库车坳陷秋里塔格构造带西段高精度地震成像.pdf
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1、 第44卷 第5期 新 疆 石 油 地 质Vol.44,No.5 2023年10月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGYOct.2023 文章编号:1001-3873(2023)05-0626-08 DOI:10.7657/XJPG20230516库车坳陷秋里塔格构造带西段高精度地震成像张向全,谷永兴,刘军,裴家定,顾小弟(中国石油集团 东方地球物理公司 塔里木物探研究院,新疆 库尔勒 841001)摘 要:秋里塔格构造带西段是库车坳陷油气勘探的重要接替领域,地表条件及地下构造复杂,地震勘探难度大,主构造区勘探程度低,早期单线和宽线二维地震资料无法精确刻画高陡构造特征及复杂断裂
2、系统。采用两宽一高三维和高密度线束三维联合地震勘探,提高复杂高陡构造区的有效覆盖次数;微测井约束浅表层速度建模,提高复杂山地及山前巨厚砾石覆盖区的静校正精度;六分法联合去噪,提高盐间及盐下地震资料的信噪比;五维插值及规则化降低山地不规则观测系统对叠前深度偏移成像的影响;双程波逆时偏移克服高陡地层偏移成像精度低的难题。采集处理一体化及地震地质融合研究,大幅提高秋里塔格构造带西段地震成像精度。关键词:秋里塔格构造带西段;宽方位;宽频带;高密度;速度模型;联合去噪;五维插值;规则化;逆时偏移中图分类号:P631.443 文献标识码:A2018 Xinjiang Petroleum Geology.C
3、reative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License收稿日期:2021-11-23 修订日期:2023-06-13基金项目:中国石油集团科学研究与技术开发项目(2021DJ3706)第一作者:张向全(1983-),男,河南南阳人,工程师,硕士,地震勘探,(Tel)15999026169(E-mail)HighPrecision Seismic Imaging of Western Qiulitag Structural Belt in Kuqa DepressionZHANG Xiangquan,GU Yongx
4、ing,LIU Jun,PEI Jiading,GU Xiaodi(Tarim Institute of Geophysical Prospecting,BGP,CNPC,Korla,Xinjiang 841001,China)Abstract:The western Qiulitag structural belt is an important successive area for oil and gas exploration in the Kuqa depression,Tarim basin.Its complex surface and underground geologica
5、l conditions bring challenges to seismic survey.It has been less explored in the main structural belt,where the high steep structural features and complex fault systems cannot be depicted by using previous 2D(singleline and wideline)seismic data.To address this problem,a combination of widefrequency
6、 band,wideazimuth and highdensity 3D seismic survey and highdensity cable 3D seismic survey is used to increase the effective folds in the complex,high,steep structural areas.The micrologconstrained shallow surface velocity modeling is conducted to improve the static correction accuracy in complex m
7、ountainous areas and thick gravelcovered piedmont areas.The sixdivision method for denoising is adopted to improve the signaltonoise ratio of seismic data in intersalt and presalt structures.The fivedimensional interpolation and regularization technique is applied to mitigate the impact of irregular
8、 observation system in mountainous areas on prestack depth migration imaging.Moreover,twoway wave reverse timemigration is performed to increase the migration imaging precision of highly steep formations.Through acquisitionprocessing integration and seismicgeological fusion,the seismic imaging preci
9、sion in the western Qiulitag structural belt can be significantly improved.Keywords:western Qiulitag structural belt;wideazimuth;wide frequency band;highdensity;velocity model;denoising;fivedimensional interpolation;regularization;reverse time migration库车坳陷具典型的南北分带、东西分段和上下分层构造特征,研究区位于库车坳陷秋里塔格构造带西段,地
10、表刀片山起伏角度接近90,地下地层高陡,膏盐岩层巨厚,断裂系统错综复杂,是库车坳陷勘探难度最大的区域1-4。自20世纪90年代起,先后进行了单线地震采集处理和宽线地震采集处理,但均无法满足构造成像需求。前人对复杂构造地震成像进行了系统研究,针对高陡构造的叠前深度偏移计算方法5;针对各向异性介质的时间偏移和深度偏移算法6。秋里塔格构造带西段地震勘探与成像难度大,国外学者一直将其划为勘探禁区,罕见相关研究。近年来,中国学者对其进行了尝试性研究,如:对库车坳陷复杂构造开展处理解释一体化研究7;研究了三维观测系统对复杂构造叠前成像效果的影响8;对库车前陆冲断带构造的变形特征进行了物理模拟9;研究了盐下
11、高陡构造的成像技术10;论证了库车山地地震资料层析静校正的方法11;研究了秋里塔格构造带双复杂构造地震处理技术12;研究了 TTI 各向异性叠前深度偏移技术在库车复杂山地的应用13。但目前缺乏对秋里塔格构造带西段高精度成像的系统深入研究。第44卷 第5期张向全,等:库车坳陷秋里塔格构造带西段高精度地震成像1 秋里塔格构造带西段地震勘探难点1.1 地表起伏剧烈秋里塔格构造带西段主体地表为起伏剧烈的刀片山,山峰和山谷交错,多为直立断崖,相对高差大,多数在300 m以上,最大达到600多米,地震勘探炮点和检波点布设难度大。为满足覆盖次数需求,大量点位需偏移或远距离转移加密,山顶点位大面积空缺或稀疏,
12、不均匀点位导致地震能量横向分布不均衡,叠前深度偏移画弧严重,构造难以准确归位。构造两翼为山前巨厚松散砾石覆盖,地震资料噪声强,去噪难度大,浅表层速度反演难度大,精度低,严重制约地震精确成像。1.2 地下构造复杂受剧烈逆冲推覆影响,秋里塔格构造带西段主构造区古近系新近系高陡,地层倾角多大于60,近炮检距无法有效接收地震信号,主要依靠远偏移距地震成像,对地震采集排列长度和宽度提出严苛要求。中浅层巨厚膏盐岩层速度大幅逆转,且隐伏于高陡地层之下(图1),叠前时间偏移基于水平层状的偏移算法无法建立准确的速度模型,偏移成像盐下地层向上牵引,呈现出马鞍状假构造,需要高精度叠前深度偏移成像。2 地震勘探新方法
13、2.1 两宽一高三维地震勘探针对叠前深度偏移的高精度三维观测系统,可提高叠前深度偏移成像精度。增加纵横比和覆盖次数,有利于提高目的层成像质量。相同地震道的条件下,提高炮检点的均匀度和对称性,有利于提高成像品质(图2)。高精度三维观测系统设计需满足无假频采样、均DocumentPrsClum:BaClumk?k?k?e?k?r?P?k?k?l?kk?kk?um?、n?、?、?、?n?、?、?、?ume?um图2 针对叠前深度偏移的观测系统设计思路Fig.2.Design of the observation system for prestack depth migration图1 秋里塔格构造
14、带西段复杂地质结构地震剖面Fig.1.Seismic section of complex geological structures of the western Qiulitag structural beltDocumentPrscCl:DocumentPrs匀采样和对称采样。无假频采样需要足够的观测角度和排列长度,对信号和干扰充分采样。均匀采样需要激发参数变化小,炮检点分布均匀,目的层照明均匀,保证波场连续,全区激发子波均一,目的层共反射点道集属性均匀。采用正交观测系统对称采样,保持波场对称,炮点域和检波点域处理与压制相干噪声和偏移噪声能力强。两宽一高是指宽方位、宽频带和高密度14-1
15、5,覆盖次数达到200次以上,纵横比大于0.5,山前带可控震源激发扫描频率大于5倍频程,山体区可采用较小炸药量激发拓展高频,是近年研发的高精度地震勘探一体化新方法。新部署的三维地震采用两宽一高地震勘探新方法。36线720道双边接收,单炮接收道数达到25 920道,覆盖次数为432次,纵横比为0.5,宽度系数为0.60,最大炮检距达到7 874 m,两宽一高地震勘探方法有利于高陡地层成像。2.2 高密度线束三维联合地震勘探缩小接收线距有利于压制偏移噪声,提高复杂山地高陡构造的偏移成像效果。线束三维是一种特殊的勘探新方法,融合宽线二维和高密度三维的优势,充分发挥单线束的高密度三维效能。小道距高覆盖
16、可以提高山体区浅层成像效果,宽线对山体区浅层成像效果改善明显,高密度宽线提高了覆盖次数和横向压噪能力,山体区成像效果得到进一步改善,高密度线束三维可有效提高复杂构造成像精度。6272023年新 疆 石 油 地 质图3 兼顾时间域和深度域成像精度的速度模型Fig.3.Velocity model considering imaging precision in both time and depth domains-1 800-1 350-900-4503 km0a?a?b?b?/m0?-1 800-1 350-900-450?/m0?/m?/m?/()ms-11 0004 0003 0002
17、0005 0001 0004 0003 0002 0005 000?/()ms-1-1 800-1 350-900-4500-1 800-1 350-900-45003 km0在秋里塔格构造带西段主构造区,采用高密度线束三维联合地震勘探。单炮接收线数达到48条,每条720道,单炮接收道数达到 34 560道,覆盖次数达到1 008次,有利于提高主构造区成像精度。3 地震处理新方法受地表及地下复杂条件的制约,秋里塔格构造带西段高精度地震成像的处理难点集中在 4 个方面:地表剧烈变化,表层速度建模及静校正难度大;高陡山体区与山前砾石覆盖区噪声强,噪声差异大,保真保幅去噪难度大;高陡山体区不均匀观测
18、系统导致偏移噪声强;中浅层地层倾角大,中深层低速膏盐岩层厚度大,叠前深度偏移难度大。针对每个难点,可采用以下新方法针对性处理。3.1 微测井约束表层速度建模初至网格层析反演对地形变化适应性强,是复杂地表尤其是复杂山地速度建模的有效方法。但受制于观测系统,近偏移距段初至反映相对较浅层的速度特征,远偏移距段初至反映相对较深层的速度特征16。在初至网格层析反演计算过程中,全局寻优的算法对速度具有平滑效应,再加上近偏移距段初至相对较少,极浅层速度反演误差较大。为了提高极浅层的速度反演精度,在初至网格层析反演计算过程中,可以对其进行先验信息约束。微测井的深度和速度,是精度较高的先验信息,可用来约束初至网
19、格层析反演,使极浅层速度快速准确向先验信息收敛。微测井先验信息从微测井解释成果中提取,生成低降速层厚度和速度对应数据表,并与数字地质露头对比,剔除精度低的微测井解释成果,确保约束初至网格层析反演过程中速度向真实地层速度收敛。微测井约束初至网格层析反演的计算流程,融合微测井信息和初至信息,建立约束速度场,继而选取初至数据建立初始速度模型,用约束速度场和初始速度模型,经多轮反演迭代,检查迭代收敛误差,得到最终速度模型。按地震资料处理成像应用范畴,微测井约束初至网格层析反演分2种计算类型。第一类为针对复杂山地的静校正,即时间域成像,选取炮检距小于3 000 m的初至,初至波以直达波和折射波为主,有利
20、于低降速层速度的准确反演。第二类为叠前深度偏移速度建模,炮检距选取全排列段,可达7 000 m以上,初至波不仅包含直达波和折射波,还包含一部分反射波,反演得到的速度模型可信赖深度达到2 000 m,可参考深度达到4 000 m,与中深层地震资料驱动速度模型融合,解决了浅层低信噪比资料驱动速度建模精度低的难题(图3)。628第44卷 第5期张向全,等:库车坳陷秋里塔格构造带西段高精度地震成像3.2 六分法联合去噪在同一个三维地震勘探区域,地表类型包括高陡山体区、山前戈壁区、植被区、河流区、城区等,不同地表的噪声差异较大。在高陡山体基岩出露区地表,地震波速度大于2 000 m/s,甚至可以大于3
21、500 m/s;在非基岩出露区,风化层厚度小于10 m,相对较薄。山体区面波和线性干扰较弱,但是山体剧烈起伏带来的侧向干扰和散射干扰较严重。山前戈壁区地形相对平坦,地表以松散砾石堆积为主,最大厚度可达300 m以上,面波和线性干扰突出。植被区和河流区随机干扰明显。城区工业震动干扰和50 Hz电力干扰严重。此外,高速公路、铁路和正钻油气井均会产生强烈干扰,而且干扰面积大。在地震资料叠前去噪过程中,采用六分法联合去噪17,即分类、分时、分频、分域、分步和分区。根据面波、线性干扰等的视速度范围,进行分类识别,并采用不同算法去噪;对不同深度范围地震资料,采用不同的去噪参数,分时压制噪声;在低、中和高不
22、同频段分频压制噪声;在共炮点、共检波点、共偏移距等不同域内,分域进行噪声压制;根据不同类型噪声,按照先低频后高频、先规则后随机的原则,进行分步去噪;根据不同地表噪声特点,进行分区去噪。在秋里塔格构造带西段地震资料六分法联合去噪过程中,不同噪声类别差异明显,而且在不同频段特征变化较大,分类和分频去噪起到关键作用,分时、分域、分步和分区去噪起到辅助作用。通过六分法联合去噪,大幅提高了地震资料信噪比(图5)。Docume entDPrsCol:Cyan MgCyan Mga aCyan MgCyan MgntDPrsCol:ntDPrsCol:ntDPrsCol:Docum图4 高程静校正(a)与微
23、测井约束层析静校正(b)地震剖面Fig.4.Seismic sections after(a)elevation static correction and(b)micrologconstrained tomographic static correction3 km0a ab b1234567?/s1234567?/s?1234567?/s1234567?/s3 km0图5 六分法联合去噪前(a)后(b)地震剖面Fig.5.Seismic sections(a)before and(b)after denoising by the sixdivision method合理应用叠前去噪技术,有
24、利于叠前深度偏移成像。在进行多步、分阶段多域压制时,重点压制强能量异常或规则干扰。自适应面波衰减、高频噪声的自动识别与压制、异常噪声的分频检测与压制等组合运用。强能量异常精准压制,对提高叠前深度偏移成像精度作用较大。3.3 五维插值及规则化地震勘探观测系统理论上采用均匀设计模式,但传统的初至网格层析反演,主要是针对时间域成像,其速度模型用于深度域速度融合时,有效深度范围较小。秋里塔格构造带西段初至网格层析反演,不仅充分利用地质露头控制的微测井先验信息,还分别针对时间域成像和深度域成像进行反演计算,同时提高时间域和深度域的成像精度(图4)。6292023年新 疆 石 油 地 质在实际布设时,由于
25、高陡山体、河道、建筑物、工业区、文物保护区等的限制,需要将大量点位进行大幅度偏移。尤其是条带状秋里塔格构造带西段的直立刀片山,山体上无布设点位的区域,炮检点都转移加密到山体两侧。导致有效覆盖次数不均匀,地震波因观测点位不均匀导致的横向能量差异突出,使成像出现振幅畸变,增加了偏移噪声,不利于偏移计算时地震波精准收敛归位和主构造区高精度成像,需要对地震数据进行插值或规则化处理18。三维地震数据体可用几个维度信息进行描述19,在炮检域可用时间(深度)、炮点坐标(x,y)和检波点坐标(x,y)表示。在共中心点域可用时间(深度)、共中心点坐标(x,y)、炮检距和方位角表示。地震数据规则化和插值是先将不规
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