潘海娣 呂健飛 陳 娟 耿利強(qiáng) 張凱旋

（1. 北京奧能恒業(yè)能源技術(shù)有限公司， 北京 100083； 2. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司， 陜西西安 710018）

0 引 言

近幾年來(lái)， 國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)地震資料高分辨率處理技術(shù)進(jìn)行了研究。 趙巖等［1］提出基于衰減補(bǔ)償?shù)牡卣鹳Y料高分辨率處理方法， 采用了反Q濾波和Wiener 反褶積壓縮子波來(lái)提高地震資料的分辨率， 但Wiener 反褶積難以滿足薄儲(chǔ)層識(shí)別的應(yīng)用需求。 李曙光等［2］研究了幾種提高地震資料分辨率的方法， 指出在提高分辨率的結(jié)果基礎(chǔ)上如果需要用來(lái)進(jìn)行屬性分析、 儲(chǔ)層預(yù)測(cè)， 則可以使用反Q濾波， 應(yīng)用反Q濾波后的地震剖面頻帶范圍很寬， 提升高頻能量的同時(shí)， 低頻部分的能量沒有受到明顯的壓制。 經(jīng)以上兩位學(xué)者試驗(yàn)論證， 反Q濾波能在保護(hù)低頻能量的同時(shí)提升高頻的能量。 曹思遠(yuǎn)等［3］研究了高分辨率地震資料處理技術(shù)， 指出高分辨率地震資料處理中， 更應(yīng)注重低頻信息的保護(hù)和恢復(fù)。 吳大奎等［4］對(duì)疊后地震資料井控高分辨率處理方法進(jìn)行了研究， 提出了井震聯(lián)合疊加地震資料的新方法， 使得高分辨率處理成果在精度和準(zhǔn)確性上都取得了顯著的提升。 刁瑞［5］對(duì)提高地震分辨率處理效果進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。 綜合前人的一些研究方法和理論， 本文選取疊前疊后處理技術(shù)相組合的方式， 提高資料的分辨率， 使新處理的資料滿足薄砂體識(shí)別的應(yīng)用要求， 并對(duì)新成果資料進(jìn)行定量評(píng)價(jià)， 確保新成果準(zhǔn)確， 為研究區(qū)井位部署提供支撐。

1 工區(qū)概況

本次研究工區(qū)為蘇里格氣田的東南部陜18 井區(qū)， 區(qū)域構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中北部。 研究區(qū)主要目的層是中二疊統(tǒng)下石盒子組盒八段與下二疊統(tǒng)山西組山一段砂巖， 整體屬于低豐度、 低滲、 低壓氣藏， 氣藏分布受構(gòu)造影響不明顯。 區(qū)內(nèi)盒八段、 山一段地層基本呈近南北向展布， 總體從北向南地層逐漸變厚； 盒八段地層厚度為39～80 m， 平均64.1 m； 山一段地層厚度為32～68 m， 平均49.5 m。 盒八段、 山一段氣藏按圈閉成因類型劃分屬于巖性氣藏， 儲(chǔ)層的分布受砂體展布和物性的控制， 屬于無(wú)明顯邊、 底水的定容彈性驅(qū)動(dòng)氣藏； 按壓力（24.6～29.1 MPa） 劃分， 平均27.8 MPa， 平均壓力系數(shù)0.89， 屬于正常壓力系統(tǒng)； 按儲(chǔ)層物性劃分盒八段平均有效孔隙度為9.6%， 平均滲透率為0.73×10-3μm2， 山一段平均有效孔隙度8.1%， 平均滲透率0.46×10-3μm2， 確定該區(qū)為低孔、 低滲型氣藏。 盒八下段氣層主力優(yōu)勢(shì)明顯， 適合水平井開發(fā)， 效果明顯優(yōu)于直井。 由于本區(qū)主要含氣層段山一段和盒八段的儲(chǔ)集砂體縱向上多期疊置、 橫向上復(fù)合連片， 前期地震資料的儲(chǔ)層與含氣預(yù)測(cè)的成果達(dá)不到目前開發(fā)對(duì)預(yù)測(cè)精度的要求。 為此， 制定了3 項(xiàng)處理措施： 采用疊前反Q補(bǔ)償技術(shù)、 炮檢域反褶積和疊后壓縮感知拓頻技術(shù)串聯(lián)的處理方法， 來(lái)有效拓寬資料頻帶， 提高資料的分辨率。

2 三步法提高分辨率處理技術(shù)

針對(duì)蘇東南地區(qū)薄砂體的識(shí)別， 提出的三步法提高分辨率處理技術(shù)， 具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是： 疊前在靜校正和保幅綜合去噪后的炮集數(shù)據(jù)， 首先應(yīng)用疊前反Q補(bǔ)償技術(shù)補(bǔ)償?shù)貙拥奈账p效應(yīng)； 然后應(yīng)用炮檢域反褶積技術(shù)壓縮地震子波， 改善資料波組一致性特征； 最后在疊后數(shù)據(jù)體上再應(yīng)用壓縮感知拓頻技術(shù)， 進(jìn)一步展寬頻帶， 提高地震資料縱向分辨率。 在實(shí)際的地震資料應(yīng)用中見到了較好識(shí)別效果， 這對(duì)于同類地區(qū)薄砂體地震識(shí)別提供了技術(shù)支撐。 高分辨的處理流程如圖1 所示。

2.1 疊前反Q 補(bǔ)償技術(shù)

地震波高頻衰減現(xiàn)象通常情況下都可以觀察到。Q值測(cè)量的就是地震波隨傳播距離的變化而引起的不同頻率成分信號(hào)能量（振幅） 的變化。 地震波波場(chǎng)在沿地層向下傳播的過(guò)程中， 可以在井眼中通過(guò)檢波器對(duì)波場(chǎng)數(shù)據(jù)采樣。 蘇東南工區(qū)內(nèi)有5口雙井微測(cè)井， 利用雙井微測(cè)井估算近地表的Q值［6-7］， 采用疊前反Q補(bǔ)償技術(shù)對(duì)地表變化大造成的高頻衰減進(jìn)行補(bǔ)償［8］。

疊前反Q補(bǔ)償技術(shù)的方法為改進(jìn)的峰值頻率頻移法。 即任選一炮， 通過(guò)高速層的速度和經(jīng)驗(yàn)公式求高速層Q， 通過(guò)高速層Q值求激發(fā)主頻值， 再根據(jù)表層傳播路徑計(jì)算表層Q值。 經(jīng)驗(yàn)公式為

式中vp——所選炮的縱波速度， km／s； 參數(shù)α取值2.2。

由峰值頻譜頻移法估算近地表Q值公式， 得

式中：Q1、Q2——所選炮所在深度界面以下、 以上地層的品質(zhì)因子；t1——所選炮震源子波到達(dá)井底檢波器的走時(shí)， s；t2——所選炮震源子波到達(dá)井底檢波器和地面檢波器的走時(shí)， s；f1——井底檢波器記錄地震初至信號(hào)的峰值頻率， Hz；f2——地面檢波器記錄地震初至信號(hào)的峰值頻率， Hz；fm2——所選炮震源子波的峰值頻率， Hz。

相鄰的炮也有相同的公式， 計(jì)算所有相鄰的炮點(diǎn)， 便可求得所有界面到地面直接的絕對(duì)Q值。

此算法的特點(diǎn)是： 在計(jì)算高速層Q時(shí)借助速度與Q之間的經(jīng)驗(yàn)公式， 大大簡(jiǎn)化了計(jì)算方法。由于計(jì)算一個(gè)Q值只需要一炮數(shù)據(jù)， 因此在計(jì)算時(shí)可選多炮數(shù)據(jù)計(jì)算多個(gè)表層Q值， 通過(guò)求平均值的方法來(lái)減小計(jì)算誤差。

利用工區(qū)內(nèi)的5 口雙井微測(cè)井， 應(yīng)用頻移法求取表層Q值。 圖2 是計(jì)算得到的近地表Q模型；圖3 為Q補(bǔ)償前后疊加剖面對(duì)比，Q應(yīng)用后， 有效補(bǔ)償了太原組底以上工區(qū)目的層地層缺失的高頻響應(yīng)， 盒八段地層縱向分辨率提升。 有利于后期進(jìn)一步拓寬頻帶， 進(jìn)行砂體刻畫。

2.2 炮檢域反褶積技術(shù)

反褶積是地震資料處理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 地表一致性反褶積可以很好地解決因地表差異造成的一致性問(wèn)題， 由于抗干擾能力強(qiáng)， 有效解決了炮點(diǎn)和接收點(diǎn)的真相位對(duì)應(yīng)問(wèn)題。 地表一致性反褶積不僅具有壓縮子波， 提高資料分辨率的能力［9-18］， 更重要的是能消除激發(fā)、接收條件變化等因素所造成的波形差異，起到子波整形、改善子波一致性的作用。

炮檢域反褶積目的： 首先是提高分辨率； 其次是消除激發(fā)點(diǎn)產(chǎn)生的虛反射； 最終達(dá)到壓縮子波，使子波一致性改善明顯， 同時(shí)資料的信噪比不遭到破壞的目的。 為滿足盒八段與山一段高分辨、 識(shí)別薄砂體的需求， 再次展寬頻帶， 且不降低信噪比，在炮域反褶積的基礎(chǔ)上再串聯(lián)應(yīng)用檢波域反褶積進(jìn)一步提高疊前資料的分辨率。 共檢波點(diǎn)域反褶積的目的和共炮點(diǎn)域反褶積一樣， 也是消除接受點(diǎn)的虛反射和提高最終成像的分辨率。 此反褶積算法主要特點(diǎn)是在頻率域求取多道時(shí)窗的自相關(guān)、 互相關(guān)函數(shù)， 進(jìn)一步壓縮子波旁瓣， 提高分辨率。 炮檢域反褶積消除了激發(fā)因素近地表非一致性的影響， 而檢波域反褶積則進(jìn)一步消除了地表接收因素引起的剩余鳴震的影響。

圖4 是炮檢域反褶積參數(shù)試驗(yàn)疊加剖面對(duì)比，預(yù)測(cè)步長(zhǎng)16 ms 時(shí)， 目的層薄層可分辨。 圖5 是檢波域反褶積參數(shù)試驗(yàn)疊加剖面對(duì)比， 預(yù)測(cè)步長(zhǎng)12 ms時(shí)， 子波進(jìn)一步壓縮， 疊加剖面目的層成像分辨率更高。 圖6 是常規(guī)反褶積和炮檢域反褶積剖面對(duì)比， 炮檢域反褶積后的剖面分辨率明顯比普通反褶積后的剖面分辨率高， 炮檢域反褶積有效地改善盒八段和山一段內(nèi)幕分辨率， 薄層成像清晰可見， 波組強(qiáng)弱變化分明。

2.3 壓縮感知拓頻技術(shù)

反褶積在一定程度上能壓縮子波， 提高分辨率， 但同時(shí)又受到各種約束條件的限制， 其效果也會(huì)受到不同程度的壓制， 使得反褶后的地震資料不能滿足地震資料研究對(duì)高分辨率的要求。 為此， 在疊后采用了壓縮感知拓頻的新方法［19-20］， 解決了資料提高分辨率受限的問(wèn)題， 達(dá)到了高低頻補(bǔ)償后， 地震資料高低頻成分能量及縱向分辨率都能有效提高的效果， 使得拓頻后的數(shù)據(jù)能夠滿足地震資料解釋對(duì)高分辨率的需求。

壓縮感知拓頻有較高的保真性。 其原理是： 利用信號(hào)的稀疏特征， 把高維空間信號(hào)通過(guò)測(cè)量矩陣投影到一個(gè)低維空間中， 通過(guò)非線性重構(gòu)來(lái)重建信號(hào)。 具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是： 首先， 通過(guò)理論推導(dǎo)構(gòu)造基于壓縮感知原理的求解地震反射系數(shù)的目標(biāo)函數(shù)；然后， 采用快速迭代軟閾值算法進(jìn)行求解； 最后，將反射系數(shù)的高、 低頻成分補(bǔ)償給原始的地震記錄， 最終得到高、 低頻補(bǔ)償后的地震記錄。

圖7 是壓縮感知拓頻前后的偏移剖面， 壓縮感知拓頻后的剖面在反褶積數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步拓寬盒八段和山一段頻帶， 且保持振幅相對(duì)關(guān)系， 目的層砂體成像更清晰， 分辨率更高， 砂層橫向厚度變化造成的波組變化更明顯。 從圖8 壓縮感知前后頻譜對(duì)比看， 壓縮感知拓頻后主頻提高到35 Hz，頻寬展寬到4～80 Hz （-20 dB 對(duì)應(yīng)頻率范圍）， 高頻改善明顯。 達(dá)到了地震資料研究對(duì)分辨率的要求。

3 應(yīng)用效果

利用上述提高分辨率的處理方法組合，對(duì)蘇東南地區(qū)陜18 井區(qū)三維地震資料進(jìn)行了提高分辨率處理，取得了顯著的效果。 地震數(shù)據(jù)在保真基礎(chǔ)上有效提高分辨率并有效識(shí)別薄砂體，與井吻合度高。

圖9 是應(yīng)用本文提出的組合方法提高分辨率處理后的剖面對(duì)比， 提高分辨率處理后的剖面高頻信息更豐富， 目的層盒八段砂體橫向變化明顯， 邊界清晰， 有利于單砂體刻畫。 通過(guò)對(duì)陜18 井區(qū)內(nèi)32口井的盒八段與山一段頂、 底及內(nèi)幕地層（深度為1 750～2 150 m） 界面的合成記錄精細(xì)標(biāo)定， 地震數(shù)據(jù)與井的吻合率達(dá)到90%左右（圖10 是工區(qū)內(nèi)有代表性的1 口井的合成記錄與地震道相關(guān)度）， 說(shuō)明應(yīng)用該組合提高分辨率方法獲得的地震資料保真保幅性好。

圖11 為應(yīng)用該方法處理得到的數(shù)據(jù)體對(duì)盒八段、 山一段內(nèi)部河道砂體進(jìn)行泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)反演預(yù)測(cè)的結(jié)果（色標(biāo)顯示， 泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50%的暖色調(diào)為砂巖， 反之為泥巖）， 可以看出預(yù)測(cè)的砂體厚度與實(shí)鉆井砂體厚度吻合度高， 能有效預(yù)測(cè)5 m以上的薄砂體（鉆遇砂厚5 m）， 對(duì)10 m 以上的厚層河道砂體的預(yù)測(cè)效果更為理想。 預(yù)測(cè)剖面顯示， 縱向上對(duì)井鉆遇的河道砂體分辨能力高， 橫向上井間河道砂體厚度變化特征清楚， 很好地表征了該區(qū)河道砂體的厚度與空間展布規(guī)律。 以該方法處理得到的數(shù)據(jù)體為基礎(chǔ)的河道砂體反演預(yù)測(cè)結(jié)果有力的支撐了油田生產(chǎn)單位的水平井井組部署工作，前后共支撐完成G14-6、 G15-6 等8 個(gè)井組、 22 口水平井地震復(fù)查工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)盒八下段砂體薄、 橫向變化快的特點(diǎn)， 總結(jié)出三步法提高分辨率處理技術(shù)， 第1 步采用疊前Q補(bǔ)償技術(shù)恢復(fù)在傳播過(guò)程中造成的高頻衰減， 有效恢復(fù)高頻信息在地震資料中的真實(shí)相應(yīng)； 第2 步利用炮檢域反褶積技術(shù)對(duì)子波進(jìn)行處理， 改善子波橫向一致性， 壓縮子波， 消除旁瓣影響， 提高主頻； 第3 步通過(guò)壓縮感知拓頻技術(shù)對(duì)資料進(jìn)行拓頻處理， 拓寬資料有效頻帶。 該組合方法有效拓寬了盒八下段的分辨率， 主頻達(dá)到35 Hz， 有效頻寬達(dá)到4～80 Hz， 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)砂體厚度， 精細(xì)刻畫砂體平面展布特征， 為蘇東南地區(qū)盒八下段水平井部署提供有力支撐。 此技術(shù)組合在鄂爾多斯盆地類似目的層具有一定的推廣意義。