李海英,白志釗,于光明,趙海珍

(1.中國石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011;2.中國地質(zhì)大學(北京)地球物理與信息技術學院,北京100083;3.北京多分量地震技術研究院,北京100029;4.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司物探技術研究中心,河北涿州072751)

近年來,多分量地震技術得到了快速發(fā)展[1]。由于多波多分量地震采集記錄了縱波、橫波和轉(zhuǎn)換波等多種地震波信息,有利于解決油氣藏更多的、單純縱波不能解決的問題[2]。而數(shù)字三分量檢波器的出現(xiàn),大幅度降低了多分量地震數(shù)據(jù)的采集成本,使得開展高分辨率和高信噪比多波多分量地震勘探成為現(xiàn)實[3]。

國內(nèi)外關于多分量地震勘探的研究很多。特別是關于數(shù)字三分量檢波器的研制中,前人根據(jù)數(shù)字和模擬檢波器各自的特點,進行了大量的采集試驗對比工作,并對三分量數(shù)字檢波器的應用方法及效果進行了討論[4]。自塔河油田勘探開發(fā)以來,經(jīng)過了多輪單分量地震數(shù)據(jù)采集和高分辨率儲層預測攻關研究。但迄今為止,仍未能定量、客觀地評估三分量地震數(shù)據(jù)的適用性及其在碳酸鹽巖縫洞型儲層精細刻畫等方面的應用潛力和意義。本文利用塔河地區(qū)沙48井區(qū)的數(shù)據(jù),開展常規(guī)模擬與數(shù)字檢波器數(shù)據(jù)的綜合對比分析研究,針對該地區(qū)深層縫洞型儲層特點,從信噪比、分辨率的角度,綜合評判常規(guī)三維與三分量三維(3D3C)地震數(shù)據(jù)精細刻畫沙漠地區(qū)縫洞型碳酸鹽巖儲層的能力,以論證三分量三維地震技術在該類探區(qū)應用的可行性和先進性。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)地層概況

塔河勘探區(qū)的地層缺失侏羅系中、上統(tǒng),上石炭統(tǒng)和志留—泥盆系、上奧陶統(tǒng),其它地質(zhì)時代的地層基本上發(fā)育齊全。三疊系以上為陸相碎屑巖沉積,石炭系為海陸交互相碎屑巖夾薄層灰?guī)r,奧陶系為海相碳酸鹽巖。奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)風化剝蝕而形成眾多低幅度的風蝕殘丘,裂縫及溶蝕孔洞發(fā)育,儲層非均質(zhì)性極強[5]。在地震剖面上,本區(qū)存在多個良好的波阻抗界面,主要碳酸鹽巖目的層地震波組為:

奧陶系碳酸鹽巖縫洞體作為該地區(qū)的主要油氣產(chǎn)層,由于其埋深較大,且縫洞體的分布隨機性較強以及縫洞體發(fā)育規(guī)模不一,尤其是較小規(guī)模的縫洞相對難以識別,為儲層的準確預測帶來了很大的困難,因此通過改進地震采集方法并配套對應的處理解釋工作實現(xiàn)碳酸鹽巖儲層縫洞發(fā)育帶及縫洞體發(fā)育尺度的精確識別和預測,對儲層的開發(fā)具有重要意義。

1.2 野外采集數(shù)據(jù)概況

2006年底,在塔河沙48井區(qū)用單分量高精度(小面元)三維常規(guī)縱波模擬檢波器采集了三維地震數(shù)據(jù),在其中一束線的位置用三分量數(shù)字檢波器同時采集了三維三分量地震數(shù)據(jù),我們利用這些數(shù)據(jù)進行了常規(guī)3D地震數(shù)據(jù)與3D3C地震數(shù)據(jù)的對比試驗。

如圖1所示,工區(qū)布設高精度測線5束,在第5束線同時進行3D3C數(shù)據(jù)采集。圖1中,藍線為炮線,紅線為檢波線,縱橫向分別為大地坐標。

圖1 三維模擬與數(shù)字檢波器采集工區(qū)范圍

1.3 地震數(shù)據(jù)概況

單分量模擬檢波器是輸出信號為模擬信號的傳感裝置,具有體積較小、通過組合可較好壓制地面噪聲等特點,但隨著對地震勘探精度要求的不斷提高,常規(guī)模擬檢波器在一定程度上已無法滿足高分辨率、高信噪比、高保真度的要求。本文所涉及的模擬檢波器采集的數(shù)據(jù)均為單分量(Z分量)數(shù)據(jù)。

隨著高分辨率地震勘探的發(fā)展,三分量數(shù)字勘探技術也在不斷發(fā)展。與模擬單分量檢波器相比,在相同的野外施工條件下,三分量數(shù)字檢波器不僅能獲得優(yōu)于單分量模擬檢波器的縱波數(shù)據(jù),同時還能獲得良好的X,Y分量數(shù)據(jù),經(jīng)過相關處理可以獲得P-SV波和P-SH波數(shù)據(jù)[6],數(shù)據(jù)采集性價比高[7]。由于三分量數(shù)字檢波器采用單點、高密度、無組合接收方式,信號主頻相對較高,高頻段能量相對較強,頻帶相對較寬,因此分辨率相對較高[8];同時,三分量數(shù)字檢波器保真度高、畸變低、動態(tài)范圍大,具有極高的向量保真度,不受外界電磁信號的干擾[9]。采用三分量數(shù)字檢波器采集的X,Y,Z三分量數(shù)據(jù),經(jīng)過有效的處理解釋,可充分利用縱、橫波聯(lián)合勘探獲得更豐富的地下信息,并利用橫波彌補某些地區(qū)縱波勘探無法得到好的記錄的問題,對許多復雜油氣藏具有常規(guī)縱波不可比擬的優(yōu)越性[10]。但由于三分量數(shù)字檢波器采用無野外組合的單檢波器接收方式,干擾波沒有得到有效壓制,因此在單炮記錄上干擾明顯比模擬檢波器強,信噪比較低,增加了室內(nèi)壓噪處理的難度[11-12]。

2 對比與分析

前人關于數(shù)字檢波器和模擬檢波器的研究較多[13-14],本文僅從數(shù)據(jù)的野外地震采集和后期處理解釋結(jié)果兩方法進行比較(比較對象主要為兩種檢波器采集的Z分量縱波數(shù)據(jù)),而且縱波數(shù)據(jù)是通過相同的處理環(huán)節(jié)得到,不同點是三分量數(shù)據(jù)的縱波數(shù)據(jù)是通過波場分離除去了橫波信息得到,而單分量數(shù)據(jù)并沒有進行波場分離處理。

2.1 野外單炮數(shù)據(jù)

選擇相同炮點激發(fā),接收物理點最接近的單分量模擬檢波器與三分量數(shù)字檢波器單炮記錄進行特征分析。圖2、圖3均是來自于單分量第682炮,三分量第2炮,排列中各物理點的Y坐標相同,X坐標相差100m,單分量道號為2107～2279,三分量道號為2703～2875,共172道。

圖2所示為單分量模擬檢波器采集的Z分量數(shù)據(jù)的單炮記錄與三分量數(shù)字檢波器采集的Z分量數(shù)據(jù)的單炮記錄對比。從圖2中可以看到:①常規(guī)縱波數(shù)據(jù)的信噪比明顯高于三分量數(shù)據(jù)的信噪比,這是由于高密度采集與三分量采集的道間距相同,單分量縱波通過野外檢波器的組合壓制了隨機噪聲和面波[15],獲得了信噪比好于三分量單檢波器接收的信號;②在單分量縱波炮記錄上可以看到明顯的地下層位反射雙曲線,而Z分量基本淹沒在噪聲中。除了檢波器組合的影響,檢波器類型的差異可能也是影響因素之一[2,9]。

圖2 模擬檢波器Z分量(a)與數(shù)字檢波器Z分量(b)單炮記錄

為進一步量化分析模擬檢波器Z分量與數(shù)字檢波器Z分量的差異,如圖3所示,我們對有效反射波出現(xiàn)的窗口進行信號的頻譜與F-K分析。從圖3a與圖3b對比可以看到:①二者主頻差異不明顯,幾乎相同;②數(shù)字檢波器Z分量具有明顯寬于模擬檢波器Z分量的頻帶,這是檢波器組合疊加損失頻帶的必然。例如,以30dB為對比基線,模擬檢波器Z分量的頻寬為50Hz,而數(shù)字檢波器Z分量的頻寬可達75Hz。但從F-K譜上可以看到:①Z分量的寬頻并非都是有意義的,模擬檢波器Z分量有效頻寬為10～30Hz,而數(shù)字檢波器Z分量的有效頻寬為10～45Hz;②高于50Hz以上的Z分量信號主要是隨機噪聲;③通過兩者Z分量有效頻寬的對比,說明該地區(qū)的目的層反射波主要分布在10～50Hz頻帶,再高的頻帶沒有意義。通過上述的分析可以得出認識:在后續(xù)的三分量處理中如何有效的保護10～50Hz的頻譜信號是實現(xiàn)三分量處理的關鍵。

圖3 模擬檢波器與數(shù)字檢波器Z分量的有效反射波對比a 模擬檢波器Z分量有效反射段(左)的F-K譜(中)與頻譜(右);b 數(shù)字檢波器Z分量有效反射段(左)的F-K譜(中)與頻譜(右)

2.2 處理結(jié)果

單分量數(shù)據(jù)和三分量數(shù)據(jù)均采用了面元為15m×15m的觀測系統(tǒng),覆蓋次數(shù)均為320次,從而保證了數(shù)據(jù)資料的一致性。

兩種數(shù)據(jù)通過完全相同的處理環(huán)節(jié)得到。圖4為3D3C數(shù)據(jù)處理流程(常規(guī)3D數(shù)據(jù)處理沒有波場分離環(huán)節(jié))。

圖4 塔河油田3D3C數(shù)據(jù)處理流程

圖5 某聯(lián)井線疊前時間偏移奧陶系灰?guī)r頂反射特征對比a 三分量縱波;b 單分量縱波

圖6 某線疊前時間偏移奧陶系灰?guī)r頂反射特征對比a 三分量縱波;b 單分量縱波

圖7為單分量與三分量縱波疊加剖面的頻譜特征對比,可以看出,盡管二者的主頻相差不多,均為30Hz,但單分量縱波的頻帶寬度只有不到60Hz,而三分量縱波的頻帶寬度高達80Hz。這主要是由于三分量采集使用了單點無組合采集,經(jīng)過室內(nèi)處理、壓制面波等技術[17]保證了三分量地震數(shù)據(jù)可以具有相對較好的頻譜寬度,且采取了保幅處理技術。因此,從剖面特征上看盡管三分量縱波的信噪比低于單分量縱波,但由于其頻帶寬度較大,因而具有更明顯的解釋反演優(yōu)勢。

2.3 縫洞體識別能力

在塔河地區(qū)的碳酸鹽巖縫洞型儲層勘探中,地震處理結(jié)果較好的地震剖面主要表現(xiàn)為串珠反射地震特征[18-19]。圖8為三分量縱波和單分量縱波串珠成像效果對比,分別截取了單分量數(shù)據(jù)體和三分量數(shù)據(jù)體相同位置的連井剖面,并以數(shù)字標定明顯的串珠反射地震特征(所標定的串珠狀地震反射已由相應井位證明確實為溶蝕孔洞)。由圖可見,在識別孔洞的重合率的方面,兩種數(shù)據(jù)表現(xiàn)出很高的一致性;從識別孔洞的數(shù)量上來看,三分量縱波識別數(shù)量較多,表現(xiàn)了較好的橫向分辨率,雖然部分縫洞反射能量較弱,如2號、5號、6號、10號和11號反射特征,但單分量縱波剖面上的串珠反射能量更強,孔洞的邊界更清晰(見圖8b),這主要是因為檢波器組合增強有效反射的能量。統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

圖7 單分量縱波(a)與三分量縱波(b)的頻譜特征

將處理后的兩種數(shù)據(jù)體加載到地震解釋系統(tǒng)中,嘗試利用各種地震屬性來表征碳酸鹽巖溶蝕孔洞,并與傳統(tǒng)單分量地震縫洞成像效果對比,最終選取了譜分解來表征孔洞特征,特別是譜分解15Hz的結(jié)果對溶蝕孔洞的識別效果最好(圖9、圖10),識別孔洞的數(shù)量大大增加。

表1 單分量與三分量縱波溶蝕孔洞成像效果對比

圖9 單分量縱波15Hz譜分解剖面

圖10 三分量縱波15Hz譜分解剖面

兩種地震數(shù)據(jù)的譜分解剖面在識別溶蝕孔洞的數(shù)量及清晰度方面表現(xiàn)出很高的一致性,且相比于原地震剖面都有大幅度的提高。三分量縱波剖面識別孔洞數(shù)量較多,但是單分量縱波剖面中孔洞的能量更強,孔洞的邊界更清晰,統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 單分量與三分量縱波譜分解效果對比

3 結(jié)論

通過三分量地震信號的對比分析,發(fā)現(xiàn)三分量地震信號中的縱波具有高于單分量縱波的主頻和頻道寬度,有利于高分辨率勘探,即該研究區(qū)的三分量地震數(shù)據(jù)采集是可靠的,且具有信號頻帶上的優(yōu)勢,但三分量地震的信噪比低于單分量縱波,經(jīng)過室內(nèi)處理技術的攻關,三分量地震可以獲得相對較好的處理效果。單分量與三分量縱波對于洞體有類似的成像效果,其中單分量縱波善于識別窄而長的洞體;而三分量縱波善于識別寬而短的溶蝕孔洞,尤其對于較小的溶蝕孔洞有好的識別效果。數(shù)量上單分量縱波識別的洞體個數(shù)稍少于三分量縱波。綜合以上結(jié)論可以說明三分量地震縱波成像可以滿足縫洞體串珠狀反射識別的需要。

由于三分量采集信噪比較低,所以偏移處理后剖面在溶蝕孔洞的成像能量強度上與常規(guī)縱波相比稍有欠缺;但是三分量數(shù)據(jù)的頻帶較寬,通過譜分解方法更有利于識別小規(guī)模(隱蔽)溶蝕孔洞,而單分量數(shù)據(jù)由于頻帶限制無法達到三分量數(shù)據(jù)對于小規(guī)模(隱蔽)溶蝕孔洞的識別效果。

致謝:在塔河沙48井區(qū)三分量地震數(shù)據(jù)處理和裂縫預測方面得到了中國地質(zhì)大學(北京)王赟教授、蘆俊副教授,中石化西北分公司勘探開發(fā)研究院地球物理所王建斌老師的指導和幫助,在此表示感謝。