齊中山，李文成，袁茂林，蘇建龍，何 鑫

（中國(guó)石化勘探分公司，四川成都 610041）

元壩地區(qū)位于四川省北部，地形地貌主要為山地，局部為丘陵，海撥高程450～900 m，主要出露白堊系和侏羅系蓬萊組砂巖，構(gòu)造位置處于九龍山構(gòu)造南翼、通南巴背斜西南側(cè)，屬于川中低緩構(gòu)造帶的一部分，地層平緩，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，斷裂不發(fā)育，侏羅系沙溪廟組-震旦系存在多套優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，地震資料品質(zhì)總體較好。繼陸相三疊系須家河組、海相三疊系飛仙關(guān)組-二疊系長(zhǎng)興組勘探突破之后，近兩年開始對(duì)更深層的二疊系吳家坪組-茅口組進(jìn)行勘探，吳家坪組、茅口組地層埋藏深大于6 000 m，儲(chǔ)層較?。?0～20 m），地質(zhì)研究需要較高的分辨率，而原始資料頻帶窄、主頻低，常規(guī)處理采用地表一致性反褶積（預(yù)測(cè)步長(zhǎng)24 ms）和單道預(yù)測(cè)反褶積（預(yù)測(cè)步長(zhǎng)20 ms），疊前時(shí)間偏移處理成果分辨率低，無(wú)法滿足地質(zhì)研究的要求。

為了明確吳家坪組-茅口組儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征，開展精細(xì)目標(biāo)描述研究，深化吳家坪組-茅口組有利沉積相帶展布及淺灘儲(chǔ)層分布，進(jìn)行了提高分辨率處理攻關(guān)，疊前采用地表一致性反褶積、多道預(yù)測(cè)反褶積、Q體補(bǔ)償?shù)榷喾N方法串聯(lián)，逐步壓縮地震子波，拓寬頻帶[1]，處理成果分辨率有所提高，但仍然無(wú)法滿足吳家坪組和茅口組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求。為了進(jìn)一步提高分辨率，在疊前時(shí)間偏移成果上應(yīng)用了壓縮感知技術(shù)。壓縮感知理論早在2006年就由Donoho與Candes、陶哲軒等人提出，是一個(gè)充分利用信號(hào)稀疏性或可壓縮性的全新信號(hào)采集、編解碼理論，該理論表明：當(dāng)信號(hào)具有稀疏性或可壓縮性時(shí)，通過采集少量的信號(hào)投影值就可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的準(zhǔn)確或近似重構(gòu)[2]。此后便受到信息論、圖像處理、地球科學(xué)、光學(xué)/微波成像、模式識(shí)別、無(wú)線通信、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的高度關(guān)注，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)壓縮感知的理論和應(yīng)用也非常重視，喬志洋等在圖像處理方面[3-5]，羅純哲等在方法優(yōu)化方面[6-7]，劉明等在雷達(dá)信號(hào)處理方面[8-9]，王華忠等在地震資料采集方面[10-12]都進(jìn)行了細(xì)致研究。近年來，霍守東、宋維琪[13-17]等已將該理論發(fā)展到地震資料處理中，元壩地區(qū)吳家坪組-茅口組提高分辨率處理中的實(shí)際應(yīng)用表明，其效果明顯。

1 提高地震分辨率技術(shù)

1.1 疊前提高分辨率技術(shù)

元壩地區(qū)地震資料采集時(shí)間為2006―2007年，采用12線240道正交觀測(cè)系統(tǒng)，面元25 m×25 m，覆蓋次數(shù)為72次，激發(fā)采用高密度銨銻成型炸藥，激發(fā)井深19～23 m，藥量16 kg，接收采用矩形面積組合，組合基距LX=2.5 m，LY=2.0 m。原始資料信噪比較高，但由于表層白堊系疏松砂巖大面積分布，原始資料頻帶窄，主頻低（圖1a），目的層二疊系吳家坪組-茅口組優(yōu)勢(shì)頻帶0～50 Hz，主頻只有25 Hz左右（如圖1b所示，以-24 db處為準(zhǔn)，綠線所示，下同，分析窗口為圖1a中紅框區(qū)），疊加結(jié)果目的層優(yōu)勢(shì)頻帶只有7～40 Hz。疊前處理在做好靜校正和去噪的基礎(chǔ)上，采取了逐步提高分辨率的方法。靜校正處理采用微測(cè)井約束的層析靜校正和多次地表一致性剩余靜校正方法；去噪采用多域聯(lián)合噪音壓制技術(shù)，重點(diǎn)壓制面波、聲波、線性干擾、異常振幅干擾等；提高分辨率處理在地表一致性預(yù)測(cè)反褶積之后進(jìn)行串聯(lián)單道預(yù)測(cè)反褶積、多道預(yù)測(cè)反褶積、寬帶子波反褶積、譜白化、調(diào)諧反褶積、穩(wěn)健反褶積、Q體補(bǔ)償?shù)确椒ㄒ约敖M合，經(jīng)過對(duì)比分析最終采用地表一致性預(yù)測(cè)反褶積（預(yù)測(cè)步長(zhǎng)24 ms）、多道預(yù)測(cè)反褶積（預(yù)測(cè)步長(zhǎng)18 ms）、Q體補(bǔ)償?shù)慕M合方法。經(jīng)過組合提高分辨率處理，子波不斷壓縮（圖2a～d），頻帶不斷拓寬（圖2e～h）。圖2f為經(jīng)過地表一致性預(yù)測(cè)反褶積后疊加目的層頻譜，優(yōu)勢(shì)頻帶達(dá)5～47 Hz，與圖2e相比，頻帶拓寬9 Hz；圖2g為經(jīng)過多道預(yù)測(cè)反褶積后疊加目的層頻譜，優(yōu)勢(shì)頻帶達(dá)0～55 Hz，與圖2f相比，頻帶拓寬13 Hz；圖2h為經(jīng)過Q體補(bǔ)償后疊加結(jié)果目的層頻譜，優(yōu)勢(shì)頻帶達(dá)0～67 Hz，與圖2g相比，頻帶拓寬12 Hz，與圖2e相比，頻帶拓寬34 Hz，主頻達(dá)到34 Hz左右。圖3為反褶積前疊加（圖3a）、地表一致性預(yù)測(cè)反褶積后疊加（圖3b）、多道預(yù)測(cè)反褶積后疊加（圖3c）和 Q體補(bǔ)償后疊加（圖3d）剖面，可以看出，隨著不同方法的應(yīng)用，疊加剖面分辨率逐步提高。

圖1 元壩地區(qū)典型原始記錄（a）及目的層頻譜（b）

圖2 疊前提高分辨率不同階段子波及頻譜分析

圖3 疊前提高分辨率不同階段疊加剖面

1.2 疊后壓縮感知處理技術(shù)

疊前通過提高分辨率處理，雖然分辨率得到較大程度的提高，但由于吳家坪組、茅口組儲(chǔ)層薄，厚度只有10～20 m，疊前時(shí)間偏移成果仍然無(wú)法分辨儲(chǔ)層，巖溶體刻畫不清，因此，在疊前提高分辨率和疊前時(shí)間偏移之后，疊后采用了壓縮感知提高分辨率處理技術(shù)，該技術(shù)通過稀疏反演獲得高精度反射系數(shù)與子波，通過連續(xù)小波變換與寬頻子波替換的途徑達(dá)到提高地震數(shù)據(jù)分辨率的目的。其實(shí)現(xiàn)步驟為：①薄層匹配追蹤，②疊后稀疏反演-L0 Norm，③子波提取-Shaping Regularization，④連續(xù)小波變換-正變換，⑤連續(xù)小波變換-Morlet小波替換，⑥連續(xù)小波變換-逆變換。該技術(shù)在大幅提高分辨率的同時(shí)，能夠保持地震數(shù)據(jù)原有的信噪比，其應(yīng)用前提是輸入資料具有一定的信噪比，關(guān)鍵參數(shù)是期望輸出高頻端頻率。實(shí)際處理中通過試驗(yàn)并與合成記錄對(duì)比，最終選用期望輸出高頻端頻率為80 Hz。圖4a、圖4b分別為壓縮感知提高分辨率處理前后的剖面，可以看出，目的層（紅框內(nèi)）分辨率明顯提高。圖4c為壓縮感知提高分辨率處理前后的頻譜，可以看出，應(yīng)用壓縮感知提高分辨率處理后，優(yōu)勢(shì)頻帶達(dá)0～87 Hz（圖4c中蘭色曲線），較應(yīng)用壓縮感知提高分辨率處理前（圖4c中紅色曲線）拓寬了約20 Hz，主頻提高約10 Hz，達(dá)到44 Hz左右。圖4d為壓縮感知提高分辨率處理后與Yb井合成記錄的對(duì)比，兩者吻合較好（相關(guān)系數(shù)達(dá)0.85以上）。

圖4 壓縮感知提高分辨率前（a）后（b）剖面及頻譜（c）、提高分辨率處理后與合成記錄對(duì)比（d）

2 應(yīng)用效果分析

圖5為常規(guī)處理成果與新處理成果過Yc和Yb井連井剖面對(duì)比，可以清楚地看出，以往常規(guī)處理成果分辨率低，臺(tái)緣相帶內(nèi)僅能看出厚度變化，吳家坪組底界及茅三段灘底反射不清，層位追蹤及地震相刻畫均存在多解性，在地層增厚的臺(tái)緣相帶內(nèi)，地震波組特征變化不明顯，難以開展地震相精細(xì)刻畫（圖5a所示，圖中拉平了茅三段底層位）。新處理成果分辨率明顯提高，地震相刻畫清楚，其中，茅三段臺(tái)緣相帶內(nèi)可分為三類地震相（圖5b所示，圖中拉平了茅三段底層位）：第一類為丘灘微相，厚度最厚，外形呈丘形，內(nèi)部為復(fù)波響應(yīng)特征（圖5b紅色區(qū)）；第二類為灘間微相，厚度最薄，為低頻強(qiáng)峰、強(qiáng)谷反射特征（圖5b綠色區(qū)）；第三類為淺灘微相，厚度居中，為相對(duì)低頻中強(qiáng)波峰、波谷反射特征（圖5b黃色區(qū)）。吳一段臺(tái)緣相帶內(nèi)可分為兩類地震相：第一類為灘核微相，厚度最厚，吳二段底及吳一段內(nèi)部均為弱波峰反射（圖5b紅色區(qū)）；第二類為灘緣微相，吳二段底為相對(duì)弱波峰、吳一段內(nèi)部相對(duì)弱波谷反射特征（圖5b黃色區(qū)）。

圖5 過Yc和Yb井連井剖面常規(guī)處理成果與新處理成果

圖6為以往常規(guī)處理成果波阻抗反演與新成果波阻抗反演剖面，前者只能反映吳一段為低阻抗特征，難以識(shí)別吳一段薄儲(chǔ)層（圖6a紅色區(qū)），茅三段臺(tái)緣相帶內(nèi)為高阻抗特征，內(nèi)部細(xì)節(jié)不清（圖6a藍(lán)色區(qū)），后者分辨率得到大幅提升，吳一段兩套薄儲(chǔ)層均可有效識(shí)別（圖6b中藍(lán)色箭頭所示），茅三段灘相細(xì)節(jié)刻畫清楚（圖6b藍(lán)色區(qū)）。元壩地區(qū)茅三段-吳一段淺灘儲(chǔ)層疊合了巖溶作用的改造，尋找?guī)r溶目標(biāo)也是提高分辨率處理攻關(guān)的重點(diǎn)之一。圖7為以往常規(guī)處理成果與新處理成果巖溶特征對(duì)比剖面，前者巖溶特征不明顯（圖7a），而后者巖溶形成的溶溝清晰可見（圖7b中紅箭頭所指位置）。

圖6 以往常規(guī)處理成果波阻抗反演（a）與新處理成果波阻抗反演（b）剖面對(duì)比

圖7 以往常規(guī)處理成果與新處理成果巖溶特征對(duì)比

3 結(jié)論

在做好地震資料靜校正和噪聲壓制的基礎(chǔ)上，疊前采用地表一致性預(yù)測(cè)反褶積、多道預(yù)測(cè)反褶積、Q體補(bǔ)償，疊后采用壓縮感知技術(shù)組合能夠有效提高元壩地區(qū)吳家坪-茅口組超深、薄儲(chǔ)層的分辨率，處理成果不僅淺灘地震相刻畫清楚，薄儲(chǔ)層可分辨能力強(qiáng)，巖溶特征也非常明顯。