利用Walkaway-VSP技术精细刻画火山岩形态

王 冲 蔡志东 韩建信 张晓璐 靳懿鑫

(东方地球物理公司新兴物探开发处开发地震研究所，河北涿州 072751)

1 引言

三塘湖盆地古生代火山活动频繁，火山岩在全区广泛发育，厚度变化快。在地震剖面上多表现为杂乱、连续性差、时强时弱的反射特征，加之喷发通道和断裂的影响，利用常规地面地震资料对火山岩刻画的难度很大，特别是层位对比、岩性标定、岩性体识别等方面[1-3]。陈旋等[4]、李新宁等[5]、梁浩等[6]详细分析和总结了马朗凹陷火山岩储层预测的关键地质因素，认为该区玄武岩是主要储集岩性，储集空间主要类型以溶蚀孔、裂缝—孔洞为主，古构造、不整合面、层序界面、断裂是储层孔隙发育的主导因素，裂缝对火山岩储层孔隙具有建设性作用，火山岩储层不受埋深限制，在较深部位仍具有良好的储集能力。张丽华等[7]利用多种测井解释方法定性或者定量识别火山岩流体性质。

按照常规研究沉积岩储层的模式研究火山岩一般会遇到以下问题： ①火山岩地区地震资料反射差、层位乱穿、强弱波组呈团块状分布、同相轴追踪困难； ②火山岩储层分布规律性差，储层形成机理及分布模式复杂； ③火山岩各岩性之间地震波阻抗差异小； ④地震层速度大，分辨率低。因此利用地面地震资料准确预测火山岩储层难度较大[8]。

相对于地面勘探而言，VSP方法的优点是把记录时间、记录波形与岩性信息有机地结合起来，反射波传播路径短，受近地表低速带和环境噪声影响均较小，因此VSP资料具有高分辨率、高信噪比等优势[9-13]。而Walkaway-VSP(以下简称W-VSP)技术作为一项变井源距激发的井筒地球物理技术，可得到更大反射范围和更高的覆盖次数， 有利于获得更高信噪比和分辨率的成像资料，并且最深的检波点以下不存在反射盲区[14-16]，在复杂构造和特殊岩性体的描述、断层有效识别等方面具有重要意义。因此在三塘湖盆地马朗凹陷复杂火山岩地区，利用W-VSP技术开展火山岩精细刻画研究。

2 W-VSP资料处理技术

M68井是部署在马朗凹陷马中构造带上的一口预探井，钻探的目的层位为上石炭统哈尔加乌组。井区地表主要为戈壁砾石，地形总体呈南高北低趋势，地面海拔为500～700m。

根据该井的地表和地下地质情况，VSP现场数据采集采用2台2次可控震源激发。观测系统包含零井源距VSP(Z-VSP)和两条W-VSP线。Z-VSP观测井段为3700～10m，观测点距为10m 。W-VSP采用28级Maxiwave井下三分量数字检波器进行采集，观测井段为3700～160m，观测点距为20m。W-VSP测线方向均以井口为中心，其中W-VSP1测线方位角为52°，W-VSP2测线方位角为144°，与地面地震的Inline和Xline方向对应，最大井源距为3775m，炮点间隔为50m(图1)。

Z-VSP和W-VSP采集资料信噪比较高，波场信息丰富，上行纵波反射清晰，波组特征明显。W-VSP采集资料受到地下火山岩特殊岩性体和W-VSP观测方式等因素影响，具有如下特点：①W-VSP资料受波前扩散以及地层吸收的影响，炮集记录上深层、浅层能量差异较大；②W-VSP最大井源距较大，不同井源距炮集记录上纵波、转换波分布不尽相同；③W-VSP波场中下行多次波较发育，需做好反褶积处理，以压缩多次波，并提高资料的主频、拓展频宽；④W-VSP波场信息丰富，下行转换波和上行转换波较发育。

图1 M68井观测系统示意图

因此，为了保护火山岩储层的有效信息，制定了以“保真”为根本原则的处理流程(图2)。通过Z-VSP和W-VSP联合处理，在旋转定向、能量补偿、反褶积、波场分离等各个方面对火山岩有效反射信息进行保护。为了保护火山岩的真实振幅能量，分两步进行能量补偿。对于由地震波在地下介质中传播引起的球面扩散以及地层吸收引起的衰减，主要利用Z-VSP求取的真振幅恢复因子(TAR)以及吸收衰减因子(Q)进行恢复；对于由激发条件变化产生的炮集间的振幅差异，可以通过炮内初至能量叠加统计的方法求取，然后对各个炮集进行振幅校正，使炮与炮之间的能量保持一致。这样就可以获得了包含保真地震属性信息的叠前成果数据，进而再进行W-VSP成像，为后期火山岩解释提供了可靠的成像数据。

图2 W-VSP资料处理流程

从Z-VSP走廊叠加剖面镶嵌于W-VSP成像剖面看(图3)，两个方向的W-VSP成像剖面波组与Z-VSP走廊叠加剖面波组对应关系很好。与岩性剖面对比，波组界面与岩性界面(泥岩与火山岩、玄武岩和凝灰岩等)对应关系也很好。因此W-VSP成像剖面是真实可靠的，能够利用W-VSP成像剖面在纵向上识别不同岩性界面，进而在横向上刻画出火山岩的形态。从W-VSP成像剖面与地震剖面对比看(图4)，W-VSP成像分辨率更高，振幅相对保真，石炭系卡拉岗组(C2k)火山岩和哈尔加乌组(C2h)火山岩边界更加清晰，火山岩内部的杂乱反射特征也更加清晰(图4d)。

图4 W-VSP成像剖面与地震剖面对比 (a)马朗连片资料； (b)牛圈湖—马北资料； (c)大连片资料； (d)W-VSP1线资料

3 精细刻画火山岩形态

火山岩储层勘探方法宏观方面主要应用重力、磁法、地震等资料的振幅、相位和频率分析等，以及综合这些技术研究地下火山岩厚度分布、岩相和物性。国内外用于储层预测的地震技术系列中，常用并且有一定效果的技术有： 一是重磁电技术； 二是地震属性分析技术； 三是地震反演技术[17-19]。本文尝试以W-VSP资料为基础，利用成熟的地震属性分析技术和地震反演技术精细刻画三塘湖盆地马朗凹陷M68井区火山岩储层的形态。

从波阻抗反演对比图看，常规地面地震阻抗属性上火山岩界面不明显，火山岩的波阻抗与围岩差异较小，不能精细地刻画火山岩的形态(图5a)。而在W-VSP保幅井旁精细构造成像剖面上，火山岩与围岩有较明显的波阻抗界面，能更精细地刻画火山岩的形态(图5b)。

刘俊田等[20]利用测井识别技术在三塘湖盆地马朗凹陷火山岩岩性识别的应用中取得了较好的应用效果。而岩性解释是W-VSP 资料的优势所在。通过Z-VSP标定后，利用振幅相对保持的 W-VSP 成像剖面进行属性提取，可以由井口递推解释岩性在井周围的变化。通过应用振幅、频率和相位这三种参数信息对火山岩进行研究。最后筛选出绝对振幅属性精细刻画火山岩。绝对振幅的大小与地下反射界面的反射系数大小有关，一般大的振幅对应地下强反射界面。它的横向变化反映地下相邻岩性的变化或含油气岩层的变化。

卡拉岗组火山岩因孔缝较为发育，地层中含有流体，造成火山岩的波阻抗减小。卡拉岗组火山岩表现为不连续串珠状强反射，上下界面多为弱杂乱反射，火山岩的边界很清晰。哈尔加乌组地层整体为一套火山岩夹凝灰岩、泥岩。在属性剖面上凝灰岩表现为较强振幅连续反射，玄武岩表现为杂乱反射或空白反射。泥岩表现为一套较强振幅的连续反射(图6)。通过岩性剖面与属性剖面对比，在纵向上精细识别了不同的火山岩储层与源岩储层的岩性界面，横向上精细刻画了火山岩的形态和展布范围。

图5 波阻抗反演剖面对比 (a)地面地震； (b)W-VSP成像。左为W-VSP1线； 右为W-VSP2线

图6 利用W-VSP成像刻画火山岩形态 (a)W-VSP1线成像剖面； (b)W-VSP1线绝对振幅属性剖面； (c)W-VSP2线成像剖面； (d)W-VSP2线绝对振幅属性剖面

4 结束语

在三塘湖盆地马朗凹陷复杂火山岩地区，利用振幅相对保持的W-VSP处理技术获得了高分辨率、高保真度的W-VSP成像资料，利用地面地震相对成熟的地震属性技术和地震反演技术对W-VSP成像资料进行综合分析，纵向上精细识别了不同的火山岩储层与源岩储层的岩性界面，横向上精细刻画了火山岩的形态和展布范围，为火山岩精细刻画提供了一条新的思路和方法。建议地面地震处理过程中参考W-VSP成像剖面，可大幅提高地面地震对火山岩的识别能力，利用W-VSP资料提高复杂地区地面地震资料品质是一个重要发展方向。

本项研究得到了中国石油吐哈油田公司勘探公司黄三国和林明强的大力支持，得到了吐哈油田公司研究院王志勇和李新宁的指导和帮助，在此表示感谢。

[1] 刘书强.三塘湖盆地火山岩精细地震解释技术.吐哈油气，2012，17(2)：119-122. Liu Shuqiang.Fine seismic interpretation technique on volcanic rock in Santanghu Basin.Tuha Oil & Gas，2012，17(2)：119-122.

[2] 邹才能，赵文智，贾承造等.中国沉积盆地火山岩油气藏形成与分布.石油勘探与开发，2008，35(3)：257-271. Zou Caineng，Zhao Wenzhi，Jia Chengzao et al.Formation and distribution of volcanic hydrocarbon reservoirs sedimentary basins of China.Petroleum Exploration and Development，2008，35(3)：257-271.

[3] 胡佳，黄棱，王丽丽等.GeoEast解释系统在松辽盆地王府断陷火山岩储层预测中的应用.石油地球物理勘探，2014，49(增刊1)：148-153. Hu Jia，Huang Leng，Wang Lili et al.Volcanic-faulted reservoir prediction in Wangfu Depression，Songliao Basin with GeoEast.OGP，2014，49(S1)：148-153.

[4] 陈旋，刘书强，王鹏等.马朗凹陷火山岩储层预测技术研究.吐哈油气，2012，15(3)：221-228. Chen Xuan，Liu Shuqiang，Wang Peng et al.Study on prediction techniques of volcanic reservoir in Malang sag.Tuha Oil & Gas，2012，15(3)：221-228.

[5] 李新宁，任继红，辛铭等.三塘湖盆地二叠系芦草沟组二段源岩油可动烃探讨.新疆石油地质，2017，38(3)：296-301. Li Xinning，Ren Jihong，Xin Ming et al.Discussions on movable hydrocarbons in source-rock oil in the se-cond member of Permian Lucaogou Formation，Santanghu Basin.Xinjiang Petroleum Geology，2017，38(3)：296-301.

[6] 梁浩，苟红光，王志矿等.三塘湖盆地马朗凹陷卡拉岗组火山岩岩性及岩相特征研究.沉积学报，2011，29(6)：1156-1163. Liang Hao，Gou Hongguang，Wang Zhikuang et al.Characteristics of lithology and lithofacies of Kala-gang volcanic rocks in Malang depression，Santanghu basin.Acta Sedimentologica Sinica，2011，29(6)：1156-1163.

[7] 张丽华，潘保芝，单刚义等.火山岩储层流体性质识别.石油地球物理勘探，2008，43(6)：728-730. Zhang Lihua，Pan Baozhi，Shan Gangyi et al.Method for identifying fluid property in volcanite reservoir.OGP，2008，43(6)：728-730.

[8] 李军，张军华，韩双等.火成岩储层勘探现状、基本特征及预测技术综述.石油地球物理勘探，2015，50(2)：382-392. Li Jun，Zhang Junhua，Han Shuang et al.A review：exploration status，basic characteristics and prediction approaches of igneous rock reservoir.OGP，2015，50(2)：382-392.

[9] 陈沅忠，李彦鹏，金其虎等.Walkaway-VSP技术及其实际应用.石油科技论坛，2012，31(2)：16-20. Chen Yuanzhong，Li Yanpeng，Jin Qihu et al.Research and application of walkaway-VSP technology.Oil Forum，2012，31(2)：16-20.

[10] 赵彦青，萧蕴诗.基于稀疏表示的非零井源距VSP波场分离方法.石油地球物理勘探，2017，52(1)：27-33，55. Zhao Yanqing，Xiao Yunshi.Offset VSP wave field separation based on sparse representation.OGP，2017，52(1)：27-33，55.

[11] 赵邦六，董世泰，曾忠.井中地震技术的昨天、今天和明天——井中地震技术发展及应用展望.石油地球物理勘探，2017，52(5)：1112-1123. Zhao Bangliu，Dong Shitai，Zeng Zhong.Borehole seismic development，status quo and future：Application prospect of borehole seismic.OGP，2017，52(5)：1112-1123.

[12] 李彦鹏，陈沅忠，徐刚等.大阵列3D-VSP技术在大庆油田的应用.石油地球物理勘探，2011，46(2)：311-316.

Li Yanpeng，Chen Yuanzhong，Xu Gang et al.Application of large array 3D-VSP technology in Daqing Oilfield.OGP，2011，46(2)：311-316.

[13] 王德志，刘天佑，肖都建.三维井地联合Walkaway-VSP技术及其在泌阳凹陷的应用.地质科技情报，2007，26(2)：95-99. Wang Dezhi，Liu Tianyou and Xiao Dujian.3D walkaway-VSP technology and its application in the Bi-yang Depression.Geological Science and Technology Information，2007，26(2)：95-99.

[14] 王玉贵，王建民，王双喜等.Walkaway-VSP资料采集与处理技术实践.石油地球物理勘探，2010，45(增刊1)：40-43. Wang Yugui，Wang Jianmin，Wang Shuangxi et al.The technical practice for walkaway-VSP data acquisition and processing.OGP，2010，45(S1)：40-43.

[15] 王欣，印兴耀，杨继东.Walkaway VSP深度域叠前偏移成像.石油地球物理勘探，2016，51(4)：745-750. Wang Xin，Yin Xingyao，Yang Jidong.A prestack depth migration method for walkaway VSP data.OGP，2016，51(4)：745-750.

[16] 侯爱源，耿伟峰，张文波.Walkaway VSP井旁各向异性速度模型反演方法.石油地球物理勘探，2016，51(2)：301-305. Hou Aiyuan，Geng Weifeng，Zhang Wenbo.Inversion of walkaway VSP anisotropic velocity model near wells.OGP，2016，51(2)：301-305.

[17] 罗静兰，邵红梅.火山岩油气藏研究方法与勘探技术综述.石油学报，2003，24(1)：31-38. Luo Jinglan and Shao Hongmei.Summary of research methods and exploration techniques for volcanic re-servoirs.Acta Petrolei Sinica，2003，24(1)：31-38.

[18] 印兴耀，韩文印，李振春等.地震技术新进展.山东东营：中国石油大学出版社，2006.

[19] 赵小龙，吴国忱，曹丹平.多尺度地震资料稀疏贝叶斯联合反演方法.石油地球物理勘探，2016，51(6)：1156-1163. Zhao Xiaolong，Wu Guochen，Cao Danping.A sparse Bayesian joint inversion of multi-scale seismic data.OGP，2016，51(6)：1156-1163.

[20] 刘俊田，张代生，黄卫东等.三塘湖盆地马朗凹陷火山岩岩性测井识别技术及应用.岩性油气藏，2009，21(4)：87-91. Liu Juntian，Zhang Daisheng，Huang Weidong et al.Volcanic rock lithology recognition technique and its application in Malang Depression，Santanghu Basin.Lithologic Reservoirs，2009，21(4)：87-91.