李美,趙玉華,王永剛
高斌 (中石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司長(zhǎng)慶項(xiàng)目部,陜西 西安710018)
許建權(quán) (中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院,甘肅 蘭州730020)
LD地區(qū)屬于鄂爾多斯盆地西南部巨厚黃土塬區(qū)。表層被巨厚的第四系黃土覆蓋,地震地質(zhì)條件較復(fù)雜,地形起伏劇烈,激發(fā)接收條件差,原始地震資料信噪比很低。該區(qū)2000年以前主要以溝中彎線為主,2003年以后陸續(xù)進(jìn)行了溝塬連接線采集。2005年以后開(kāi)展黃土山地直測(cè)線和非縱測(cè)線地震勘探,剖面品質(zhì)有了大幅提升,取得了較為豐富的地質(zhì)成果。近年來(lái)不斷優(yōu)化觀測(cè)方式及采集參數(shù),加大覆蓋次數(shù),提高了地震波下傳的能量,野外地震資料的品質(zhì)顯著提高。
目前在該地區(qū)已形成了成熟的配套技術(shù)和處理流程,并取得了良好的應(yīng)用效果。但是,該區(qū)勘探程度低,目的層段埋深大,地震波能量弱,地震資料信噪比低,使得地震資料預(yù)測(cè)該區(qū)目的層二疊系山西組一段 (Psx1)、石盒子組八段 (Psh8)砂體及含氣性困難較大。因此,筆者開(kāi)展了該區(qū)精細(xì)地震資料處理研究,尤其是目的層段的高分辨率處理方法研究。
影響地震數(shù)據(jù)分辨率的因素主要有以下幾個(gè)方面:①地下地質(zhì)因素,即巖石的吸收、表層影響、薄互層結(jié)構(gòu)、層間反射等;②數(shù)據(jù)采集因素,即激發(fā)接收條件、觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、儀器性能等;③數(shù)據(jù)處理與解釋因素,即動(dòng)靜校正、噪聲衰減、反褶積、偏移、資料解釋等。
LD地區(qū)受地震地質(zhì)條件影響,靜校正問(wèn)題突出,野外采集的地震資料品質(zhì)較差,折射波、面波等多種干擾嚴(yán)重,降低了地震資料的信噪比。在子波相同的條件下,信噪比越低,分辨率也就越低。工區(qū)表層結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜、低降速帶橫向變化劇烈,這種變化將導(dǎo)致不同記錄道的子波特性變化很大,從而影響地震信號(hào)最終的分辨率。而巨厚黃土對(duì)地震波的能量吸收嚴(yán)重,相位發(fā)生畸變,頻率變低,且高頻部分比低頻部分衰減更快,淺層比深層衰減更快,嚴(yán)重降低了地震資料的分辨率。
針對(duì)上述影響因素,將保幅處理貫穿于整個(gè)處理過(guò)程。做好真振幅恢復(fù)處理,逐步消除與地質(zhì)信息無(wú)關(guān)的振幅信息,保持振幅在時(shí)間和空間上的相對(duì)變化趨勢(shì),以反映地震波在地層中傳播能量的相對(duì)變化關(guān)系,即AVO(振幅隨偏移距的變化)響應(yīng)特征。以提高原始數(shù)據(jù)的信噪比為主要目標(biāo),為提高分辨率處理提供良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
李慶忠院士曾指出:信噪比是分辨率的基礎(chǔ),分辨率是由信噪比所定義的[1]。LD地區(qū)地震資料的顯著特點(diǎn)就是信噪比低,精細(xì)的靜校正能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的同相疊加,在提高信噪比的同時(shí)提高分辨率是疊前提高分辨率的前提。
針對(duì)LD地區(qū)黃土塬地貌,采用了初至層析反演+初至波剩余靜校正的方法解決了基礎(chǔ)靜校正問(wèn)題,再輔以速度分析與剩余靜校正的迭代處理求取剩余靜校正,較好地解決了靜校正問(wèn)題。噪聲是提高分辨率的最大障礙,它使得利用反褶積方法拓寬頻帶受阻。信噪比越低,反褶積效果越差。而多數(shù)去噪方法具有濾波性質(zhì),壓制噪聲的同時(shí),也損失了信號(hào)的頻率成分,從而導(dǎo)致頻帶變窄,分辨率降低。在有噪聲的情況下,地震記錄的信噪比(Rs/n) 和分辨率(α)通常由下式來(lái)定義:
式中:Gs(ω)、Gn(ω)分別為信號(hào)和噪聲的譜;ω=2πf,為圓頻率。如果信號(hào)和噪聲是帶限的,式(1)、(2)的積分區(qū)間為帶寬,否則為從式(1)、(2)可以看出,信噪比越高,分辨率也就越高。
反褶積是提高分辨率的主要處理手段。由于信號(hào)是帶限的,中頻段能量分布較強(qiáng),在低頻段和高頻段能量分布較弱;如果噪聲是白噪,反褶積后低頻段和高頻段噪聲將會(huì)放大,從而使信噪比降低。從式 (1)、(2)看,當(dāng)信噪比降低到一定程度時(shí),分辨率會(huì)降低。因此,利用反褶積拓寬信號(hào)頻帶是受原始信噪比制約的。因此,LD地區(qū)開(kāi)展疊前保幅去噪是保證反褶積效果的關(guān)鍵。該次研究采用多域多系統(tǒng)組合去噪思路,根據(jù)噪聲和信號(hào)在不同頻帶內(nèi)特征不同的特點(diǎn),采用時(shí)頻分析手段分時(shí)分頻去噪,不損失有效信號(hào)在該頻帶范圍內(nèi)的頻率成分,實(shí)現(xiàn)保真去噪,為反褶積提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[1~5]。
一般來(lái)說(shuō),反褶積的主要目的在于分離子波與反射系數(shù)序列,它的作用有3個(gè)方面:一是提高地震剖面的分辨率,以便能對(duì)薄層進(jìn)行分辨;二是對(duì)子波和相位進(jìn)行一致性處理,消除地震剖面橫向上子波、相位的差異;三是對(duì)剖面的相位進(jìn)行處理 (最小相位化或零相位化)。
LD地區(qū)的目的層主要為Psx1、Psh8內(nèi)幕反射。由于黃土塬區(qū)地震資料頻率低、主頻在25Hz左右,單一的反褶積很難把頻率提到夠高,除非是犧牲信噪比。而組合反褶積技術(shù)可以在保證信噪比的前提下逐步提高分辨率。子波處理的目的之一就是要將混合相位的子波歸整到統(tǒng)一的相位。通過(guò)波形一致性處理,不僅分辨率有所提高,同時(shí)也保持了地震記錄的信噪比,從而做到統(tǒng)一子波、時(shí)間對(duì)齊和同相疊加。
Psx1、Psh8目的層頻率高、能量弱,極易被上覆和下伏的強(qiáng)能量所淹沒(méi),反褶積方法的選取在提高深層致密薄砂巖儲(chǔ)層的成像精度方面起到了至關(guān)重要的作用。從圖1的攻關(guān)試驗(yàn)分析,地表一致性反褶積是一種多道統(tǒng)計(jì)的反褶積,具有算子穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),它不但具有壓縮子波的作用,而且對(duì)子波相位有一定的調(diào)整作用;地表一致性預(yù)測(cè)反褶積+脈沖反褶積使目的層頻率提高,但會(huì)導(dǎo)致目的層信噪比降低和假分辨率現(xiàn)象;在兼顧信噪比和分辨率的前提下,地表一致性預(yù)測(cè)反褶積+預(yù)測(cè)反褶積優(yōu)于地表一致性預(yù)測(cè)反褶積+脈沖反褶積,但沒(méi)有地表一致性預(yù)測(cè)反褶積+Q補(bǔ)償效果好;由于Q補(bǔ)償是一種補(bǔ)償大地吸收衰減效應(yīng)的技術(shù),它不僅可以補(bǔ)償振幅衰減和頻率損失,使地震剖面的淺、中、深層反射波波形基本一致,中、深層的高頻部分得到加強(qiáng),頻譜被拓寬,使其恢復(fù)原來(lái)的地震波形態(tài)[6],而且可以改善地震記錄的相位特性,從而改善地震同相軸的連續(xù)性,提高弱反射波的能量和地震資料的信噪比和分辨率。因此,該次研究選用地表一致性預(yù)測(cè)反褶積+Q補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>
圖2為L(zhǎng)D地區(qū)Q補(bǔ)償前后單炮、自相關(guān)及頻譜對(duì)比圖,圖3為Q補(bǔ)償前后的疊加剖面對(duì)比及合成記錄標(biāo)定。圖2、3綜合顯示地表一致性預(yù)測(cè)反褶積+Q補(bǔ)償后,地下反射層高頻成分得到恢復(fù),振幅能量關(guān)系保持良好,子波壓縮效果明顯,分辨率提高,一致性得到加強(qiáng),與合成記錄符合程度更高。
圖1 LD地區(qū)疊前反褶積方法試驗(yàn)
由于對(duì)子波和反射系數(shù)進(jìn)行了各種假設(shè),加上噪聲的影響,疊前反褶積處理后,仍然留下剩余子波影響信號(hào)。因此,在疊后需考慮如何消除剩余子波。而改造剩余子波特性是提高分辨率的又一重要途徑。針對(duì)LD地區(qū)Psx1、Psh8目的層頻率高、能量弱的問(wèn)題,疊后采用零相位反褶積進(jìn)一步提高高頻能量及弱反射。零相位反褶積采用分頻濾波器對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波,然后利用振幅均衡的手段,把各頻率成分的信號(hào)均衡到同一水平上,再相加輸出,從而達(dá)到在有效頻率范圍內(nèi)展寬頻帶,并且只改變振幅譜,不改變相位譜,滿足了深層致密砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的需求。圖4為L(zhǎng)D地區(qū)疊后零相位反褶積處理前、后剖面對(duì)比,可見(jiàn)目的層頻率提高、弱能量加強(qiáng)。
圖2 LD地區(qū)Q補(bǔ)償前 (a)、后 (b)單炮、自相關(guān)及頻譜對(duì)比
圖3 LD地區(qū)Q補(bǔ)償前 (a)、后 (b)合成記錄標(biāo)定及疊加剖面段
通過(guò)上述研究,針對(duì)LD地區(qū)上古生界薄砂體目的層,設(shè)計(jì)了提高分辨率的處理流程:反褶積前數(shù)據(jù)→地表一致性預(yù)測(cè)反褶積→Q補(bǔ)償→疊后零相位反褶積。
圖4 LD地區(qū)疊后零相位反褶積處理前 (a)、后 (b)剖面對(duì)比
為了進(jìn)一步論證組合反褶積在提高分辨率后同相軸的準(zhǔn)確性,將時(shí)深標(biāo)定后的M井投影到測(cè)線上。從圖5可見(jiàn),Psq5、Psx1、Psx2、Psh7和Psh8同相軸都比較清晰,尤其是Psx1、Psh8和Psq5的橫向分辨率都明顯提高,更容易追蹤,提高了Psh8和Psx1致密砂巖的刻畫(huà)能力,且與合成記錄符合更好,沒(méi)有出現(xiàn)假頻。地震資料成像精度顯著提高,主頻由以往的30Hz左右提高到35~40Hz,突出了深層致密薄砂層的反射特征。
圖5 LD地區(qū)組合反褶積處理效果分析
筆者主要從LD地區(qū)靜校正問(wèn)題突出、信噪比低、分辨率低的難點(diǎn)出發(fā),闡述了信噪比是提高分辨率的基礎(chǔ)這一觀點(diǎn),指出保幅處理應(yīng)貫穿于致密砂巖地震資料處理的過(guò)程中,在逐步提高信噪比的基礎(chǔ)上,形成了一套針對(duì)該區(qū)深層致密砂巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)目標(biāo)的疊前、疊后組合反褶積技術(shù),成果數(shù)據(jù)主頻由以往的30Hz左右提高到35~40Hz,使上古生界薄砂體儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)精度由以往的12m提高到8m左右,突破了LD地區(qū)黃土塬地震勘探的技術(shù)瓶頸。
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