开平凹陷10-11复杂构造带低信噪比区地震成像技术研究.pdf

工程地球物理学旅Vol.20,No.3第2 0 卷第3期2023年5月中文引用格式：蒋亚洲，钟明睿，王新领.开平凹陷10-11复杂构造带低信噪比区地震成像技术研究J.工程地球物理学报，2 0 2 3，2 0（3）：374-382.英文引用格式:Jiang Yazhou,Zhong Mingrui,Wang Xinling.Research on seismic imaging technology in low SNR region of 1o-1l complexCHINESE JOURNAL OF ENGINEERING GEOPHYSICSstructural belt in Kaiping sagLJ.Chinese Journal of Engineering Geophysics,2023,20(3):374-382.May,2023开平凹陷10-11复杂构造带低信噪比区地震成像技术研究蒋亚洲，钟明睿，王新领（中海油田服务股份有限公司物探事业部物探研究院，广东湛江52 40 57)摘要：开平凹陷为已证实潜在富生烃洼陷，开平10-11构造带为主洼内具有隆起背景的复杂断裂构造带，为油气运移有利指向区，现有资料古近系中深层复杂构造带地震成像效果差，已发现油气的含油范围以及潜在的剩余潜力较难落实。提高古近系中深层目标构造的成像品质是本文的核心工作，针对现有资料的实际问题采用以下三项关键技术：多次波联合建模曲波域匹配衰减技术；构造约束百分比速度扫描解释技术；高斯射线束叠前深度偏移技术。通过以上方法的组合应用有效提高了中深层成像的分辨率及信噪比。实际资料应用表明，重处理之后中深层高陡构造和断裂带区构造界面形态清楚、断点清晰，目标区域信噪比提升了40%，为该构造带的进一步精细勘探评价提供了可靠的资料。关键词：开平凹陷；复杂构造带；多次波压制；构造约束速度扫描解释；高斯射线束偏移中图分类号：P631.4doi:10.3969/j.issn.16727940.2023.03.011文献标识码：A文章编号：16 7 2 7 940(2 0 2 3)0 30 37 40 9Research on Seismic Imaging Technology in Low SNR Regionof 10-11 Complex Structural Belt in Kaiping SagJiang Yazhou,Zhong Mingrui,Wang Xinling(Institute of Geophysical Exploration,Geophysical-China Oil field Services Limit,Zhanjian Guangdong 524057,China)Abstract:Kaiping sag is a potential hydrocarbonrich sag,and its 10-1l structural belt is acomplex fault structural belt with uplift background in the main sag,which is a favorable tar-get area for oil and gas migration.Because of the poor seismic imaging effect of the middle-deepcomplex structural belt in Paleogene,it is difficult to implement the oil-bearing range andpotential remaining potential of oil and gas.Improving the imaging quality of the deep targetstructure in the Paleogene is the core work of this paper.The following three key technolo-gies are adopted for the practical problems of the existing data:O The matching attenuation收稿日期：2 0 2 2-0 2-15基金项目：中海石油深圳分公司生产科研项目（编号：CCL2021SKSN0005）第一作者：蒋亚洲（1990 一），男，工程师，主要从事海上地震资料处理及偏移成像工作。E-mail:第3期technology of multiples in curve wave domain based on multiple joint modeling;The ve-locity scanning interpretation technology based on construction constraint ratio;T h epre-stack depth migration technology based on Gaussian beam.The combination of the abovemethods effectively improves the resolution and signal-to-noise ratio of mid-deep ima-ging.The application of field data shows that the interface morphology of the middle anddeep layer is clear and the break-point is distinct in fault zone,and the signal-to-noiseratio of aim-areas is improved by 40%after reprocessing,which provides reliable data forfurther fine exploration and evaluation of the structural belt.Key words:Kaiping sag;complex structural belt;multiple wave suppression;structural con-1 引 言开平凹陷位于珠江口盆地珠二坳陷中部，海水深度2 0 0 50 0 m，东临云开低凸起与白云凹陷相隔，西连顺德凹陷，北至神狐一暗沙隆起，南接南部隆起带，整体为北东一南西（NE一SW)走向1-3。开平凹陷文昌组最大厚度约为52 0 0 m41，文昌组内部识别出T81T 8 5五个界面,将文昌组划分为六段,以T83为界将文昌组划分为上文昌组和下文昌组5。下文昌组属于断陷一幕构造层，发育辫状河三角洲、扇三角洲、滨浅湖、半深湖相；上文昌组属于断陷二幕构造层，发育主要为辫状河三角洲沉积。前人研究表明，开平凹陷文昌组半深湖相可以作为优质烃源岩7，凹陷内多口钻井在下珠江1.8001.25蒋亚洲，等：开平凹陷10-11复杂构造带低信噪比区地震成像技术研究straint velocity scanning interpretation;Gaussian beam migration22003800375至文昌层段发现有油气，为已证实的潜在富生烃洼陷。其中开平10-11构造带为主洼内具有隆起背景的复杂断裂构造带，为油气运移有利指向区8.9。目标区中深层古近系断裂系统复杂，地震波场反射杂乱、能量散射、衰减严重，现有资料地震成像效果较差（图1)，难以精细识别目标区断裂组合及地层层序，已发现油气的含油范围以及潜在的剩余潜力较难落实。本区块资料经过多轮重处理之后，构造带复杂断裂成像效果依旧不理想，因此本文在总结之前研究的基础之上，为进一步提高开平10-11复杂构造带成像品质，开展多次波联合建模曲波域衰减技术、构造约束百分比速度扫描解释技术及高斯射线束偏移等关键技术的应用研究，提高目标构造区的成像精度，为该地区油气评价提供更加可靠的地震资料。CDP号26003000340042001.752.25宣2.753.253.75图1工区典型地震剖面Fig.1Typical seismic profile of the work area3762工区概况和地震成像难点目标区受区域伸展作用及岩浆底劈活动的共同影响，古近系地层改造抬升强烈，并伴随高陡断层的产生及次生调节断裂密集发育，受凹陷结构复杂、埋深大等地质因素的不利影响，现有地震资料存在中深层目标构造成像信噪比、分辨率低，地层接触关系不清，构造不落实；断面成像效果差；目标地层恩平组、文昌组地层同相轴连续性差、地层成像破碎，影响目标精细研究等问题（图1）。总而言之，现有资料品质严重影响了该区下一步的地质解释和圈闭落实。通过对现有资料的分析，影响复杂构造带地震资料成像品质的关键因素主要有以下两个方面：1)复杂构造带信噪比低，提升信噪比难度大。海上地震资料受多次波影响严重，尤其在本区块复杂构造带区域，多次波发育广泛；另一方面受花状组合断裂影响，T83地层以下有效信号地震波场照明能量偏低，短周期多次波衰减难度大。因此，如何在保护有效信号的基础上压制多次波是本文研究的重点之一。2)复杂构造带速度建模及偏移成像难度大。该区高陡断层及次生调节断裂密集发育，信噪比低，基于道集拉平的走时层析方法很难在目标区准确求取速度；加上工区地质条件复杂，地震波场传播路径复杂，复杂构造带速度建模及偏移成像难度大。3关键技术工程地球物理学报（Chinese Journal of Engineering Geophysics）到地震资料实际处理中14常规的组合多次波预测技术主要采用浅水多次波衰减 SDM(Shallow Water De一multiple,SDM)，波动方程SRME、三维褶积SRME以及各种技术组合衰减多次波，即“串联式”处理流程，虽然可以相对较好地压制多次波，但理论上仍存在一定的弊端：SDM压制水层多次波后波场信息不完整，导致SRME预测自由表面多次波模型精度不高；分步匹配相减容易产生噪音，保幅性不好。针对以上的弊端，本文采用多次波联合建模匹配衰减技术，其流程如图2 所示。该技术基于地震数据原始波场尽可能地预测出准确的各种类型多次波模型（包括SDM模型和3DSRME模型），然后在曲波域通过一次性匹配相减。这既是一项针对技术，也是一种处理思想。相比常规的最小二乘匹配相减法，曲波域匹配相减在保幅性方面表现更好。曲波域具有较好的多尺度、多方向性及圆滑性，能够对地震数据进行更细致的划分，分尺度、分方向地对地震数据进前置处理炮集输入第2 0 卷3.1多次波联合建模曲波域匹配衰减海洋地震勘探资料中多次波发育广泛，多次波的压制衰减是海洋地震资料处理的关键问题。随着计算能力的飞速提高，基于预测相减的多次波压制方法发展迅速，其中自由表面多次波压制（Sur-face Related Multiple Elimination,SRME)10-13 技术在多次波预测方面表现突出，在没有任何地质先验信息前提下，依靠地震数据本身的反馈送代实现多次波的精准预测。近年来常规的3DSRME理论技术发展成熟，更多的研究是将该技术应用提高偏移前道集资料的信噪比和分辨率是目标构造精准成像的基础和前提；而针对性的速度SDM水层多次波建模及偏移方法可以有效消除复杂花状断裂的不建模利影响，从而提高地震成像精度。本文针对开平凹陷10-11构造带资料的实际特点，采用多次波联合建模曲波域衰减技术得到高品质偏移前道集资料，构造约束百分比速度扫描获得成像效果更好的速度模型，高斯射线束偏移方法提高复杂断裂带成像品质。通过研究形成了一套适合该地区复杂断裂带地震成像的技术流程，得到了提高复杂构造带低信噪比区成像品质的关键技术方法。G3DSRME自由表面多次波建模曲波域联合多次波自适应匹配相减多次波衰减结果图2 并联多次波衰减技术流程Fig.2 Parallel multiple attenuation technology processSWD水层及自由表面多次波建模第3期行处理15。此外，曲波变换具有更好的非线性逼近性，稀疏性更好，这样能够更好地保护贴近多次波数据的同相轴，所以相较于最小平方匹配相减法，曲波域匹配方法能在保护有效信号的前提下2.1001.5道集2.02002.52503.554.04.51.52.02.53.54.04.53.2构造约束百分比速度扫描层析技术叠前深度偏移（Pre-stack Depth Migration，PSDM)是复杂地质体成像的有力工具，其成像的质量严重依赖于所用的速度一深度模型的精度。走时层析反演在偏移速度建模中被广泛应用16 ，但常规的走时层析反演基于共成像点道集（Com-mon Image Gathers,CIG)拉平与否，在低信噪比区受限于CIG道集质量，走时层析反演难以收敛，无法准确求取地下速度模型。为提高低信噪比区成像品质，一般采取百分比速度扫描的方法获得最佳成像速度，但是常规的速度扫描方法是按固定百分比对整个工区进行速度扫描分析，只能求取一个固定百分比的成像速度。因此本文在常规速度扫描的基础上，采用构造约束百分比速度扫描的方法求取低信噪比区的最佳成像速度，具体方法如图4所示，关键步骤为：在工区采用常规的走时层析反演方法获取偏移速度场V1，确保高信噪比区的道集拉平及成像质量；以Vi为基准速度，引人构造解释层位约束控制，仅在选定蒋亚洲，等：开平凹陷10-11复杂构造带低信噪比区地震成像技术研究11.0016442193速度谱/ms1896.2341205824432330264326422848294830653498338443203760道集X164421931896.2341205824430023302643-2502642:28482948306534983384504320:3760Fig.3Multiple wave attenuation effect diagram377更有效地去除多次波。图3为工区实际地震资料多次波衰减前后的应用效果。从图3的对比可以看出，多次波压制之后速度谱能量团更加聚焦集中，叠加切片小断裂边界更加清晰。CDP号主侧线号2.4002.7001.552.02.53.54.04.52.100速度谱/ms1.52.02.5/3.03.54.04.5图3多次波衰减效果的目标区域按百分比间隔递增、递减，获取不同的百分比速度场；不同百分比速度场分别进行目标线叠前深度偏移，然后按照各自的偏移速度进行时深转换，获得不同百分比速度的时间域偏移剖面；在不同百分比速度的时间域偏移剖面上，投影加载不同的构造解释层位，然后根据层位设定不同层位之间的速度范围进行拾取速度约束；根据低信噪比区不同速度的偏移成像面，拾取不同成像点成像效果最佳的百分比速度V1；将求得的不同成像点的速度Vi进行插值，得到在低信噪比区的最佳成像速度Vin。该方法通过软件程序实现，并且可以实时质控最佳成像速度模型质量。构造约束速度扫描层析是利用不同百分比速度的偏移剖面进行局部成像效果对比，当扫描速度等于或者接近地下介质真实速度时，剖面偏移成像效果好17 ，将不同成像点中各剖面成像效果好的速度提取进行构造约束插值，即得到相对真实速度场，此方法适用于构造复杂、低信噪比区资3.000叠加21002.2502.4002.7002850一3000(a)多次波衰减前CDP号2.4002.700工一一(b)多次波衰减后1300主侧线号3 0001100叠加2100#22502.4002700-2.85030001500130015001.700切片1.700切片378工程地球物理学报（Chinese Journal of Engineering Geophysics）第2 0 卷高信噪比区常规走时网格层析方法反演得到基准速度V。基准速度比例90%偏移叠加基准速度10 0%偏移叠加基准速度比例110%偏移叠加将不同速度得到的深度偏移叠加剖面使用各自偏移速度比例到时间域统一使用基准速度V将时间域叠加剖面比例到深度域将构造解释层位投影绘制在深度域叠加剖面之上在构造层位之间根据不同百分比速度成像效果进行速度种值点拾取软件自动记录不同位置拾取的成像效果好的种植点的深度和速度值将拾取得到的种植点速度进行构造约束插值得到成像效果最好的速度体图4构造约束速度扫描层析流程Fig.4 The realization flow chart of constructed percentage velocity scanning1500CDP号2000220030004000三500060007000料的速度求取。图5（a)为构造约束百分比速度扫描前的速度场，图5(b)为构造约束百分比速度扫描后的速度场，图6(a)为扫描前速度场的克希霍夫深度偏移成像结果比例到时间域的叠加图，图6(b)为扫描后速度场的克希霍夫深度偏移成像结果比例到时间域的叠加图。综合分析图5、图6 可知，在复杂构造发育的低信噪比区域，本文采用的构造约束速度扫描层析方法得到的速度场比走时层析反演得到的速度场分辨率更高，并且中深层同相轴能量更加聚焦，地层更加连续。说CDP号2.4002600(a)构造约束速度扫描前图5构造约束速度扫描前后速度场对比Fig.5 Comparison of velocity field contrast diagram before and afterconstrained velocity scanning28002000明本文方法在复杂构造带的低信噪比区获得了成像效果更好、更加合理的偏移速度场。3.3高斯射线束叠前深度偏移方法依据射线理论的克希霍夫（Kirchhoff）叠前深度偏移是目前生产中应用最广泛的叠前深度偏移方法18 ，但在速度横向变化剧烈区域存在射线焦散和多路径问题。而基于波动方程理论的逆时偏移技术可以大幅度提高复杂构造成像效果19，但在面对实际海洋地震资料时，偏移计算量过大的缺点限制了逆时偏移方法的应用。而高斯射线2200(b)构造约束速度扫描后24002600280030004000-3000T.S.u/5000-4500600070006000第3期1.9001.752.002.252.50元2.753.00“3.25宣3.503.754.004.254.504.75束偏移方法是一种介于射线类和波动方程类之间的偏移方法，虽然仍属于射线类方法，但在某种程度上却能达到波动方程类的较高的成像精度效果2 0-2 2 ，高斯射线束结合了克希霍夫深度偏移和逆时偏移算法的优点，在有效解决焦散区等奇异性问题的同时保留了偏移计算灵活、效率高的优势，因此近些年在国内工业界发展迅速，在复杂构造区的应用越来越广泛2 3,2 4针对开平凹陷10-11构造带的地质特征和地210023002蒋亚洲，等：开平凹陷10-11复杂构造带低信噪比区地震成像技术研究CDP号CDP号21002300(a)构造约束速度扫描前图6 构造约束速度扫描前后速度场偏移结果对比Fig.6 Comparison of velocity field migration results before and after structuralconstraint velocity scanningCDP号250037925002.70027001.9001.75-2.002.252.502.753.003.253.503.754.004.254.50元4.75震资料特点，在本工区采用高斯射线束叠前深度偏移方法提升复杂断裂带成像品质。高斯射线束偏移首先把地震数据变换到Tau一P域，Tau一P变换的空间窗长度直接影响偏移效果，在实际应用中对关键参数进行反复试验，选取合适参数确保复杂构造带高陡地层准确成像，最终确定Tau一P空间窗宽度30 0 m，空间窗中心线距离240m，偏移孔径半径为50 0 0 m，防假频步长为25mX25m。图7 为工区实际资料在同一速度CDP号2100230022100(b)构造约束速度扫描后250023002.50027002.7003X/WX/4(a)克希霍夫深度偏移成像图7 克希霍夫深度偏移与高斯射线束偏移成像效果对比Fig.7(Comprison of Kirchhoff prestack depth migration and Gaussion(b)高斯射线束偏移成像beam migration sections380模型下不同偏移方法的成像对比，图7（a)为克希霍夫深度偏移成像结果，图7（b)为高斯射线束深度偏移成像结果。从图7 中对比可以看出，相比克希霍夫深度偏移成像方法，高斯射线束深度偏移成像在陡倾角复杂断裂带成像效果更好，基底潜山断裂刻画更清晰，中深层断面更加清晰，同相轴成像更连续，信噪比更高，地层接触关系更加清晰，有效地改善了工区内高陡构造和复杂断裂带的地震成像问题。4实际资料组合应用效果开平凹陷10-11目标区受区域地质活动影响，中深层地层产状变化剧烈，基底附近高陡地层及次生小断裂发育丰富，复杂构造区成像困难，难210022002300240025002600270028001.82.02.22.42.62.8工3.03.23.43.63.84.04.221008765432工程地球物理学报（Chinese Journal of Engineering Geophysics）CDP号(a)以往处理图8 以往处理与本次处理成像效果对比Fig.8 Comparison of imaging processed in the past and this timeCDP号22002300本次处理资料以往处理资料第2 0 卷以识别解释断裂组合，影响后续地质目标评价。针对工区内已有拖缆资料，采用多次波联合建模曲波域衰减技术得到信噪比更高的偏移前道集资料，构造约束百分比速度扫描解释技术得到成像效果更好的PSDM速度场，高斯射线束偏移算法技术改善复杂构造带低信噪比区的成像品质。通过以上方法技术的有效组合应用，本次处理得到的古近系低信噪比区断裂成像与之前成果相比，有明显改善（图8、图9）。图8(a)为以往处理的偏移成像结果，图8(b)为本次重新处理的偏移成像结果。从图8 的对比可以看出本次处理成像结果的优势，即在复杂目标区断面成像清晰，地层信噪比及分辨率更高，内幕同相轴更加连续，地层与断裂接触关系清晰，尤其在陡倾角地层与基底之间内幕边界明确，有利CDP号210022002300240025002600270028001.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.22.4001.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.2(b)本次处理250026002700图9目标区域以往处理与本次处理信噪比分析对比Fig.9 Comparison of signal-to-noise ratio in target area between processedin the past and this time第3期蒋亚洲，等：开平凹陷10-11复杂构造带低信噪比区地震成像技术研究381主测线号11501250135014501550165019602060216022602.3602.4602.5602.6602.760主测线号1750115012501350145015501650175019602.0602160226023602.460256026602760(a)以往处理图10 t=3s时以往处理与本次处理等时切片对比Fig.1o Comparison of the slice processed in the past and(b)本次处理this time with t=3 s于后续构造研究。从图9 的信噪比分析对比图可参考文献：知，目标区域以往处理信噪比（S/N)在2 左右，本次处理信噪比在2.8 左右，目标区域信噪比提升40%。从图10 的t=3s的等时切片对比可以看出，本次重新处理地震资料后的信噪比改善明显，断裂边界展布特征更加清楚，轮廓更加清晰，有利于后续进一步落实构造形态。5 结 论通过分析制约开平凹陷10-11构造带地震成像精度的因素，本次处理流程采取针对性措施：在多次波衰减上采用多次波联合建模曲波域衰减技术，有效压制工区多次波，提升了复杂断裂带恩平组、文昌组的信噪比；速度层析采用构造约束百分比速度扫描解释技术提高高陡构造带复杂速度模型成像精度；利用高斯射线束偏移技术使断层归位更加准确，断面更清晰可靠。最终处理结果表明，新处理成果古近系低信噪比区断裂成像改善较大，提升了目的层至基底间成像质量，剖面层次感更强，波组特征更加明显，为该区下一步地质综合研究提供更加准确的基础资料。1戴一丁，庞雄，李平鲁.珠江口盆地开平凹陷油气聚集条件分析J，中国海上油气，1998，12（1）：12-18.2 王升兰，刘晖.珠江口盆地开平凹陷恩平组地震反射特征与沉积体系展布J.科技导报，2 0 14，32（2 8/29):64-69.3任建业，庞雄，雷超，等.被动陆缘洋陆转换带和岩石圈伸展破裂过程分析及其对南海陆缘深水盆地研究的启示J.地学前缘，2 0 15，2 2（1)：10 2-114.4庞雄，陈隽，戴一丁，等.珠江口盆地白云西一开平凹陷油气聚集及勘探目标研究J.中国海上油气，1995,9(4):237-245.5董冬冬.南海北部陆缘深水区构造演化及其资源效应D.青岛：中国科学院研究生院（海洋研究所),2 0 0 8.6 张志业，何登发，李智，等.珠江口盆地开平凹陷边界断层三维几何学与运动学J.地球物理学报，2 0 18，61(10):4296-4307.7】聂国权.被动大陆边缘洋陆过渡带构造数值模拟及成因机制：开平凹陷例析D.北京：中国地质大学，2 0 0 6.3828李友川，傅宁，张枝焕.南海北部深水区盆地烃源条件和油气源J.石油学报，2 0 13，34（2）：2 47-2 54.9熊连桥.开平凹陷文昌组沉积特征及半深湖空间分布J.中国海上油气，2 0 2 1，33（5）：51-6 1.1o BerKhout A J,Verschuur D J.Estimation of multi-ple scattering by iterative inversion.Part I:Theoreti-cal considerations J.Geophysics,1997,62（5):1 586-159511 Van Dedem E J,Verschuur D 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