沈 杰，張劍飛，王金龍，李立紅，林 娜，王 鵬

（中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川成都610041）

永川地區(qū)位于四川盆地瀘州—開江隆起帶，屬華鎣山褶皺帶向南呈帚狀撒開的低背斜群，該背斜群整體為狹長(zhǎng)梳狀構(gòu)造，大多呈北東向排列，斷層發(fā)育，該區(qū)是頁巖氣熱點(diǎn)探區(qū)。工區(qū)主體構(gòu)造新店子背斜地形起伏大，近地表巖性復(fù)雜，背斜區(qū)斷裂發(fā)育，屬典型“雙復(fù)雜”地區(qū)，地震資料準(zhǔn)確成像難度大。在勘探開發(fā)過程中，面臨新店子主體背斜構(gòu)造內(nèi)幕不清、局部小斷層成像不準(zhǔn)、水平井設(shè)計(jì)軌跡與實(shí)鉆不符等問題，這些問題給資料解釋人員和鉆井設(shè)計(jì)與跟蹤人員造成了困擾，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)。

疊前深度偏移技術(shù)是解決速度橫向變化劇烈的復(fù)雜構(gòu)造成像問題的較理想技術(shù)[1-6]，該技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵是建立準(zhǔn)確的工區(qū)深度—速度場(chǎng)[7-10]。

速度建模技術(shù)按算法來劃分主要包括2類：基于射線的速度建模和基于波場(chǎng)延拓的速度建模[11-14]?；谏渚€的速度建模方法主要包括線性層析反演和非線性層析反演[15-17]?；诓▓?chǎng)延拓的速度建模最新進(jìn)展主要是全波形反演（FWI）[18-20]。當(dāng)前，市場(chǎng)上流行的速度建模方法是線性層析反演建模，該方法主要包括沿層層析與網(wǎng)格層析[21-22]。沿層層析方法的優(yōu)點(diǎn)是便于速度的沿層，可使得速度分布與構(gòu)造分布一致，缺點(diǎn)是速度分辨率不夠高。網(wǎng)格層析反演方法的優(yōu)點(diǎn)是可以全局尋優(yōu)彌合誤差，不受縱橫向限制，對(duì)各類資料適用性都較好，缺點(diǎn)是更新后速度與地質(zhì)構(gòu)造的契合度不夠高。因此，需要將二者優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合。

線性層析反演建模方法，主要基于在共成像點(diǎn)道集上拾取剩余曲率和在偏移剖面上拾取構(gòu)造傾角來進(jìn)行層析反演，反演效果依賴于拾取信息精度。通常因?yàn)闇\層覆蓋次數(shù)不足，剩余曲率難以準(zhǔn)確拾取，特別是復(fù)雜地區(qū)，導(dǎo)致難以通過層析反演方法有效更新淺層速度。淺層速度不準(zhǔn)勢(shì)必影響速度模型精度，并且累計(jì)誤差影響淺中深最終成像精度。因此，需要在速度建模過程中進(jìn)一步提高淺層模型精度。

在“雙復(fù)雜”地區(qū)，存在資料信噪比低、波場(chǎng)復(fù)雜以及殘余剩余靜校正等問題，導(dǎo)致層析反演方法難以有效運(yùn)用。本文充分挖掘現(xiàn)有技術(shù)，采用淺中深融合建模思路建立“雙復(fù)雜”地區(qū)深度域速度模型。采用全偏移距初至層析反演求取更準(zhǔn)確的近地表深層速度；通過地質(zhì)構(gòu)造模型對(duì)網(wǎng)格層析反演迭代更新過程進(jìn)行約束，既使得速度剩余高頻量在網(wǎng)格層析中逐漸收斂，又保證速度低頻趨勢(shì)與地質(zhì)構(gòu)造保持一致；針對(duì)局部低信噪比地區(qū)采用一維疊加掃描技術(shù)求取最佳成像速度。該方法彌補(bǔ)了通常層析反演方法的不足，更加適用于“雙復(fù)雜”地區(qū)，進(jìn)一步提高了該區(qū)模型精度和最終成像質(zhì)量。

1 研究區(qū)概況

分析研究區(qū)資料可知影響成像的不利因素主要有以下3點(diǎn)。

1）新店子背斜區(qū)靜校正問題

背斜地表兩翼山勢(shì)較陡，頂部中間較為平坦，最高海拔720 m，相對(duì)高差最大達(dá)300余米。工區(qū)地表巖性分布較復(fù)雜，多處分布煤礦采空區(qū)，低降速帶速度橫向變化劇烈，靜校正問題突出。

2）新店子背斜區(qū)資料信噪比低

背斜頂部主要出露三疊系灰?guī)r、泥灰?guī)r及疏松砂巖（圖1），翼部地層傾角變化大，巖層破碎，斷裂發(fā)育，激發(fā)、接收條件較差，再加上煤礦采空區(qū)及周邊干擾源的影響，導(dǎo)致背斜區(qū)資料信噪比低。

圖1 新店子背斜區(qū)地表巖性出露Fig.1 Surface lithology exposed in Xindianzi anticline area

3）新店子背斜區(qū)構(gòu)造復(fù)雜

研究區(qū)位于大型帚狀構(gòu)造尾部，受剪切和側(cè)向擠壓聯(lián)合作用，推覆同時(shí)伴隨走滑，基底斷裂和走滑斷層共同造成該區(qū)的高丘狀褶皺面貌。背斜區(qū)表層、深部地震地質(zhì)條件極為復(fù)雜，屬典型的“雙復(fù)雜”區(qū)，由于地層運(yùn)動(dòng)，主要目的層龍馬溪組抬升變淺，表層出露地層由侏羅系變?yōu)槿B系，主體構(gòu)造極為高陡，斷裂發(fā)育（圖2）。

圖2 新店子工區(qū)典型構(gòu)造樣式剖面（圖1中測(cè)線1）Fig.2 Typical structural style profile of Xindianzi work area（Testing line 1 in Fig.1）

綜上所述，研究區(qū)深度域準(zhǔn)確成像，首先需盡量做好偏移前預(yù)處理，主要包括初至拾取與近地表速度反演、靜校正、提高信噪比、能量補(bǔ)償、數(shù)據(jù)規(guī)則化等。

2 聯(lián)合建模技術(shù)與偏移方法

針對(duì)頁巖氣“雙復(fù)雜”地區(qū)成像存在的難題，建立了以小平滑地表淺中深融合模型約束網(wǎng)格層析反演速度建模技術(shù)為核心的深度域成像流程，流程最后采用高斯射線束體偏移進(jìn)行深度域成像（圖3）。

圖3 基于淺中深融合和構(gòu)造約束的網(wǎng)格層析速度建模技術(shù)流程Fig.3 Technical process of grids tomographic velocity modeling based on shallow,medium and deep fusion and structural constraint

2.1 淺層層析反演建模

收集工區(qū)單炮初至，剔除異常值。輸入全偏移距初至，采用層析反演方法，多輪迭代求取淺層近地表速度場(chǎng)（圖4），在X、Y、Z三個(gè)方向?qū)λ俣饶Ｐ瓦M(jìn)行適當(dāng)平滑。收集高程數(shù)據(jù)，采用一定平滑半徑對(duì)真地表進(jìn)行平滑處理，求取小平滑地表（圖5），并用小平滑地表取代淺層速度模型的真地表。

圖4 全偏移距初至層析反演求取的工區(qū)近淺層速度模型Fig.4 Velocity model of near shallow layer in work area obtained by full offset first break tomography inversion

圖5 工區(qū)真地表與小平滑地表Fig.5 True surface and slightly smooth surface in work area

2.2 模型約束網(wǎng)格層析反演（中深層速度建模）

2.2.1 初始速度建模

合理構(gòu)建初始速度模型是做好網(wǎng)格層析反演更新速度的基礎(chǔ)。在分析工區(qū)地質(zhì)和測(cè)井等資料基礎(chǔ)上，通過融合測(cè)井縱波速度、解釋構(gòu)造層位、疊前時(shí)間偏移時(shí)深轉(zhuǎn)換后的層速度構(gòu)建中深層初始速度模型。使得縱向上，初始速度模型與測(cè)井速度趨勢(shì)一致（圖6），能夠較準(zhǔn)確描述地層速度的縱向變化；橫向上，速度的分布與構(gòu)造保持一致。速度模型網(wǎng)格為80 m×80 m×10 m。

圖6 測(cè)井縱波速度曲線與初始速度疊合顯示Fig.6 Overlay display of log P-wave velocity curve and initial velocity

2.2.2 模型約束網(wǎng)格層析反演

通常構(gòu)造傾角約束的各向同性速度網(wǎng)格層析反演的步驟是：首先進(jìn)行網(wǎng)格線深度偏移，輸出共成像點(diǎn)道集和疊加剖面，分別拾取剩余曲率和構(gòu)造傾角，利用剩余曲率反映的深度速度誤差信息，運(yùn)用構(gòu)造傾角約束的網(wǎng)格層析成像反演修正速度體。如此進(jìn)行多輪迭代，直至共成像點(diǎn)道集“拉平”。

構(gòu)造模型約束網(wǎng)格層析反演實(shí)現(xiàn)步驟：在運(yùn)用構(gòu)造傾角約束網(wǎng)格層析反演修正速度體后，按照一定網(wǎng)格點(diǎn)提取速度體，同時(shí)利用更新后的速度生成工區(qū)新的構(gòu)造模型，然后利用提取的速度體進(jìn)行構(gòu)造模型約束插值，形成構(gòu)造模型約束的速度模型（圖7）。該模型兼具更新后模型高頻量更加收斂與低頻速度趨勢(shì)符合構(gòu)造走向的優(yōu)點(diǎn)。

圖7 構(gòu)造約束前后的工區(qū)速度模型（與剖面重疊）Fig.7 Velocity model of work area before and after construction constraints（Overlap with profile）

2.3 淺中深融合建模

融合建模的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)、速度模型、靜校正量三者保持對(duì)應(yīng)。

因?yàn)槠破鹗济媸切∑交乇?，所以需將道集?shù)據(jù)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)從浮動(dòng)基準(zhǔn)面校到小平滑面上。分析2.1節(jié)中全偏移距初至反演速度模型，結(jié)合中深層速度，確定可靠的層析反演射線包絡(luò)面，作為速度拼接面。將近地表速度模型與深度域中深層速度模型進(jìn)行拼接融合（圖8）。計(jì)算小平滑地表淺層模型的靜校正量，將道集反應(yīng)用此靜校正量，保留預(yù)處理階段的所有高頻量。

2.4 一維疊加掃描分析

由于主體背斜構(gòu)造資料信噪比低，難以準(zhǔn)確拾取道集內(nèi)的剩余曲率和剖面構(gòu)造傾角，影響網(wǎng)格層析反演精度。采用一維疊加掃描技術(shù)對(duì)不同速度場(chǎng)成像進(jìn)行掃描，選取最優(yōu)成像速度。首先拾取并生成等深度層位，然后生成不同百分比速度模型，在三維體內(nèi)拾取控制點(diǎn)相干譜，拾取最優(yōu)成像速度。

2.5 高斯射線束體偏移

高斯射線束偏移算法既具備克?；舴蚱扑惴ǖ撵`活高效和適應(yīng)性，又能有效克服多值走時(shí)、焦散等問題。其成像精度與單程波偏移算法相當(dāng)，還能突破單程波偏移的傾角限制，成像回轉(zhuǎn)波[23]。與逆時(shí)偏移相比，高斯束算法對(duì)速度模型依賴性相對(duì)較低，也更加適用于從起伏地表進(jìn)行偏移[24]。

圖8 基于小平滑地表的淺中深融合速度建模Fig.8 Shallow,medium and deep fusion velocity modeling based on slightly smooth surface

進(jìn)行高斯射線束體偏移成像之前，需對(duì)射線束寬度、偏移孔徑、地面射線出射角度、地面下射線展開角度、偏移頻率掃描范圍等多參數(shù)進(jìn)行充分測(cè)試，優(yōu)選最佳成像參數(shù)組合。

圖9 構(gòu)造約束前后偏移剖面Fig.9 Migration profile before and after structural constraints

圖10 淺中深速度融合前后偏移剖面Fig.10 Migration profile before and after shallow,medium and deep velocity fusion

3 應(yīng)用效果

新店子背斜“雙復(fù)雜”區(qū)深度域準(zhǔn)確成像，既需要準(zhǔn)確刻畫淺層中低頻速度的變化，又需要準(zhǔn)確構(gòu)建深層構(gòu)造模型，求取中高頻偏移成像速度，最后實(shí)現(xiàn)擬真地表（小平滑地表）的體偏移成像。這要求具備時(shí)間域、深度域一體化處理思路，同時(shí)充分與解釋人員結(jié)合。

與通常構(gòu)造傾角約束的網(wǎng)格層析方法相比，構(gòu)造模型約束方法建模偏移對(duì)寒武系及以下地層成像效果更好，表明該方法建立的速度模型精度更高（圖9）。

與通常以中深層為主的網(wǎng)格層析反演方法相比，淺中深融合速度模型的偏移剖面，在新店子背斜區(qū)淺層傾斜地層與深層燈影組標(biāo)志層成像更好（圖10）。

從合成地震記錄標(biāo)定看，合成地震道與井旁地震道吻合較好，振幅能量強(qiáng)弱適中，與井旁地震道一致性較好（圖11），地震成果深度精度較高。由圖12可出，疊前時(shí)間偏移地層存在一定的傾角誤差，深度域成果精度更高，目的層產(chǎn)狀與實(shí)鉆軌跡更吻合，更有力于支撐后續(xù)水平井軌跡設(shè)計(jì)及鉆井跟蹤調(diào)整。

圖11 Y3井合成記錄標(biāo)定Fig.11 Synthetic record calibration of Well-Y3

圖12 疊前時(shí)間偏移與疊前深度偏移剖面與實(shí)鉆井軌跡對(duì)比Fig.12 Comparison of pre-stack time migration and pre-stack depth migration profile with actual drilling trajectory

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

針對(duì)永川頁巖氣勘探開發(fā)存在的難題，開展深度域速度建模研究。常用的傾角約束的網(wǎng)格層析建模方法在該地區(qū)應(yīng)用存在局限性，采用全偏移距初至波層析反演求取近地表速度場(chǎng)，在對(duì)疊前道集數(shù)據(jù)反應(yīng)用低頻靜校正量基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基于小平滑地表的淺中深融合速度建模。同時(shí)，在網(wǎng)格層析反演過程中對(duì)速度使用構(gòu)造模型約束，既保證高頻量能夠得到有效收斂，又使得低頻量能夠契合地質(zhì)構(gòu)造。該技術(shù)較好地彌補(bǔ)了通常方法的不足，更加適用于“雙復(fù)雜”地區(qū)深度域建模，有效提高了研究區(qū)地震成果質(zhì)量，有力地支撐構(gòu)造解釋、水平井軌跡設(shè)計(jì)及鉆井跟蹤調(diào)整。