盐下高陡构造成像技术——以塔里木盆地库车坳陷克深地区为例

曾庆才，曾同生，欧阳永林，代春萌，宋雅莹

（中国石油勘探开发研究院，河北廊坊 065007）

盐下高陡构造成像技术
——以塔里木盆地库车坳陷克深地区为例

曾庆才，曾同生，欧阳永林，代春萌，宋雅莹

（中国石油勘探开发研究院，河北廊坊 065007）

针对塔里木盆地库车坳陷克深地区地震成像存在的静校正处理难度大、原始资料品质低、速度建模及叠前深度偏移难度大 3大难题，研究盐下高陡构造成像技术。基于误差反向传播神经网络和最小平方 QR分解双尺度层析反演方法获取复杂近地表高精度速度模型，解决盐下高陡构造地震成像静校正问题；在应用高精度静校正和均方根速度的基础上，采用十字排列锥体滤波和球面扩散补偿技术提高地震资料信噪比、恢复深层有效反射信号，解决盐下高陡构造原始地震数据品质低问题；在地质、测井、钻井等多信息的约束下，基于实体模型速度更新和网格层析速度反演的双尺度速度建模技术获取复杂地下构造的高精度速度模型，并应用真地表叠前深度偏移技术提高剧烈起伏地表条件下的地震成像效果，解决盐下高陡构造速度建模及叠前深度偏移问题。通过上述技术获得盐下高陡构造高质量地震成像成果，地震成像预测结果与实钻井吻合好，并成功部署3口超深井。图15表1参16

塔里木盆地；克深地区；地震成像；高陡构造；静校正；速度建模；叠前深度偏移

1 研究区概况及地震成像难点

克深地区位于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带南部，主要目的层为古近系库姆格列木群膏泥盐岩下的古近系库姆格列木群底砂岩和中生界白垩系巴什基奇克组砂岩。研究区油气地质条件优越，具有良好的成藏等地质条件[1-4]。

受复杂地表条件和地下高陡构造的影响，研究区地震成像难度大，地震处理资料成像不清楚、误差大，导致盐下目的层构造高点和圈闭形态落实不准、预测结果与实钻井吻合度低，因此克深地区盐下高陡构造地震成像技术研究意义重大。

克深地区地震成像主要面临以下3大难题。

①静校正问题突出。克深地区地表高差变化剧烈（海拔1 142～2 192 m），最大高差近1 000 m。由卫星图片可见（见图1a），研究区北部地表主要为老地层出露的山体，地势较高，地形陡峭，断崖陡坎较多；南部地表主要为第四系冲积扇和戈壁砾石区[5]，地势低洼；研究区东部和西部各发育一系列近南北向大冲沟。表层调查资料证实，研究区低降速带的速度及横向厚度变化大，局部发育巨厚的低降速带，同时折射层的速度横向变化大，没有稳定的折射界面。原始单炮图显示该区单炮初至连续性差（见图1b）。克深地区近地表速度结构非常复杂，近地表速度结构准确反演难度大，导致静校正处理难度大，是制约该区地震成像的一大瓶颈。

②原始资料品质低。克深地区复杂地表条件下采集的原始单炮发育很强的面波和线性干扰，地震资料信噪比很低。目的层埋藏深（双程旅行时大约为5 s），目的层有效反射信号能量弱，严重影响地震成像处理成果资料品质。原始单炮剖面显示（见图 2），原始地震资料发育很强的面波和线性干扰，深层目的层段基本上看不到有效反射波。

图1 克深地区卫星图片（a）与原始单炮剖面（b）

图2 原始单炮剖面

③速度建模及叠前深度偏移难度大。克深地区地质构造剖面显示古近系库姆格列木群（E1—2km）存在1套低速膏泥盐岩塑性变形层（见图 3），厚度从几十米到上千米，速度为4 200～4 400 m/s。膏泥盐岩之上从浅到深地层速度由2 000 m/s递增到5 600 m/s；膏泥盐岩之下目的层高陡、地层破碎、逆冲断裂系统发育，速度约为4 500～4 800 m/s。高陡构造、复杂的逆冲断裂系统及剧烈的速度横向变化导致地震波场极其复杂[6]，速度建模及叠前深度偏移难度大，是制约该区地震成像的另一大瓶颈。

图3 克深地区地质构造剖面（N2k—新近系库车组；N1—2k—新近系康村组；N1j—新近系吉迪克组；E2—3s—古近系苏维依组；E1—2km1—古近系库姆格列木群泥岩段；E1—2km2—4—古近系库姆格列木群膏泥盐岩段；K1bs—白垩系巴什基奇克组）

2 地震成像技术

根据上述分析，克深地区地震成像处理需要解决静校正、原始地震数据品质低、速度建模及叠前深度偏移 3大问题。针对静校正问题，利用误差反向传播神经网络（BP神经网络）和最小平方QR分解（LSQR）的双尺度层析反演静校正技术，来提高近地表速度模型的反演精度；针对原始地震资料品质低的问题，在高精度静校正和均方根速度的基础上，应用频率-波数域锥体滤波和球面扩散补偿的精细叠前预处理技术来解决；针对速度建模和叠前深度偏移的问题，利用多信息约束双尺度速度建模及真地表叠前深度偏移技术来提高叠前深度偏移效果。

2.1 双尺度层析反演静校正技术

复杂的近地表结构导致克深地区存在严重的静校正问题，静校正处理直接决定地下复杂构造的成像质量以及构造形态的准确性[7]，准确的近地表速度反演是解决这一问题的关键。近10年针对静校正问题应用过野外静校正、高程静校正、折射静校正以及层析静校正等多种方法，由于这些方法反演的近地表速度模型误差较大，均不能很好地解决静校正问题。为了反演得到高精度的近地表速度，本文基于 BP神经网络和LSQR研究出新的近地表速度反演算法。

地震初至波旅行时方程为：

静校正的反演问题是在已知t的条件下求解p(x)、v0(x)及v1(x)，其最优化问题可以表示为：

将初始近地表速度模型先用大网格进行网格化，随后采用BP神经网络求出全局最优解。将全局最优解再用小网格进行网格化并建立线性方程组，并将各种近地表表层调查资料等先验信息通过正则化加入到方程组中以提高稳定性，采用LSQR求解大型稀疏矩阵。在粗糙模型尺度下，BP神经网络可以快速搜索到全局最优解，求解的近地表全局最优速度模型已经比较接近真实解，在此基础上采用LSQR高效求解精细的近地表速度模型。BP神经网络方法通过模拟人脑智能，可以实现从输入到输出的任意非线性映射，具有在标准样本基础上进行高度非线性映射及模式识别的能力[7-10]。LSQR方法占用内存小、收敛速度快而且稳定[11]。网格大小的选取直接影响反演的精度和效率，BP神经网络反演相比 LSQR具有更高的反演精度，LSQR相比BP神经网络具有更高的计算效率，本文采用BP神经网络反演低频模型，通过大网格（网格大小为道间距、炮点距、深度采样间隔乘积的3～5倍）划分模型以提高BP神经网络反演的效率，采用LSQR反演高频模型，通过小网格（网格大小为道间距、炮点距、深度采样间隔的乘积）划分模型以提高 LSQR反演的精度。因此，基于BP神经网络和LSQR的双尺度反演算法具有复杂地表条件适应性强、反演精度和效率高的优点。

图4为主测线线号600的近地表速度反演结果。图5是本文方法对研究区微测井控制点位置反演近地表速度模型的速度误差及厚度误差（本文方法反演结果与微测井测量结果的差值），由图可知本文反演的低降速速度误差不超过±15 m/s，厚度误差不超过±8 m，表明本文方法反演的近地表速度精度高。针对主测线线号600，分别应用常规层析静校正方法处理（见图 6a）以及本文静校正方法处理（见图6b），对比结果显示，常规层析静校正方法处理的叠加剖面膏泥盐岩标志层反射同相轴连续性差，而本文静校正方法反演得到精细的近地表速度模型，很好地解决了该区的静校正问题，处理的叠加剖面标志层反射同相轴连续性好、地下结构清晰。

图4 主测线号600的近地表速度反演结果

图5 低降速带速度误差及厚度误差

图6 常规静校正方法处理的叠加剖面与本文静校正方法处理的叠加剖面对比

2.2 叠前精细预处理技术

针对原始地震资料存在干扰噪音重、深层有效反射信号能量弱的问题，设计精细预处理步骤如下。

①采用双尺度层析反演静校正方法，提高有效信号与噪音的规律性，便于干扰波的识别和压制。

②抽取十字排列子集并进行三维傅里叶变换得到频率-波数域数据，根据频率-波数域滤波公式（3）对面波和线性噪音进行压制[12]：

在十字排列子集中，低速频散面波和线性噪音在空间上呈圆锥形分布，与有效反射波规律差异较大，因此在频率-波数域设计合适的滤波算子即可有效压制面波和线性噪音。

③对叠前地震数据进行精细的叠加速度分析得到高精度均方根速度，应用分析的均方根速度根据公式（4）求取球面扩散补偿因子[13]：

④根据公式（7）对叠前地震数据应用球面扩散补偿因子，解决浅、中、深层有效反射信号能量不一致的问题，有效恢复深层反射信号能量：

通过本文方法的精细预处理，单炮和道集剖面上的面波和线性噪音得到有效去除，深层反射信号能量得到有效恢复（见图7、图8）。

图7 原始单炮剖面与精细预处理后的单炮剖面对比图

2.3 多信息约束双尺度速度建模及真地表叠前深度偏移技术

2.3.1 多信息约束双尺度速度建模

速度建模思路主要基于2点认识。

图8 原始共中心点（CMP）道集与精细预处理后的CMP道集对比图

①针对地下复杂构造速度建模问题，目前适应性较强、效果较好的方法主要有实体模型速度更新和网格层析。实体模型速度更新稳定性好，但精度较低，更适合于建立复杂速度场的中低频成分（大尺度信息）模型。网格层析速度建模精度较高，但稳定性较差，更适合于建立复杂速度场的高频成分（小尺度信息）模型。这2种方法在克深地区单独应用均存在不足。为了获得稳定性强、精度高的速度模型，联合实体模型速度更新和网格层析建立双尺度的速度建模方法，即先通过实体模型速度更新方法建立复杂速度场的中低频成分模型，然后通过网格层析建立复杂速度场的高频成分模型，逐步迭代获得稳定性强、精度高的速度模型。

②克深地区地下构造复杂、速度场变化剧烈，导致速度建模多解性强、深度偏移结果与实钻井吻合程度低，针对这一问题本文利用地质、测井、钻井等资料在速度建模过程中进行多信息约束，并在判断速度模型收敛的过程中进行多信息评价，确保深层复杂构造成像的准确性，提高钻井吻合程度。

基于以上 2点认识，通过以下步骤进行多信息约束双尺度速度建模。

①初始模型建立。在现代断层相关褶皱理论和盐构造模式的指导下[14]，利用叠前时间偏移剖面，结合钻井、测井资料，通过三维复杂构造精细解释技术建立反射界面构造模型即实体构造模型；经DIX公式将均方根速度转成地震层速度；应用实体构造模型和地震层速度建立初始速度模型。

②目标线叠前深度偏移。利用步骤①建立的初始速度模型和叠前数据进行目标线位置的叠前深度偏移处理，得到目标线位置的共反射点（CRP）道集和深度偏移剖面。

③速度模型综合评价。由测井、钻井等资料对深度偏移结果进行综合评价，判断道集是否拉平、速度趋势是否正确、深度与实钻井是否吻合等，如果是则直接进入步骤⑤，否则重复步骤②、③并进入步骤④。

④双尺度速度建模。在声波速度、垂直地震剖面（VSP）速度等信息的约束下，先采用实体模型速度更新方法建立复杂速度场的中低频成分模型，然后采用网格层析建立复杂速度场的高频成分模型，由粗到细逐步迭代提高速度模型的精度[15]。

⑤研究区数据的叠前深度偏移。由最终的速度模型和叠前数据对三维研究区进行叠前深度偏移处理，最终得到三维研究区的CRP道集和深度偏移剖面。

由图 9可知反演速度剖面中低速膏泥盐岩的顶底界面与钻井地质分层基本一致，速度剖面由浅到深结构清楚。由图10可知反演速度与测井声波速度、VSP速度吻合关系好。

图9 初始速度剖面与反演速度剖面

2.3.2 真地表叠前深度偏移

针对剧烈起伏地表的叠前深度偏移问题，目前主流软件的处理方法是将剧烈起伏地表上的炮点、检波点垂直时移到浮动基准面上，从浮动基准面开始射线追踪并进行叠前深度偏移（见图 11a），此时的真实射线路径会发生较大畸变，严重影响地下复杂构造的射线走时计算和叠前深度偏移。针对这一问题，本文将研究区的剧烈起伏地表进行小尺度平滑，得到一个地表平滑面，将剧烈起伏地表上的炮点、检波点垂直时移到此平滑面上，此时的垂直时移量较小（见图11b），以此消除剧烈的地表高频变化对叠前深度偏移的影响[16]，同时可以最大程度地保持地震波射线路径和走时的真实性，在此地表平滑面上进行多信息约束双尺度速度建模，采用起伏地表条件下的Kirchhoff积分法叠前深度偏移。本文方法对地震波的射线路径和走时改造最小，同时又消除了剧烈的地表高频变化给叠前深度偏移造成的偏移噪音，因此真地表叠前深度偏移具有更好的成像效果（见图12）。

图10 反演速度与声波速度、VSP速度对比

图11 浮动基准面示意图与真地表面示意图

图12 浮动基准面偏移剖面与真地表面偏移剖面

3 实例应用

相比应用常规处理技术获得的老剖面，本文方法处理的成果剖面目的层反射波同相轴成像更清晰、更连续，波组特征更清楚（见图 13）。由测井资料可知井 1位置目的层段地层倾角为南东倾 20°，而老剖面预测的目的层位于构造高点（地层倾角大约为0°），这与测井结果矛盾，新成果剖面预测的井 1位置目的层位于构造南翼，与测井结果吻合，因此新处理成果归位更准确（见图 14）。老剖面预测的盐顶层位、盐底层位与井标定结果误差大（误差大于150 m），新剖面预测的盐顶层位、盐底层位与井标定吻合程度高（误差小于30 m），因此新处理成果与实钻井更吻合（见图15）。基于高质量的成像成果在克深地区部署了 3口超深井，预测深度与实际钻井深度吻合很好，绝对深度误差均小于 30 m（相对误差小于0.5%），新处理成果有效指导了克深地区的井位部署（见表1）。

图13 常规方法解释的老剖面与本文方法解释的新剖面对比

图14 过井1位置的老剖面与新处理剖面对比

图15 过井2位置的老剖面与新处理剖面对比

表1 部署井深度误差表

4 结论

针对盐下高陡构造地震成像难题，在库车坳陷克深地区，基于 BP神经网络和 LSQR的双尺度层析反演方法，解决了该区地震成像静校正问题。在应用高精度静校正和均方根速度的基础上，采用十字排列锥体滤波和球面扩散补偿技术提高地震资料信噪比、恢复深层有效反射信号，解决原始地震数据品质低问题，为地震成像提供高品质的叠前地震数据。在地质、测井、钻井等多信息约束下，基于实体模型速度更新和网格层析速度反演的双尺度速度建模技术，获得了克深地区的高精度速度模型，并应用真地表叠前深度偏移技术提高了剧烈起伏地表条件下的地震成像效果，解决了克深地区的速度建模及叠前深度偏移问题。

符号注释：

a——2π长度上的全波数，m-1；A——地震采样点补偿后的振幅；A0——地震采样点补偿前的振幅；D——计算的球面扩散补偿因子；e(x)——地表高程，m；F——非线性函数；h——炮检距，m；j——地层索引号；J——地层总数；kx——x方向视波数，m-1；ky——y方向视波数，m-1；K——总波数，m-1；m——炮点索引号；M——总炮数；n——检波点索引号；N——总检波点数；p(x)——低降速带厚度，m；t——初至波旅行时，s；tj——第j层的单程旅行时，s；tmn——拾取的初至波旅行时，s；tmn′——射线追踪正演的初至波旅行时，s；T——地震反射波双程旅行时，s；U——锥体滤波结果；v0(x)——低降速带速度，m/s；v1(x)——折射层速度，m/s；vl——干扰波视速度，m/s；V1——第 1层的层速度，m/s；Vj——第j层的层速度，m/s；Vrms——均方根速度，m/s；w——信号角频率，rad/s；W——三维傅里叶变换结果；x——测线方向坐标，m；y——联络线方向坐标，m。

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Subsalt high steep structure imaging technique: A case study of Keshen area in Kuqa depression, Tarim Basin, NW China

ZENG Qingcai, ZENG Tongsheng, OUYANG Yonglin, DAI Chunmeng, SONG Yaying
(PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development,Langfang065007,China)

The seismic imaging has three difficulties in the Keshen area of the Kuqa depression in Tarim Basin: difficult static correction, poor original data, difficult velocity modeling and pre-stack depth migration. A dual-scale tomography inversion approach based on BP neural network and LSQR was developed to obtain the accurate near-surface velocity of the complex near-surface structure, to address the static correction of subsalt high steep structure imaging. On the basis of applying high-precision static correction and root-mean-square (RMS) velocity to the seismic data, three dimensional cone filtering and spherical spreading amplitude compensation were used to enhance the signal to noise ratio and restore the deep effective signals to cope with the poor quality of original seismic data. Under the constraints of geologic, well logging and drilling data, the dual-scale velocity modeling technology based on model-based velocity updating and grid-based tomography was adopted to obtain the precise velocity model of the complex substructure,and then the pre-stack depth migration was taken to improve the imaging effect of structure with complex surface conditions, to solve the problem of subsalt high steep structure velocity modeling and pre-stack depth migration. By applying these three techniques, the high-quality imaging achievements of subsalt high steep structure were obtained. The results of seismic imaging prediction are in good agreement with drilling results and three ultra-deep wells have been drilled successfully.

Tarim Basin; Keshen area; seismic imaging; high steep structure; static correction; velocity modeling; pre-stack depthmigration

国家油气科技重大专项“致密气富集规律与勘探开发关键技术”（2016ZX05047）；国家示范工程“库车坳陷深层-超深层天然气田开发示范工程”（2016ZX05051）

TE132.1

A

1000-0747(2017)06-0871-09

10.11698/PED.2017.06.04

曾庆才, 曾同生, 欧阳永林, 等. 盐下高陡构造成像技术: 以塔里木盆地库车坳陷克深地区为例[J]. 石油勘探与开发, 2017, 44(6): 871-879.

ZENG Qingcai, ZENG Tongsheng, OUYANG Yonglin, et al. Subsalt high steep structure imaging technique: A case study of Keshen area in Kuqa depression, Tarim Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(6): 871-879.

曾庆才（1969-），男，江西兴国人，博士，中国石油勘探开发研究院高级工程师，主要从事物探资料分析、处理和解释方法研究。地址：河北省廊坊市广阳区万庄石油分院C楼，中国石油勘探开发研究院油气地球物理研究所，邮政编码：065007。E-mail：zqc69@petrochina.com.cn

联系作者简介：曾同生（1985-），男，江西兴国人，硕士，中国石油勘探开发研究院工程师，主要从事油气物探资料处理方法研究。地址：河北省廊坊市广阳区万庄石油分院C楼，中国石油勘探开发研究院油气地球物理研究所，邮政编码：065007。E-mail：zengtongsheng@petrochina.com.cn

2017-05-12

2017-10-17

（编辑 王晖）