何宗強(qiáng) 何青林 韓 嵩 曾 鳴 劉曉兵 戴雋成 屠志慧 孔令霞

中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 引言

碳酸鹽巖儲(chǔ)層的主要特點(diǎn)是埋藏深、縫洞發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)，較碎屑巖儲(chǔ)層更復(fù)雜。受成巖后期的白云化和溶蝕等次生作用以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，其內(nèi)幕具有斷續(xù)、弱能量的地震反射特征。儲(chǔ)層與上下圍巖的波阻抗差異小，難以形成強(qiáng)的反射界面，造成儲(chǔ)層的地震響應(yīng)弱，影響儲(chǔ)層預(yù)測(cè)成功率。這給深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層地震勘探造成很大的困擾。

國(guó)內(nèi)對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的研究也比較多，但大都注重解釋[1-2]，對(duì)資料處理研究得不多[3-4]，主要集中在去噪、反Q濾波和偏移上[5-7]。2018 年，周衍[8]運(yùn)用穩(wěn)定化反Q濾波方法對(duì)塔河、塔中地區(qū)的三維地震資料進(jìn)行了提高分辨率處理；張波[9]等在遼河雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖勘探中，應(yīng)用獨(dú)立同步掃描鄰炮干擾壓制、聚束濾波多次波衰減、混合震源資料匹配、地表一致性反褶積、零相位反褶積、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解高分辨率處理等技術(shù)對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層地震資料進(jìn)行了處理研究；2019 年，戴曉峰[10]等在四川盆地安岳氣田燈影組的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層研究中運(yùn)用了深層弱信號(hào)恢復(fù)處理技術(shù)。這些處理技術(shù)的運(yùn)用在一定程度上對(duì)深層碳酸鹽巖弱反射信號(hào)的恢復(fù)和保護(hù)起到了較好的作用，并為深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層油氣勘探提供了一定的技術(shù)支撐。但依然存在一些不足：①采用傳統(tǒng)的去噪技術(shù)對(duì)信號(hào)的保真度不夠。②雖然深層弱反射信號(hào)的恢復(fù)都采用了Q補(bǔ)償處理，但對(duì)Q場(chǎng)的合理性沒(méi)有進(jìn)行深入探討，而且對(duì)Q補(bǔ)償?shù)乃惴ㄒ矝](méi)有進(jìn)行比選。③對(duì)偏移疊加方法和疊后拓頻保真問(wèn)題沒(méi)有進(jìn)行太多研究，這直接影響了儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的成功率。

通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)資料的分析和在四川盆地北斜坡地震資料（目的層二疊系）的大量處理實(shí)踐研究，筆者認(rèn)為，深層碳酸鹽巖資料處理的關(guān)鍵點(diǎn)是：①在信號(hào)處理中如何盡量保護(hù)來(lái)自深層的弱反射信號(hào)，提高深層地震資料的信噪比；②如何求取比較準(zhǔn)確的三維Q場(chǎng)數(shù)據(jù)體、采用什么Q補(bǔ)償方法來(lái)對(duì)深層弱反射信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)；③對(duì)疊后資料處理采用什么技術(shù)，才能既拓寬頻帶，又能讓信號(hào)保真，突出儲(chǔ)層亮點(diǎn)顯示。圍繞上述目標(biāo)，筆者分別采取了以下針對(duì)措施：①在去噪處理中盡量保護(hù)來(lái)自深層的弱反射信號(hào)；②采用處理層速度數(shù)據(jù)體，獲取地下Q體數(shù)據(jù)，并進(jìn)行波動(dòng)方程Q吸收補(bǔ)償處理；③疊后采用優(yōu)勢(shì)道集疊加，并采用子波整形的保真拓頻技術(shù)對(duì)疊后資料進(jìn)行拓寬頻帶，突出薄層氣藏顯示，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識(shí)綜合判斷儲(chǔ)層的準(zhǔn)確位置，滿足儲(chǔ)層精細(xì)預(yù)測(cè)的需求。

1 深層弱反射信號(hào)處理

川中北斜坡地區(qū)中二疊統(tǒng)茅口組發(fā)育沉積型臺(tái)緣帶控制的灘相孔隙型白云巖儲(chǔ)層，近期在該地區(qū)完鉆探井6 口、開(kāi)發(fā)井2 口，相繼有5 口井測(cè)試獲超百萬(wàn)方工業(yè)氣流，展示了該套儲(chǔ)層巨大的勘探潛力。茅口組白云巖儲(chǔ)層具有埋藏深、與圍巖阻抗差異小、反射信號(hào)微弱等特點(diǎn)，造成地震預(yù)測(cè)困難。因此，筆者從深層儲(chǔ)層弱反射信號(hào)的保護(hù)、恢復(fù)以及疊后資料處理3 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)入手，進(jìn)行了重點(diǎn)處理步驟攻關(guān)研究。

1.1 保真去噪

規(guī)則噪音的壓制較為簡(jiǎn)單，即先預(yù)測(cè)，然后再直接從原始記錄中減去。目前的主流壓制技術(shù)是同時(shí)考慮頻率和空間分布特點(diǎn)的F-X濾波、F-K濾波、Tau P 變換域?yàn)V波等。這些濾波方法都是基于面波頻率和視速度特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行的，沒(méi)有考慮面波能量強(qiáng)弱的問(wèn)題，不可避免地產(chǎn)生一些假頻，同時(shí)削弱了和面波頻帶重疊的有效波[11-12]。而 KL 變換本征濾波技術(shù)不但考慮了面波頻率低、視速度低的特點(diǎn)，還考慮了面波能量強(qiáng)的特點(diǎn)[13]。因此，筆者在川中北斜坡地震資料（目的層二疊系）的處理中采用了該技術(shù)，較好地消除了面波，而且最大限度地保護(hù)了有效信號(hào)。

在異常干擾去噪中，先用疊加速度把炮集數(shù)據(jù)拉平后再進(jìn)行分頻去噪，這樣更利于噪聲的識(shí)別，最大限度地保護(hù)有效信號(hào)。去完異常噪聲后再用同樣的速度進(jìn)行反動(dòng)校還原雙曲線同相軸。

針對(duì)淺層近偏移距的強(qiáng)能量，用一般的異常干擾去噪方法很難去除干凈，而且容易損傷到有效信號(hào)。為此，筆者將強(qiáng)能量干擾三角帶數(shù)據(jù)分成若干個(gè)頻帶的數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)頻帶數(shù)據(jù)的強(qiáng)干擾進(jìn)行單獨(dú)壓制，然后再把各頻帶數(shù)據(jù)加起來(lái)得到干擾壓制后的數(shù)據(jù)。該方法很好地解決了淺層近偏移距的強(qiáng)能量剔除問(wèn)題。筆者采用的保真去噪技術(shù)和常規(guī)去噪技術(shù)對(duì)比如表1 所示。

表1 去噪技術(shù)對(duì)比表

通過(guò)川中北斜坡地區(qū)單炮去噪新老技術(shù)效果對(duì)比（圖1），可以看出，保低頻保真去噪技術(shù)獲得的單炮保真度較高，深層弱信號(hào)的保留也更為完整。

圖1 去噪效果對(duì)比圖

去噪前后的振幅譜對(duì)比圖顯示，去噪后，除了低頻端因?yàn)槿サ袅说皖l面波有所變化外，振幅譜并沒(méi)有什么變化（圖2a）；而去噪前后炮集數(shù)據(jù)的縱向振幅曲線顯示，去噪前后的振幅縱向相對(duì)關(guān)系保持得很好（圖2b）。充分說(shuō)明本去噪技術(shù)很好地保留了原有信號(hào)的振幅、頻率信息。

從去噪剖面（圖3）對(duì)比可以看出，深層反射信號(hào)幾乎原封不動(dòng)地保留了下來(lái)，保真度高，噪聲得到了最大程度的壓制。

圖3 去噪前后及噪聲水平疊加剖面對(duì)比圖

1.2 波動(dòng)方程Q 吸收補(bǔ)償技術(shù)

大地吸收（Q濾波）使地震波產(chǎn)生能量衰減和速度頻散，導(dǎo)致接收到的地震信號(hào)頻帶變窄，地震縱向分辨率變低，同時(shí)由于吸收引起速度頻散造成地震波的相位差異，使井旁地震道和合成記錄產(chǎn)生時(shí)差。Q補(bǔ)償面臨兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是Q場(chǎng)的求取問(wèn)題，一個(gè)是Q補(bǔ)償算法問(wèn)題。關(guān)于Q值的求取問(wèn)題，反射波振幅比值法和上升時(shí)間法精度最差[14-15]；頻譜比法和子波模型法較好[16-17]，但也存在不少問(wèn)題。在一個(gè)點(diǎn)上求取Q值都存在這樣的困難，那在一個(gè)空間體上求取一個(gè)相對(duì)正確的Q場(chǎng)就更加困難了。筆者采用李慶忠的Q值計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式[18]，將地震資料處理得到的最終均方根速度轉(zhuǎn)換為層速度，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為時(shí)空變的Q場(chǎng)數(shù)據(jù)體。補(bǔ)償算法如下。

一維雙程波頻率域波動(dòng)方程為：

式中P表示波場(chǎng)函數(shù)；z表示深度，m；ω表示角頻率，無(wú)量綱；k表示波數(shù)，無(wú)量綱。

將地震波吸收效應(yīng)引入到方程（1），得到的解為：

式中T表示時(shí)間，s；r表示波長(zhǎng)，m；Q表示吸收衰減品質(zhì)因子，無(wú)量綱。

對(duì)所有這些單頻波求和可得到時(shí)間域的波場(chǎng)為：

根據(jù)得到的Q場(chǎng)，利用公式（2），（3），就可以對(duì)地震信號(hào)振幅和相位同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。在四川盆地北斜坡二疊系地震資料處理中，補(bǔ)償后深層能量和反射波相位都得到了明顯的改善（圖4）。

圖4 波動(dòng)方程Q 補(bǔ)償前后剖面對(duì)比圖

1.3 優(yōu)勢(shì)道集疊加

原始資料經(jīng)過(guò)靜校正、保真去噪、地表一致性處理后，再進(jìn)行克西霍夫疊前時(shí)間偏移，就得到共反射點(diǎn)道集，即CRP 道集。對(duì)CRP 道集進(jìn)行疊加，就得到疊前時(shí)間偏移剖面。理論上，一個(gè)CRP 道集內(nèi)各偏移距道都來(lái)自地下同一個(gè)反射點(diǎn)的信息，它們的振幅、頻率信息應(yīng)該差別不大，這樣疊加起來(lái)信號(hào)應(yīng)該更強(qiáng)，信噪比更高。而實(shí)際上，對(duì)于來(lái)自同一反射層同一反射點(diǎn)的信號(hào)，因?yàn)楦髌凭嘈盘?hào)所傳播的路徑完全不同，大偏移距的信號(hào)傳播的路徑遠(yuǎn)，信號(hào)衰減比小偏移距信號(hào)多。另外，對(duì)于來(lái)自同一反射層的信號(hào)，具有AVO 響應(yīng)，不同偏移距的反射信號(hào)強(qiáng)弱也不一樣，如圖5 中紅線位置所示。

圖5 PS2 井旁CRP 道集圖

對(duì)道集進(jìn)行全偏移距和小中偏移距疊加對(duì)比（圖6）。可以看出，小中偏移距剖面上儲(chǔ)層亮點(diǎn)成像明顯，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了儲(chǔ)層位置。但在某些地區(qū)，優(yōu)勢(shì)道集疊加還是沒(méi)有儲(chǔ)層響應(yīng)，于是又在疊后資料上開(kāi)發(fā)了保真拓頻技術(shù)。

圖6 過(guò)PS2 井優(yōu)勢(shì)偏移距疊加剖面對(duì)比圖

1.4 疊后子波整形保真拓頻

1.4.1 子波提取

地震勘探原理假設(shè)地震子波主頻和波形從淺到深是時(shí)不變的，這樣地震記錄形成過(guò)程就可以用公式（4）表示：

式中X（t）為地震記錄，R（t）為地層反射系數(shù)序列，W（t）為地震子波，N（t）為噪聲。在川中地區(qū)，地震資料信噪比較高，偏移疊加數(shù)據(jù)上噪聲更少，所以N（t）項(xiàng)可以近似等于0，于是公式（4）就可以近似寫成：

式中，X（t）已知，已測(cè)井的附近資料R（t）也已知，就只剩一項(xiàng)未知項(xiàng)W（t）。雖然地震子波是時(shí)變的，越深子波主頻越低，延續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，但是，如果把計(jì)算時(shí)窗卡在目的層上下一定長(zhǎng)度的時(shí)窗內(nèi)，就可以近似認(rèn)為在這個(gè)時(shí)窗內(nèi)子波是時(shí)不變的。于是利用公式（5）和測(cè)井曲線就可以反算出井附近的地震子波序列W（t），它就是井旁地震資料實(shí)際子波。

1.4.2 子波整形拓頻

在每口已知井都可以提取井旁地震子波，理論上同一工區(qū)每口井提取地震子波應(yīng)該完全一致。但是，由于受到采集、處理諸多因素的影響，實(shí)際上每口井提取子波總會(huì)有一定的差異，采用對(duì)多口井子波平均的方式來(lái)獲得整個(gè)工區(qū)的平均子波，代表整個(gè)工區(qū)二疊系地層的穩(wěn)定地震平均子波。有了地震子波就可以把它整形到需要的不同主頻的雷克子波，獲得整形因子（圖7）。

圖7 子波整形因子示意圖

用整形因子對(duì)地震資料進(jìn)行褶積運(yùn)算，就可以把地震資料整形到不同頻率需求的雷克子波地震資料，這樣既拓寬了頻帶，又提高了地震資料薄儲(chǔ)層分辨能力，資料保真度較高。在中小偏移距疊加剖面上，通過(guò)提取地震資料子波，并對(duì)子波進(jìn)行整形拓頻處理，可以讓二疊系儲(chǔ)層響應(yīng)特征得以凸顯（圖8）。

圖8 PY3 井中小偏移距地震資料整形前后對(duì)比圖

2 實(shí)際應(yīng)用

采用以上一系列深層碳酸鹽巖儲(chǔ)層弱反射信號(hào)處理技術(shù)對(duì)川中射洪、西充地區(qū)地震資料進(jìn)行了弱信號(hào)保護(hù)去噪、振幅和相位恢復(fù)、優(yōu)勢(shì)道集疊加以及疊后的子波整形保真拓頻處理，得到的地震成果剖面和已鉆井合成地震記錄匹配程度更高，而且二疊系儲(chǔ)層底界的地震響應(yīng)明顯增強(qiáng)（圖9）。

圖9 PY3 井旁資料新處理技術(shù)運(yùn)用前后與合成記錄對(duì)比圖

通過(guò)提取儲(chǔ)層亮點(diǎn)反射振幅屬性得到的茅口組儲(chǔ)層預(yù)測(cè)平面分布圖（圖10）。統(tǒng)計(jì)實(shí)鉆結(jié)果，儲(chǔ)層發(fā)育情況吻合率達(dá)到89%（表2）。

圖10 新處理成果茅二a 亞段儲(chǔ)層亮點(diǎn)振幅平面圖

表2 儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)與實(shí)鉆吻合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)論

1）KL 變換本征濾波去除線性噪聲、拉平同相軸分域分頻去除隨機(jī)噪聲等保真組合去噪技術(shù)能有效保護(hù)二疊系儲(chǔ)層弱反射信號(hào)。

2）利用地震處理獲得的層速度，按照經(jīng)驗(yàn)公式建立地層Q場(chǎng)數(shù)據(jù)體，并進(jìn)行波動(dòng)方程Q吸收補(bǔ)償，能對(duì)二疊系儲(chǔ)層弱反射損失信號(hào)進(jìn)行有效恢復(fù)。

3）偏移疊加采用優(yōu)勢(shì)道集疊加，并對(duì)偏移疊加數(shù)據(jù)體進(jìn)行子波整形保真拓頻，能凸顯二疊系儲(chǔ)層的地震響應(yīng)特征。

4）這套處理技術(shù)在川中射洪、西充地區(qū)的應(yīng)用中獲得了較好的深層弱反射地震信號(hào)成像資料。后期在茅口組儲(chǔ)層地震預(yù)測(cè)成果的指導(dǎo)下，與部署井鉆后吻合度達(dá)到了89%。