莺歌海盆地底辟模糊区成因分析及成像对策*

邓 勇 潘光超 李 辉 张 毅 任 婷

(中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)

莺歌海盆地是世界范围内典型的高温强超压新生代盆地，天然气资源丰富，盆地内一级构造单元主要有莺东斜坡、莺西斜坡、中央坳陷等(图1)。受晚期区域右旋走滑剪切构造应力场和强超压的共同作用，莺歌海盆地从北往南发育了一系列底辟构造[1]，研究表明底辟是莺歌海盆地重要的油气垂向运移通道，控制盆地内油气的形成和分布[2]。目前，在底辟构造中浅层领域勘探已获得较大规模的油气发现，已连续实现了2个千亿立方米气田的突破，因此推测底辟构造中深层同样具有较大的勘探潜力[3]，是南海西部海域天然气勘探增储上产的重要接替区。

图1 莺歌海盆地构造区划分Fig .1 Tectonic zone of Yinggehai basin

然而，受热流体、裂隙、浅层气屏蔽等多因素影响，该盆地底辟构造主体部位中深层的地震资料信噪比极低，地层接触关系不清，表现为从浅层到深层、从底辟周缘到核部成像逐渐变差的大片模糊区，模糊区内极差的成像品质以及剧烈的速度纵、横向变化导致底辟中深层领域的地质构造形态难以描述，地质体深度位置难以预测，模糊区成像问题已严重制约了底辟中深层领域目标的构造落实、储层预测、烃类检测及后续井位部署，因此，加强对模糊区地震成像的研究尤为迫切。

1 底辟结构特征

底辟构造是指地下泥、盐、岩浆或石膏等塑性层在外力作用下发生向上流动，拱起甚至刺穿上覆岩层所形成的穹隆或蘑菇状构造。莺歌海盆地底辟构造内的模糊区成像问题与底辟构造本身的性质、结构密切相关，搞清莺歌海盆地底辟构造本质对解决模糊区成像问题至关重要。关于莺歌海盆地底辟的成因问题，各派学者认识基本一致，普遍认为区域应力作用、高温高压、快速沉降充填三者共同作用是形成莺歌海盆地底辟构造的基本条件[5]。但对莺歌海盆地底辟本质的认识众说纷纭，早期研究认为莺歌海盆地底辟为以泥质为核的泥底辟[6]；但随着研究的深入，许多学者更倾向于认为莺歌海盆地底辟构造为热流体活动引起的流体底辟[7-8]，当前主流观点认为是泥-流体底辟[9]。此外，许多学者从底辟侵入高度、剖面形态、活动能量等多方面对底辟特征、本质、成因以及与天然气成藏的关系进行了详细的描述和系统的分析[4]。

综合前人研究认识及最新钻探成果，利用高精度三维地震资料，笔者更倾向于莺歌海盆地底辟为泥-流体底辟构造的观点，在结构上认为莺歌海盆地底辟具有下部泥底辟和上部流体底辟的双元结构，其中，深部物质主要由侵入型泥质构成，在地震剖面上为空白或杂乱反射，没有清楚的地震反射界面，与围岩地震相特征差异明显；浅部地层与围岩地层基本一致，深部塑性泥岩并没有刺穿到浅部地层，但受深部泥底辟的上拱作用及超压热流体活动影响，上覆负载层广泛发育断裂、破裂带和密集的垂向裂隙(即所谓的流体压裂或水力破裂)，同时并伴有流体的释放，浅部地层的裂缝中充满下部地层排出的流体及气体，地震反射表现为模糊反射现象。莺歌海盆地为泥-流体底辟双元结构特征证据如下：

1) 多数泥、盐底辟由于下部泥、盐物质的侵入会导致底辟上部地层及围岩产生强烈拱张变形并形成地堑式断裂系或较大规模的穹隆构造。而莺歌海盆地发育的底辟整体变形微弱，无上述构造现象，仅形成众多断距较小、规模有限的断裂。此外，许多刺穿底辟非但没形成塑性拱升引起的围岩地层向上翘起现象，反而在浅层围岩内呈现向底辟核部下倾的向形构造，这种能量突然消失和回补显然不可能是塑性拱升引起。相反，在底辟深部地震资料却可以看到围岩向底辟核部向上倾斜跷起现象。从浅、中、深层围岩变形、伴生构造特征及泥岩刺穿幅度，在一定程度上支持莺歌海盆地底辟深层泥底辟与浅层流体底辟双元结构特征。

2) 钻井测井资料及地震速度谱分析表明，底辟构造核部黄流、梅山组地层层速度普遍低速，速度在1 700～2 800 m/s，明显低于非底辟区黄流、梅山组地层层速度(3 500～4 300 m/s)。此外，底辟带具有高地温梯度、高热流值、高异常压力特点，盆地底辟区平均地温梯度高达4.56 ℃/100 m，热流值高达87.5 mW/m2，远高于世界各沉积盆地平均水平。此外,通过声吶扫描资料，在海底和盆地浅、中、深层不同部位均观察到气囊、麻坑、气苗及能量释放引起的泄压塌陷构造等地质现象，这些都是盆地底辟区内热流体活动的有利证据[2]。

3) 盆地内钻探证实底辟模糊区内地层并没有出现泥底辟上拱侵入引起的地层缺失现象，主要反射界面横向可连续追踪对比(图2)；模糊区内钻井取心也揭示了由流体压裂作用而形成的微裂隙(图3a)，岩石薄片中可观察到部分切穿石英颗粒之间的裂隙被后期绢云母类黏土矿物充填的现象，因此,可基本排除这些微裂隙为钻井过程中机械及人为等因素所致，而是超压地层形成的流体压裂；此外，从模糊区内和非模糊区内钻井取心的完整性对比来看(图3b、c)，模糊区内的钻井取心明显破碎严重，这一现象也从侧面佐证了模糊区内微裂隙的发育。

通过以上分析可以看出，莺歌海盆地发育的底辟构造为泥-流体底辟，具有深部为隐刺穿泥底辟及浅层流体底辟的双元结构。其构造发育演化是区域构造应力场变化和超压体系形成演化的结果，早期区域构造应力场变化诱发盆地中中新世泥底辟活动，引起深层塑性岩性向上侵入但深部塑性泥岩并没有穿刺到中深部及浅部地层。晚期盆地超压体系的发育则导致晚中新世—更新世以流体底辟作用为主，受深部底辟区内的超压流体活动影响，浅层及中深层地层中产生了大量的断裂、破裂带和密集的垂向裂隙，同时伴有流体的释放，其中，早期泥底辟阶段形成的构造形态对晚期流体底辟作用有显著的控制作用，且呈现多源、多幕的特征[5]。在构造应力、异常高压流体压力共同作用下，裂缝及流体运移呈周期性幕式活动。这些垂向上的断裂和裂隙的幕式开启活动既构成了异常压力体系能量释放的主要通道，同时也形成了天然气运移的垂向输导体系。

图2 过乐东22-1底辟地震剖面Fig .2 Seismic section crossing LD22-1 diapir

图3 莺歌海盆地中央底辟区钻井岩心照片Fig .3 Drilling core photos of central diapir area in Yinggehai basin

2 泥-流体底辟模糊区成像影响因素分析

在过莺歌海盆地中央底辟构造带的地震剖面上，随处可见形状各异、地震反射杂乱的地震“模糊带”。具体特征表现为：①地层几乎无法成像,内部呈杂乱或空白弱反射特征；②断层规模较小，但深不见底，向上则在浅部地层形成塌陷或在海底形成麻坑，底辟浅层可见散落、规模不等的浅层气亮点；③气烟囱发育，但向上刺穿特征不明显。

主要的交通数据包含交叉口信息、道路现状、周边情况3个方面.①交叉口信息包括交叉口小时交通量、进口道延误、有无渠化以及信号灯配时等；②道路现状指道路的路幅、路宽、道路等级、设计车速、路段流量以及饱和度等；③周边情况主要指是否有平行道路、有无商业区、道路网是否发达等.

关于底辟模糊带的成像问题，前人研究甚少，偶见论述基本上也是笼统的将成因归结为底辟活动、浅层气屏蔽，对模糊区无法成像的具体原因、主控因素并没有深入研究，本次研究在分析莺歌海盆地底辟本质基础上，对影响底辟成像的主控因素进行了分析。

众所周知，浅层气对地震波有较强的吸收作用，从而对下部地层成像产生一定的屏蔽效应，但浅层气通常具有一定的分布范围，而且目前地震采集的拖缆长度通常是长电缆，因此，浅层气屏蔽只能屏蔽近道数据范围，远道大角度数据仍可被远端检波器接收，因此，浅层气屏蔽只能导致地震数据振幅能量的减弱，并不会造成地震反射同相轴的模糊、错乱。而且随着深度加深，地层受浅层气屏蔽的数据范围将逐渐减少，因此，理论上浅层气屏蔽范围在全叠加地震剖面上应为近似倒三角形，从浅到深影响程度呈逐渐减弱的趋势特征(图4)。但底辟主体部位模糊区多数呈梯形或矩形(图4)，此外，部分浅层无浅层气的底辟也依然存在地震模糊区，因此，可推断浅层气的屏蔽并不是导致模糊区难以成像的主要因素，而仅仅是一个次要因素。

图4 莺歌海盆地中央底辟区浅层气影响特征分析Fig .4 Analysis of influence characteristics of shallow gas in central diapir area of Yinggehai basin

除受浅层气屏蔽作用的影响，模糊区内的干扰波也是导致模糊区难以成像的一个重要因素，研究表明模糊区内的干扰波主要包括以下3个方面：①鸣震，这类多次波为浅水地区地震勘探中，地震波在水层内短程多次反射互相叠加形成的一种干扰，在地震记录上表现为相当延续的正弦振动形态，具有能量异常强、速度谱上周期性串珠分布特征，受该类多次波干扰，地层深部反射波信号被较大程度掩盖。莺歌海盆地海底普遍在60～100 m，属于浅水地震勘探区，广泛发育该类干扰波；②层间多次波和自由表面相关多次波，多数模糊区上方通常存在多套具有强阻抗界面的浅层气异常，这类多次波主要为具有强阻抗界面的浅层气之间引起；③强绕射波，研究表明这种干扰波由近海底欠压实地层中的小尺度浅层气引起,其波场异常复杂,预测及压制难度较大,受其影响，有效信号被大量掩盖，目的层资料品质被严重降低。研究认为由小尺度浅层气引起的强绕射波对地震波的散射屏蔽效应可能是造成模糊区的重要原因，在3种干扰波中对模糊区的成像影响最大。

相关研究认为：模糊区内高角度密集发育的断裂会导致地震波场信号同相轴破碎严重，也可能是造成模糊区地层难以成像的主要原因。通过底辟发育区和非底辟区地震反射对比发现，受底辟活动及盆地左右旋转换等区域应力场影响，盆地部分非底辟区同样发育了密集的层间断裂(图5)，但从图中可以看到发育密集层间断裂地区的地震资料，断裂本身及下伏地层成像均较好，并没有产生类似模糊区的地震反射特征，说明底辟内部发育的断裂本身并不是造成底辟模糊带的主要原因。

图5 过莺歌海盆地中央底辟区周缘密集断裂分布区地震剖面Fig .5 Seismic section of concentrated fault distribution area around the central diapir area in Yinggehai basin

为进一步探究底辟模糊区无法成像的主要原因，设置了如下正演模型(图6)，其中模型背景岩石物理参数从浅到深采用渐变参数，具体参数为：背景泥岩速度从浅到深由2 200 m/s逐渐增加到3 300 m/s，密度由2.2 g/cm3逐渐增加到2.4 g/cm3；背景泥岩中设置了速度分别为2 600、2 700、2 800、2 900 m/s的层状砂岩，砂岩密度均为2.3 g/cm3，模型中央设置了分布密度不等的高角度裂缝，裂缝中充填气体、含气水介质，速度、密度分别为2 600 m/s、2.2 g/cm3。通过垂直入射的自激自收射线模拟，得到了与实际底辟构造模糊区地震反射特征相似的地震反射(图7)。单纯的密集断裂、裂缝并不会造成地震模糊区，由此推断，底辟活动所形成的地震模糊带主要由于地层深部高温高压泥底辟热流体上侵刺穿活动，导致上覆地层产生密集分布的断裂、破碎带和垂向裂隙带，同时这些断裂、破碎带和垂向裂隙带充注了下伏地层热流体上侵释放的热流体、天然气共同作用所致。

图6 莺歌海盆地底辟裂缝模型正演模型Fig .6 Forward model of diapir crack model in Yinggehai basin

通过以上分析可以看出：模糊带内大量密集分布的断层、裂缝和微裂缝，尤其是充注在裂缝中的热流体(主要是天然气)多因素的共同作用，最终导致地层横向速度各向异性增强，地震波聚焦困难是造成模糊区难以成像的主控因素。其次，浅层气对地震波能量的吸收或屏蔽作用，导致到达下伏地层的一次波有效信号较弱，而水层多次波和分布杂乱的小尺度浅层气引起的复杂强绕射波，进一步将剩余不多的有效信号大量掩盖，大幅度降低地震波频率及信噪比等因素是导致模糊带难以成像的次要因素。

3 底辟模糊区成像对策

通过对地震剖面上模糊带地质、地球物理特征的深入研究，在充分认识模糊带成因基础上，通过地震采集及处理手段的提升，改善模糊区中深层成像，对打开中央底辟带勘探局面将大有帮助。由断层、裂缝、微裂缝及热流体、天然气共同作用所致的模糊带主要由于地震波散射，能量无法接收聚焦所致，因此常规的地震处理手段根本无法消除这类模糊带，只能通过地震采集技术的提高加以改善。对于由浅层气引起的模糊带主要由于浅层气屏蔽及引起的各类干扰波散射所致，对于这类模糊带可通过处理手段的提升加以消除。

3.1 多波多分量地震采集技术

随着地震采集技术(OBC技术)逐渐成熟，海上多波多分量(一般称为四分量)地震技术发展迅速，并取得了显著的勘探成效。该技术在海底应用三分量速度检波器和水听器实现了速度场X分量、Y分量、Z分量及应力场的测量，其中，Z分量主要记录“夹”有少量S波能量的P波，X和Y分量主要记录转换横波P-SV波和P-SH波[10-11]。

多波多分量数据在提高成像精度方面优势独特。众所周知,纵波具有容易激发、波形单一、传播速度快、易于解释的特点,但纵波能量在通过含气地层时容易受到衰减和散射，从而影响下伏地层的成像，而横波能量主要通过岩石骨架传播，受孔隙中流体类型影响极小，相对纵波,横波传播速度也慢,穿过同样厚度的地层，横波所用时间长,因此,横波可实现对地层的高分辨率和高信噪比成像。从莺歌海盆地底辟本质及模糊区成因分析来看，底辟中深层模糊区主要由浅层气屏蔽、散射以及微裂隙、热流体综合效应引起，因此，多波多分量地震勘探对莺歌海模糊区成像具有得天独厚的优势，可有效解决底辟模糊区的成像问题，有利于底辟构造中深层油气藏的评价。

图8为针对莺歌海盆地乐东22-1底辟采集的多波多分量地震资料，由于多波多分量地震资料的X分量主要反映岩石骨架特征，受岩层内所含流体影响较小，而Z分量受岩层内流体及裂缝影响较大，因此，在Z分量剖面中底辟核部呈杂乱模糊的反射特征(图8a)，而在X分量剖面中底辟核部的地震同相轴非常连续、清晰，地震信噪比得到明显提高，模糊区成像问题得到很大程度的改善(图8b)。

3.2 “两宽一高”地震采集技术

对于浅层气外观呈条形分布的底辟模糊区，地震实际采集方向也影响模糊区成像，沿模糊区浅层气长轴方向采集时，拖缆远端检波器可最大限度绕过浅层气的屏蔽，接收到深部地层的有效信号，因此沿垂直于模糊区浅层气长轴方向采集数据在改善模糊区成像方面明显优于顺模糊区浅层气长轴方向采集数据。优化采集方向、宽方位采集以及新采集数据与老数据融合处理等增加照明措施理论上能够改善由浅层气屏蔽作用引起的模糊区成像问题[12]。

“两宽一高”(宽频带、宽方位、高密度)是近年来在国内外多个探区推广应用[13]的一种高精度地震勘探一体化采集处理技术，“两宽一高”勘探具有众多优势：首先，宽频可控震源激发可较大幅度提高地震资料的分辨率和保真度，富低频信号抗吸收和散射作用强，可有效穿透模糊区浅层由不规则浅层气广泛分布导致的非均匀地层[13]，改善由浅层气屏蔽及散射作用引起的模糊区成像质量；其次，高空间采样密度、小面元尺度、大有效覆盖次数可保证各种波场的无假频采样，从而使面元属性更加均匀，采集脚印有效减弱[14]；③与窄方位地震采集相比，宽方位地震采集通过提高采集照明度更容易跨越浅层气遮挡，消除底辟顶部断层阴影带的影响，从更多角度采集到地震波的有效信息，获得更加完整的地震波场信息，提高地震模糊带的成像品质。

“两宽一高”勘探虽然在改善模糊区成像方面具有较大优势，但采集的三维数据量极大，同时，宽频带数据中噪声和波场更加复杂，数据管理和处理难度更大，勘探成本呈指数级增加。考虑到勘探成本及海上作业限制，在充分挖掘利用已有地震窄方位资料基础上，优化采集方向重新进行地震高密度采集，合并来自不同方位新老资料，丰富波场信息，通过双方位地震资料联合成像处理技术可达到宽方位地震勘探的效果。图9为针对莺歌海盆地东方29-1底辟采集的双方位高密度地震资料与窄方位地震资料对比，从图中可以看出，无论是东西向采集处理的地震资料还是南北向采集处理的地震资料，在提高地震信噪比和改善底辟模糊区内部地震同相轴连续性方面，均逊色于双方位采集处理地震资料，但由于“两宽一高”资料还是基于纵波勘探，因此，无法彻底消除由裂缝与热流体共同作用造成的模糊区成像问题，在改善模糊区成像方面无法与多波多分量地震采集资料媲美。

图9 过东方29-1底辟双方位地震资料与窄方位地震资料对比Fig .9 Comparison of seismic data between the two sides of the DF29-1 diapir and narrow-azimuth seismic data

3.3 地震处理手段

针对底辟模糊区非地质因素造成的成像问题，在详细分析模糊区原始地震资料特点的基础上，在数据处理方面必须解决以下两大关键问题：①消除由浅层气绕射及层间反射形成的各类多次波，补偿浅层气对高频成分的吸收损失，提高数据的信噪比；②采用有针对性的速度建模技术和偏移处理技术，对模糊区的地质结构进行有效成像[15]。

针对模糊区地震资料的特点，中海油湛江分公司经过多年的探索，对模糊区低信噪比和成像问题取得了一些针对性的技术对策，有效解决了模糊区地震资料处理成像问题。如LIFT高保真技术、基于3D SRME技术、高精度Radon变换技术、LIFT技术三者优化组合压制多次波技术、提高信噪比共反射面元叠加技术、以及高精度速度建模与各向异性叠前深度偏移成像技术等。

图10是采用本文对策与技术组合对资料进行重新处理的结果。从新老剖面对比中可以看出，应用本文的对策与关键技术后，数据的信噪比得到明显提高，地质构造及断裂结构成像质量得到显著提升，从过底辟2 800 ms的方差体切片(图11)可以看出，底辟模糊区的范围得到极大的缩小。通过实践证实，通过处理手段的提高及实验研究，可在一定程度上消除由非地质因素造成的地震模糊带，为底辟区中深层后续资料解释及油气成藏研究提供一定的品质保障。

图10 过东方1-1底辟地震重处理资料与老资料对比Fig .10 Comparison of DF1-1 diapir seismic reprocessing data with old data

图11 过东方1-1底辟2 800 ms新老资料方差体切片Fig .11 New and old data variance body slice crossing DF1-1 diapir at 2 800 ms

4 结论

1) 莺歌海盆地发育的底辟为泥-流体底辟，具有深层泥底辟和中浅层流体底辟的双元结构，浅层地层并没有被深层塑性地层刺穿;受深部底辟区内的超压流体活动影响，浅层及中深层地层中发育了大量的断裂、破裂带和密集的垂向裂隙，同时伴有流体的释放，在构造应力、异常高流体压力两者共同作用下，裂缝及流体运移呈周期性幕式活动。

2) 底辟模糊区是热流体、裂隙、浅层气屏蔽三者综合作用的结果，其中裂缝及裂缝中充注流体的耦合作用是造成底辟模糊区的主控因素，浅层气屏蔽及由浅层气引起的各类干扰波是次要因素。

3) 多波多分量地震采集技术、“两宽一高”地震采集技术、地震处理手段的提升在一定程度上可以改善模糊区成像，其中多波多分量地震采集技术效果最明显，“两宽一高”地震采集技术、地震处理手段的提升可在一定程度上解决由非地质因素造成的模糊带，缩小模糊区的范围，提高模糊区地震资料的信噪比，但不能根本解决模糊区成像问题。因此，在考虑勘探成本的条件下，可考虑充分挖掘现有地震资料的潜力，通过处理手段缩小模糊区范围，改善模糊区成像品质。