周 星， 徐德奎， 何 玉

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在渤海海域廣泛分布著中生界和新生界的火成巖，僅渤西南新生界的火成巖覆蓋范圍約2 000 km2，其中溢流相厚層玄武巖和輝綠巖的地震波場反射強能量，使得下覆地層透射能量弱，造成火成巖下覆構(gòu)造成像不清，成為嚴(yán)重制約中深層油氣勘探的主要問題之一。

為了研究地震波穿過高速層的運動學(xué)和動力學(xué)特征，國內(nèi)、外地球物理學(xué)者做了許多相關(guān)的工作，大部分研究都是基于數(shù)據(jù)采集和廣角反射波成像來改善下覆地層的成像質(zhì)量。孫建國[1]總結(jié)了國外廣角地震方法，提出利用廣角反射來避開近偏移距上的各種干擾；王建花等[2]通過zoeppritz方程模擬了淺層強反射界面的能量屏蔽作用，提出了6種解決方案；胡中平[3]基于廣角地震模擬分析了廣角地震信號的運動學(xué)和動力學(xué)特征，并在我國南方典型靶區(qū)對廣角地震數(shù)據(jù)進行了精細(xì)處理；裴正林[4]利用zoeppritz方程模擬了火成巖高速層的彈性波傳播規(guī)律，提出了采用縱波廣角反射和利用縱波高速層內(nèi)局部轉(zhuǎn)換廣角反射波消除火成巖高速層的屏蔽作用；楊慶道等[5]總結(jié)了能量屏蔽作用產(chǎn)生的機制，提出了在勘探階段克服能量屏蔽作用的7種方法；張軍華[6]、朱博華等[7]提出利用子波分解技術(shù)去除強反射層來相對提高下覆屏蔽層的信號能量。實際生產(chǎn)中常規(guī)的處理流程如幾何擴散補償、自動增益補償(AGC)、時不變道均衡及子波分解去強反射或者基于時窗內(nèi)統(tǒng)計振幅，或者與強反射層能量屏蔽無關(guān)，或者破壞了振幅時間空間上的相對關(guān)系，均不能有效地補償火成巖高速層的能量屏蔽損失，針對能量屏蔽補償問題，林洪義[8]提出了與反射系數(shù)相關(guān)的振幅補償，該方法基于正入射假設(shè)，利用速度、密度得到反射系數(shù)剖面，從而計算損失的反射能量。筆者在此原理基礎(chǔ)上，改進了反射系數(shù)的提取方法，利用井點處計算反射系數(shù)對譜反演提取的反射系數(shù)進行歸一化校正，通過射線追蹤提取波傳播路徑上的反射系數(shù)來求取補償因子，進而得到地下反射點真實傳播路徑上的能量損失。該方法在渤海油田多個構(gòu)造應(yīng)用效果表明：振幅補償結(jié)果較好地恢復(fù)了火成巖屏蔽地層的能量損失，且地層間的振幅關(guān)系也得到相對保持，是一種相對保幅的能量補償過程。

1 方法原理

對于地震記錄第n層介質(zhì)[8]，反射振幅為

(1)

式中：ξn為第n層的反射系數(shù)；A0為入射振幅；ξi為第i層的反射系數(shù)。

則第n層的反射損失補償量為式(2)。

(2)

將式(2)展開，舍去反射系數(shù)四次以上項，得式(3)。

(3)

補償因子的連續(xù)表達式為式(4)。

(4)

由式(4)可以看出，反射系數(shù)的求取至關(guān)重要。一般來說，強反射界面對應(yīng)著絕對值較大的反射系數(shù) ，因此在過井剖面上可以利用速度和密度剖面求取反射系數(shù)，非井情況下利用譜反演技術(shù)求取合適的反射系數(shù)。

圖1展示了BZ7井(圖8)計算得到的反射系數(shù)和譜反演提取的歸一化后的反射系數(shù)對比圖，從圖1中可以看出，譜反演對于較大的反射系數(shù)響應(yīng)較好，但分辨率要低于實際井點處的反射系數(shù)。本文的補償方法主要針對強反射層的能量屏蔽作用，因此譜反演獲得的強反射系數(shù)具有較高的參考價值，但譜反演求取的反射系數(shù)較真實反射系數(shù)整體偏大，實際應(yīng)用中對強反射層的反射系數(shù)進行了分選和井控校正，然后利用射線追蹤方法，提取射線路徑上的反射系數(shù)，利用公式(4)沿射線路徑對反射系數(shù)進行求和即可獲得振幅補償因子，進而可以得到基于反射系數(shù)的火成巖能量補償結(jié)果。

圖1 井曲線計算與譜反演提取反射系數(shù)對比圖Fig.1 The comparison of reflection coefficients calculated by well logs and extracted from spectrum inversion

圖2 火成巖速度模型Fig.2 Velocity model of igneous rocks

圖3 補償因子Fig.3 Compensation factors

圖4 火成巖純波剖面Fig.4 Pure wave profile of igneous rocks

圖5 AGC后結(jié)果Fig.5 The result after AGC

圖6 基于反射系數(shù)的補償結(jié)果Fig.6 The compensation based on reflection coefficients

2 二維理論模型實驗

為了測試基于反射系數(shù)的振幅補償能力，我們通過一個二維火成巖模型實驗，將其與傳統(tǒng)的AGC(自動增益控制)進行對比。該模型(圖2)橫向采樣點為1 065，縱向為300，網(wǎng)格間距均為10 m，正演炮集炮間距為20 m，道間距為10 m，一共正演了600炮，觀測系統(tǒng)為海洋拖纜觀測系統(tǒng)。

圖3為求取的補償因子剖面，補償因子較大值的位置與火成巖位置對應(yīng)較好，由于火成巖強烈層間多次波的存在，CDP300到CDP600處能量損失相對較大。圖4為正演數(shù)據(jù)得到的疊前時間偏移剖面，可以看出2 250 ms以下火成巖的存在，導(dǎo)致3 000 ms處的反射層能量被嚴(yán)重屏蔽。

圖5展示了分時窗AGC后結(jié)果，由淺部到深部時窗范圍在1 000 ms到600 ms之間，圖6為補償后成果剖面，可以看出火成巖下覆層的屏蔽損失得到了較好地恢復(fù)，通過對比可以看出，AGC在一定程度上雖然補償了火成巖下覆層的能量損失，但在時間方向上振幅相對關(guān)系被破壞，橫向能量差異化更加明顯，部分位置的處理效果甚至不如原始的純波剖面。

圖7為均方根振幅曲線對比圖，可以很清楚地看到不受火成巖影響的地層振幅(最后一層三曲線重疊部分)得到保持，受火成巖屏蔽影響的地層(最后一層凹陷內(nèi))振幅得到較好恢復(fù)，沒有AGC的平均效應(yīng)，本文的補償結(jié)果相對于AGC更為合理。

圖7 火成巖理論模型數(shù)據(jù)振幅補償前后對比Fig.7 The comparison before and after amplitude compensation of the igneous rock model

圖8 工區(qū)已鉆井分布圖Fig.8 The well distribution map of work area

圖9 原始純波剖面Fig.9 The raw profile of pure wave

圖10 補償后剖面Fig.10 Figure 9 after compensation

圖11 補償因子Fig.11 Compensation factors

圖12 AGC結(jié)果Fig.12 Figure 9 after AGC

3 實際資料應(yīng)用

為了驗證上述能量補償方法對實際資料的處理能力，本次研究選取渤海中部C構(gòu)造的疊前深度偏移純波資料進行了實際應(yīng)用。該區(qū)共發(fā)育兩套強反射地層，上覆地層為厚層溢流相火成巖，下覆地層為目的層高速砂礫巖儲層。該區(qū)共分布8口已鉆井，如圖8所示，其中7井和8井鉆遇較厚火成巖，受C構(gòu)造東北區(qū)火成巖的影響(圖13紅色框線處)，下覆優(yōu)質(zhì)砂礫巖儲層能量分布不均，儲層橫向展布研究難度大。

圖13 東三段-10 ms均方根振幅切片F(xiàn)ig.13 RMS amplitude slice of 10ms below Dongsan member

圖14 東三段-10 ms補償后均方根振幅切片F(xiàn)ig.14 RMS amplitude slice after compensation of 10ms below Dongsan member

圖15 BZ7井補償前后效果對比Fig.15 The comparison of raw data and compensation data

圖16 純波數(shù)據(jù)井震標(biāo)定結(jié)果Fig.16 The well-seismic calibration of pure data

圖17 補償后數(shù)據(jù)井震標(biāo)定結(jié)果Fig.17 The well-seismic calibration of compensation data

圖9為過7井和8井的任意線，圖10為圖9的能量補償結(jié)果，圖11為計算得到的補償因子，由圖9、圖11可以看出補償量和火成巖對應(yīng)位置較好。由圖12可以看出，AGC一定程度上可以改善火成巖下覆地層成像質(zhì)量，但由于AGC的均衡作用，破壞了淺層和中深層的振幅相對關(guān)系，因此AGC后的結(jié)果僅能用于構(gòu)造解釋。而本文的能量補償方法有效地恢復(fù)了火成巖下覆地層能量，且地層間的振幅相對關(guān)系得到了較好保持。需要說明的是，該方法適用于火成巖溢流相的強反射屏蔽的振幅能量補償，對于火山通道相和爆發(fā)相的成像效果改善有限，但對于深部弱信號的恢復(fù)較之AGC具有更佳的補償能力。

針對C構(gòu)造火成巖發(fā)育區(qū)(紅色框線部分)東三段地層之下100 ms提取了補償前、后的均方根振幅切片，如圖13、圖14所示，可以看出補償后火成巖下覆地層能量得到一定恢復(fù)。

同樣，為了驗證井點處能量屏蔽補償前后的效果，提取過BZ7井的振幅曲線進行對比分析(圖15)。本文補償結(jié)果較之原始數(shù)據(jù)有較好改善，基本與井曲線計算得到反射系數(shù)補償結(jié)果吻合。

圖16和圖17分別展示了補償前后的地震數(shù)據(jù)同一子波井震標(biāo)定對比效果圖，火成巖上覆地層的振幅得到保持，火成巖下覆地層能量得到一定增強(紅色框線處)。

此外，該方法還在渤海中部D構(gòu)造進行了拓展應(yīng)用，該區(qū)在東三段發(fā)育一套火成巖夾層地層(圖18)，常規(guī)的能量補償方法并不能補償火成巖內(nèi)部及下覆的地層能量損失，本文的能量補償方法(圖19)較好地恢復(fù)了1 400 ms之下火成巖夾層及下覆地層的振幅能量。

圖18 火成巖夾層純波剖面Fig.18 Pure profile of the interlayer of igneous rock

圖19 火成巖夾層補償后結(jié)果Fig.19 The compensation result of Figure 18

4 結(jié)論

1)基于反射系數(shù)的振幅能量補償，能夠遵循火成巖層的能量屏蔽損失關(guān)系，尤其在火成巖夾層和中深層弱信號振幅補償方面，較之傳統(tǒng)的AGC和剩余振幅補償技術(shù)更具優(yōu)勢。

2)準(zhǔn)確的反射系數(shù)求取是該補償方法的關(guān)鍵，在井控處利用井資料能夠求取比較準(zhǔn)確的反射系數(shù)，在非井控制區(qū)利用譜反演技術(shù)，可以得到正確的反射系數(shù)相對關(guān)系，為進一步得到相對保幅的補償因子提供借鑒。

筆者所用的射線追蹤提取反射波路徑為直射線方法且為全空間激發(fā)，計算效率不高，在地層變化劇烈情況下不如彎曲射線準(zhǔn)確，且三維情況下并未考慮地層的方位角信息，下一步工作應(yīng)優(yōu)化反射系數(shù)提取方法，并充分考慮三維資料實際情況，從而得到更為理想的結(jié)果。