李曉峰,潘 龍,楊曉海,毛海波,林 娟

(中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所,新疆烏魯木齊830013)

隨著油氣地震勘探的不斷深入,勘探目標已由構造油氣藏轉向地層巖性等復雜油氣藏。準噶爾盆地腹部沙漠區(qū)地層巖性目標區(qū)勘探目的層小斷裂發(fā)育,具有形成多個小斷塊和小斷鼻高效油藏的條件,斷距為10～15m;薄砂層平均厚度約為10m,且橫向變化較大,連續(xù)性差。此類薄砂體和小斷裂等小尺度地質目標的識別與刻畫對地震勘探精度提出了更高的要求。

提高分辨率一直以來都是地震資料處理中的關鍵環(huán)節(jié)[1-2],也是制約油氣勘探精度的重要因素,它對野外采集原始資料的品質及室內高分辨率處理技術提出了越來越高的要求。隨著“兩寬一高”三維地震勘探技術的廣泛應用,野外“兩寬一高”采集的原始資料倍頻程個數增加,采集面元縮小,覆蓋次數大幅度增加,有利于地質體縱橫向分辨率的提高[3-7],為提高地層巖性油氣藏成像質量以及油藏精細描述奠定了基礎。但是,若要保持“兩寬一高”地震采集資料中的有效頻率成分,充分挖掘其中蘊含的寬頻信息,室內地震資料處理需要采用針對性的技術和手段。

姜翠蘋等[8]在相對振幅保持的基礎上,采用井控高分辨率處理技術提高地震資料對精細目標的預測及識別能力。公亭等[1]利用震源信號進行低頻補償,配合傳統的高分辨率處理技術,形成了一套寬頻地震資料處理流程,使地震資料頻帶有效拓寬,提高了對薄儲層等巖性勘探目標的識別能力。張麗艷等[9]從信噪比、頻帶和波場特征3個方面對“兩寬一高”地震資料的特點進行分析,制定了針對性的高分辨率處理流程,實現對斷層和砂體的精細刻畫。冉建斌等[10]對合成地震記錄、倍頻程濾波和不同頻帶的地震反演結果進行分析后認為,地震資料的低頻決定反演精度,高頻決定反演分辨率,基于寬頻地震資料的反演精度明顯提高,對巖性油氣藏的勘探意義重大。

為了滿足當前精細目標勘探的需求,充分發(fā)揮“兩寬一高”地震采集的優(yōu)勢,在前人研究基礎上,首先介紹了地震資料寬頻處理流程,然后對疊前、疊后各項提高分辨率處理技術及效果進行闡述,最后將該寬頻處理流程應用于準噶爾盆地腹部沙漠區(qū)A區(qū)塊三維地震資料的處理。

1 寬頻處理

1.1 處理流程

根據高密度地震資料的特點,結合準噶爾盆地腹部沙漠區(qū)的地質情況,本文以常規(guī)地震資料處理流程為基礎,對疊前、疊后拓頻技術進行綜合研究試驗,形成了一套地震資料寬頻處理技術流程(圖1),實現了在確保地震資料信噪比的基礎上最大限度拓展有效反射波頻帶,從而提高地震資料分辨率。另外,在各個階段的拓頻處理時都利用已有井資料做井震標定進行質控,確保處理的有效性和合理性。需要指出的是,雖然文中只介紹了提高分辨率技術,但是要實現該寬頻地震資料處理,除了各種拓頻技術的合理應用外,處理流程中的其它環(huán)節(jié)如靜校正和噪聲壓制也至關重要,本文對此不作贅述。

1.2 近地表Q補償技術

準噶爾盆地腹部沙漠區(qū)近地表沙丘疏松且厚度較大,對地震波能量有較強烈的吸收衰減作用,對高頻成分的吸收衰減尤其嚴重,降低了地震記錄分辨率。同時,不同頻率地震波的傳播速度不同,該頻散現象會造成地震子波的相位畸變。另外,由于近地表存在較大的非均質性,吸收和頻散作用會導致子波能量和相位空間不一致,影響地震成像精度和保真度[11]。

圖1 地震資料寬頻處理技術流程

地層品質因子Q反映了能量損耗的比率,即在一個波長內,原始地震波的能量與傳播過程中所消耗能量的比值,它是一個描述非彈性介質對地震波能量吸收衰減大小的參數。反Q濾波可以在時間、頻率和空間3個域內有效地減弱近地表的吸收衰減影響,尤其是對地震信號相位的影響[12]。本文采用質心頻移法通過地震記錄求取近地表相對Q值[13]。首先,應用快速傅里葉變換將選定時窗內的淺層反射地震數據變換到頻率域,計算每個地震道的質心頻率,由此統計出各個炮點和檢波點的平均質心頻率;然后,采用頻移法求取炮、檢點的近地表相對Q值。在此基礎上,利用微測井點的實測絕對Q值對其進行標定獲得近地表Q值模型;最后,利用該Q值模型和不同炮、檢點的近地表旅行時得到空變補償因子,對地震數據進行穩(wěn)健Q補償[14],實現對由近地表引起的地震子波振幅、相位和頻率變化的同時補償。

圖2a為近地表Q補償前的疊加剖面,由于表層介質對地震波的吸收衰減,疊加剖面的分辨率較低;經過近地表Q補償后的疊加剖面如圖2b所示,可以看出,該技術同時補償了地震記錄的頻率和相位,使疊加剖面的分辨率有效提高,層間信息更加豐富。由補償前、后的頻譜(圖2c)對比可見,近地表Q補償使地震資料-20dB處的頻譜高頻展寬約7Hz,主頻提高6Hz。進一步利用井資料進行標定分析(圖2d)可知,近地表Q補償前,井旁地震道與合成記錄的相關系數為0.54,Q補償后相關系數達到0.67。由此可見,近地表Q補償后地震資料主要標志層的振幅、相位等特征與合成記錄的吻合度更高。

圖2 近地表Q補償前(a)、后(b)疊加剖面、頻譜(c)及合成記錄標定對比(d)(1ft≈30.48cm)

1.3 地表一致性脈沖反褶積

近地表Q補償較好地解決了吸收衰減問題,使地震波的高頻成分得到一定程度的補償。但是,由近地表激發(fā)、接收位置巖性變化引起的子波空變問題沒有得到解決[15]。作為地震資料處理中的常規(guī)處理環(huán)節(jié),地表一致性反褶積通過壓縮子波提高地震數據的縱向分辨率,可以較好地消除由于近地表條件變化對地震子波波形的影響,使地震記錄的振幅、頻率和相位的一致性得到改善。

在地表一致性反褶積中,如果反褶積的期望輸出是時間提前的輸入序列,則為地表一致性預測反褶積;如果期望輸出是零延遲尖脈沖,則為地表一致性脈沖反褶積[16]。預測反褶積通過壓制子波的旁瓣、突出主瓣提高地震資料的分辨率,該方法可以使子波的旁瓣得到有效壓制,但是主瓣無法達到尖脈沖的分辨率,預測反褶積的頻帶拓寬能力有限;相比之下,脈沖反褶積的期望輸出是零延遲尖脈沖,并且能有效拓寬不同形態(tài)子波的頻譜,便于采用整形濾波器將子波一致化,為一致性處理提供了可能。因此,為了最大限度提高地震記錄的分辨率,本文采用地表一致性脈沖反褶積進行處理。需要指出的是,脈沖反褶積會將地震記錄的譜變?yōu)榉到葡嗟鹊陌自胱V,如果輸入記錄上的噪聲沒有壓制干凈,則殘留噪聲的譜同時會被放大,從而降低資料的信噪比。因此,在脈沖反褶積之前,應當對地震資料進行最大限度的噪聲壓制,反褶積之后還需去除由反褶積引起的噪聲,確保在提高分辨率的同時保持資料的信噪比。

圖3a和圖3b分別為地表一致性脈沖反褶積前、后的疊加剖面?？梢钥闯?反褶積后疊加剖面的分辨率有效提高,對薄層刻畫更加清晰(圖3b箭頭所示)。從反褶積前、后的頻譜對比(圖3c)可見,經過反褶積處理,地震剖面-20dB處的頻譜由3～53Hz展寬為3～62Hz。

圖3 地表一致性脈沖反褶積前(a)、后(b)的疊加剖面及頻譜對比(c)

1.4 道集優(yōu)化處理

地震資料處理中,如果偏移后的道集存在道間時差,那么直接對該道集進行疊加會損失地震資料的高頻成分,導致疊加剖面分辨率降低[17-18]。目前,針對寬方位高密度采集的地震資料,業(yè)界普遍在OVT域進行疊前時間偏移。由于OVT域疊前時間偏移保留了方位角信息,地下介質的方位各向異性致使偏移道集中的有效反射波同相軸存在道間時差,該影響在“螺旋”道集中表現為反射同相軸隨方位角呈現規(guī)律性變化[19-20]。上述方位各向異性引起的時差使偏移后道集無法實現同相疊加,降低了疊加剖面的分辨率。因此,需要對OVT域疊前時間偏移道集進行方位各向異性校正處理,消除由各向異性導致的時差,改善寬方位地震資料的成像效果[21]。圖4a為OVT域偏移產生的共反射點(CRP)道集;圖4b為經過方位各向異性校正后的共反射點道集。對比圖4a和圖4b 可以看出,校正前的同相軸存在明顯的抖動,校正后的道集同相軸連續(xù)性變好,且更加聚焦,有效解決了由于方位各向異性導致的不同相疊加問題,進而提高疊加剖面的分辨率。在此基礎上,對校正后的共反射點道集進行提頻處理(圖4c),道集的分辨率進一步提高,為后續(xù)面向薄儲層的疊前反演油氣檢測奠定了良好基礎。

圖4 共反射點道集優(yōu)化效果對比a 原始共反射點道集; b 方位各向異性校正后共反射點道集; c 提高分辨率后共反射點道集

經過優(yōu)化處理后,共反射點道集的質量得到有效提升。圖5a和圖5b分別為共反射點道集優(yōu)化前、后的疊前時間偏移剖面。由圖5a和圖5b可見,優(yōu)化后剖面的分辨率有效提高,斷裂成像更清楚,有助于精細識別薄儲層。從圖5c的頻譜對比可以看出,道集優(yōu)化后剖面的頻帶明顯拓寬。利用井資料正演道集進行質控(圖5d),優(yōu)化后的共反射點道集與正演道集在標志層處的AVO特征基本吻合,均為振幅隨炮檢距的增大而減小,說明優(yōu)化后的道集具有較好的保幅性,道集優(yōu)化技術合理。

圖5 共反射點道集優(yōu)化前(a)、后(b)的疊前時間偏移剖面、頻譜對比(c)及保幅性質控(d)

1.5 疊后提頻處理

為了最大限度地使地下薄儲層的地震響應反映到地震剖面上,滿足當前地層巖性勘探對薄儲層的精細識別需求,在疊前提高分辨率處理的基礎上,采用零相位反褶積方法對疊加數據進行疊后提頻處理。該方法通過定義一系列帶通濾波器,對輸入的地震數據進行濾波,然后采用振幅均衡技術,將各個頻率成分的信號均衡到同一水平上,再疊加輸出。由于只對輸入數據的振幅譜進行處理,因而不改變相位譜特征[22],可保持反褶積前、后資料的相位特征一致。另外,該方法通過在有效頻率范圍內展寬頻帶提高地震數據分辨率,在確定有效頻帶的時候可以選擇避開高頻噪聲成分,從而實現在提高分辨率的同時又能保持剖面的信噪比。這對于后續(xù)的巖性解釋和薄儲層劃分十分有意義。

另外,反褶積方法基于反射系數是隨機序列的假設,得到的最佳結果是白噪的振幅譜。而真實情況是,反射系數序列通常為藍色,不是白色,即低頻弱、高頻強[23-25]。為此,進一步采用藍色濾波技術對反褶積后的結果進行處理,補償反射系數序列的藍色(高頻)部分,從而使地震數據更接近反射系數序列的真實特征,改善了剖面的時間分辨率。

圖6a和圖6b分別為疊后提頻處理前、后的偏移剖面。可以看出,經過提頻處理后地震剖面分辨率明顯提高,對小斷裂和薄儲層的刻畫更加清晰。從圖6c 所示的頻譜對比也可以看出,經過疊后提頻處理,地震資料在-20dB處的高頻端頻譜由74Hz拓展到90Hz。

圖6 疊后提頻處理前(a)、后(b)偏移剖面及頻譜對比(c)

2 效果分析

圖7a和圖7b分別為對A區(qū)塊采用三維常規(guī)處理和寬頻處理方法得到的地震剖面。由圖7a和圖7b可以看出,寬頻處理方法得到的地震剖面品質顯著提高,對斷裂和構造的刻畫較以往資料更加清晰、精細,對薄儲層的預測精度更高,取得了較好的效果。與常規(guī)處理成果(圖7a)相比,經過寬頻處理后,資料的波組特征更清晰,層間信息豐富,剖面分辨率高,對小斷裂刻畫更加清晰。從頻譜對比可以看出,寬頻處理后地震資料的頻帶在低頻端和高頻端均得到了明顯拓展(圖7c)。另外,由圖8所示的沿層(J1S3)相干切片及剖面可知,與常規(guī)處理成果(圖8a)相比,寬頻處理成果剖面上(圖8b)的斷裂清晰可靠易識別;同樣,在侏羅系三工河組三段的沿層相干切片上,寬頻處理成果的斷裂平面展布更清晰、反映的地質信息更豐富,使得該區(qū)斷裂的精細刻畫得以實現。

圖7 A區(qū)塊采用三維常規(guī)處理(a)與寬頻處理(b)方法得到的地震剖面及頻譜對比(c)

圖8 A區(qū)塊三維沿層(J1S3)相干切片及剖面a 常規(guī)處理三維; b 寬頻處理三維

利用A區(qū)塊三維寬頻處理成果對侏羅系三工河組的薄儲層進行油氣預測,結果與已知井高度吻合,且井間變化特征清晰(圖9),有助于該區(qū)的井間分析及油藏精細解剖。

圖9 A區(qū)塊三維(J1S21)疊前反演油氣預測

3 結論

通過對準噶爾盆地腹部沙漠區(qū)A區(qū)塊三維寬頻處理技術的應用研究,獲得以下認識。

1) 與常規(guī)處理成果相比,基于寬頻處理流程得到的成果資料頻帶顯著拓寬,分辨率有效提高,對小斷裂刻畫更清晰,對薄儲層的識別精度更高。

2) 對疊前時間偏移輸出的道集直接進行疊加會損失地震資料的高頻成分,導致偏移剖面分辨率降低。因此,疊前道集優(yōu)化處理是地震資料寬頻處理的重要環(huán)節(jié),本文的道集優(yōu)化處理主要包括方位各向異性時差校正以及提頻處理兩個方面,該處理能盡可能地降低疊加過程中資料的高頻成分損失,同時為后續(xù)面向薄儲層的疊前反演提供高品質的疊前道集數據。

地震資料的信噪比制約著分辨率的有效提高,特別是地震資料高頻端能量弱,信噪比相對較低,通過處理恢復出來的高頻有效信息往往由于信噪比過低而被舍棄。因此,應用本文寬頻地震資料處理技術的同時,噪聲壓制技術的合理選擇至關重要。本文主要闡述寬頻處理技術,相應的去噪手段沒有涉及,但去噪仍應受到重視。