刁 瑞

（中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營 257022）

0 引言

薄互層巖性油氣藏逐漸成為勘探開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，薄層砂體、河道砂體等儲層對分辨率的要求越來越高［1］。常規(guī)地震資料難以滿足薄層砂體儲層刻畫精度的要求，需要開展針對性的地震資料提高分辨率處理［2］。提高地震分辨率是地震資料處理的重要環(huán)節(jié)之一，方法主要包括：分頻帶反褶積、預(yù)測反褶積、零相位反褶積、反Q 濾波、譜模擬反褶積、井約束提頻和吸收補(bǔ)償?shù)确椒ǎ?-8］。各種提高地震分辨率處理的方法在實(shí)際地震資料處理中發(fā)揮了重要作用，并取得了良好的應(yīng)用效果。由于薄層砂體儲層對提高地震分辨率處理方法提出了更高的要求，針對不同品質(zhì)的地震數(shù)據(jù)，應(yīng)該采用何種提高分辨處理的方法和參數(shù)，以及地震數(shù)據(jù)的分辨率應(yīng)該提高到何種程度等問題，均制約著提高分辨率處理的效果。劉浩杰等［9］從客觀量化角度對地震資料分辨率與頻譜特征參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了研究。李曙光等［10］從剖面和頻譜特征對3 種提高分辨率處理的方法進(jìn)行了探討。錢榮鈞［11］分析了分辨率的分類和定義，并給出了計(jì)算空間分辨率的方法。萬歡等［12］通過頻譜、信噪比和相似系數(shù)等參數(shù)，對比分析了4 種提高分辨率處理技術(shù)，在疊前地震資料處理中取得了較好的應(yīng)用效果。

在常規(guī)地震資料提高分辨率處理的過程中，由于缺乏系統(tǒng)的提高地震分辨率處理效果的監(jiān)控評價(jià)分析方法和軟件模塊，需要對提高分辨率處理的方法和參數(shù)等進(jìn)行大量的重復(fù)試驗(yàn)，并需要憑借處理人員的經(jīng)驗(yàn)來判定方法及參數(shù)選取的正確性和可靠性，人為因素影響較大。針對薄層砂體精細(xì)描述的地質(zhì)需求，開展提高分辨率處理效果的監(jiān)控評價(jià)方法研究，并研發(fā)軟件系統(tǒng)，優(yōu)選提高分辨率處理方法、流程和參數(shù)，全面可靠地監(jiān)控提高分辨率處理的流程，實(shí)現(xiàn)提高分辨率處理效果的監(jiān)控評價(jià)分析，并在準(zhǔn)噶爾盆地中部莊3 井地區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用，對提高分辨率處理進(jìn)行全流程的效果監(jiān)控評價(jià)分析，以期提高分辨率處理后識別薄層砂體的能力，為后續(xù)的油藏描述和井位部署奠定基礎(chǔ)。

1 方法原理

如何實(shí)現(xiàn)提高地震分辨率處理方法、流程及參數(shù)的優(yōu)化選擇，一直是提高地震分辨率處理所面臨的難題。在常規(guī)的頻譜和剖面對比分析的基礎(chǔ)上，提出了多種屬性計(jì)算、組合優(yōu)選的效果監(jiān)控評價(jià)方法。

首先，選用不同的提高地震分辨率處理的方法、流程及參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；然后，通過數(shù)學(xué)公式計(jì)算目標(biāo)層位地震數(shù)據(jù)的屬性參數(shù)，包括：振幅、頻率、相位、信噪比、時(shí)頻特征、相干特征、振幅比特征、波形特征、斷層特征等；再次，根據(jù)計(jì)算得到的屬性數(shù)值進(jìn)行綜合分析，對提高分辨率處理的結(jié)果進(jìn)行效果量化評價(jià)；最后，從不同測試結(jié)果中優(yōu)選出最理想的效果，進(jìn)而確定最佳的提高分辨率處理的方法、流程及參數(shù)。通過技術(shù)（參數(shù)）差異性繪圖，結(jié)合屬性提取、合成記錄標(biāo)定等多因素綜合分析，可以快速高效地優(yōu)選出最佳提高分辨率處理的結(jié)果，縮短了地震資料提高分辨率處理的周期。

1.1 頻譜類方法

地震波在地層中傳播，隨著傳播距離的增加，頻率成分會發(fā)生變化，高頻成分相對于低頻成分更容易衰減，包含不同頻率成分的頻譜則能夠反映地震數(shù)據(jù)的分辨率［13］。通過傅里葉變換算法可以求得地震數(shù)據(jù)的振幅譜和分貝譜，進(jìn)而計(jì)算主頻、優(yōu)勢頻寬、有效頻寬、倍頻程、低截頻值、高截頻值、不同頻段能量值等屬性，并分析地震數(shù)據(jù)不同提高分辨率處理的頻譜屬性，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)參數(shù)的優(yōu)選。分貝譜和振幅譜的計(jì)算公式分別為

式中：d B(f)為分貝譜；|H(f)|為歸一化后的振幅譜；H(ω)為振幅譜，ω=2 πf；h(t)為地震記錄；f為頻率，Hz；t為時(shí)間，ms。

對地震數(shù)據(jù)不同提高分辨率處理結(jié)果進(jìn)行傅里葉變換，在頻譜中計(jì)算主頻、頻寬、各頻段能量值等屬性，通過頻譜類分析方法能夠直觀地定量評價(jià)提高分辨率處理的效果。優(yōu)勢頻寬以-18 dB為標(biāo)準(zhǔn)，有效頻寬以-24 dB 為標(biāo)準(zhǔn)。主頻越高，有效頻帶越寬，倍頻程越大，則地震分辨率越高，識別薄層砂體的能力越強(qiáng)。隨著“兩寬一高”地震技術(shù)的發(fā)展，越來越重視低頻段信息的恢復(fù)和保護(hù)，特別是3～10 Hz 的低頻段信息。低截頻值越小，則表示低頻段信息越豐富，倍頻程也越大，反演結(jié)果越可靠，因而地震分辨率越高。

1.2 子波類方法

地震子波的提取方法主要包括：自相關(guān)方法、同態(tài)譜方法、譜模擬方法、高階統(tǒng)計(jì)量方法、高階譜方法和非線性理論方法等。通過地震記錄的高階累積量可以近似得到地震子波的高階累積量，根據(jù)地震記錄的功率譜可計(jì)算得到子波振幅譜，利用地震記錄的雙譜重構(gòu)地震子波的相位。地震子波頻譜的計(jì)算公式［14］為

地震子波的相位譜與雙譜之間的關(guān)系為

式中：ω為角頻率，rad/s；φb(ω)為地震子波相位譜；ψ3b(ω1,ω2)為根據(jù)地震信號三階累積量加時(shí)窗計(jì)算得到的雙譜。

在地震數(shù)據(jù)目標(biāo)層位劃取時(shí)窗提取地震子波，一方面，可以計(jì)算地震子波的主頻、頻寬、相位等，量化評價(jià)方法與頻譜類方法的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相一致，主頻越高，有效頻帶越寬，倍頻程越大，則地震分辨率越高；另一方面，對提高分辨率處理前、后的子波進(jìn)行互相關(guān)和子波一致性分析，互相關(guān)數(shù)值越大，則越保幅、保真。圖1 為提高分辨率處理前、后的地震子波，提頻前子波主頻為32 Hz、頻寬為48 Hz，提頻后子波主頻為45 Hz、頻寬為74 Hz，頻帶拓寬26 Hz。另外，在壓縮地震子波、提高分辨率處理的同時(shí)，地震資料子波保持了較高的相似性，提高分辨率處理具有較高的保真性。

圖1 提高分辨率處理前（藍(lán)）、后（紅）的地震子波Fig.1 Wavelet of seismic data before（blue）and after（red）improving high resolution processing

1.3 信噪比類方法

信噪比是衡量地震資料品質(zhì)的重要參數(shù)，以提高分辨率并保持一定的信噪比為標(biāo)準(zhǔn)，通過分析提高分辨率處理前、后數(shù)據(jù)的信噪比，可以定量地評價(jià)處理效果，從而根據(jù)信噪比分析結(jié)果優(yōu)選最佳參數(shù)。信噪比分析方法包括：能量疊加法、頻譜估計(jì)法、功率譜估算法、相關(guān)法和特征值法等［15］。

通過信噪比分析可以避免過多高頻噪音的不利影響，從而確保擴(kuò)展頻帶寬度的可信度。由于不同層位或同一層位的地震波能量差異巨大，通常情況下在某一時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行信噪比分析。能量疊加法的信噪比計(jì)算公式為

式中：M為分析時(shí)窗的采樣點(diǎn)數(shù)，個(gè)；N為地震道數(shù)；dij為地震記錄振幅；Es為有效信號能量；E為地震記錄能量。

頻譜估算法的信噪比計(jì)算公式為

式中：fL，fH，fc分別為信號有效頻帶的起始頻率、截止頻率、振幅譜截止頻率，Hz；X(f)為地震記錄振幅譜；Xs(f)為地震信號振幅譜。

通過信噪比分析對提高分辨率處理的結(jié)果進(jìn)行效果評價(jià)，在多種方法達(dá)到相同的提高分辨率處理效果時(shí)，通過信噪比的高低進(jìn)行評價(jià)，優(yōu)選信噪比最高的提頻效果，從而指導(dǎo)方法、流程或參數(shù)的優(yōu)選。

1.4 時(shí)頻分析方法

時(shí)頻分析方法解決了一維傅里葉變換中時(shí)間域和頻率域分離的不足，可以同時(shí)分析不同時(shí)刻包含的各頻率成分以及不同頻率成分隨傳播時(shí)間的變化特征［16-17］。

修正S 變換的表達(dá)式為

式中：GSTN(τ,f)為二維時(shí)頻譜；f為頻率，Hz；t為時(shí)間，ms；λ、p均為修正S 變換調(diào)節(jié)參數(shù)，可以獲得不同分辨率的時(shí)頻分析結(jié)果。

對比提高分辨率處理前、后的時(shí)頻譜特征，一方面避免了傅里葉變換時(shí)窗大小的限制，能夠更加精細(xì)地分析頻率變化特征；另一方面可以分析不同頻率成分隨時(shí)間的變化情況，即不同頻段能量的時(shí)間變化曲線，其計(jì)算公式為

式中：t為時(shí)間，ms；f1和f2分別為頻段的起始頻率和截止頻率，Hz；GSTN（t，f）為地震記錄的二維時(shí)頻譜。

進(jìn)行提高分辨率處理后，高頻段能量曲線的數(shù)值明顯增大，表明時(shí)頻譜中優(yōu)勢頻帶和有效頻帶寬度均增加，而高頻段能量曲線的變化趨勢保持不變，表明地震記錄能量得到了很好地恢復(fù)和補(bǔ)償，保持了原始數(shù)據(jù)的頻譜特征和時(shí)頻特性。

圖2 為提高分辨率處理前、后二維時(shí)頻譜對比。從圖2 可以看出，提高分辨率處理前、后頻帶分別為10～45 Hz 和10～70 Hz，地震記錄深層能量也得到了很好的補(bǔ)償，時(shí)頻譜的能量匹配較好，保持了原始數(shù)據(jù)的頻譜特征和時(shí)頻特性。

圖2 提高分辨率處理前（a）、后（b）時(shí)頻譜對比Fig.2 Comparison of time-frequency spectrum of seismic data before（a）and after（b）high resolution processing

2 實(shí)際資料應(yīng)用效果

常用的編程語言主要有C/C++，F(xiàn)ortran，Matlab等［17-18］，此次采用C++和Qt 編程語言進(jìn)行提高地震分辨率處理的效果評價(jià)軟件研發(fā)，包括：頻率分析、波形分析、子波一致性分析、能量分析、信噪比分析、振幅譜分析、時(shí)頻譜分析、子波分析、沿層屬性分析等模塊功能。

對原始地震記錄進(jìn)行提高分辨率處理，得到不同方法和參數(shù)的一系列結(jié)果，可以對單個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析、時(shí)頻分析和子波分析等，也可以對一系列提高分辨率處理的結(jié)果進(jìn)行編號，計(jì)算屬性特征的變化趨勢，從而根據(jù)柱狀圖進(jìn)行定性和定量評價(jià)。

對單個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)分析，在地震剖面上劃取時(shí)窗可以快速實(shí)現(xiàn)頻譜分析、時(shí)頻分析和子波分析等功能。圖3 為地震剖面和二維時(shí)頻譜分析結(jié)果，通過二維時(shí)頻譜能夠直觀地分析各頻率成分隨時(shí)間的變化情況。

將一系列提高分辨率處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行編號，分析不同方法或參數(shù)的屬性變化特征，通過計(jì)算的屬性值進(jìn)行定量評價(jià)，從而優(yōu)選出最佳提頻方法或參數(shù)。以頻譜類量化評價(jià)方法為例，如圖4 所示，頻譜類屬性包括：主頻、頻寬、低截頻值、高截頻值、低頻段能量和高頻段能量、倍頻程等。對不同提高分辨率處理的方法和參數(shù)的測試結(jié)果進(jìn)行編號，圖4 中共計(jì)6 個(gè)處理參數(shù)。從主頻屬性分析結(jié)果顯示，不同處理參數(shù)的主頻基本相同，編號4—6 的主頻略高，約為20 Hz；從頻寬屬性、高截頻值屬性、高頻段能量屬性的分析結(jié)果可看出，編號為4 和5 的處理參數(shù)最佳，頻寬約為44 Hz，高截頻值為50 Hz；低截頻值屬性顯示編號1—4 處理效果較佳，約為6 Hz，但低頻段能量屬性顯示編號1—5 的效果整體比較理想。

綜合考慮主頻、頻寬、低截頻值、高截頻值、低頻段能量和高頻段能量，最佳提頻參數(shù)是編號4，主頻為20 Hz，頻寬為44 Hz，低截頻值為6 Hz，高截頻值為50 Hz，倍頻程為3。通過提高分辨率處理的效果監(jiān)控評價(jià)方法，可以對提高地震分辨率處理數(shù)據(jù)進(jìn)行定量評價(jià)，從而優(yōu)選最佳方法、流程或參數(shù)。

圖3 地震剖面（a）及時(shí)頻譜（b）Fig.3 Seismic section（a）and time-frequency spectrum（b）

圖4 頻譜類方法監(jiān)控評價(jià)結(jié)果Fig.4 Monitoring and evaluation results of spectrum

準(zhǔn)噶爾盆地中部莊3井地區(qū)主體構(gòu)造位于盆1井西凹陷，其東南是莫索灣凸起，構(gòu)造的主體形態(tài)為西北向東南漸深的單斜，主要目的層為三疊系、侏羅系、白堊系等，目的層埋深為3 000～6 000 m。地震資料存在縱橫向分辨率低、反射軸雜亂、層位追蹤困難、空白反射較多、斷點(diǎn)與斷面不清楚等問題，造成低序級斷層識別難度大，儲層精細(xì)描述落實(shí)存在一定風(fēng)險(xiǎn)，迫切需要高分辨率處理地震資料的支撐。將提高地震分辨率處理效果的監(jiān)控評價(jià)方法在莊3 井地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了提高分辨率處理全流程的監(jiān)控，確保優(yōu)選最佳方法和參數(shù)，從而獲取最優(yōu)的提高分辨率處理數(shù)據(jù)。

采用逐級提頻的方式提高地震資料分辨率處理，以信噪比、子波一致性和沿層屬性為監(jiān)控手段，最大程度地提升主頻、拓展頻寬。圖5 為提高分辨率處理前、后的剖面效果對比，通過分步逐級提頻處理，避免信噪比的大幅降低。圖6 為原始數(shù)據(jù)、疊前提頻和疊后提頻的頻寬屬性效果對比，原始數(shù)據(jù)主頻約為35 Hz，疊前提頻后主頻約為40 Hz，疊后提頻后主頻約為50 Hz，主頻值不斷提升。從圖5處理前、后的地震剖面可以看出，提高分辨率處理成果數(shù)據(jù)解決了原始資料分辨率低、反射軸雜亂、層位難以追蹤的問題，提高分辨率處理資料的斷裂特征更加明確，三工河組反射特征更加清晰。從圖6 中可以看出，提高分辨率分辨率處理后，頻帶拓寬15～25 Hz，主頻提升15 Hz 以上。

圖5 地震剖面效果對比Fig.5 Comparison of seismic section

圖6 頻寬屬性切片對比Fig.6 Comparison of frequency band width slices

從合成記錄標(biāo)定結(jié)果（圖7）可見，通過Z4 井、Z110 井、Z102 井、Z109 井的合成記錄標(biāo)定，提高分辨率處理結(jié)果與井資料更加吻合，驗(yàn)證了提高分辨率處理結(jié)果的可靠性，有助于下一步的井位部署。

圖7 合成記錄標(biāo)定結(jié)果Fig.7 Calibration results of synthetic records

3 結(jié)論

（1）針對提高地震分辨率處理效果監(jiān)控的迫切需求，創(chuàng)新研究了提高地震分辨率處理效果的監(jiān)控評價(jià)技術(shù)，從9 個(gè)方面的屬性特征對不同處理方法、流程或參數(shù)進(jìn)行了量化評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了提高分辨率處理效果評價(jià)由定性向量化的轉(zhuǎn)變。

（2）利用效果監(jiān)控評價(jià)技術(shù)對提高分辨率處理進(jìn)行全流程的監(jiān)控，在每一步提高分辨率處理中均進(jìn)行了效果監(jiān)控評價(jià)，最終建立了針對不同地質(zhì)目標(biāo)的最佳處理流程，能夠大幅提高薄層砂體的識別能力。

（3）隨著高密度地震技術(shù)的不斷發(fā)展，地震數(shù)據(jù)量呈指數(shù)型增加，提高分辨率處理效果監(jiān)控評價(jià)技術(shù)既能夠大幅提高處理效率，縮短處理周期，還可以應(yīng)用于海量數(shù)據(jù)的質(zhì)量監(jiān)控和其他處理環(huán)節(jié)的效果評價(jià)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。