李曉峰,潘 龍,楊曉海,毛海波,林 娟

(中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院地球物理研究所,新疆烏魯木齊830013)

隨著油氣地震勘探的不斷深入,勘探目標(biāo)已由構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向地層巖性等復(fù)雜油氣藏。準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)地層巖性目標(biāo)區(qū)勘探目的層小斷裂發(fā)育,具有形成多個(gè)小斷塊和小斷鼻高效油藏的條件,斷距為10～15m;薄砂層平均厚度約為10m,且橫向變化較大,連續(xù)性差。此類薄砂體和小斷裂等小尺度地質(zhì)目標(biāo)的識(shí)別與刻畫(huà)對(duì)地震勘探精度提出了更高的要求。

提高分辨率一直以來(lái)都是地震資料處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-2],也是制約油氣勘探精度的重要因素,它對(duì)野外采集原始資料的品質(zhì)及室內(nèi)高分辨率處理技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。隨著“兩寬一高”三維地震勘探技術(shù)的廣泛應(yīng)用,野外“兩寬一高”采集的原始資料倍頻程個(gè)數(shù)增加,采集面元縮小,覆蓋次數(shù)大幅度增加,有利于地質(zhì)體縱橫向分辨率的提高[3-7],為提高地層巖性油氣藏成像質(zhì)量以及油藏精細(xì)描述奠定了基礎(chǔ)。但是,若要保持“兩寬一高”地震采集資料中的有效頻率成分,充分挖掘其中蘊(yùn)含的寬頻信息,室內(nèi)地震資料處理需要采用針對(duì)性的技術(shù)和手段。

姜翠蘋(píng)等[8]在相對(duì)振幅保持的基礎(chǔ)上,采用井控高分辨率處理技術(shù)提高地震資料對(duì)精細(xì)目標(biāo)的預(yù)測(cè)及識(shí)別能力。公亭等[1]利用震源信號(hào)進(jìn)行低頻補(bǔ)償,配合傳統(tǒng)的高分辨率處理技術(shù),形成了一套寬頻地震資料處理流程,使地震資料頻帶有效拓寬,提高了對(duì)薄儲(chǔ)層等巖性勘探目標(biāo)的識(shí)別能力。張麗艷等[9]從信噪比、頻帶和波場(chǎng)特征3個(gè)方面對(duì)“兩寬一高”地震資料的特點(diǎn)進(jìn)行分析,制定了針對(duì)性的高分辨率處理流程,實(shí)現(xiàn)對(duì)斷層和砂體的精細(xì)刻畫(huà)。冉建斌等[10]對(duì)合成地震記錄、倍頻程濾波和不同頻帶的地震反演結(jié)果進(jìn)行分析后認(rèn)為,地震資料的低頻決定反演精度,高頻決定反演分辨率,基于寬頻地震資料的反演精度明顯提高,對(duì)巖性油氣藏的勘探意義重大。

為了滿足當(dāng)前精細(xì)目標(biāo)勘探的需求,充分發(fā)揮“兩寬一高”地震采集的優(yōu)勢(shì),在前人研究基礎(chǔ)上,首先介紹了地震資料寬頻處理流程,然后對(duì)疊前、疊后各項(xiàng)提高分辨率處理技術(shù)及效果進(jìn)行闡述,最后將該寬頻處理流程應(yīng)用于準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)A區(qū)塊三維地震資料的處理。

1 寬頻處理

1.1 處理流程

根據(jù)高密度地震資料的特點(diǎn),結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)的地質(zhì)情況,本文以常規(guī)地震資料處理流程為基礎(chǔ),對(duì)疊前、疊后拓頻技術(shù)進(jìn)行綜合研究試驗(yàn),形成了一套地震資料寬頻處理技術(shù)流程(圖1),實(shí)現(xiàn)了在確保地震資料信噪比的基礎(chǔ)上最大限度拓展有效反射波頻帶,從而提高地震資料分辨率。另外,在各個(gè)階段的拓頻處理時(shí)都利用已有井資料做井震標(biāo)定進(jìn)行質(zhì)控,確保處理的有效性和合理性。需要指出的是,雖然文中只介紹了提高分辨率技術(shù),但是要實(shí)現(xiàn)該寬頻地震資料處理,除了各種拓頻技術(shù)的合理應(yīng)用外,處理流程中的其它環(huán)節(jié)如靜校正和噪聲壓制也至關(guān)重要,本文對(duì)此不作贅述。

1.2 近地表Q補(bǔ)償技術(shù)

準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)近地表沙丘疏松且厚度較大,對(duì)地震波能量有較強(qiáng)烈的吸收衰減作用,對(duì)高頻成分的吸收衰減尤其嚴(yán)重,降低了地震記錄分辨率。同時(shí),不同頻率地震波的傳播速度不同,該頻散現(xiàn)象會(huì)造成地震子波的相位畸變。另外,由于近地表存在較大的非均質(zhì)性,吸收和頻散作用會(huì)導(dǎo)致子波能量和相位空間不一致,影響地震成像精度和保真度[11]。

圖1 地震資料寬頻處理技術(shù)流程

地層品質(zhì)因子Q反映了能量損耗的比率,即在一個(gè)波長(zhǎng)內(nèi),原始地震波的能量與傳播過(guò)程中所消耗能量的比值,它是一個(gè)描述非彈性介質(zhì)對(duì)地震波能量吸收衰減大小的參數(shù)。反Q濾波可以在時(shí)間、頻率和空間3個(gè)域內(nèi)有效地減弱近地表的吸收衰減影響,尤其是對(duì)地震信號(hào)相位的影響[12]。本文采用質(zhì)心頻移法通過(guò)地震記錄求取近地表相對(duì)Q值[13]。首先,應(yīng)用快速傅里葉變換將選定時(shí)窗內(nèi)的淺層反射地震數(shù)據(jù)變換到頻率域,計(jì)算每個(gè)地震道的質(zhì)心頻率,由此統(tǒng)計(jì)出各個(gè)炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的平均質(zhì)心頻率;然后,采用頻移法求取炮、檢點(diǎn)的近地表相對(duì)Q值。在此基礎(chǔ)上,利用微測(cè)井點(diǎn)的實(shí)測(cè)絕對(duì)Q值對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定獲得近地表Q值模型;最后,利用該Q值模型和不同炮、檢點(diǎn)的近地表旅行時(shí)得到空變補(bǔ)償因子,對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)健Q補(bǔ)償[14],實(shí)現(xiàn)對(duì)由近地表引起的地震子波振幅、相位和頻率變化的同時(shí)補(bǔ)償。

圖2a為近地表Q補(bǔ)償前的疊加剖面,由于表層介質(zhì)對(duì)地震波的吸收衰減,疊加剖面的分辨率較低;經(jīng)過(guò)近地表Q補(bǔ)償后的疊加剖面如圖2b所示,可以看出,該技術(shù)同時(shí)補(bǔ)償了地震記錄的頻率和相位,使疊加剖面的分辨率有效提高,層間信息更加豐富。由補(bǔ)償前、后的頻譜(圖2c)對(duì)比可見(jiàn),近地表Q補(bǔ)償使地震資料-20dB處的頻譜高頻展寬約7Hz,主頻提高6Hz。進(jìn)一步利用井資料進(jìn)行標(biāo)定分析(圖2d)可知,近地表Q補(bǔ)償前,井旁地震道與合成記錄的相關(guān)系數(shù)為0.54,Q補(bǔ)償后相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.67。由此可見(jiàn),近地表Q補(bǔ)償后地震資料主要標(biāo)志層的振幅、相位等特征與合成記錄的吻合度更高。

圖2 近地表Q補(bǔ)償前(a)、后(b)疊加剖面、頻譜(c)及合成記錄標(biāo)定對(duì)比(d)(1ft≈30.48cm)

1.3 地表一致性脈沖反褶積

近地表Q補(bǔ)償較好地解決了吸收衰減問(wèn)題,使地震波的高頻成分得到一定程度的補(bǔ)償。但是,由近地表激發(fā)、接收位置巖性變化引起的子波空變問(wèn)題沒(méi)有得到解決[15]。作為地震資料處理中的常規(guī)處理環(huán)節(jié),地表一致性反褶積通過(guò)壓縮子波提高地震數(shù)據(jù)的縱向分辨率,可以較好地消除由于近地表?xiàng)l件變化對(duì)地震子波波形的影響,使地震記錄的振幅、頻率和相位的一致性得到改善。

在地表一致性反褶積中,如果反褶積的期望輸出是時(shí)間提前的輸入序列,則為地表一致性預(yù)測(cè)反褶積;如果期望輸出是零延遲尖脈沖,則為地表一致性脈沖反褶積[16]。預(yù)測(cè)反褶積通過(guò)壓制子波的旁瓣、突出主瓣提高地震資料的分辨率,該方法可以使子波的旁瓣得到有效壓制,但是主瓣無(wú)法達(dá)到尖脈沖的分辨率,預(yù)測(cè)反褶積的頻帶拓寬能力有限;相比之下,脈沖反褶積的期望輸出是零延遲尖脈沖,并且能有效拓寬不同形態(tài)子波的頻譜,便于采用整形濾波器將子波一致化,為一致性處理提供了可能。因此,為了最大限度提高地震記錄的分辨率,本文采用地表一致性脈沖反褶積進(jìn)行處理。需要指出的是,脈沖反褶積會(huì)將地震記錄的譜變?yōu)榉到葡嗟鹊陌自胱V,如果輸入記錄上的噪聲沒(méi)有壓制干凈,則殘留噪聲的譜同時(shí)會(huì)被放大,從而降低資料的信噪比。因此,在脈沖反褶積之前,應(yīng)當(dāng)對(duì)地震資料進(jìn)行最大限度的噪聲壓制,反褶積之后還需去除由反褶積引起的噪聲,確保在提高分辨率的同時(shí)保持資料的信噪比。

圖3a和圖3b分別為地表一致性脈沖反褶積前、后的疊加剖面?？梢钥闯?反褶積后疊加剖面的分辨率有效提高,對(duì)薄層刻畫(huà)更加清晰(圖3b箭頭所示)。從反褶積前、后的頻譜對(duì)比(圖3c)可見(jiàn),經(jīng)過(guò)反褶積處理,地震剖面-20dB處的頻譜由3～53Hz展寬為3～62Hz。

圖3 地表一致性脈沖反褶積前(a)、后(b)的疊加剖面及頻譜對(duì)比(c)

1.4 道集優(yōu)化處理

地震資料處理中,如果偏移后的道集存在道間時(shí)差,那么直接對(duì)該道集進(jìn)行疊加會(huì)損失地震資料的高頻成分,導(dǎo)致疊加剖面分辨率降低[17-18]。目前,針對(duì)寬方位高密度采集的地震資料,業(yè)界普遍在OVT域進(jìn)行疊前時(shí)間偏移。由于OVT域疊前時(shí)間偏移保留了方位角信息,地下介質(zhì)的方位各向異性致使偏移道集中的有效反射波同相軸存在道間時(shí)差,該影響在“螺旋”道集中表現(xiàn)為反射同相軸隨方位角呈現(xiàn)規(guī)律性變化[19-20]。上述方位各向異性引起的時(shí)差使偏移后道集無(wú)法實(shí)現(xiàn)同相疊加,降低了疊加剖面的分辨率。因此,需要對(duì)OVT域疊前時(shí)間偏移道集進(jìn)行方位各向異性校正處理,消除由各向異性導(dǎo)致的時(shí)差,改善寬方位地震資料的成像效果[21]。圖4a為OVT域偏移產(chǎn)生的共反射點(diǎn)(CRP)道集;圖4b為經(jīng)過(guò)方位各向異性校正后的共反射點(diǎn)道集。對(duì)比圖4a和圖4b 可以看出,校正前的同相軸存在明顯的抖動(dòng),校正后的道集同相軸連續(xù)性變好,且更加聚焦,有效解決了由于方位各向異性導(dǎo)致的不同相疊加問(wèn)題,進(jìn)而提高疊加剖面的分辨率。在此基礎(chǔ)上,對(duì)校正后的共反射點(diǎn)道集進(jìn)行提頻處理(圖4c),道集的分辨率進(jìn)一步提高,為后續(xù)面向薄儲(chǔ)層的疊前反演油氣檢測(cè)奠定了良好基礎(chǔ)。

圖4 共反射點(diǎn)道集優(yōu)化效果對(duì)比a 原始共反射點(diǎn)道集; b 方位各向異性校正后共反射點(diǎn)道集; c 提高分辨率后共反射點(diǎn)道集

經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理后,共反射點(diǎn)道集的質(zhì)量得到有效提升。圖5a和圖5b分別為共反射點(diǎn)道集優(yōu)化前、后的疊前時(shí)間偏移剖面。由圖5a和圖5b可見(jiàn),優(yōu)化后剖面的分辨率有效提高,斷裂成像更清楚,有助于精細(xì)識(shí)別薄儲(chǔ)層。從圖5c的頻譜對(duì)比可以看出,道集優(yōu)化后剖面的頻帶明顯拓寬。利用井資料正演道集進(jìn)行質(zhì)控(圖5d),優(yōu)化后的共反射點(diǎn)道集與正演道集在標(biāo)志層處的AVO特征基本吻合,均為振幅隨炮檢距的增大而減小,說(shuō)明優(yōu)化后的道集具有較好的保幅性,道集優(yōu)化技術(shù)合理。

圖5 共反射點(diǎn)道集優(yōu)化前(a)、后(b)的疊前時(shí)間偏移剖面、頻譜對(duì)比(c)及保幅性質(zhì)控(d)

1.5 疊后提頻處理

為了最大限度地使地下薄儲(chǔ)層的地震響應(yīng)反映到地震剖面上,滿足當(dāng)前地層巖性勘探對(duì)薄儲(chǔ)層的精細(xì)識(shí)別需求,在疊前提高分辨率處理的基礎(chǔ)上,采用零相位反褶積方法對(duì)疊加數(shù)據(jù)進(jìn)行疊后提頻處理。該方法通過(guò)定義一系列帶通濾波器,對(duì)輸入的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波,然后采用振幅均衡技術(shù),將各個(gè)頻率成分的信號(hào)均衡到同一水平上,再疊加輸出。由于只對(duì)輸入數(shù)據(jù)的振幅譜進(jìn)行處理,因而不改變相位譜特征[22],可保持反褶積前、后資料的相位特征一致。另外,該方法通過(guò)在有效頻率范圍內(nèi)展寬頻帶提高地震數(shù)據(jù)分辨率,在確定有效頻帶的時(shí)候可以選擇避開(kāi)高頻噪聲成分,從而實(shí)現(xiàn)在提高分辨率的同時(shí)又能保持剖面的信噪比。這對(duì)于后續(xù)的巖性解釋和薄儲(chǔ)層劃分十分有意義。

另外,反褶積方法基于反射系數(shù)是隨機(jī)序列的假設(shè),得到的最佳結(jié)果是白噪的振幅譜。而真實(shí)情況是,反射系數(shù)序列通常為藍(lán)色,不是白色,即低頻弱、高頻強(qiáng)[23-25]。為此,進(jìn)一步采用藍(lán)色濾波技術(shù)對(duì)反褶積后的結(jié)果進(jìn)行處理,補(bǔ)償反射系數(shù)序列的藍(lán)色(高頻)部分,從而使地震數(shù)據(jù)更接近反射系數(shù)序列的真實(shí)特征,改善了剖面的時(shí)間分辨率。

圖6a和圖6b分別為疊后提頻處理前、后的偏移剖面。可以看出,經(jīng)過(guò)提頻處理后地震剖面分辨率明顯提高,對(duì)小斷裂和薄儲(chǔ)層的刻畫(huà)更加清晰。從圖6c 所示的頻譜對(duì)比也可以看出,經(jīng)過(guò)疊后提頻處理,地震資料在-20dB處的高頻端頻譜由74Hz拓展到90Hz。

圖6 疊后提頻處理前(a)、后(b)偏移剖面及頻譜對(duì)比(c)

2 效果分析

圖7a和圖7b分別為對(duì)A區(qū)塊采用三維常規(guī)處理和寬頻處理方法得到的地震剖面。由圖7a和圖7b可以看出,寬頻處理方法得到的地震剖面品質(zhì)顯著提高,對(duì)斷裂和構(gòu)造的刻畫(huà)較以往資料更加清晰、精細(xì),對(duì)薄儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)精度更高,取得了較好的效果。與常規(guī)處理成果(圖7a)相比,經(jīng)過(guò)寬頻處理后,資料的波組特征更清晰,層間信息豐富,剖面分辨率高,對(duì)小斷裂刻畫(huà)更加清晰。從頻譜對(duì)比可以看出,寬頻處理后地震資料的頻帶在低頻端和高頻端均得到了明顯拓展(圖7c)。另外,由圖8所示的沿層(J1S3)相干切片及剖面可知,與常規(guī)處理成果(圖8a)相比,寬頻處理成果剖面上(圖8b)的斷裂清晰可靠易識(shí)別;同樣,在侏羅系三工河組三段的沿層相干切片上,寬頻處理成果的斷裂平面展布更清晰、反映的地質(zhì)信息更豐富,使得該區(qū)斷裂的精細(xì)刻畫(huà)得以實(shí)現(xiàn)。

圖7 A區(qū)塊采用三維常規(guī)處理(a)與寬頻處理(b)方法得到的地震剖面及頻譜對(duì)比(c)

圖8 A區(qū)塊三維沿層(J1S3)相干切片及剖面a 常規(guī)處理三維; b 寬頻處理三維

利用A區(qū)塊三維寬頻處理成果對(duì)侏羅系三工河組的薄儲(chǔ)層進(jìn)行油氣預(yù)測(cè),結(jié)果與已知井高度吻合,且井間變化特征清晰(圖9),有助于該區(qū)的井間分析及油藏精細(xì)解剖。

圖9 A區(qū)塊三維(J1S21)疊前反演油氣預(yù)測(cè)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地腹部沙漠區(qū)A區(qū)塊三維寬頻處理技術(shù)的應(yīng)用研究,獲得以下認(rèn)識(shí)。

1) 與常規(guī)處理成果相比,基于寬頻處理流程得到的成果資料頻帶顯著拓寬,分辨率有效提高,對(duì)小斷裂刻畫(huà)更清晰,對(duì)薄儲(chǔ)層的識(shí)別精度更高。

2) 對(duì)疊前時(shí)間偏移輸出的道集直接進(jìn)行疊加會(huì)損失地震資料的高頻成分,導(dǎo)致偏移剖面分辨率降低。因此,疊前道集優(yōu)化處理是地震資料寬頻處理的重要環(huán)節(jié),本文的道集優(yōu)化處理主要包括方位各向異性時(shí)差校正以及提頻處理兩個(gè)方面,該處理能盡可能地降低疊加過(guò)程中資料的高頻成分損失,同時(shí)為后續(xù)面向薄儲(chǔ)層的疊前反演提供高品質(zhì)的疊前道集數(shù)據(jù)。

地震資料的信噪比制約著分辨率的有效提高,特別是地震資料高頻端能量弱,信噪比相對(duì)較低,通過(guò)處理恢復(fù)出來(lái)的高頻有效信息往往由于信噪比過(guò)低而被舍棄。因此,應(yīng)用本文寬頻地震資料處理技術(shù)的同時(shí),噪聲壓制技術(shù)的合理選擇至關(guān)重要。本文主要闡述寬頻處理技術(shù),相應(yīng)的去噪手段沒(méi)有涉及,但去噪仍應(yīng)受到重視。