周東紅,段新意

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司,天津300459)

作為渤海油田的主力探區(qū),渤南探區(qū)歷經(jīng)近50年的勘探,發(fā)現(xiàn)了一批大中型油氣田,貢獻(xiàn)了渤海油田近1/4的產(chǎn)量[1]。但隨著渤南探區(qū)勘探程度越來(lái)越高,大中型油田發(fā)現(xiàn)難度越來(lái)越大。為尋求勘探突破,渤南探區(qū)的勘探方向由成熟的構(gòu)造油氣藏轉(zhuǎn)向更為復(fù)雜的巖性油氣藏,并選擇萊北地區(qū)作為巖性油氣藏勘探的主攻方向[2]。萊北地區(qū)新近系地層埋深較淺(800～1500m),主要表現(xiàn)為高孔低膠結(jié)特征,該區(qū)斷裂和氣云發(fā)育,現(xiàn)有地震資料頻帶范圍有限、保幅性差,導(dǎo)致難以有效判斷儲(chǔ)層發(fā)育模式,嚴(yán)重制約了探區(qū)巖性勘探進(jìn)程,亟需提高地震資料的成像品質(zhì)。

在巖性勘探領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了大量研究。邸志欣等[3]針對(duì)復(fù)雜巖性油氣藏提出了高精度、高密度地震采集技術(shù),該技術(shù)在勝利油田多個(gè)工區(qū)的應(yīng)用顯著提高了原始地震資料的品質(zhì)。馬光克等[4]針對(duì)分辨率低的地震資料,采用多次波聯(lián)合建模、四維插值規(guī)則化及精細(xì)的地震速度分析技術(shù),提高了地震分辨率,并使得砂體接觸關(guān)系更加清晰。王艷冬等[5]針對(duì)淺水區(qū)寬頻處理問(wèn)題,研發(fā)了針對(duì)τ-p域鬼波和淺水多次波的壓制技術(shù)。馮波等[6]針對(duì)巖性勘探中層析反演計(jì)算精度不足的問(wèn)題,提出了一種特征波反射層析反演方法,有效提升了建模精度和計(jì)算效率。徐嘉亮等[7]針對(duì)層析反演計(jì)算效率低的問(wèn)題,建立剩余時(shí)差與剩余速度之間的關(guān)系,在保證建模精度的同時(shí)有效提高了計(jì)算效率。徐德奎等[8]針對(duì)大型氣云發(fā)育區(qū)成像質(zhì)量問(wèn)題,模擬了多種地震采集方法及不同因素的影響,為海上氣云區(qū)采集觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。夏同星等[9]針對(duì)渤海灣盆地氣云區(qū)發(fā)育問(wèn)題,研究了Q值層析反演氣云區(qū)能量吸收衰減補(bǔ)償技術(shù),解決了氣云區(qū)地震能量吸收衰減嚴(yán)重的問(wèn)題。TENG等[10]利用基于Q吸收補(bǔ)償?shù)寞B前深度偏移成像來(lái)消除氣云屏蔽的影響。李振春等[11]針對(duì)常規(guī)反Q偏移方法存在的穩(wěn)定性問(wèn)題,提出在反演框架下求解黏聲介質(zhì)成像問(wèn)題的方法,有效改善了成像結(jié)果分辨率及精度?？锉蟮萚12]針對(duì)實(shí)際地震資料子波不確定性問(wèn)題以及深度偏移速度場(chǎng)不夠精確的問(wèn)題,利用三維自適應(yīng)最小二乘逆時(shí)偏移技術(shù),改善了復(fù)雜斷塊的成像質(zhì)量。目前,針對(duì)渤海油田巖性油氣藏勘探面臨的難題研究相對(duì)較少,實(shí)際地震資料處理面臨諸多挑戰(zhàn)。

本文針對(duì)渤海氣云發(fā)育區(qū)高孔低膠結(jié)地層地震資料品質(zhì)差的問(wèn)題,以研究區(qū)地質(zhì)情況和現(xiàn)有拖纜地震資料為基礎(chǔ),首先結(jié)合正演模擬分析了處理難點(diǎn),然后針對(duì)淺水環(huán)境下多次波壓制、氣云發(fā)育區(qū)速度建模、淺層Q值估算以及保幅偏移成像等影響地震資料成像的主控因素進(jìn)行了一系列關(guān)鍵技術(shù)的探索和研究,最終形成了渤海淺水環(huán)境下氣云發(fā)育區(qū)高孔低膠結(jié)地層地震資料成像策略,該策略有效改善了地震資料成像品質(zhì),并在渤海萊北地區(qū)A油田取得良好的應(yīng)用效果。

1 地震資料處理難點(diǎn)

萊北地區(qū)位于渤海南部海域,緊鄰黃河口富生烴凹陷,油源充足,主要目的層新近系為曲流河和淺水三角洲沉積,河流相砂體發(fā)育,儲(chǔ)蓋組合較好。儲(chǔ)層以大型復(fù)合河道砂體為主,孔隙度高(平均孔隙度約為35%),膠結(jié)程度低,地層疏松[1-2]。這種高孔低膠結(jié)地層對(duì)地震波具有極強(qiáng)的衰減效應(yīng),從而導(dǎo)致地震資料頻帶窄、保幅性差。萊北地區(qū)砂體受上覆氣云等復(fù)雜地質(zhì)體的屏蔽和散射效應(yīng)影響,導(dǎo)致地震速度橫向變化快,地震資料信噪比低,構(gòu)造及砂體成像質(zhì)量差(圖1中紅色框所示),給地震資料處理帶來(lái)極大挑戰(zhàn),主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1) 海上地震勘探采集的資料中存在大量的多次波,它們與有效反射波相互混疊,導(dǎo)致有效反射波波形發(fā)生變化,地震資料信噪比和保幅性降低。其中,與海面和海底相關(guān)的鬼波和淺水多次波的旅行時(shí)與有效反射波的旅行時(shí)差異較小,故難以有效壓制鬼波和淺水多次波。

2) 受淺層氣云的影響,地震資料信噪比明顯降低,甚至出現(xiàn)異常強(qiáng)反射或空白反射,通常進(jìn)行反射波初至拾取時(shí),在氣云區(qū)內(nèi)和遠(yuǎn)離氣云區(qū)的遠(yuǎn)偏移距處初至拾取不準(zhǔn)確,與實(shí)際地震資料初至誤差大,導(dǎo)致求取的速度模型不準(zhǔn)確,進(jìn)而影響最終速度模型的精度。

3) 高孔低膠結(jié)地層對(duì)地震波具有強(qiáng)烈的吸收衰減作用,尤其是高頻反射波能量衰減嚴(yán)重,導(dǎo)致地震資料有效信息缺失,成像結(jié)果保幅性差,巖性圈閉識(shí)別困難。

圖1 萊北地區(qū)過(guò)氣云發(fā)育區(qū)地震剖面

2 方法技術(shù)

針對(duì)上述難點(diǎn),本文系統(tǒng)研究了淺水環(huán)境下氣云發(fā)育區(qū)高孔低膠結(jié)地層的地震資料處理技術(shù),形成了淺水環(huán)境下氣云發(fā)育區(qū)高孔低膠結(jié)地層地震資料成像策略,有效提高了渤海氣云發(fā)育區(qū)高孔低膠結(jié)地層地震資料的成像質(zhì)量。

2.1 淺水環(huán)境下多次波壓制方法

海洋地震勘探采集資料中鬼波和淺水多次波發(fā)育,導(dǎo)致地震資料波組關(guān)系混亂,地震資料有效頻帶變窄,相位發(fā)生變化,嚴(yán)重影響后續(xù)儲(chǔ)層發(fā)育模式的判別[13]。從圖2可知,鬼波的存在導(dǎo)致地震子波相位發(fā)生明顯改變,低頻能量缺失(圖2b中綠色箭頭所示);淺水多次波的存在使得地震子波出現(xiàn)“拖尾”現(xiàn)象,頻譜出現(xiàn)“陷波”現(xiàn)象(圖2b中紅色箭頭所示)。因此,開(kāi)展鬼波和淺水多次波壓制工作,恢復(fù)和拓展地震資料頻帶尤為必要。

圖2 時(shí)間域子波(a)及對(duì)應(yīng)頻譜(b)

反鬼波算子的求取通常與采集記錄的電纜深度相關(guān),但受海浪、潮汐等影響,采集記錄的電纜深度與實(shí)際電纜沉放深度誤差較大,導(dǎo)致鬼波壓制結(jié)果中出現(xiàn)明顯的噪聲(圖3a紅色箭頭所示)。因此,本文根據(jù)殘差能量最小準(zhǔn)則,求取準(zhǔn)確的電纜沉放深度和海水反射系數(shù),進(jìn)而得到精確的反鬼波算子。圖3b 為采用精確反鬼波算子得到的鬼波壓制結(jié)果,壓制后的地震資料信噪比明顯提升。

圖3 水平層狀模型數(shù)據(jù)的鬼波壓制結(jié)果a 常規(guī)鬼波壓制結(jié)果; b 采用精確反鬼波算子的鬼波壓制結(jié)果

由于渤海平均水深僅為18m,最大水深不超過(guò)40m,屬于極淺水環(huán)境,海底反射與直達(dá)波混疊,因而常規(guī)自由表面多次波衰減方法(surface-related multiple elimination,SRME)難以有效壓制淺水多次波[14]?；谒畬?自由表面下的海水層)模型的格林函數(shù)淺水多次波預(yù)測(cè)方法克服了常規(guī)方法在淺水多次波預(yù)測(cè)中的不足,無(wú)需識(shí)別海底反射,利用采集過(guò)程中記錄的水深和速度信息建立水體模型,能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出淺水多次波[15]。

在建立準(zhǔn)確水層模型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建含有角度信息的雙程格林函數(shù),對(duì)構(gòu)建的格林函數(shù)與原始地震記錄進(jìn)行計(jì)算,獲得各地震道在目標(biāo)地震道產(chǎn)生的淺水多次波預(yù)測(cè)結(jié)果,再對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行疊加即可獲得淺水多次波預(yù)測(cè)結(jié)果:

(1)

式中:M為預(yù)測(cè)的淺水多次波;G0為格林函數(shù);D為地震記錄;xr為接收點(diǎn)位置;xs為震源點(diǎn)位置;xk為目標(biāo)地震道位置;ω為角頻率。

并非上述所有的地震道計(jì)算結(jié)果對(duì)目標(biāo)道淺水多次波的預(yù)測(cè)結(jié)果都有貢獻(xiàn),冗余的數(shù)據(jù)將會(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果信噪比降低,而且計(jì)算和疊加全部地震道所需的運(yùn)算量大,對(duì)內(nèi)存要求高。因此,本文采用菲涅爾帶約束方法篩選出對(duì)目標(biāo)地震道處淺水多次波有貢獻(xiàn)的地震道,而后進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)加權(quán)疊加,從而得到預(yù)測(cè)精度更高、計(jì)算效率更高的淺水多次波預(yù)測(cè)結(jié)果:

(2)

式中:xi和xj分別為菲涅爾帶范圍內(nèi)的起、止地震道位置。

從圖4所示的淺水多次波預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出,采用常規(guī)方法得到的淺水多次波預(yù)測(cè)結(jié)果信噪比低,存在明顯的線性噪聲(圖4b中紅色箭頭所示),而采用菲涅爾帶約束方法得到的淺水多次波預(yù)測(cè)結(jié)果信噪比明顯提升。在此基礎(chǔ)上,對(duì)原始地震記錄與預(yù)測(cè)的淺水多次波結(jié)果進(jìn)行自適應(yīng)相減,最終得到波組關(guān)系有效改善的壓制結(jié)果。

圖4 淺水多次波壓制效果a 含淺水多次波記錄; b 采用常規(guī)方法得到的淺水多次波預(yù)測(cè)結(jié)果; c 采用菲涅爾帶約束方法得到的淺水多次波預(yù)測(cè)結(jié)果; d 淺水多次波壓制結(jié)果

2.2 回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析速度建模方法

由于萊北地區(qū)目的層為新近系,主要反射信息多為近偏移距數(shù)據(jù),射線密度不足,且受氣云影響,利用反射波層析方法反演得到的淺層速度存在較大的不確定性,進(jìn)而影響最終速度模型的精度[16]?；剞D(zhuǎn)波在地震記錄上總是以初至波的形式出現(xiàn),易于拾取,并且射線密度能夠滿足反演需求,因此利用回轉(zhuǎn)波層析能夠較為準(zhǔn)確地反演淺層速度模型。分析萊北地區(qū)實(shí)際地質(zhì)條件可知,淺層主要為薄互層,回轉(zhuǎn)波發(fā)育。因此,本文提出了采用回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析的速度建模方法,首先利用回轉(zhuǎn)波層析反演建立淺層速度模型,并將該模型作為反射波層析初始模型進(jìn)一步更新中、深層速度,然后多次反演迭代,最終獲得高精度速度模型。

作為一種初至波層析建模的方法,回轉(zhuǎn)波層析反演利用回轉(zhuǎn)波走時(shí)和路徑,反演介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)。該方法不僅適用于縱向連續(xù)沉積的介質(zhì)模型,還適應(yīng)于橫向變化和速度倒轉(zhuǎn)的介質(zhì)模型,即對(duì)復(fù)雜模型有較好的適應(yīng)性[17]。從圖5可以看出,非氣云區(qū)地震資料信噪比高,初至拾取準(zhǔn)確,而在氣云區(qū)內(nèi)和氣云區(qū)附近的遠(yuǎn)偏移距地震資料信噪比低,初至拾取困難。由于自動(dòng)拾取方法受地震資料信噪比影響較大,導(dǎo)致圖5b 和圖5c中初至拾取不準(zhǔn)確(圖5中綠色箭頭所示為初至自動(dòng)拾取結(jié)果),與實(shí)際地震資料初至誤差大,這會(huì)導(dǎo)致后期求取的速度模型不準(zhǔn)確。因此,在氣云發(fā)育區(qū)附近進(jìn)行了精細(xì)初至拾取,人工調(diào)整后,得到了更加準(zhǔn)確的拾取結(jié)果,從圖5中人工調(diào)整后的拾取結(jié)果(黑色箭頭所示)可以看出,無(wú)論是信噪比高的非氣云區(qū)還是信噪比低的氣云區(qū),初至拾取結(jié)果均較為準(zhǔn)確,與實(shí)際地震資料的旅行時(shí)相符合,這也為獲得精度更高的淺層回轉(zhuǎn)波層析反演結(jié)果奠定了基礎(chǔ)。

圖5 單炮記錄拾取結(jié)果a 非氣云區(qū)單炮記錄; b 氣云區(qū)單炮記錄; c 氣云區(qū)附近單炮記錄

回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析速度建模方法的具體流程如下:首先,對(duì)疊前時(shí)間偏移速度場(chǎng)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換得到初始的深度域速度模型;然后利用回轉(zhuǎn)波層析得到較為準(zhǔn)確的淺層速度場(chǎng);再結(jié)合工區(qū)內(nèi)典型的構(gòu)造層位信息建立地質(zhì)模型;而后將回轉(zhuǎn)波層析得到的淺層速度場(chǎng)與地質(zhì)層位進(jìn)行融合,得到淺層速度較為準(zhǔn)確的層速度模型;在此基礎(chǔ)上,對(duì)中、深層進(jìn)行沿層速度拾取和分析,利用反射波層析反演迭代修改速度-深度模型,最終獲得精度更高的速度模型。上述方法具有地質(zhì)格架約束含義,能夠表達(dá)復(fù)雜的地質(zhì)模型,所建立的地質(zhì)模型受地質(zhì)構(gòu)造約束,具有地質(zhì)意義,故方法具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

上述速度建模方法在淺層采用回轉(zhuǎn)波層析方法,保證了淺層速度模型的準(zhǔn)確性;在中、深層采用沿地質(zhì)層位的反射波層析反演方法,控制了速度模型的低頻趨勢(shì)。該方法既保留了回轉(zhuǎn)波反演得到的高精度淺層模型,又在中、深層體現(xiàn)了地質(zhì)格架約束的特征,最終得到的速度模型整體精度高。

2.3 基于復(fù)譜分解的井震聯(lián)合Q值估算技術(shù)

譜比法是常用的Q值估計(jì)方法,但該方法要求地震反射子波為非調(diào)諧平穩(wěn)信號(hào),而實(shí)際地震資料中的反射子波為調(diào)諧非平穩(wěn)信號(hào),故利用該方法難以獲得準(zhǔn)確的儲(chǔ)層頂、底反射。因此將時(shí)頻分析技術(shù)引入到Q值估計(jì)中,以獲得更加準(zhǔn)確的地震反射子波振幅譜。短時(shí)傅里葉變換、S變換和小波變換等常規(guī)時(shí)頻分析方法的穩(wěn)定性和聚焦性仍存在一定不足,在薄互層處的時(shí)頻譜誤差仍較大。復(fù)譜分解方法的理論基礎(chǔ)是基于非平穩(wěn)地震褶積模型反演得到的時(shí)頻譜,可以用于去除子波的影響,還可以在一定程度上降低薄層調(diào)諧的影響[18]。

復(fù)譜分解方法是一種高分辨率地震信號(hào)時(shí)頻分析方法,該方法將譜分解描述為一個(gè)線性反演問(wèn)題,然后采用稀疏約束正則化策略求解該線性反演問(wèn)題,最終得到一個(gè)具有高時(shí)頻分辨率的時(shí)頻譜[19]。該高分辨率稀疏反演復(fù)譜分解方法的數(shù)學(xué)模型公式為:

(3)

式中:s表示地震記錄;Wi表示以頻率fi為主頻的與頻率相關(guān)的復(fù)子波褶積矩陣;ri表示與Wi相對(duì)應(yīng)的與頻率相關(guān)的復(fù)反射系數(shù);N表示參與計(jì)算的頻率個(gè)數(shù),且i=1,2,…,N;A表示復(fù)子波卷積矩陣庫(kù);x表示與頻率相關(guān)的復(fù)反射系數(shù)矩陣;n表示隨機(jī)噪聲。

(3)式是一個(gè)欠定問(wèn)題,為了降低解的不確定性并獲得稀疏的時(shí)頻譜,需要對(duì)x執(zhí)行稀疏約束,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為基追蹤去噪問(wèn)題進(jìn)行求解,即:

(4)

我們采用高效、穩(wěn)健的交替方向算法(alternating direction method,ADM)求解無(wú)約束基追蹤去噪問(wèn)題以實(shí)現(xiàn)復(fù)譜分解。首先引入輔助變量υ∈m,然后將(4)式轉(zhuǎn)換為以下等效形式:

(5)

由圖6中合成信號(hào)的時(shí)頻分析結(jié)果可以看出,復(fù)譜分解得到的時(shí)頻譜比連續(xù)小波變換(continuous wavelet transform,CWT)方法得到的時(shí)頻譜分辨率更高,這也為后續(xù)Q值估計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

然后利用復(fù)譜分解方法求取初始時(shí)頻譜CSD(t0,f),并根據(jù)地震波在均勻介質(zhì)中傳播的衰減規(guī)律,可獲得衰減振幅譜計(jì)算公式:

(6)

式中:t為時(shí)間;t0為初始時(shí)間;f為頻率;Q為品質(zhì)因子;CSD(t0,f)為地震信號(hào)的初始振幅譜;A(t)為與時(shí)間相關(guān)的因子。對(duì)(6)式兩邊取自然對(duì)數(shù),可得:

(7)

為了方便計(jì)算、減少計(jì)算時(shí)間,我們采用降維的方法,(7)式可進(jìn)一步化簡(jiǎn)為以頻率f為自變量的一次函數(shù):

圖6 合成信號(hào)的時(shí)頻分析結(jié)果a合成信號(hào); b 連續(xù)小波變換結(jié)果; c 復(fù)譜分解結(jié)果

(8)

式中:y(χ)表示頻譜比值;χ=(t-t0)·f;C表示常量。

最后,我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,采用最小平方法估算Q值:

(9)

式中:J為目標(biāo)函數(shù)。再利用典型井的最佳匹配Q曲線,對(duì)根據(jù)地震資料求取的Q值數(shù)據(jù)體(簡(jiǎn)稱Q體)進(jìn)行數(shù)值校正,使Q體的數(shù)值精度在合理的范圍內(nèi),從而得到井震匹配的最佳Q體并用于后續(xù)的黏聲逆時(shí)偏移成像處理。圖7a所示為過(guò)氣云發(fā)育區(qū)地震剖面,圖7b和圖7c分別為利用連續(xù)小波變換方法和復(fù)譜分解方法求取的Q剖面,可以看出,利用復(fù)譜分解方法求取的Q剖面分辨率更高,與地震剖面中氣云發(fā)育區(qū)吻合更好。

圖7 地震剖面與實(shí)際Q剖面a 過(guò)氣云發(fā)育區(qū)地震剖面; b 利用連續(xù)小波變換方法求取的Q剖面; c 利用復(fù)譜分解方法求取的Q剖面

2.4 黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移成像技術(shù)

通常,我們對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行反Q濾波處理以補(bǔ)償吸收衰減,但這種處理方法基于一維波反向傳播,故只需要一維Q模型。實(shí)際上,地震波的吸收衰減不僅與傳播時(shí)間相關(guān),還與速度場(chǎng)的分布、子波的頻率、地下構(gòu)造、射線路徑等多個(gè)因素有關(guān)系,僅利用反Q濾波方法進(jìn)行一維補(bǔ)償顯然不能準(zhǔn)確處理實(shí)際地質(zhì)情況[20]。因?yàn)榈卣鸩▓?chǎng)的衰減和相位頻散是在地震波傳播過(guò)程中發(fā)生的,所以在基于波動(dòng)方程的疊前深度偏移過(guò)程中,補(bǔ)償這些影響更加準(zhǔn)確。因此,本次研究采用了黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移成像技術(shù)。

假設(shè)地下介質(zhì)為黏聲介質(zhì),并且地震波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)衰減并頻散,為了反映成像過(guò)程中吸收衰減的影響,需要改進(jìn)黏聲介質(zhì)的平面波解,即聲介質(zhì)的平面波解乘以一個(gè)指數(shù)衰減項(xiàng)A,它是衰減系數(shù)和傳播距離的函數(shù)。地震波由震源激發(fā)、傳播到反射層并被反射到檢波點(diǎn)處,地震波在黏聲介質(zhì)中傳播時(shí),在下行和上行過(guò)程中受黏性累積的影響,檢波點(diǎn)處接收到的波場(chǎng)為:

(10)

(11)

對(duì)某吸收衰減模型分別進(jìn)行常規(guī)逆時(shí)偏移和黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移,結(jié)果如圖8所示,雖然常規(guī)方法和黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移方法均能對(duì)構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行成像,但是隨著深度逐漸增加,吸收衰減作用越來(lái)越明顯,常規(guī)逆時(shí)偏移成像剖面中能量逐漸減弱,而黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移成像剖面中整體能量均衡,而且剖面中同相軸的分辨率也得到了明顯的提高。

圖8 逆時(shí)偏移成像剖面a 常規(guī)逆時(shí)偏移; b 黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移

3 實(shí)際應(yīng)用

渤海萊北地區(qū)A油田主要目的層段為典型的氣云發(fā)育區(qū)高孔低膠結(jié)地層,平均水深約為18m,拖纜地震采集得到的地震資料中鬼波和淺水多次波發(fā)育。針對(duì)該問(wèn)題,首先進(jìn)行了鬼波和淺水多次波壓制。如圖9所示,鬼波和淺水多次波壓制后的地震資料波組特征明顯改善,波組關(guān)系更明確,自相關(guān)剖面中有效反射能量更加集中,周期性多次波得到了很好的壓制(圖9d中紅色箭頭所示)。圖10a中鬼波和淺水多次波壓制前的速度譜能量團(tuán)橫向聚焦性差,圖10b 中鬼波和淺水多次波壓制后的速度譜能量團(tuán)更加聚焦。

圖9 鬼波和淺水多次波壓制前、后的地震資料a 壓制前單炮記錄; b 壓制后單炮記錄; c 壓制的多次波; d 壓制前自相關(guān)剖面; e 壓制后自相關(guān)剖面

由于萊北地區(qū)淺層氣云發(fā)育,地震資料信噪比低,故采用常規(guī)方法拾取初至困難,進(jìn)而導(dǎo)致速度場(chǎng)精度不足。因此,結(jié)合萊北地區(qū)的地質(zhì)地震特點(diǎn),對(duì)該區(qū)開(kāi)展了回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析速度建模,從圖11 速度體的“椅狀”切片可以看出,相比初始輸入速度,經(jīng)過(guò)沿層層析速度反演后的速度模型的精度更高,細(xì)節(jié)刻畫(huà)更為清晰。尤其是在淺層氣云發(fā)育區(qū),常規(guī)反射波層析速度建模結(jié)果精度較低(圖12a),與實(shí)際氣云發(fā)育區(qū)的復(fù)雜地質(zhì)情況匹配度較差。基于回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析速度建模方法得到的速度建模結(jié)果精度大幅提升(圖12b),較為準(zhǔn)確地反映了氣云發(fā)育情況(圖12b中黑色方框所示)。

為了進(jìn)一步對(duì)比回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析速度建模方法和常規(guī)反射波層析速度建模方法的精度,在研究區(qū)隨機(jī)選擇了部分井對(duì)速度模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果如圖13所示。圖13a為研究區(qū)V油組頂面等T0圖,包括在工區(qū)抽取的7口井分布情況。抽取過(guò)A井點(diǎn)處地震速度曲線與真實(shí)測(cè)井速度,利用回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析速度建模方法得到的速度(圖13b紅線)比利用常規(guī)反射波層析方法得到的速度(圖13b藍(lán)線)精度更高,與測(cè)井真實(shí)速度(圖13b黑線)一致性更高。對(duì)比研究區(qū)內(nèi)7口井井震速度吻合率(圖13c)可知,利用回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析速度建模方法(圖13c所示紅線)可以極大地提高速度建模精度,相較于常規(guī)層析方法(圖13c所示藍(lán)線),建模精度提升了約13%。

受氣云和高孔低膠結(jié)地層的吸收衰減作用影響,研究區(qū)地震資料有效頻率缺失,保幅性差,為提高成像質(zhì)量,首先進(jìn)行了Q值估算,再基于得到的Q體(圖14)進(jìn)行黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移成像。圖15 為過(guò)氣云發(fā)育區(qū)常規(guī)逆時(shí)偏移剖面與采用本文策略得到的黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移剖面(深時(shí)轉(zhuǎn)換到了時(shí)間域)。常規(guī)逆時(shí)偏移未考慮地層衰減影響,氣云區(qū)(圖15a 中藍(lán)框所示)振幅明顯減弱,采用本文策略得到的黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移剖面中氣云造成的振幅衰減得到了有效恢復(fù)。

圖10 鬼波和淺水多次波壓制前(a)、后(b)速度譜

圖11 速度模型a 初始速度模型; b 回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析速度建模結(jié)果

圖12 淺層層析速度建模結(jié)果a 常規(guī)反射波層析; b 回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析

圖13 不同方法速度建模結(jié)果與真實(shí)速度a V油組頂面等T0圖; b 過(guò)A井不同方法得到的速度與真實(shí)速度對(duì)比; c 不同方法得到的速度模型與真實(shí)速度吻合率

圖14 三維Q體

圖15 采用不同方法得到的逆時(shí)偏移剖面a 常規(guī)逆時(shí)偏移; b 本文策略

4 效果分析

根據(jù)萊北地區(qū)某油田研究區(qū)的地震地質(zhì)情況,首先對(duì)采集的原始地震資料開(kāi)展了鬼波和淺水多次波壓制等寬頻處理工作,然后采用回轉(zhuǎn)波與反射波聯(lián)合層析方法進(jìn)行速度建模,最后基于估算的Q場(chǎng)信息進(jìn)行了黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移成像。對(duì)比圖16中常規(guī)偏移方法和根據(jù)本文策略得到的偏移剖面(深時(shí)轉(zhuǎn)換到了時(shí)間域)可知,相較于常規(guī)偏移方法,根據(jù)本文策略得到的地震資料成像品質(zhì)明顯提升,地震資料中波組關(guān)系更加清晰(圖16b)。分別提取不同方法策略得到的目的層段偏移結(jié)果屬性,對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),根據(jù)本文策略得到的偏移結(jié)果中,砂體地震響應(yīng)與已鉆井更加吻合,橫向展布更加符合地質(zhì)規(guī)律(圖17)。對(duì)比分析常規(guī)方法和根據(jù)本文策略得到的偏移結(jié)果在目的層段的頻譜可知,根據(jù)本文策略得到的地震資料有效頻帶由8～59Hz拓展至4～96Hz,增加了1.5個(gè)倍頻程(圖18)。

圖16 常規(guī)偏移剖面(a)與利用本文策略得到的偏移剖面(b)

圖17 常規(guī)偏移結(jié)果振幅屬性(a)與根據(jù)本文策略得到的偏移結(jié)果振幅屬性(b)

圖18 常規(guī)方法偏移與利用本文策略得到的偏移成像結(jié)果的頻譜

5 結(jié)論

針對(duì)渤海氣云發(fā)育區(qū)高孔低膠結(jié)地層地震資料成像質(zhì)量差的問(wèn)題,本文從多次波壓制、速度建模精度提升、Q場(chǎng)估算和保幅偏移等方面分別進(jìn)行了研究。結(jié)合模型測(cè)試和實(shí)際地震資料應(yīng)用效果進(jìn)行分析,獲得以下3個(gè)方面的認(rèn)識(shí)。

1) 由于渤海為極淺水環(huán)境,鬼波和淺水多次波發(fā)育,導(dǎo)致地震波組關(guān)系變化,頻帶變窄,因此需要開(kāi)展鬼波和淺水多次波壓制,以恢復(fù)和拓寬地震頻帶,提高地震資料分辨率。

2) 氣云區(qū)地震資料信噪比低,利用常規(guī)層析方法拾取初至困難,故采用淺層回轉(zhuǎn)波層析和中、深層反射波層析聯(lián)合的方式,可以有效提升速度建模精度。

3) 氣云和高孔低膠結(jié)地層對(duì)于地震波具有明顯的吸收衰減作用,開(kāi)展黏聲介質(zhì)逆時(shí)偏移是提升地震資料保幅性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

本文從渤海淺水環(huán)境下氣云發(fā)育區(qū)高孔低膠結(jié)地層的地震地質(zhì)特點(diǎn)出發(fā),分析了影響地震資料成像的主要因素,針對(duì)性地應(yīng)用并改進(jìn)了一系列處理關(guān)鍵技術(shù),研究了相應(yīng)的處理策略,有效提高了研究區(qū)地震資料的成像質(zhì)量,為萊北地區(qū)某億噸級(jí)油田規(guī)模性巖性圈閉的發(fā)現(xiàn)奠定了地震資料基礎(chǔ),對(duì)于類似地區(qū)地震資料處理也具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。