趙銳銳， 孫成禹 ， 尚 帥

(1.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，青島 266580；2.中國石油塔里木油田分公司 勘探開發(fā)研究院，庫爾勒 841000)

0 引言

吸收衰減因子Q是一個(gè)表征地下巖層對地震波吸收衰減特性的參數(shù)，它描述了不同頻率的地震波在地下粘彈性介質(zhì)中傳播時(shí)對應(yīng)的衰減力度，直接影響了地震子波的相位和分辨率。Q值越大，表示地層對地震波的吸收衰減能力越小，反之，表示地層對地震波的吸收衰減越嚴(yán)重[1]。提取Q值的方法很多，巖石物理實(shí)驗(yàn)測試、地震資料中通過數(shù)值算法等，國內(nèi)、外可見到大量的文章[2-4]。由于問題比較復(fù)雜，一塊巖石在不同頻率、不同溫度、壓力、以及不同飽和度和不同應(yīng)變條件下都會有不同的吸收衰減值，并且在實(shí)驗(yàn)室中同樣一塊巖樣，采用不同的測定方法，也會得到不同的結(jié)果。因此，任何一種測定Q值的方法都不可能得到巖石的精確吸收衰減值，而只能得到一個(gè)粗略估算值。

通常Q因子的求取是通過地面地震資料來實(shí)現(xiàn)，塔里木盆地沙漠地區(qū)地表?xiàng)l件復(fù)雜、地下目標(biāo)儲層埋藏較深，地表巨厚的起伏沙丘對地震波的激發(fā)和接收造成很大地干擾，往往使得資料品質(zhì)有限，直接利用地面地震資料求取Q的不確定性因素增大。垂直地震剖面(VSP)通常的觀測方式是檢波器在井中埋置，炮點(diǎn)在地面激發(fā)。與地面地震資料相比，VSP資料的信噪比高，一定程度上減少了近地表對地震波的影響，波場特征更加豐富、明顯。VSP技術(shù)在近幾年發(fā)展比較迅速，在提取地層地質(zhì)參數(shù)、地層速度、地震子波與衰減因子等地震參數(shù)方面有很大的作用，越來越被人們所重視和利用。

基于此，在沙漠區(qū)重點(diǎn)井采集了零偏VSP資料，力圖通過井中地震資料的優(yōu)勢，獲取相對可靠的吸收衰減因子，輔助對地面地震資料的處理，為開發(fā)地震資料處理精度的提升和地震解釋工作提供幫助。

1 基本原理

1.1 Q估計(jì)

VSP通過在井下不同深度埋置檢波器，可以直接接收到地面震源的下行直達(dá)波，對準(zhǔn)確測量地震波在不同深度地層傳播時(shí)的衰減信息有很大幫助，減少了其他因素對波場的干擾。利用實(shí)際地層下行直達(dá)波的波場特征，可以得到相對準(zhǔn)確的Q值，從而可對地面地震記錄進(jìn)行吸收衰減補(bǔ)償。盡管計(jì)算Q因子的方法很多，但目前大家常用Q掃描和譜比法等[5-7]，① Q掃描法類似于速度掃描或頻率掃描，屬于一種定性分析方法；②譜比法是一種定量估算方法，假定地震信號的振幅譜是隨時(shí)間按指數(shù)衰減，用公式(1)表示并求取品質(zhì)因子Q。

(1)

其中：a1(f)為參考時(shí)窗內(nèi)的振幅譜；a2(f)為滑動時(shí)窗內(nèi)的振幅譜。

由式(1)得：

(2)

式(2)可以表示為線性關(guān)系式：

y(f)=k*f

(3)

利用VSP記錄頻譜通過譜比法可以獲得較為準(zhǔn)確的Q值，主要步驟如下：

1)零偏移距VSP初至拾取，獲得直達(dá)波旅行時(shí)間t。

2)波場分離，去除下行波的調(diào)諧影響。

3)截取VSP初至?xí)r窗，通過FFT變換獲得每個(gè)深度子波振幅譜A(f)。

4)對振幅譜取對數(shù)，求取ln(A(f))。

6)利用公式Q=-πτ/k得到對應(yīng)層段的Q值，這里τ=tz-tz0。

VSP譜比法獲得的Q值可以有效地指導(dǎo)地面地震的反Q濾波處理，并且地層Q值與平均Q值有如下關(guān)系：

(4)

1.2 Q補(bǔ)償

對地震波吸收的補(bǔ)償可采用反Q濾波法，該方法的目的是為了消除地震波在地層介質(zhì)傳播時(shí)的吸收衰減，提高地震資料分辨率的同時(shí)最大程度地恢復(fù)巖層的反射系數(shù)響應(yīng)[8]。

Futterman[9]導(dǎo)出的振幅和相速度頻散關(guān)系式為：

(5)

其中:A(ω,z)為距離震源z處的子波振幅譜;A(ω,0)為激發(fā)震源子波的振幅譜;Q是地層的品質(zhì)因子;z為地震波傳播的路徑長度;υ(ω)是地震波在頻率為ω時(shí)的相速;ωc為最大截止頻率;υ(ωc)為地震波在截止頻率ωc的相速度。根據(jù)式(5)可以得知反Q濾波的吸收因子B(t)的振幅譜B(f,t)和頻譜F(f,t)分別為：

(6)

(7)

其中:t表示地震波傳播時(shí)間;φ(f,t)是B(t)的相位譜;H+代表hilbert變換。由此可知，吸收因子的振幅譜B(f,t)隨著傳播時(shí)間t的不同而不同，使得地震波隨著傳播時(shí)間衰減程度也在變化。對于水平層狀介質(zhì),假設(shè)而言，地面地震波傳播到同一地層的t是一致的，因此可以認(rèn)為各道同一地層的B(f,t)是基本不變的。

2 實(shí)例分析

2.1 VSP數(shù)據(jù)采集參數(shù)

塔里木盆地臺盆區(qū)碳酸鹽儲層發(fā)育，埋藏深，一般在6 000m以上。地震資料的品質(zhì)直接影響勘探開發(fā)的效果，為了提高深層的成像質(zhì)量和成像精度，在重點(diǎn)井布置了零偏VSP資料采集，力圖通過VSP資料Q因子的求取和補(bǔ)償處理，提高深度儲層成像分辨率。

零井源距VSP采集觀測系統(tǒng)見表1。零井源距VSP采用單深井炸藥震源激發(fā)，激發(fā)井深13m、藥量1kg。

表1 零井源距VSP觀測系統(tǒng)

2.2 初至拾取

零偏VSP初至拾取是后續(xù)一切工作的開始，它的拾取精度將影響后續(xù)的建模準(zhǔn)確程度及整個(gè)VSP資料處理精度。由于是爆炸震源，初至拾取在起跳點(diǎn)，為了準(zhǔn)確地拾取初至，采用人機(jī)交互放大拾取VSP直達(dá)波初至的方法，這樣讀取時(shí)間時(shí)人為誤差可大大減小(圖1)。

圖1 零偏VSP初至拾取示意圖Fig.1 The first arrival of zero-offset VSP

2.3 波場分離

因?yàn)樘崛因子是利用VSP的下行波場信息，所以需要比較精細(xì)的波場分離技術(shù)。波場分離常用的有F-K、中值濾波、拉冬變換等方法，為了保證波場分離過程中的保幅保真，通過參數(shù)試驗(yàn)和方法比較，最終選擇先去背景干擾，利用初至得到的速度對VSP波場進(jìn)行動校正，上行波基本拉平，然后用FK濾波方法得到上行波，從全波場中減去得到下行波場，再精細(xì)壓制其他干擾，得到相對可靠的下行波波場信息(圖2)。

圖2 哈7-4井零偏VSP分離的上、下行波Fig.2 The up-going and down-going wave of zero-offset VSP for well Ha 7-4(a)上行波；(b)下行波

圖3 VSP下行波場提取的等效Q因子Fig.3 Q estimated by using down-going wave

2.4 Q因子提取及補(bǔ)償

利用波場分離得到的下行直達(dá)波場，根據(jù)譜比法得到深度域的等效吸收衰減因子Q(圖3)所示。通過求取的Q因子建立空間域Q場，對偏移成像剖面進(jìn)行反Q濾波處理，由圖4、圖5可以看到：經(jīng)過等效Q因子補(bǔ)償后的地震成像剖面分辨率明顯得到提高(圖4)；相干切片成像得到改善(圖5)；滿覆蓋范圍內(nèi)(即圖中藍(lán)色框內(nèi))碳酸鹽儲層串珠成像更加清晰、能量更加聚焦，有利于鉆探目標(biāo)的優(yōu)選和提高儲層鉆遇率。

圖4 井驅(qū)Q補(bǔ)償前后偏移成果Fig.4 The migration section of VSP data driven Q compensation(a)井驅(qū)Q補(bǔ)償前偏移成像剖面； (b)井驅(qū)Q補(bǔ)償后偏移成像剖面

圖5 井驅(qū)Q補(bǔ)償前后相干切片F(xiàn)ig.5 The coherence slice of VSP data driven Q compensation(a)補(bǔ)償前;(b)補(bǔ)償后

3 結(jié)論

通過VSP井驅(qū)提高分辨率處理，提高了地震資料的處理精度。利用VSP下行波場提取可靠的Q參數(shù)，通過井驅(qū)保幅處理保留了更多重要地質(zhì)信息，許多構(gòu)造細(xì)節(jié)及微小的異常地質(zhì)體更容易解釋，“串珠”儲層的成像也更清楚、更豐富。VSP井驅(qū)Q補(bǔ)償技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于地震資料提高分辨率處理，具有較好的生產(chǎn)應(yīng)用前景。

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