准噶尔盆地南缘近地表方位各向异性特征及地震成像

罗勇，谭佳，杨晓海，窦强峰，刘宜文

（中国石油 新疆油田分公司 勘探开发研究院 地球物理研究所，乌鲁木齐 830013）

准噶尔盆地南缘属于典型的复杂表层地震地质条件和复杂深层地震波场及构造双复杂区，该区地震成像一直难以满足精细构造解释需求，制约了南缘油气勘探进程[1]。随着“两宽一高”地震技术的进步，各向异性对地震高精度成像的影响逐步引起重视。

针对复杂山地近地表方位各向异性，有学者对中国西部山地进行地震采集方法的讨论与山前近地表速度各向异性成因分析[2-3]，得到近地表各向异性影响因子，但未涉及到如何在地震处理成像中消除其影响；后来有学者曾应用模型道相关法，对具有垂直对称轴的各向异性和具有倾斜对称轴的各向异性（VTI和TTI）时差校正方法进行了研究[4]。本次研究重点分析了近地表地震地质条件产生的方位各向异性特征及其对地震叠前时间偏移成像的影响，并尝试开展了针对性的炮检距向量片（OVT）域分方位加权叠前时间偏移技术试验研究，取得了显著效果。

1 研究区概况

安集海背斜位于准噶尔盆地南缘冲断带霍玛吐背斜带西部，深层发育断层转折褶皱，中浅层发育断层传播褶皱；构造主体古近系和新近系伴随两翼大断裂发育层间小断裂，上、下2 套断裂系统相对独立，深部构造变形相对较弱。

安集海背斜三维地震区地表起伏大，海拔400～1 200 m，呈南高北低的趋势。东北部和东南部为村庄农田，中部为山体和河床，西北部和西南部为戈壁。三维地震区内有村庄、农田、灌溉井、水渠、工业园、水源地、油气管线等众多障碍。三维地震区中部为老地层出露区，表层为5～10 m厚的风化层，下伏基岩速度稳定，为1 800～2 000 m/s。南北两翼为黄土和砾石堆积区，表层为黄土，速度为400～900 m/s，厚度为4～44 m，其下为砾石层（降速层），速度为1 100～1 400 m/s；砾石堆积区低速层速度为450～800 m/s，厚度为5～25 m，降速层速度为1 000～2 200 m/s，厚度为30～280 m，低降速层较厚，为35～280 m。

以往地震资料处理成果除了浅层南北两翼标志层及砾石层形态刻划不清之外，翼部断裂发育，波场复杂，上、下构造形态及高点不一致；深层中、下组合侏罗系—白垩系地震成像效果较差，断裂发育，构造样式难以建立，构造形态和圈闭落实困难。

2 近地表方位各向异性及地震成像

2.1 近地表方位各向异性成因

通常情况下，各向异性特征表现为介质某种属性随方向而变化，多由岩性的不均匀性而产生，即物质内部结构的有序排列发生改变而引起。地震勘探中所涉及到的各向异性主要是指地层速度的各向异性，当地震波传播过程中介质的速度依赖于方位方向时，就表现为方位各向异性特征[5]。

安集海背斜表层多为沙土和砾石的混合沉积[6]，在长期沉积过程中受到水流和重力的双重作用，经过不断冲刷、风蚀，表层形成了各种不规则的冲沟，宽度为15～300 m，深度达上百米，而且在水流方向和垂直水流方向砾石的排列机构差异较大，沿着水流方向砾石接触紧密，连续性好，地震波传播速度偏高；在其他方向，地震波传播速度偏低。复杂的表层激发和接收条件改变了地震波传播的路径和速度，引起严重的近地表方位各向异性[3]。

2.2 近地表方位各向异性特征

在时间域成像处理中，叠前共中心点道集质控工作尤为重要。对共中心点道集的质控分析不仅可以判断叠前预处理流程及思路是否正确，还可以分析剩余静校正解决程度、叠前噪声压制的有效性及叠前处理保幅程度等，共中心点道集的质量也直接影响着叠前时间偏移成像效果，优质共中心点道集是获得高质量叠前时间偏移成像的关键。

选取典型共中心点道集进行处理，从动校正后的共偏移距道集（图1a）上发现：地震反射波以偏移距2 500 m为界存在着一定的时差，偏移距不大于2 500 m时，共偏移距道集中的有效反射基本被校正平直，动校正速度较为合适；但偏移距大于2 500 m时，却表现为动校正过量，动校正速度偏小，叠前共中心点道集中地震反射在不同偏移距存在时差。另外，将动校正后的共偏移距道集转换成共角度域道集（图1b），可以发现在方位角分别在0°—30°、150°—210°和330°—360°段（近东西向）动校正不足，动校正速度明显偏大，来自于近南北向和东西向有效反射波的频率、振幅及相位特征存在着明显差异，共中心点道集中各道一致性较差，在时间域叠加成像时共偏移距道集（共中心点道集）显然无法用一个速度对道集进行校正并实现同相叠加[7-8]。

每个共中心点道集都包含着无数炮检点数据信息，那么共中心点道集上的特征也就与该共中心点涉及到的所有检波点接收时表层地震地质条件相关联，为了调查该共中心点道集上地震反射同相轴以偏移距2 500 m 为界出现错断的原因，需要分析道集中不同偏移距的各道激发、接收时地震波传播路径、表层介质岩性等地质条件。因此，首先将研究区的地质露头、卫星图和叠前处理共中心点网格进行关联，使得地质露头信息、表层覆盖的砾岩、冲沟与叠前处理共中心点网格完全对应（图2），可以明确地震处理共中心点道集与地质露头、表层覆盖介质及地形特征的对应关系。通过卫星图分析共中心点道集中每道激发、接收时的表层介质岩性，借助地质露头信息筛选出地表各类大小不一的冲沟，并分析其对地震波传播的影响，而地质露头中的倾角、倾向等资料则用来检验后期偏移成像效果和浅层反射成像的真实性。

由于叠前共中心点道集中每个地震道都与地面的炮检点数据关联，研究过程又从地下共中心点回到地表，分别分析了偏移距大于2 500 m 和偏移距不大于2 500 m 的地面炮点和检波点分布情况（图3）。在实际地震采集时，该共中心点道集中偏移距大于2 500 m 的地震道所涉及的炮点和检波点主要分布于主测线方向（南北向），在地震采集激发和接收时地震波传播受到近地表冲沟影响相对较小；而偏移距不大于2 500 m 的地震道所对应的炮点和检波点分布相对均匀，地震波传播路径与近地表冲沟完全叠合，地震波传播受到近地表冲沟影响相对较大。

综上所述，近地表大小冲沟和复杂岩性变化改变了地震波传播路径和走时，导致地震波速度随着方位角的变化而变化，来自于南北向和东西向的地震波速度存在差异，研究区近地表方位各向异性突出。因此，地震成像处理中如果不进行分方位处理，各种方向接收到的地震波混合叠加，必然会影响叠加成像效果，对地震叠前时间偏移成像的影响尤为严重。

图1 安集海背斜三维共偏移距道集和共角度域道集Fig.1.Common offset gathers and common angle gathers of Anjihai anticline based on 3D seismic data

图2 安集海背斜卫星图、地质露头和叠前处理共中心点网格叠合图Fig.2.Overlay of satellite photo,geological outcrop and pre⁃stack CCP grids of Anjihai anticline

2.3 地震叠前时间偏移成像对策

图3 安集海背斜共中心点道集不同偏移距的地面炮点和检波点分布Fig.3.Distribution of source points and receiver points in CMP gathers of Anjihai anticline

方位各向异性导致地震波在不同方位的传播速度不同，因此利用同一速度对所有方位的地震数据难以准确偏移归位，需要分方位解决不同方位的速度问题[9]；有学者针对中深层大偏移距各向异性问题开展过分方位速度分析和炮检距向量片OVT 域处理技术应用研究，取得较理想的效果[10]。在时间域进行常规地震处理时，首先进行分扇区、分方位的动、静校正处理，分别选择了全方位（360°）叠前地震数据、南北向（75°—105°、255°—285°）各30°叠前地震数据和东西向（-15°—15°、165°—195°）各30°叠前地震数据进行动、静校正，从最终叠加成像剖面上可以发现，中、下组合地层反射波频率、相位特征及有效反射波叠加成像的产状均存在差异。在没有明确方位各向异性影响因子的前提下，如果不进行分方位的时间域/深度域处理，很难保证叠前偏移速度正确和地震数据偏移归位同相叠加成像[11]，从而影响叠前偏移成像效果。

叠前完成分方位的地震数据动、静校正处理，保证了不同方位角叠前道集剩余静校正的效果和偏移前地震数据质量。为了始终保留方位角信息，继续在OVT域开展规则化处理、高保真噪声压制以及多轮次叠前偏移速度迭代和反演[12-14]，尝试应用了OVT 域分方位加权叠前时间偏移技术，通过加权有效地保证了主测线方向共反射点道集对叠加成像的贡献程度为最大，尽可能削弱联络测线方向共反射点道集偏移“画弧”，确保叠前时间偏移成像质量。其中，n个共反射点道集加权处理的思路如下（图4）：选取主测线方向（南北向）数据（60°—120°和240°—300°）进行叠前时间偏移，其结果作为模型道，其他方位角数据叠前时间偏移结果与之相关，其相关系数作为加权系数，形成不同方位角地震叠前偏移数据的加权系数场，然后进行适当平滑和归一化处理，对叠前时间偏移得到的共反射点道集进行加权，保证主测线近南北方向（方位角15°—165°、195°—345°）的地震数据在叠前时间偏移成像时贡献最大，而联络测线方向（东西向）的地震数据对叠前时间偏移成像贡献最小，有效抑制了来自东西向地震数据因为速度差异而造成的偏移“画弧”[15]，中深层地震成像结构特征更加清晰（图5）。

图4 OVT域分方位加权叠前时间偏移技术流程图Fig.4.Workflow of azimuth⁃weighted prestack time migration imaging processing in OVT domain

2.4 应用效果

图5 安集海背斜叠前时间偏移成像效果对比Fig.5.Comparison of conventional prestack time migration section with azimuth⁃weighted prestack time migration section in Anjihai anticline

通过分析安集海背斜近地表方位各向异性特征及影响，针对性地开展了OVT 域分方位加权叠前时间偏移技术应用研究，叠前偏移成果与以往相比，地震资料整体成像效果明显改善，重新解剖了安集海背斜下组合地质构造特征。安集海背斜发育多期构造变形，晚期变形对下组合构造影响相对较小，圈闭形态相对完整（图6），该圈闭为安集海背斜北断裂和安集海背斜南断裂所夹持的近东西向展布的背斜构造圈闭，侏罗系顶界圈闭面积达33.4 km2，闭合度为200 m，高点埋深为6 740 m；向下在侏罗系三工河组和八道湾组圈闭面积依次变小，八道湾组圈闭面积为31.9 km2，闭合度为250 m，高点埋深为7 360 m。安集海背斜主体走向变化较小，平面上断裂位置有差异，高点向西南偏移1 km（图7），利用本次研究成果，准确落实了安集海背斜中、下组合圈闭特征，部署上钻了风险探井天安1井，天安1井目前钻井深度为3 196 m，钻探层位为古近系安集海河组，实钻深度和地震设计分层深度误差小于5 m，倾角和倾向与实测一致。

图6 安集海背斜过安5井叠前时间偏移成像效果对比Fig.6.Comparison of conventional prestack time migration imaging vs.azimuth⁃weighted prestack time migration imaging through Well An 5 in Anjihai anticline

3 结论

（1）OVT域分方位加权叠前时间偏移技术在准噶尔盆地南缘安集海背斜取得了明显效果，中、下组合白垩系、侏罗系目的层地震偏移成像质量明显改善，准确落实了安集海背斜中、下组合圈闭形态和构造特征。

（2）针对准噶尔盆地南缘普遍存在的近地表方位各向异性，应该开展地质露头调查和近地表方位各向异性影响因子地震采集方法探索。

图7 二维与三维地震解释安集海背斜侏罗系顶界构造对比Fig.7.Jurassic tops of Anjihai anticline based on 2D and 3D seismic data

（3）为了解决近地表方位各向异性对中层、深层地震成像的影响，建议在地震采集观测系统设计时，增加高密度地震采集的横纵比，确保采样的均匀性、对称性和高密度性，为后期分方位开展叠前偏移成像奠定基础。

（4）本次研究的OVT 域分方位加权叠前时间偏移技术只是一种受原始资料局限的技术尝试，后期还需要持续深入研究。