SN 地區(qū)輝綠巖下弱信號寬方位采集與成像

陳習峰，薛永安，龐全康，朱 峰，石一青

（1.中國石化江蘇油田分公司物探研究院，江蘇 南京 210046；2.中國石化地球物理華東分公司，江蘇 揚州 225007）

高郵凹陷輝綠巖較為發(fā)育，縱向上分布層位以阜寧組為主，其次為三垛組、戴南組，單層厚度一般幾米至幾十米，厚度較大的達到一百多米［1］。當輝綠巖的地震反射速度遠高于周圍的沉積巖速度時，通常會形成強波阻抗界面，并在地震上產(chǎn)生以下三種效應［2］:①臨界角小，很小入射角就產(chǎn)生全反射；②有效入射角范圍內(nèi)，地震波下傳能量弱；③干擾波發(fā)育，折射波、多次波能量強，難以獲得準確的速度場。這三種效應共同作用使得輝綠巖下有效反射表現(xiàn)為弱能量。

目前，輝綠巖區(qū)地震處理主要需要解決第三種效應，即關注于輝綠巖引起的各類干擾波壓制，特別是多次波壓制［3］。但多次波壓制后，輝綠巖下地層反射的有效信息未能得到恢復，輝綠巖體下方仍然缺少有效波反射。而對于第二種效應，處理中試圖通過壓制輝綠巖強反射振幅，進而突出輝綠巖體上下弱反射層位的振幅。這種方法并沒有實現(xiàn)巖下弱信號的增強，且輝綠巖強振幅壓制后，輝綠巖的識別程度變差，對后續(xù)的解釋工作帶來困難。

對輝綠巖區(qū)的地震資料深入分析認為:要解決巖下弱信號成像問題需要綜合上述三種效應，實施一體化攻關。在做好多次波壓制同時，強化輝綠巖屏蔽作用的分析，增強巖下弱信號的能量。巖下弱信號的增強是本文研究的重點:首先充分研究輝綠巖空間分布的差異性，包括空間展布及厚薄變化，借助寬方位采集克服第一種效應；其次充分考慮地震波下傳能量損失及合理補償對策克服第二種效應；在此基礎上應用寬方位速度分析和疊前成像實現(xiàn)巖下弱信號品質(zhì)的提升。

1 采集設計

1.1 屏蔽特征

在SN 地區(qū)，根據(jù)測井資料統(tǒng)計了各套輝綠巖的巖石物性（表1）。從反射系數(shù)大小看，不論是較淺的三垛組輝綠巖，還是較深的戴南組和阜寧組輝綠巖都具有較大的反射系數(shù)，反射系數(shù)均值約為0.20，較正常沉積地層的反射系數(shù)要大近一個數(shù)量級。反射系數(shù)大意味著透射能力弱:由Zoeppritz 方程計算可知，地震波每穿過一套輝綠巖下傳能量都會降為原來的80%左右，當遇到縱向有三套輝綠巖時，下傳能量只有初始能量的50%左右。如果再考慮地震波上傳，輝綠巖對巖下反射能量的屏蔽還要加倍。因此在地震三維采集時既要大幅增加覆蓋次數(shù)，也要增大采集觀測方位角，盡可能在空間上避開輝綠巖，從而提升輝綠巖下地震照明強度。

表1 SN地區(qū)輝綠巖巖石物性統(tǒng)計

其中能否應用寬方位避開輝綠巖進行采集的前提在于輝綠巖在地下的展布特征是否支持。分析表明:工區(qū)內(nèi)輝綠巖侵入形式多樣，空間形態(tài)多變、厚度差異大。具體來說，多呈具有不同走向的條帶或點塊狀，單個巖體面積多小于2 km2（圖1）。輝綠巖空間展布分布的不規(guī)則性使得對下覆地層的屏蔽影響復雜化，其中輝綠巖高陡、多套疊置區(qū)域，能量屏蔽作用尤其明顯，地震波能量衰減能達到80%～90%。盡管輝綠巖在區(qū)域內(nèi)分布范圍較大，但局部存在變化。受地質(zhì)構造運動、斷層切割以及輝綠巖本身驅(qū)動能量等影響，輝綠巖分布并不連片，輝綠巖內(nèi)部存在較多間隙，且縱橫向的分布長短變化較大。同時，空間上輝綠巖的厚度分布也不穩(wěn)定，變化較劇烈。因此充分利用輝綠巖體空間分布的不連續(xù)性及厚度的不均勻性，通過增加采集方位角，能夠顯著增加輝綠巖下地層有效反射信號的接收能力。

圖1 SN工區(qū)戴南組輝綠巖平面分布檢測

1.2 采集參數(shù)

結(jié)合輝綠巖的能量屏蔽特征和空間分布特性，要實現(xiàn)輝綠巖下地層有效反射，需要加強覆蓋次數(shù)和方位角參數(shù)的論證。即:①利用較高的覆蓋次數(shù)，有效增加巖下照明強度，增加巖下弱反射能量；②合理增加觀測方位角，借助“避障”措施增加巖下反射能量。

研究中利用SN高精度三維［4］進行了退化分析。該三維的觀測系統(tǒng)是30 線14 炮。主要采集參數(shù)為:炮線距140 m，炮點距60 m，接收線距140 m，接收道距40 m，滾動距420 m，最大縱距3 620 m，最大非縱距2 210 m，橫縱比0.61，為典型寬方位采集［5-6］。主要考慮了兩類分析:一是保持覆蓋次數(shù)相同，研究采集方位角對資料的影響；二是保持采集方位角不變，分析覆蓋次數(shù)對資料的影響。

方位角參數(shù)分析中，退化出了6L14S（線距140 m，排列片寬700 m）、6L28S（線距280 m，排列片寬1 400 m）和6L56S（線距560 m，排列片寬2 800 m）等三種方案，它們的覆蓋次數(shù)均為52 次，方位角分別為8.3°、16.8°和31.4°。為增加分析的可靠性，對這三種方案的數(shù)據(jù)都進行疊前時間偏移處理，然后選取輝綠巖發(fā)育區(qū)主測線進行對比分析（圖2）?？梢钥闯?，盡管覆蓋次數(shù)相同，當接收排列片寬度增加時，巖下成像有明顯的改善。即使最寬的方案，仍能觀察到成像細節(jié)的提高，這充分說明了輝綠巖發(fā)育寬方位觀測的必要性，而且為適應特別復雜的輝綠巖分布，全方位采集方位最為有利。

圖2 相同覆蓋次數(shù)條件下不同方位角對比分析

覆蓋次數(shù)參數(shù)分析中，退化出了6L56S（線距560 m，排列片寬2 800 m）、12L28S（線距2 80 m，排列片寬3 080 m）和24L14S（線距140 m，排列片寬3 220 m）等三種方案。排列片寬度保持在2 800～3 220 m 范圍內(nèi)，出于實際觀測系統(tǒng)退化的限制，只能保持排列片寬度基本一致。它們的覆蓋次數(shù)分別為52次、104次和208次。圖3展示的是這三種方案成像后沿巖下目的層段提取的信噪比屬性。從圖3a 到圖3b，再到圖3c，圖中較高信噪比的紫紅色和綠色區(qū)域急速變大，反映了當接收排列片寬度保持不變時，增加接收線數(shù)，大幅提高覆蓋次數(shù)可以有效提高資料信噪比。已有經(jīng)驗認為在高郵凹陷，相對某一固定面元，200 次以上覆蓋次數(shù)才能保證資料有較高的信噪比［7］，再結(jié)合前文中計算得到的輝綠巖區(qū)反射衰減中值40%，認為輝綠巖區(qū)滿覆蓋次數(shù)有必要提高到280次左右。

圖3 覆蓋次數(shù)退化分析

2 寬方位成像

偏移成像主要包括:振幅補償、速度分析及偏移成像三大步驟。常規(guī)做法很少考慮輝綠巖區(qū)高精度三維高覆蓋、寬方位的特性，為此，對常規(guī)處理思路進行了改進，主要包括:①針對輝綠巖區(qū)能量衰減規(guī)律，進行分頻段能量補償；②針對寬方位數(shù)據(jù)特點，在輝綠巖發(fā)育區(qū)開展全方位速度分析，并在低信噪比區(qū)結(jié)合測井速度提高初始速度模型精度，從而保證成像質(zhì)量。

2.1 分頻能量補償

在輝綠巖發(fā)育區(qū)，地震波的能量大部分被反射，有效信號較弱，因此輝綠巖區(qū)的能量補償不僅要考慮地震波在地下傳播時，隨著波前面的擴展在時空域內(nèi)的能量衰減，還要考慮由于輝綠巖屏蔽作用導致的強能量衰減。因為這兩種作用都表現(xiàn)為能量衰減，因而在實際處理中可以將這兩類統(tǒng)一起來，進而有針對性地做好能量補償，球面擴散衰減通過常規(guī)振幅補償方法很容易解決。而在輝綠巖發(fā)育區(qū)，能量不僅在時空域衰減，在頻率域衰減更為明顯，不同頻率段的地震波在地下傳播的過程中，受輝綠巖影響程度并不一致。

分析典型單炮的分頻掃描數(shù)據(jù)（圖4a、4b）可以看到:

圖4 輝綠巖區(qū)單炮分頻能量衰減分析

0～20 Hz 頻率段的數(shù)據(jù)，淺層和深層的振幅能量較一致，而20～40 Hz 頻率段的數(shù)據(jù)，淺層和深層的振幅能量差異較大，其差異性要遠遠大于0～20 Hz頻率段的數(shù)據(jù)。

拾取單炮能量曲線也可以明顯看到:在輝綠巖以上（1 500 ms），中高頻信號能量較強，進入輝綠巖后中高頻信號能量反而逐漸弱于低頻信號。這一方面可能反映了輝綠巖對中高頻信號的能量強屏蔽，另一方面表明，如果在處理中使用統(tǒng)一的參數(shù)對單炮進行能量補償，必然會出現(xiàn)巖下高頻補償不足或低頻補償過度，因此有必要對中高頻段數(shù)據(jù)進行單獨的能量補償。

具體做法:在補償中以20 Hz（經(jīng)驗值）為界將地震數(shù)據(jù)分為低頻和中高頻兩部分，分別建立能量衰減曲線，在完成補償后再合并低頻和中高頻數(shù)據(jù)。顯然這種補償方法是一種針對目標的處理，比較依賴于處理人員的地質(zhì)認識和經(jīng)驗。如圖5 所示，與常規(guī)全頻段補償相比應用分頻段能量補償后，輝綠巖上下能量一致性更好，巖下弱信號得到了增強，中高頻信息得到了較好的恢復。

圖5 輝綠巖區(qū)單炮能量補償

2.2 分方位速度分析

在輝綠巖發(fā)育區(qū)，由于輝綠巖空間分布的不規(guī)則，導致不同方位地震資料的有效信息差異明顯。觀察輝綠巖區(qū)高精度的分方位角速度譜（圖6）可以看到，1.4 s 左右位置為輝綠巖，其主要表現(xiàn)為能量強、速度較高。方位角在-15°～15°數(shù)據(jù)的速度譜多次能量較強，巖下有效信號弱，不易拾取準確的地層速度。而從15°～30°數(shù)據(jù)的速度譜中可以看到，該數(shù)據(jù)的速度譜多次波較-15°～15°數(shù)據(jù)速度譜上的多次波明顯偏弱，同時在該角度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，輝綠巖巖下的有效信號較強，可以在速度譜上較容易地識別出巖下的有效速度。

圖6 輝綠巖區(qū)分方位速度譜

在工區(qū)南部輝綠巖陡傾位置，輝綠巖多順層沿主線展布。分析分方位數(shù)據(jù)及與之相應的速度進行偏移，明顯可以看到:

在-15°～15°的偏移剖面中，巖下多次波能量較強，而有效能量較弱；與之相反，在15°～30°的偏移剖面中，巖下多次波能量較弱，而有效能量較強（見圖7）。這種成像質(zhì)量的變化與地質(zhì)上得到的認識是一致的。

圖7 輝綠巖區(qū)分方位疊前時間偏移

顯然，SN地區(qū)輝綠巖在平面上確實不是平板一塊，在一些區(qū)域采用寬方位可以獲取更多的有效反射信息。如針對重點勘探目標，結(jié)合輝綠巖的主要分布走向來確定采集優(yōu)勢方向。針對不同分析位置，通過分方位速度分析，選取最優(yōu)方位速度求取全區(qū)最佳均方根速度。利用寬方位數(shù)據(jù)所包含的巖下反射信息，結(jié)合對應的速度有效提高巖下復雜構造的成像質(zhì)量。

2.3 井約束建模

輝綠巖區(qū)地震反射資料信噪比總體偏低，因此在輝綠巖區(qū)速度建模時引入測井速度是十分必要的。工區(qū)內(nèi)共選取了12 口井在此類低信噪比區(qū)開展井速度約束建模。井選取的原則是:①平面上盡可能散開；②所有目的層得到有效控制，即井位足夠多、測井足夠深。

對比單井位置處測井速度與地震速度可以看到:大多數(shù)井吻合程度良好。淺層部位測井速度與地震速度相對吻合較好，而中深層部位輝綠巖發(fā)育位置吻合程度較差。通常輝綠巖越發(fā)育，吻合度越低。如何基于地震速度和測井速度進行聯(lián)合建模有兩套解決方法:①重新解釋地震速度，使地震速度的速度趨勢與測井速度的速度趨勢吻合性有所提高；②利用測井數(shù)據(jù)建立一個速度模型，然后選擇一個較優(yōu)化的方法將地震速度和測井速度融合起來，或通過其它方法將地震速度和測井速度融合起來［8］。第一種方法仍需由DIX公式將均方根速度轉(zhuǎn)化為層速度，具有較大的不確定性，因此采用方法二將這兩種速度在深度域上融合形成偏移初始速度場比較合適（圖8）。

圖8 地震速度和測井速度融合

3 效果分析

SN地區(qū)利用上述處理技術，首先應用分方位速度分析從不同方向上挖掘了巖下反射層速度信息，然后應用井約束層速度場構建技術將測井速度縱向精確性與地震速度的橫向展布規(guī)律有機結(jié)合，形成了可靠初始層速度場，再應用網(wǎng)格層析速度反演技術對速度場進一步優(yōu)化。最后開展疊前偏移成像，較好地改善了多期次輝綠巖發(fā)育區(qū)地震資料成像品質(zhì)，輝綠巖下斷塊斷面更加清晰，斷裂組合關系更加合理（圖9）。

圖9 輝綠巖下兩種速度建模方法成像剖面對比

4 結(jié)論

（1）在輝綠巖發(fā)育區(qū)，深入研究輝綠巖的屏蔽作用，是改善成像質(zhì)量的基礎。既要研究有效入射角以內(nèi)的下傳能量衰減，也要研究全反射時輝綠巖的優(yōu)勢方位。針對前者提出分頻能量補償；針對后者提出圍繞寬方位的采集處理一體化解決方案。

（2）在充分分析SN 地區(qū)輝綠巖空間分布的局限性和差異性的基礎上，利用較寬的觀測方位盡可能避開輝綠巖空間上的優(yōu)勢方位，在野外有效獲取巖下反射能量，保障了室內(nèi)相配套的分方位速度分析及疊前成像有效性。

（3）采用分頻的方式實現(xiàn)巖下弱信號能量較精準恢復，最終提升了巖下弱信號的成像質(zhì)量。但本文提出分頻能補償方法是一種針對目標的處理，比較依賴于處理人員的地質(zhì)認識和經(jīng)驗。