◇中國石油遼河油田勘探事業(yè)部 劉 康

本文主要對基于壓縮感知的疊后稀疏反演低頻補償技術(shù)進行了分析與研究，首先簡要闡述了該技術(shù)的基本原理，然后利用模型測試的方式驗證了該方法的有效性，最后將其應(yīng)用于遼河?xùn)|部凹陷青龍臺地區(qū)的實際地震數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：該方法可以在不影響高頻段地震信號的前提之下，有效補償?shù)皖l信號的能量，實現(xiàn)地震弱信號能量的增強。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表明，我國石油和天然氣的消費量巨大，嚴重依賴進口。截止到2020年12月底，我國石油和天然氣的進口量分別為5.4億噸、1.01億噸、對外依存度分別為73%、43%，油氣資源的短缺已經(jīng)嚴重影響了我國的經(jīng)濟發(fā)展和能源安全。目前，隨著我國經(jīng)濟和科技的蓬勃發(fā)展，油氣勘探開發(fā)的效果日益顯著，油氣儲量和產(chǎn)量連年遞增。但是，經(jīng)過多年的開采，我國大部分油田都進入了勘探開發(fā)的中后期，生產(chǎn)的難度日益加大，勘探開發(fā)的目標也逐漸發(fā)生改變，其中最為顯著的一點就是勘探的深度不斷增加[1-2]。隨著勘探的深度持續(xù)加大，地震資料的品質(zhì)會不斷降低，同時地震資料還會缺失低頻和高頻信息，進而嚴重影響了地震資料成像的精度和儲層預(yù)測的可靠性，從而加大了勘探開發(fā)的風險[2-3]。因此，針對地震數(shù)據(jù)頻帶能量補償?shù)姆椒☉?yīng)運而生。

目前，地震資料頻帶能量補償?shù)乃惴ū容^多，但是基本都是對高頻進行補償，針對低頻的能量補償算法較少，而且或多或少都會存在一定的缺陷，很難得到理想的低頻補償效果，給油田深層油氣勘探開發(fā)工作帶來了一定的困難[3,4]。近些年以來，基于壓縮感知理論的采樣和恢復(fù)理論發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)的重建、地震采集觀測系統(tǒng)的設(shè)計、地震數(shù)據(jù)去噪等方面，取得了較好的效果。本文主要對基于壓縮感知的疊后稀疏反演低頻補償技術(shù)進行了分析與研究。

1 基本原理

根據(jù)相關(guān)原理，地震數(shù)據(jù)一般可以表示如下：

對式（1）進行Fourier（傅里葉）變換，將其轉(zhuǎn)換為頻率域，計算公式如下：

2 模型測試

為了驗證該方法的有效性，取主頻為35Hz的雷克子波，在100ms、250ms和400ms處設(shè)置相應(yīng)的反射系數(shù)序列，通過褶積運算得到合成地震記錄。然后運用式（3）和式（4），對合成地震記錄進行低頻補償，結(jié)果見圖1。從圖中可以看出，補償之后的地震數(shù)據(jù)旁瓣得到一定的壓縮，分辨率也得到有效提高。

圖1 低頻補償前后合成地震記錄

3 實際應(yīng)用分析

青龍臺地區(qū)位于遼河?xùn)|部凹陷的北段，探明率比較低，具有比較好的油氣成藏條件。對該區(qū)的地震采集數(shù)據(jù)和區(qū)域地質(zhì)背景進行分析可知，地震資料的處理難度較大，主要的難點有以下4個方面：①拼接工區(qū)井炮和可控震源資料差異及工區(qū)復(fù)雜近地表的影響，使得數(shù)據(jù)子波空間屬性差異明顯；②可控震源激發(fā)數(shù)據(jù)噪音相對炸藥激發(fā)數(shù)據(jù)較重，難以滿足淺層微幅構(gòu)造圈閉及砂體的刻畫需求；③震源激發(fā)區(qū)高頻信號相對較弱，主頻較低，頻帶較窄，加之巖性復(fù)雜使得薄儲層有利砂體的識別預(yù)測難度大；④工區(qū)斷裂構(gòu)造復(fù)雜發(fā)育，潛山邊界及內(nèi)幕不清，速度橫縱向變化較快。

針對上述問題，通過運用高質(zhì)量工區(qū)拼接處理技術(shù)、靜校正技術(shù)、線性噪音壓制技術(shù)、振幅補償技術(shù)、多次波壓制技術(shù)、疊前深度偏移技術(shù)等多種處理方式獲得了疊后地震數(shù)據(jù)。但是經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，疊后地震數(shù)據(jù)10Hz以下的信息有所缺失，在一定程度上會影響后續(xù)地震解釋和儲層預(yù)測的可靠性和精度。因此，本文采用基于壓縮感知的疊后稀疏反演低頻補償技術(shù)對疊后地震數(shù)據(jù)進行了處理，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，補償之后的地震數(shù)據(jù)的能量得到一定程度的增強，同相軸的反射清晰，波組之間的關(guān)系層次分明，斷層面和潛山界面的成像清晰。其次，從頻譜分析的結(jié)果可知，補償之后的深層和淺層地震數(shù)據(jù)頻帶明顯變寬，10Hz以下的信息得到有效補償，分辨率顯著提高，而且沒有損害高頻信息（圖3）。

圖2 低頻補償前后地震資料對比

圖3 低頻補償前后不同深度地震數(shù)據(jù)的頻譜分析對比

4 結(jié)論與認識

地震數(shù)據(jù)缺失低頻信息，不但會降低地震資料的分辨率，而且影響了后續(xù)地震解釋和儲層預(yù)測的精度，尤其是對油田深層油氣勘探開發(fā)的影響較大?；趬嚎s感知的疊后稀疏反演低頻補償技術(shù)可以在不損傷高頻段地震信息的情況下，有效補償?shù)卣饠?shù)據(jù)的低頻信息，不但提高了地震數(shù)據(jù)的分辨率，而且有效改善了地震數(shù)據(jù)的品質(zhì)，并且也為后續(xù)的地震解釋和儲層預(yù)測提供了比較可靠的地震資料，從而為油田深層油氣勘探工作提供了堅實的技術(shù)保障。