品质的地震成果，必须构建高精度的近地表模型，为地震测线布设、观测系统确定，激发井深、药量等参数的优选，接收方式设计以及采集施工重难点的把控提供直接、真实的依据，只有构建了高精度的近地表模型，才能获得准确的静校正量，改善地震资料的成像效果[4-7]。

1 近地表建模技术概况

目前，近地表模型构建和静校正量求取的有效方法主要有2类：①初至波层析成像法；②直接测定法。

初至波层析成像方法是利用地震波旅行时来反演地下介质的层速度和反射界面。地震层析成像可分为地震射线层析和波动方程层析，波动方程层析方法是利用地震波旅行时、振幅、相位和频率等全波形记录，大大增加了研究介质的信息量，能提高分辨率和减少由于透射角不全所造成的假象，但是在应用中存在一些困难和问题，如由于地表的起伏和地表结构非均质性强，导致地震波传播路径畸变，而层析反演基本没有考虑传播路径畸变的问题，如散射数据的提取及对波形产生严重影响的各种干扰波的消除。同时，地震勘探中，由于成本问题，一般会采用较大的炮点距和接收点距，炮点间距一般大于80 m，接收点间距一般超过20 m。空间采样间隔较大，地震波传播的射线密度较为稀疏，会大大影响层析反演浅层模型的精度[8-10]。

中国石油集团东方地球物探公司西南物探分公司（以下简称西南物探分公司）研发了小道距层析技术，该方法采用小药量、小接收点距（2～5 m），通过加密接收点采样间隔，增加地震波传播的射线密度，提高浅层结构模型精度。图1为小道距层析反演与大炮层析反演速度模型对比图，可见小道距层析反演结果的浅层结构模型精度有一定提高，速度与真实成果更接近，分层更清晰，体现了更多的细节，但是与真实地表结构依然存在差异[11-13]。

图1 小道距层析与大炮层析反演速度模型对比图

虽然层析方法存在浅层结构模型的精度较低的缺点。但是该方法适用条件广泛，适用于各种地表和各种结构状态的地层，并且可以连续刻画近地表结构，模型深度大，可以提供高精度静校正量。是近地表结构调查的主要方法。

直接测定近地表速度厚度是利用波在地层中传播的时间和距离信息来计算地层速度和厚度，进而剖析近地表的结构。该方法包括小折射、微测井等方法，小折射方法采用地面激发地面接收方式。而利用浅层折射波和直达波来研究表层结构则是根据折射波的时距方程，从观测到的初至时间入手，计算出表层厚度和速度模型。适用于地表比较平坦、地下界面为平面（水平或单斜面）、界面倾角不大、速度从浅到深速度递增的层状介质地区。小折射方法优点是简单易行、成本低；缺点是适用条件较苛刻、解释结果可能存在多解性、受环境噪音影响大[14-16]。

微测井一般采用井中激发地面接收或地面激发井中接收的方式，接收直达波在地层中传播的时间初至信息，根据初至波的拾取时间和各点的激发深度，拟合时深曲线解释出各层的速度和厚度参数。微测井方法适用于各种地表，各种结构地层，如速度倒转结构、非层状结构和层状结构等，且操作简单易行，单点成果精度高，速度和分层精确；缺点是成本高，调查的深度有限，调查点密度稀，横向范围内不具备统计效应，难以提供较准确的静校正量。

对于剧烈起伏、出露岩性多样、表层结构纵横向变化快的四川盆地，以上任何一种方法都难以获得高精度的近地表结构模型，不能提供高精度的静校正量[17-19]。只有采用多种方法联合建模，各取所长，才能构建较高精度近地表模型和获得高精度静校正量。因此，西南物探分公司开发了一套加权融合建模方法。

2 双向加权融合建模原理

权重是一个相对的概念，是针对某一指标而言。某一指标的权重是指该指标在整体评价中的相对重要程度。权重表示在评价过程中，对各评价因子在总体评价中的作用进行区别对待,根据重要程度进行定量分配。对各个变量值具有权衡轻重作用的数值就称为权数。在地震勘探表层建模中，有人进行过反距离加权法研究, 反距离加权法是指随着未知点距离基准点距离的增加，某变量的权重随之增加或减小的方法。该方法可以较好地解决多种表层调查数据在横向上的融合问题。但是，没有考虑纵向深度方向多种表层调查数据的融合问题[20-21]。

深度加权法是利用已知深度作为约束，随着未知点深度的增加，某变量的权重随之增加或减小的方法，该方法可以解决多种表层调查数据深度方向融合问题。针对复杂的四川盆地近地表，首次采用了双向加权融合建模方法，即综合应用反距离加权法和深度加权法进行建模，得到的结果更接近于真实界面形态。

四川盆地双向加权融合建模，主要应用的近地表数据有微测井、小折射、小道距层析和大炮层析数据。该方法首先需要利用三角插值算法将微测井、小折射成果数据构建一个近地表浅层模型，该模型在微测井或小折射点位置附近精度较高，但是受微测井或小折射点密度稀的影响，在复杂地区，该模型很难反映横向上地层结构的变化。而大炮层析模型则可以连续刻画近地表结构的横向变化趋势，但是存在浅层精度不高的问题，小道距层析结果精度在中浅层优于大炮层析。

双向加权融合建模过程中，结合野外实际情况，根据每种方法在不同位置、不同深度点获得成果精度的高低, 给予一定的权值，横向上采用了反距离加权的方式对微测井小折射成果，即离微测井或小折射位置点越远的部位，微测井或小折射模型的权值越小。相反，小道距层析和大炮层析模型的权值则随离微测井或小折射位置点距离增加而权值增加。纵向上也进行加权融合，即随深度的增加，微测井或小折射成果的权值变小，反之，小道距和大炮层析成果的权值增加。图2是加权融合建模的流程示意图，这样所获得的模型既具有微测井对地表浅层刻画的精度，又具有层析对近地表中、深层刻画的精度，可以获得准确的静校正量。

3 应用实例

图2 加权融合建模法流程示意图

冬瓜场构造位于四川盆地西南部盆地边缘地带，属浅丘地形，地势较平，海拔约450 m左右。地表广泛出露第四系砾石，交替出现白垩系砂泥岩夹砾岩、侏罗系砂泥岩、三叠系须家河组砂岩，地表低降速层在纵、横向上厚度、速度、岩性变化较快，有些地区厚度可达100 m，砾石堆积区厚度普遍大于10 m。根据图3冬瓜场构造微测井调查解释结果，将地层分为3层，0～5 m是砾石层，地层速度为877 m/s； 5～9.6 m是风化泥岩层，地层速度为1466 m/s；9.6～15 m是泥岩层，地层速度2 075 m/s；该地区砾石堆积层的速度大概在900 m/s左右。图4-a冬瓜场构造层析反演结果，砾石堆积层的速度一般都大于 1 300 m/s，由于层析模型是个等效模型，所反演的近地表速度偏高，分层界面不清楚（图中渐变的颜色表示地层速度是渐变性），从野外地层露头看，该地区砾石层与下覆岩层具有明显的分界面，明显与野外实际情况不符。

图3 四川盆地冬瓜场构造微测井成果图

图4 四川盆地冬瓜场构造双向加权融合建模与层析模型对比图

笔者利用小折射、微测井、小道距和大炮层析资料，进行双向加权融合建模，获得的近地表模型与实际近地表的结构较为一致，得到了高精度的静校正量，有效改善了地震剖面的成像效果。在建模过程中，发现该区微测井解释成果的速度和分层结果的精度最高，与实际情况比较一致。有些部位小折射获得的速度成果误差较大，分析原因，主要受近地表地层的不均质性影响，因其传播路径不规则，而影响了小折射的精度。因此，首先需要利用微测井解释成果对小折射成果进行校正。在融合建模构建近地表浅于15 m的结构时，小折射和微测井资料的权重采用0.80，小道距资料的权重采用0.15，大炮层析在浅层的权重是0.05；在构建近地表中浅层15～40 m的结构时，小折射和微测井资料的权重采用0.30，小道距资料的权重采用0.60，大炮层析在浅层的权重是0.10；而在构建近地表深层大于40 m的结构时，小折射和微测井资料的权重采用0.05，小道距资料的权重采用0.30，大炮层析在浅层的权重是0.60。在横向上微测井和小折射成果的权重从0.90随建模点与微测井或小折射距离的增加逐渐减小，每100 m权重降低0.10，即离微测井或小折射位置点越远的部位，微测井或小折射模型的权值越小，相反，小道距资料的权重则随离微测井或小折射位置点距离增加而权值增加，每100 m权重增加0.05，大炮层析模型的权值则随离微测井或小折射位置点距离增加而权值增加，每100 m权重增加0.05。

图4为冬瓜场构造融合建模与层析模型对比图，层析模型低降速层分层不明显，速度介于1605～1900 m/s（图4-a）。而加权融合建模方法获得的近地表模型，浅层低降速带分层更清楚，低降速层的速度340～830 m/s（图4-b），与实际近地表情况更吻合。

图5 四川盆地冬瓜场构造大炮层析建模图

图6 四川盆地冬瓜场构造双向加权融合建模模型图

图5 、图6分别是对冬瓜场构造大炮层析模型和加权融融合模型按不同深度进行切片所获得的等深图。大炮层析模型基本能反映的近地表结构的形态，但是，纵向上分层性较差，从5 m到50 m低降速层的分布形态变化不大，并且速度偏高，基本都大于1 300 m/s，与微测井成果相比速度和厚度相差一倍左右。加权融合法构建的模型，浅地层速度700 m/s左右，在5～15 m的浅层，低降速层的分布形态变化很大，与图7微测井结果吻合，较真实地反映了该地区低降速层的变化情况。

图8是冬瓜场构造不同静校正方法应用后的叠加剖面对比图。大炮层析获得的静校正量精度优于高程静校正，在高程静校正没有成像的地方，获得了较连续的成像剖面，而双向加权融合建模所获得的静校正量精度更高，使地震反射成像更收敛，同相轴更连续。这也进一步证明了加权融合建模取得的效果，不但可以构建高精度近地表模型，也能很好解决静校正问题。