姜曉宇 宋 濤 甘利燈 戴曉峰 丁 騫 周曉越

(中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

0 引言

2011年高石梯1井取得突破，掀起了川中古隆起燈影組氣藏勘探開(kāi)發(fā)的熱潮。受沉積及巖溶作用共同控制的燈影組縫洞型儲(chǔ)層具有非均質(zhì)性強(qiáng)、縫洞體尺度小的特點(diǎn)。儲(chǔ)層原生基質(zhì)孔隙欠發(fā)育，次生溶蝕縫洞發(fā)育是氣井高產(chǎn)的主要因素[1]。受埋藏深、短時(shí)期風(fēng)化巖溶作用影響，燈影組主要發(fā)育小尺度巖溶縫洞單元，地震剖面響應(yīng)特征不明顯，是燈影組氣藏縫洞單元地震刻畫(huà)的主要困難。

目前，國(guó)內(nèi)、外學(xué)者在對(duì)塔里木盆地奧陶系的研究中積累了大量利用地震資料預(yù)測(cè)碳酸鹽巖巖溶縫洞體的經(jīng)驗(yàn)[2-6]。大多以應(yīng)用常規(guī)疊后地震資料的方法為主，對(duì)大尺度縫洞體取得了較好的預(yù)測(cè)效果，對(duì)于小尺度縫洞，則受到限制。當(dāng)?shù)叵麓嬖谌芏?、裂縫、地層尖滅點(diǎn)等不連續(xù)體時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生散射波(繞射波)[7]。散射成像利用散射波信息，能夠突出不連續(xù)地質(zhì)體，增強(qiáng)小尺度縫洞體的地震響應(yīng)，對(duì)于洞穴、裂縫等不連續(xù)地質(zhì)體的準(zhǔn)確成像具有重要意義。然而，常規(guī)的地震處理技術(shù)把反射波作為主要的研究對(duì)象，而能量較弱的散射波通常被視為噪聲被去除。即使對(duì)散射波進(jìn)行偏移歸位，也常被能量較強(qiáng)的反射波掩蓋，導(dǎo)致目標(biāo)繞射體的成像分辨率較低。為此要充分利用地震資料中的散射波信息，需要應(yīng)用專門(mén)針對(duì)散射波的處理流程，或者將散射波從全波場(chǎng)中分離出來(lái)實(shí)現(xiàn)單獨(dú)成像。

全方位局部角度域成像技術(shù)是在地下局部角度域(Local Angle Domian，LAD)實(shí)現(xiàn)Kirchhoff偏移。LAD成像的概念[8]最早提出時(shí)，由于炮檢距域成像方法的流行并未受到重視。之后，Audebert[9]完善了LAD系統(tǒng)，給出了LAD的4個(gè)角度參數(shù)[9]；Xu等[10]提出了針對(duì)復(fù)雜介質(zhì)的共散射角成像方法；Brandsberg-Dahl等[11]總結(jié)了散射角、方位角域地震速度分析方法，并用于地震成像和速度建模。Koren等[12]在全方位角成像技術(shù)的理論研究和應(yīng)用推廣方面首次將共反射角偏移引入LAD；受散射成像方法的影響，Koren等[13]在LAD全方位成像理論框架下闡述了傾角道集和反射角道集的產(chǎn)生方法及其用途；Koren等[14]系統(tǒng)闡述了全方位LAD成像技術(shù)的原理，并展示了其在縫洞成像和儲(chǔ)層描述的顯著優(yōu)勢(shì)。中國(guó)學(xué)者對(duì)LAD成像方法研究也做了很多工作。Cheng等[15]基于對(duì)地震波局部方向特征的分析，介紹了方位保真局部角度域Kirchhoff疊前時(shí)間偏移成像方法以及在各向同性、方位各向異性分析中的應(yīng)用；段鵬飛等[16]研究了基于射線的LAD偏移算法，用TI介質(zhì)對(duì)比分析了兩種不同的射線追蹤方法，并進(jìn)一步發(fā)展了LAD高斯束疊前深度偏移方法。

為了增強(qiáng)燈影組氣藏小尺度縫洞體地震反射特征、預(yù)測(cè)小尺度縫洞體的分布，本文基于全方位LAD深度偏移處理方法，對(duì)全方位共傾角道集進(jìn)行散射加權(quán)處理，得到散射成像數(shù)據(jù)體，能夠突出小尺度縫洞體的地震反射特征。根據(jù)小尺度縫洞體在散射成像數(shù)據(jù)剖面上表現(xiàn)的強(qiáng)能量特征，提取散射成像數(shù)據(jù)的能量體屬性，刻畫(huà)縫洞體儲(chǔ)層的分布特征。

1 全方位LAD成像方法

全方位LAD成像方法將地表記錄地震數(shù)據(jù)映射到地下成像點(diǎn)的LAD，從成像點(diǎn)向地面進(jìn)行射線追蹤成像，所有的射線都參與成像，避免了散射能量的損失，同時(shí)記錄了地下介質(zhì)成像點(diǎn)的真正角度域信息(方位、方向、能量、傾角等)，產(chǎn)生兩個(gè)互補(bǔ)的全方位、三維的角度域道集：共反射角道集和共傾角道集。

全方位LAD處理方法有如下優(yōu)點(diǎn)：①該方法能克服共炮檢距道集中存在的假象，提高地震成像精度； ②由于成像的優(yōu)勢(shì)，該方法得到的道集包含了地層全部真實(shí)的方位角信息，并且能夠得到真實(shí)的振幅異常，繼而反映出地下速度和巖性變化[17-18]； ③全方位共傾角道集能夠根據(jù)地下不同反射波場(chǎng)區(qū)分出反映連續(xù)界面反射特征的鏡像能量和反映不連續(xù)反射特征的散射能量，通過(guò)加權(quán)疊加得到散射成像數(shù)據(jù)體，突出洞穴等非連續(xù)地質(zhì)體的幾何特征。

對(duì)于地下連續(xù)界面上的反射點(diǎn)，在傾角道集上表現(xiàn)為“碗狀”結(jié)構(gòu)，把連續(xù)界面上反射點(diǎn)所產(chǎn)生的能量叫做鏡像能量；對(duì)于地下獨(dú)立繞射點(diǎn)，在傾角道集上顯示為近似的一條直線，而對(duì)于斷層所對(duì)應(yīng)的棱鏡波，會(huì)在傾角道集固定的方位角上表現(xiàn)為能量的規(guī)則分布特征，它們所對(duì)應(yīng)的能量統(tǒng)稱為散射能量，反映的是地下溶洞、特殊巖性體、斷裂等地質(zhì)異常信息。將這些信息分離出來(lái)進(jìn)行分析和應(yīng)用，對(duì)于研究區(qū)小尺度縫洞體的刻畫(huà)有重要意義。

鏡像成像是垂直法線的鏡像反射能量的疊加體，是一個(gè)將真實(shí)反映地層傾角的共反射點(diǎn)道集進(jìn)行疊加的過(guò)程，與常規(guī)克?；舴蚱品ǖ玫降寞B后地震資料相比，全方位LAD的偏移成像方法得到的鏡像成像數(shù)據(jù)體能夠顯著提高資料的信噪比(圖1)。

圖1 常規(guī)克希霍夫(a)與全方位LAD(b)偏移剖面對(duì)比

散射成像體是在壓制鏡像能量后的疊加剖面，主要體現(xiàn)非連續(xù)地質(zhì)特征的成像。一般情況下，為了加強(qiáng)儲(chǔ)層界面的成像質(zhì)量，會(huì)適當(dāng)增大鏡像疊加權(quán)重，壓制散射能量，本文為了反映小尺度縫洞體等不連續(xù)現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臏p小鏡像權(quán)重進(jìn)行散射能量加權(quán)疊加，得到散射成像體。如圖2所示，gs9井鉆井存在鉆具放空、鉆井液大量漏失現(xiàn)象，顯示該段縫洞體發(fā)育。常規(guī)疊后成像突出了層界面的成像連續(xù)性，而層內(nèi)小尺度縫洞體沒(méi)有明顯的地震響應(yīng)。散射成像去除了頂面強(qiáng)反射的影響，突出了內(nèi)部縫洞等不連續(xù)體的地震反射特征，在gs9井處，可見(jiàn)類似串珠狀的地震反射特征(圖2b橢圓圈所示)，為小尺度縫洞體的識(shí)別及預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

圖2 常規(guī)疊后(a)與散射成像(b)剖面對(duì)比

2 散射成像數(shù)據(jù)的應(yīng)用及效果

2.1 井旁地震道頻譜分析

通過(guò)井旁地震道的頻譜成像，可幫助建立儲(chǔ)層特征與振幅譜和相位譜的定量關(guān)系，使對(duì)頻譜成像處理結(jié)果的解釋更具物理意義和地質(zhì)意義。本文首先通過(guò)井點(diǎn)模擬方法確定儲(chǔ)層頻譜成像技術(shù)能夠識(shí)別研究區(qū)的縫洞體儲(chǔ)層。如圖3所示，在縫洞體發(fā)育的鉆井液漏失段，散射成像頻譜分解結(jié)果表現(xiàn)為在15～45Hz頻帶內(nèi)的強(qiáng)能量譜特征，因此為了突出縫洞體的能量特征，提取此頻帶內(nèi)的總能量屬性對(duì)縫洞體進(jìn)行描述。

圖3 井旁地震道的頻譜成像分析

總能量體屬性用地震數(shù)據(jù)有效頻帶范圍內(nèi)振幅譜的積分來(lái)表征，相當(dāng)于低截頻到高截頻之間的振幅譜的總面積(圖4)。能量體屬性的計(jì)算公式為

圖4 能量體屬性示意圖

(1)

式中：A為振幅；f為頻率；fH為高截頻；fL為低截頻。

根據(jù)上述公式計(jì)算井旁道的能量體，可以看到，能量體屬性高值與鉆井液漏失段位置十分吻合(圖3)，表征了研究區(qū)小尺度縫洞體的發(fā)育位置。

2.2 應(yīng)用效果分析

利用上述能量體計(jì)算公式，計(jì)算整個(gè)工區(qū)內(nèi)散射成像數(shù)據(jù)的能量體屬性。從過(guò)gs9井地震和能量體剖面(圖2b、圖5)可以看出，散射數(shù)據(jù)提取的能量體屬性清晰地刻畫(huà)了散射成像剖面上縫洞體的串珠狀反射特征。分別對(duì)常規(guī)疊后數(shù)據(jù)和散射成像數(shù)據(jù)提取能量體屬性，常規(guī)疊后數(shù)據(jù)計(jì)算的能量體屬性反映了常規(guī)疊后地震數(shù)據(jù)剖面的儲(chǔ)層界面的連續(xù)、強(qiáng)反射特征，無(wú)論是常規(guī)疊后地震數(shù)據(jù)還是由此計(jì)算出來(lái)的能量體屬性都與不能反映縫洞體的特征(圖2a、圖6)。散射成像計(jì)算的能量體屬性與井上漏失段位置相符，能夠反映縫洞體的分布特征(圖5、圖7)。

圖5 過(guò)gs9井散射成像能量體剖面

圖6 過(guò)gs001-H33井常規(guī)疊后剖面(a)及其能量體剖面(b)

圖7 過(guò)gs001-H33井散射成像剖面(a)及其能量體剖面(b)

平面上，散射成像能量體屬性預(yù)測(cè)的縫洞體成分散的點(diǎn)狀分布，符合巖溶作用控制的縫洞體分布地質(zhì)特征，而常規(guī)疊后數(shù)據(jù)計(jì)算的能量體屬性在工區(qū)邊界呈塊狀分布，沒(méi)有明確的地質(zhì)意義(圖8)。

圖8 散射成像(a)與常規(guī)疊后(b)目的層能量體切片對(duì)比

3 結(jié)論

本文針對(duì)川中燈影組儲(chǔ)層小尺度縫洞體預(yù)測(cè)難題，從處理解釋一體化研究著手，通過(guò)全方位局部角度域處理方法得到全方位共傾角道集，對(duì)其進(jìn)行散射加權(quán)處理，得到散射成像數(shù)據(jù)體，突出了小尺度縫洞體的地震反射特征，根據(jù)小尺度洞穴體在散射成像數(shù)據(jù)剖面上表現(xiàn)的強(qiáng)能量特征，提取散射成像數(shù)據(jù)的能量體屬性，刻畫(huà)了縫洞體儲(chǔ)層的分布特征。得到以下結(jié)論：

(1)相比于常規(guī)Kirchhoff偏移成像方法，全方位局部角度域偏移方法成像效果更好；

(2)散射成像數(shù)據(jù)體能夠提高地震數(shù)據(jù)對(duì)不連續(xù)地質(zhì)體的分辨能力，反映小尺度縫洞體等地質(zhì)現(xiàn)象；

(3)以川中燈影組儲(chǔ)層為例，運(yùn)用散射成像數(shù)據(jù)體提取的屬性特征比常規(guī)的疊后地震數(shù)據(jù)提取的屬性特征更能反映縫洞體等不連續(xù)地質(zhì)體的分布特征。