陳 康, 冉 崎， 韓 嵩， 龍 隆， 何青林， 陳 驍， 彭 達(dá)

(中石油 西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041)

0 引言

火成巖巖性和地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)，火成巖下伏地層地震反射同相軸連續(xù)性差、能量弱，導(dǎo)致火成巖區(qū)目的層構(gòu)造及儲(chǔ)層識(shí)別困難[1]。近年來，火成巖逐步成為勘探的熱點(diǎn)，國內(nèi)松遼盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、濟(jì)陽洼陷、黃驊坳陷、克拉美麗氣田、黃驊坳陷等地區(qū)都針對火成巖勘探開展了工作[2-8]。四川盆地火成巖主要發(fā)育在川西地區(qū)，多口井均證實(shí)區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M內(nèi)部火成巖發(fā)育，其中南充2井龍?zhí)督M鉆遇幾套高速凝灰?guī)r地層，地層速度比圍巖高2 500 m/s ～3 000 m/s。龍?zhí)督M泥頁巖與茅口組灰?guī)r測井速度差異較大，地震資料表現(xiàn)為雜亂弱反射特征，井震吻合度低(圖1)。

研究地震波在火成巖發(fā)育區(qū)的傳播規(guī)律，是分析區(qū)內(nèi)地震反射特征的基礎(chǔ)。褶積模型模擬由于未考慮地層的反射透射能量衰減作用，無法模擬實(shí)際地震波在地下介質(zhì)的傳播過程，難以深入解釋火成巖對下伏地層的屏蔽機(jī)理和不同火成巖分布特征的屏蔽作用。作者從地震波反射透射基本原理出發(fā)，闡述了火成巖地層的反射透射能量及對下伏地層的屏蔽機(jī)理，利用波動(dòng)方程地震模擬及偏移方法分析了不同火成巖分布模型對下伏地層地震信號的屏蔽作用，提出了巖下地震成像改善方法。研究結(jié)果較好地解釋了四川盆地川西及龍?zhí)督M底界的弱反射現(xiàn)象，為盆地內(nèi)火成巖及下部茅口組儲(chǔ)層勘探提供了借鑒。

圖1 四川盆地上二疊統(tǒng)底界弱反射特征剖面Fig.1 Weak reflection profile of upper permian bottom boundary in sichuan basin

圖2 火成巖高速層屏蔽機(jī)理Fig.2 High speed layer shielding mechanism of igneous rocks

1 火成巖屏蔽機(jī)理分析

1.1 單井界面上反射與透射系數(shù)

地震波在層狀介質(zhì)中傳播會(huì)引起以下幾類波：反射縱波(Rp波)、反射橫波(Psv波)、透射縱波(Tp波)、透射橫波(Tsv波)。利用基于反射率法的層狀介質(zhì)地震模擬方法[9]，考慮了地震波傳播過程中的衰減作用，可以求取各層界面的反射透射系數(shù)，獲取地震道集，道集包括了界面一次反射波和層間多次反射波信息，波場信息豐富。

南充2井火成巖發(fā)育段地質(zhì)模型如圖2所示，P波入射會(huì)產(chǎn)生Rp波、反射Psv波、透射P波和透射Tsv波，入射波能量被分配到四種波上。地層界面反射、透射系數(shù)與界面上下層介質(zhì)的縱橫波速度、密度有關(guān)，當(dāng)界面上下地層的波阻抗差異越大，界面反射系數(shù)越大、透射系數(shù)越小。

當(dāng)?shù)退俚貙又写嬖诙嗵赘咚俚貙訒r(shí)，地震波由高速地層傳播到低速地層過程中產(chǎn)生強(qiáng)反射后透射能量變?nèi)?，依?jù)能量守恒定律，經(jīng)過多次強(qiáng)反射后，地震波能量衰減較快[10]。以南充2井為例，龍?zhí)督M內(nèi)部火成巖地層與龍?zhí)督M泥頁巖地層波阻抗差異大，地震波傳播至火成巖高速層中Rp4能量強(qiáng)、Tp5能量變?nèi)?，火成巖下伏地層Rp5能量變?nèi)?，?dāng)多套高低速互層時(shí)會(huì)形成頻率較高的多次波干擾。

圖3 主頻35 Hz、15 Hz單井反射率法縱波地震道集Fig.3 Primary frequency 35 Hz, 15 Hzsingle-well reflectivity method p-wave seismic trace set(a)35 Hz；(b)15 Hz

圖4 主頻35 Hz、15 Hz單井反射率法橫波地震道集Fig.4 Shear wave seismic trace set of single-well reflectivity method with 35 Hz main frequency and 15 Hz single well reflectivity method(a)35 Hz；(b)15 Hz

1.2 火成巖屏蔽效應(yīng)分析

利用反射率地震模擬方法對圖2地質(zhì)模型開展地震道集模擬，時(shí)間采樣率為2 ms?？v波模擬道集結(jié)果如圖3所示，當(dāng)主頻為35 Hz時(shí)，地震波在經(jīng)過多次反射透射后，龍?zhí)督M底界振幅能量較弱，在龍?zhí)督M內(nèi)部及茅口組內(nèi)部均出現(xiàn)了多次反射波，隨著入射角(偏移距) 增大 龍?zhí)督M底界波峰能量逐漸減弱；當(dāng)主頻為15 Hz時(shí)，龍?zhí)督M底界振幅能量相比35 Hz主頻模擬結(jié)果明顯增強(qiáng)，多次波能量得到壓制。

橫波模擬道集結(jié)果如圖4所示，當(dāng)主頻為35 Hz時(shí)，橫波多次反射透射后到達(dá)龍?zhí)督M底界振幅能量仍較強(qiáng)，龍?zhí)督M頂界出現(xiàn)多次波，隨著入射角(偏移距)增大龍?zhí)督M底界波峰能量逐漸增強(qiáng)；當(dāng)主頻為15 Hz時(shí)，龍?zhí)督M底界振幅能量相比35 Hz主頻模擬結(jié)果略有增強(qiáng)，龍?zhí)督M頂界多次波壓制明顯。

模擬結(jié)果分析可得出：①多套高速火層巖地層會(huì)導(dǎo)致下伏地層反射縱波能量衰減嚴(yán)重，多次波發(fā)育，大偏移距信息變?nèi)?；②多套高速火層巖下伏地層反射橫波能量衰減程度較小，大偏移距能量較強(qiáng)；③低頻地震波穿透薄互地層能力強(qiáng)，多套高速火層巖下伏地層地震波能量衰減較弱，多次波不發(fā)育。

2 火成巖地震波場模擬及特征識(shí)別

2.1 火成巖地震縱波正演模擬

為了深入分析不同火成巖分布厚度和組合方式的下伏地層地震響應(yīng)特征，設(shè)計(jì)了如圖5所示的三個(gè)模型，包括兩套薄火成巖(單套厚度20 m)、單套厚火成巖(厚度60 m)、單套薄火成巖(厚度20 m)。模型大小均為201道×500 m，道間距20 m，采用主頻為35 Hz的雷克子波激發(fā)，開展彈性波動(dòng)方程地震正演模擬[11-12]，共40炮激發(fā)，接收道101道，時(shí)間采樣率為2 ms。圖6為圖5三種模型對應(yīng)的第20炮和21炮的炮記錄，可見不同分布的火成巖發(fā)育區(qū)龍?zhí)督M底界反射能量存在差異，其中兩套薄火層巖發(fā)育區(qū)炮記錄中的龍?zhí)督M底界反射能量最弱、屏蔽作用最強(qiáng)、下部多次波最發(fā)育。

圖5 不同火成巖規(guī)模模型Fig.5 Different igneous rock scale models(a)兩套薄火層巖;(b)單套厚火成巖;(c)單套薄火成巖

圖6 不同模型的炮記錄Fig.6 Gun records for different models(a)兩套薄火層巖;(b)單套厚火成巖;(c)單套薄火成巖

圖7 不同模型的疊前時(shí)間偏移成像結(jié)果Fig.7 Pre-stack time migration imaging results of different models(a)兩套薄火層巖;(b)單套厚火成巖;(c)單套薄火成巖

2.2 火成巖地震成像及反射特征識(shí)別

對上述模擬結(jié)果進(jìn)行克?；舴虔B前時(shí)間偏移成像[13]，結(jié)果如圖7所示，發(fā)育兩套薄火成巖時(shí)，巖下地層畫弧現(xiàn)象嚴(yán)重，整體表現(xiàn)為類似生物礁形態(tài)明顯的隆起特征，內(nèi)部反射為弱雜亂反射，同相軸錯(cuò)斷，多次波發(fā)育；發(fā)育單套厚火成巖時(shí)，龍?zhí)督M底界也存在畫弧現(xiàn)象，但反射同相軸稍連續(xù)，下部仍存在多次波干擾；發(fā)育單套薄火成巖時(shí)，龍?zhí)督M底界無明顯畫弧現(xiàn)象，同相軸較連續(xù)，反射能量較強(qiáng)，多次波不太發(fā)育。

圖8 疊加偏移剖面低頻補(bǔ)償前后結(jié)果Fig.8 Results before and after low-frequency compensation of migration profile superposition(a)低頻補(bǔ)償前; (b)低頻補(bǔ)償后

圖9 大川中火成巖區(qū)低頻補(bǔ)償前后剖面Fig.9 Before and after low-frequency compensation profiles of the central sichuan igneous area(a)低頻補(bǔ)償前; (b)低頻補(bǔ)償后

3 成像改善方法

3.1 低頻保護(hù)處理

有文獻(xiàn)提到采用低頻信號補(bǔ)償應(yīng)用于火成巖發(fā)育區(qū)深層成像效果較好[14]，筆者針對火成巖屏蔽作用產(chǎn)生的地震同相軸能量和相位的變化，采用對疊加偏移剖面低頻補(bǔ)償?shù)姆绞礁纳瞥上裥Ч?。圖9(b)為圖8(a)剖面低頻補(bǔ)償結(jié)果，低頻補(bǔ)償后龍?zhí)督M底界面同相軸連續(xù)性變好，多次波能量得到明顯壓制，茅口組內(nèi)部儲(chǔ)層特征清晰。分析其原因：低頻的數(shù)據(jù)橫向采樣均勻，但是在補(bǔ)償前能量較弱，因此能量強(qiáng)但不均勻的中高頻數(shù)據(jù)表現(xiàn)出了畫弧現(xiàn)象，通過提高低頻能量后中高頻的能量減弱，成像效果得到了改善。將該方法運(yùn)用到南充2井火成巖發(fā)育區(qū)(圖9)，實(shí)際資料補(bǔ)償后龍?zhí)督M底界同相軸連續(xù)性變好，地震可識(shí)別性更強(qiáng)。

3.2 偏移算法

火成巖對巖下成像屏蔽作用與鹽丘、膏巖屏蔽類似，均是由于地震波傳播中能量的衰減導(dǎo)致巖下波場信息不豐富造成的，因此采用波動(dòng)方程偏移成像(散射波動(dòng)方程、逆時(shí)偏移[15]、全波形反演成像對成像)結(jié)果會(huì)有所改善。如圖10所示，在理論模型中，采用逆時(shí)偏移相比采用克希霍夫疊前深度偏移對火成巖下成像效果更好，龍?zhí)督M底界面同相軸振幅相位連續(xù)，茅口組內(nèi)部儲(chǔ)層特征清晰。

圖10 不同偏移算法的偏移成像結(jié)果Fig.10 Migration imaging results of different migration algorithms(a) 克希霍夫疊前深度偏移；(b)逆時(shí)偏移

圖11 實(shí)際數(shù)據(jù)不同偏移算法的偏移成像結(jié)果Fig.11 Migration imaging results of different migration algorithms for actual data(a) 克?；舴虔B前深度偏移；(b)逆時(shí)偏移

4 結(jié)論

針對四川盆地火成巖發(fā)育區(qū)存在的地震成像屏蔽機(jī)理不清、巖下地震反射井震標(biāo)定能量相位差異大等問題，開展地震波傳播規(guī)律研究及巖下地震成像改善方法研究，可得到以下結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

1)多套高速火層巖地層會(huì)導(dǎo)致下伏地層反射縱波能量衰減嚴(yán)重，屏蔽效應(yīng)明顯，火成巖非均質(zhì)體的層數(shù)、火成巖與下伏地層的相對位置關(guān)系是影響屏蔽程度的重要因素。多套火層巖發(fā)育時(shí)，發(fā)育區(qū)地震表現(xiàn)為類似生物礁的外形隆起、內(nèi)部雜亂反射特征，下部多次反射較多且能量較強(qiáng)。

2)大偏移距勘探不利于火成巖發(fā)育區(qū)下伏地層縱波信息接收，但是有利于橫波的接收。針對火成巖分布較廣區(qū)，應(yīng)采用小偏移距進(jìn)行激發(fā)接收；針對小規(guī)?；鸪蓭r分布區(qū)，增大偏移距可以使反射波避開火成巖，提高火成巖下伏地層地震能量。

3)低頻信號越過不均質(zhì)體的能力較強(qiáng)，在資料處理過程中要充分保護(hù)低頻信息、加強(qiáng)優(yōu)勢頻帶處理，同時(shí)充分利用豐富波場信息進(jìn)行偏移成像，有利于改善巖下地震成像質(zhì)量。

通過對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前深度偏移(圖11)同樣證實(shí)，在采用同樣深度域偏移速度場以及偏移孔徑等參數(shù)時(shí)，逆時(shí)偏移較克希霍夫疊前深度偏移針對火成巖下成像有較為明顯地改善。