趙忠華

(大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,黑龍江大慶 163712)

實(shí)際地下介質(zhì)對(duì)地震波存在粘彈性吸收,而且地下介質(zhì)的小尺度非均勻產(chǎn)生的薄層散射效應(yīng)類似于粘滯吸收的幅值衰減[1],導(dǎo)致地震成像分辨率低。ZHANG等[2]引入了一個(gè)新的描述粘性吸收的等效Q值(Qe)參數(shù),提出可直接補(bǔ)償吸收衰減的粘滯聲學(xué)介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移方法,將地震波場(chǎng)的傳播路徑與衰減補(bǔ)償相結(jié)合[2-3],是提高地震成像分辨率的合理方法,但其實(shí)現(xiàn)過(guò)程需要提供三維等效Q值(Qe)模型。在地震有效頻帶(8～100Hz)內(nèi),假定用于描述地層吸收衰減特性的地層品質(zhì)因子Q不隨頻率變化或變化很小[4],可被忽略,使得用于提高地震分辨率的反Q濾波方法[5-7]得以應(yīng)用,但確定Q值的空間變化仍是各類吸收補(bǔ)償算法面臨的難題。同樣,如何建立準(zhǔn)確的三維Qe模型是一項(xiàng)需要探索研究的難題。

從Q值估計(jì)所用波場(chǎng)來(lái)看,有透射波和反射波兩種信號(hào),都要用到記錄波場(chǎng)的振幅隨頻率變化關(guān)系。目前多數(shù)估計(jì)Q值的方法是利用地震透射波場(chǎng)[8]求取,如VSP和井間地震資料,根據(jù)主頻移動(dòng)、頻譜形狀信息確定Q值,但由于透射數(shù)據(jù)的有限性,如三維地震工區(qū)內(nèi)未必有VSP資料,難以獲得一定面積范圍內(nèi)的非均質(zhì)Q模型。而用于油氣勘探的反射地震資料信息豐富,可以求取Q值的空間分布;但反射地震波場(chǎng)的透射、反射、球面擴(kuò)散、薄層干涉等因素嚴(yán)重影響振幅與頻率的關(guān)系[9],使得準(zhǔn)確求取Q值十分困難。Q值的估計(jì)用到隨頻率變化的幅值信息[10],而影響振幅的因素很多,要比根據(jù)地震波場(chǎng)走時(shí)確定偏移速度更為困難[11]。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的衰減特征來(lái)估算Q值的方法有振幅比法[12]、譜比法[13]、頻移法[14]、上升時(shí)間法[15]以及由這些方法衍生出來(lái)的諸多方法[16-20]。TONN[21]給出了不同Q值提取方法的詳盡對(duì)比。相對(duì)而言,頻移法和譜比法利用數(shù)據(jù)的局部頻率變化,受到的地震影響較小,計(jì)算穩(wěn)定性高,是目前應(yīng)用較多的方法。頻移法分為質(zhì)心頻移法和峰值頻移法。質(zhì)心頻移法在震源頻譜具有高斯分布的假設(shè)條件下,可得出吸收量與頻移量之間的線性關(guān)系[22];峰值頻移法只有在震源頻譜具有較好形態(tài)時(shí),才能得出峰值頻移量與吸收量之間的關(guān)系[23]。實(shí)際地震資料難以滿足這些假設(shè)條件,因而限制了頻移法的應(yīng)用及其結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此,已有學(xué)者尋求解決辦法[24],但仍未得到全面解決。就松遼盆地的薄互層結(jié)構(gòu)而言,地震主頻的移動(dòng)以及頻譜形狀的變化受介質(zhì)粘彈性吸收和薄層干涉的共同影響,有時(shí)薄層干涉的影響更大,克服薄層調(diào)諧造成的頻譜塌陷是一個(gè)難題。另一類求取Q值的方法是利用地震速度[25]求取,雖然精度較低,但可以確定Q值的低頻趨勢(shì),而且資料豐富,計(jì)算簡(jiǎn)便。

不同于實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的地層品質(zhì)因子Q,Qe是用來(lái)描述地層的粘彈性和薄層散射對(duì)地震波場(chǎng)的綜合吸收衰減效應(yīng)。類似于地震均方根速度用于地震成像,用疊前時(shí)間偏移掃描的方法,由反射地震數(shù)據(jù)求取控制點(diǎn)的Qe,但必須消除薄層干涉對(duì)頻譜形態(tài)的影響,選取大小適度的分析窗口,使得數(shù)據(jù)的頻譜能夠反映局部頻帶特征。另外,粘彈性介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移會(huì)以指數(shù)形式放大高頻噪聲,在求取Qe時(shí)必須考慮工區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的噪聲差異,合理確定補(bǔ)償后地震頻帶寬度。所以Qe的合理選取至關(guān)重要,實(shí)際應(yīng)用中采用常數(shù)Q值條件下粘滯聲學(xué)介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移算法,獲得一組不同Q值掃描剖面和道集,用于拾取Qe。選取合理的頻譜分析窗口,通過(guò)頻帶寬度、剖面噪聲水平客觀評(píng)價(jià)控制點(diǎn)Qe拾取的合理性,借鑒地層品質(zhì)因子Q與地層速度的關(guān)系,由偏移速度約束建立Qe三維場(chǎng)。

松遼盆地北部中央坳陷區(qū)油氣資源豐富,是重要的勘探領(lǐng)域之一。該區(qū)扶余油層的油水分布主要受斷裂特征、儲(chǔ)層發(fā)育狀況以及構(gòu)造特征3種因素控制。垂向含油層段為扶一、扶二油層組,地層厚度約為120m。單砂層厚度一般為1.2～5.2m,具有砂巖發(fā)育層數(shù)多、單井累計(jì)砂巖厚度變化大、砂地比低的特點(diǎn)。致密油勘探水平井部署針對(duì)的目標(biāo)是扶余油層的薄、窄、小河道砂體,因而地震資料的品質(zhì)成為制約水平井目標(biāo)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,在河道砂巖目標(biāo)刻畫(huà)中,現(xiàn)有的地震保幅高分辨率處理成果不能滿足需求,首先,垂向分辨率不足,難以實(shí)現(xiàn)針對(duì)目標(biāo)砂體的細(xì)分層解釋;其次,振幅保真度不夠,為了提高成像分辨率而使用的疊后反褶積,會(huì)破壞相對(duì)振幅關(guān)系,誤導(dǎo)目標(biāo)砂體刻畫(huà)。針對(duì)松遼盆地扶余油層的地質(zhì)特征以及現(xiàn)有處理技術(shù)的缺陷,我們研究了等效Q場(chǎng)的建立方法,并展示了粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前吸收補(bǔ)償偏移結(jié)果。

1 常數(shù)Q值疊前時(shí)間偏移掃描

基于波場(chǎng)延拓的偏移算法表明,均勻Q值模型條件下,粘彈性介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移等價(jià)于疊前地震道的常數(shù)Q值反Q濾波,再進(jìn)行常規(guī)疊前時(shí)間偏移[26]。這就大幅減少了考慮粘滯性的偏移計(jì)算量,可實(shí)現(xiàn)不同Q值的快速偏移掃描。

1.1 粘滯聲學(xué)介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移

在地震頻帶內(nèi),地層品質(zhì)因子Q與頻率的依賴性不強(qiáng),因此假設(shè)Q與頻率無(wú)關(guān)。基于波動(dòng)方程架構(gòu),引入等效Q值,推導(dǎo)出粘滯介質(zhì)條件下的頻散關(guān)系,考慮層狀非均勻介質(zhì)對(duì)地震波的吸收衰減,忽略震源子波的差異,在反褶積成像條件下單個(gè)輸入地震道在頻率域的偏移脈沖響應(yīng)[27],表示為:

(1)

式中:j為虛數(shù)單位;ω為地震數(shù)據(jù)的頻率;ω0為地震數(shù)據(jù)的主頻;F(ω)為檢波點(diǎn)記錄的地震道的傅里葉變換;τs和τg分別為地震波從激發(fā)點(diǎn)到成像點(diǎn)和從接收點(diǎn)到成像點(diǎn)的走時(shí),由炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)和成像點(diǎn)的坐標(biāo)以及成像點(diǎn)的均方根速度(Vrms)求取;Qe是成像點(diǎn)的等效Q值。Qe定義為:

(2)

式中:ΔTi是地震波經(jīng)過(guò)第i層介質(zhì)的單程走時(shí);Qi是第i層介質(zhì)的地層品質(zhì)因子;n表示成像點(diǎn)處上覆地層的層數(shù)。Qe不同于通常理解的成像點(diǎn)鄰域內(nèi)的地層品質(zhì)因子Q,二者的區(qū)別類似于地震均方根速度與層速度,地震速度是為了實(shí)現(xiàn)反射地震成像,Qe的作用是補(bǔ)償?shù)貙诱硿蘸捅』宇l散造成的地震波振幅衰減和頻散。方程(1)右端(τs/τg)2是成像加權(quán)系數(shù),其作用是消除地震波的球面擴(kuò)散效應(yīng);積分號(hào)內(nèi)第1個(gè)指數(shù)項(xiàng)exp[-j(π/2)]表示對(duì)輸入地震道的時(shí)間微分;積分號(hào)內(nèi)第2個(gè)指數(shù)項(xiàng)exp{jω(τs+τg)[1-1/(πQe)ln(ω/ω0)]}中,與Qe有關(guān)的項(xiàng)表示對(duì)輸入地震道的頻散校正,其時(shí)間延遲量與子波的頻率ω及地層的Qe有關(guān),使不同頻率成分的相位趨于地震主頻的相位,提高地震分辨率;積分號(hào)內(nèi)第3個(gè)指數(shù)項(xiàng)exp[ω(τs+τg)/(2Qe)]表示對(duì)輸入地震道的振幅補(bǔ)償,補(bǔ)償量與子波的頻率ω及地層的Qe有關(guān),ω越高、Qe越小,補(bǔ)償幅度越大,其作用是改變不同頻率成分的振幅關(guān)系,提高地震高頻成分的能量。

1.2 常數(shù)Q值疊前時(shí)間偏移

方程(1)表明,在給定輸入地震道和均方根速度的前提下,成像點(diǎn)的幅值由Qe唯一確定,為用疊前時(shí)間偏移掃描方法求取Qe奠定了理論基礎(chǔ),同時(shí)避免了由其它方法所求Q值對(duì)方程(1)的不適應(yīng)。對(duì)于常數(shù)Q值模型,即Qe為不隨成像點(diǎn)的垂向時(shí)間和水平位置變化的常數(shù),方程(1)就變?yōu)榈卣鸬婪碤濾波后,再進(jìn)行常規(guī)疊前時(shí)間偏移的結(jié)果。

給定常數(shù)Q值,在頻率域疊前地震道的反Q濾波可表示為:

(3)

式中:G(ω,τ)表示常數(shù)Q值的疊前地震道反Q濾波結(jié)果;F(ω)表示地震道的傅里葉變換。用方程(3)的右端項(xiàng)代替方程(1)中的有關(guān)項(xiàng),得出常數(shù)Q值疊前時(shí)間偏移成像表達(dá)式:

(4)

可見(jiàn),常數(shù)Q值疊前時(shí)間偏移等價(jià)于疊前反Q濾波地震道的常規(guī)疊前時(shí)間偏移。與方程(1)相比,方程(4)中缺少了與Q有關(guān)的指數(shù)項(xiàng),偏移計(jì)算效率大為提高。

1.3 疊前時(shí)間偏移掃描

松遼盆地已有的VSP資料和地震資料揭示,表征介質(zhì)粘彈性的地層品質(zhì)因子Q的垂向變化范圍為20～300。埋深0～1000m的上部地層的Q值為20～100;埋深1000～2000m的中部地層的Q值為100～150;埋深2000～6000m的下部地層的Q值為200～300[28-29]。這為垂向上大致確定Q值范圍提供了依據(jù)。圖1為不同深度常規(guī)疊前時(shí)間偏移與粘彈性疊前時(shí)間偏移數(shù)據(jù)的頻譜曲線,可見(jiàn),在振幅-20dB處(粉色直線),常規(guī)疊前時(shí)間偏移結(jié)果(圖1a)垂向存在明顯的降頻關(guān)系,淺、中、深層的頻帶依次為8～92,8～75,6～63Hz;而粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前時(shí)間偏移結(jié)果(圖1b)垂向淺、中、深層的頻率均得到抬升,頻帶依次為8～100,8～80,6～80Hz,其明顯特點(diǎn)是中、深層的頻率均較接近淺層,但不能超過(guò)淺層,符合波場(chǎng)傳播規(guī)律,可以作為評(píng)判中、深層Q選取合理性的一個(gè)約束條件。

圖1 不同深度常規(guī)疊前時(shí)間偏移(a)與粘彈性疊前時(shí)間偏移(b)數(shù)據(jù)的頻譜曲線

三維地震資料處理中,對(duì)密集的平面點(diǎn)估計(jì)等效Q值,工作量大,既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)。依據(jù)常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面,考察工區(qū)內(nèi)整體構(gòu)造情況,選取一定密度的控制線,在控制線上選取多個(gè)CDP控制點(diǎn),與偏移速度分析點(diǎn)位置相同為宜。在各CDP點(diǎn)不同深度上選取小時(shí)窗,選擇窗口應(yīng)包含反射信息豐富的位置。在各窗口中心給定一組Q值,以1/Q等間隔給出可能存在的Q值。由方程(4)進(jìn)行偏移掃描,得到一組相應(yīng)的成像道集與剖面,作為Qe選取的依據(jù)。

2 控制點(diǎn)Qe拾取

在疊前偏移過(guò)程中,補(bǔ)償?shù)卣鸩▊鞑ミ^(guò)程中的振幅衰減,恢復(fù)被衰減的高頻成分,使得中、深層地層的地震有效頻帶接近淺層頻帶。所選Qe的合理性至關(guān)重要,Qe太小,補(bǔ)償過(guò)度,破壞波組關(guān)系,噪聲加大;Qe太大,補(bǔ)償不足,分辨率提高不夠顯著。Qe選取的準(zhǔn)則應(yīng)是在可接受的噪聲水平下,補(bǔ)償偏移后成像剖面的頻帶相對(duì)較寬而且要保持縱、橫向波組關(guān)系。為此,必須解決2個(gè)問(wèn)題:①消除薄層干涉的影響,頻譜形態(tài)準(zhǔn)確反映補(bǔ)償前、后數(shù)據(jù)的局部頻帶變化;②考慮噪聲水平前提下確定高截頻率,進(jìn)而確定補(bǔ)償前、后數(shù)據(jù)的頻帶寬度。以補(bǔ)償結(jié)果的頻帶相對(duì)較寬、剖面信噪比較高為準(zhǔn)則,合理選取Qe。

2.1 消除薄層干涉影響

Qe估計(jì)應(yīng)依據(jù)不同Q值偏移結(jié)果的頻帶寬度來(lái)確定,所以頻譜所反映的主頻及頻譜形態(tài)的準(zhǔn)確性很關(guān)鍵。地震數(shù)據(jù)的主頻及頻譜形態(tài)受介質(zhì)粘滯性與薄層干涉共同影響,且有時(shí)薄層干涉的影響更大。薄層干涉表現(xiàn)為來(lái)自相鄰反射層的兩個(gè)連續(xù)子波耦合,致使頻譜上出現(xiàn)塌陷或局部極值,改變了頻譜形態(tài),因而無(wú)法精確測(cè)量頻譜寬度,增加了算法的不穩(wěn)定性。常用的譜比法、質(zhì)心平移法等算法本身不能解決薄層干涉問(wèn)題。由圖1可見(jiàn),地震數(shù)據(jù)的頻譜曲線在有效頻帶內(nèi)出現(xiàn)劇烈變化,反映了地層不同厚度的巖性組合變化,難以確定主頻位置,但可以確定在給定振幅處的頻帶寬度。

為了依據(jù)主頻選取合理的Qe,ZHANG等[30]采用頻率導(dǎo)數(shù)算術(shù)平均值的方法消除薄層干涉的影響,但由于疊前反褶積改變了地震信號(hào)的相對(duì)關(guān)系,這一指標(biāo)會(huì)不穩(wěn)定。以地震數(shù)據(jù)有限頻帶寬度作為評(píng)判指標(biāo),既符合寬頻成像的要求,也規(guī)避了確定主頻的困難,但需要確定頻譜分析時(shí)所用數(shù)據(jù)窗口大小對(duì)頻帶寬度的影響。理論上,窗口的時(shí)間長(zhǎng)度和橫向?qū)挾仍叫≡胶?以便突出局部頻率特征,提高拾取Qe的精度;但受頻譜分析算法的影響,窗口又不能太小。頻譜分析的結(jié)果表明,采用多道數(shù)據(jù)的頻譜可大幅緩解薄層干涉對(duì)頻譜形態(tài)的影響,選取一定的橫向道數(shù)與垂向長(zhǎng)度的窗口進(jìn)行頻譜計(jì)算,可得到相對(duì)光滑的頻譜曲線。

特定窗口內(nèi)選取不同橫向道數(shù)(1,11,21,31,41道)計(jì)算的頻譜如圖2所示,取垂向時(shí)間窗口長(zhǎng)度為300ms,可見(jiàn),橫向窗口寬度對(duì)頻譜的主頻和形態(tài)影響不大,頻譜曲線形態(tài)總體一致,僅在高頻端細(xì)節(jié)有所不同,原因在于松遼盆地局部凹陷期地層結(jié)構(gòu)變化不大。為避免單道存在的偶然性引起的頻譜曲線畸變,選用橫向31道作為窗口寬度。

圖2 橫向不同道數(shù)計(jì)算的頻譜曲線

取窗口橫向?qū)挾?1道,分別選取對(duì)應(yīng)窗口垂向長(zhǎng)度100,200,300,400,500ms計(jì)算的頻譜如圖3所示,可見(jiàn),窗口垂向長(zhǎng)度對(duì)頻譜形態(tài)影響較大,主頻不易確定,頻帶寬度變化大。窗口垂向長(zhǎng)度100ms的頻譜曲線不同于其它窗口長(zhǎng)度的頻譜,隨著窗口長(zhǎng)度的增加,頻譜曲線在有效頻率段(8～80Hz)的變化信息豐富,且因薄層干涉引起主頻位置發(fā)生變化,但所有曲線反映的頻譜寬度基本接近。如選用-20dB處的高低頻區(qū)間作為頻帶寬度,結(jié)果為8～80Hz。為突出數(shù)據(jù)的局部頻率特征,可選用垂向300ms作為窗口長(zhǎng)度。由以上分析可知,本工區(qū)選擇橫向31道、垂向300ms的窗口進(jìn)行頻譜分析,既可突出數(shù)據(jù)的局部頻率特征,又可滿足頻譜分析結(jié)果的穩(wěn)定性。

圖3 不同垂向長(zhǎng)度窗口的頻譜曲線

2.2 確定頻帶寬度

對(duì)松遼盆地薄砂體識(shí)別而言,地震數(shù)據(jù)的高頻成分尤為重要,但如果信噪比不高,則高頻成分沒(méi)有實(shí)際意義。以往側(cè)重構(gòu)造解釋的地震處理會(huì)采用帶限濾波壓制高頻噪聲,而今用于巖性識(shí)別的地震處理,為了實(shí)現(xiàn)高分辨率成像,在預(yù)處理階段對(duì)高頻隨機(jī)噪聲不做壓制,這無(wú)疑會(huì)在數(shù)據(jù)中存留高頻噪聲。此外,實(shí)際工區(qū)不同區(qū)域的噪聲水平也不相同,實(shí)際含噪地震數(shù)據(jù)經(jīng)補(bǔ)償偏移后會(huì)以指數(shù)倍數(shù)放大高頻噪聲,有效頻帶寬度受噪聲水平控制,即不同的噪聲水平對(duì)應(yīng)不同的頻帶寬度,Qe選取的合理性受噪聲水平控制?？梢?jiàn),噪聲水平、頻帶寬度和Qe三者相互耦合,并且隨著三維介質(zhì)的非均勻性,表現(xiàn)為垂向和橫向變化。

引入評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)噪聲水平的變量η,確定高截頻率。根據(jù)地震成像剖面中反射波同相軸的橫向連續(xù)性,采用局部多項(xiàng)式擬合濾波,以保留有效信號(hào)的高頻成分,定義如下參數(shù)來(lái)衡量噪聲水平:

(5)

式中:S(ω),N(ω)分別為局部多項(xiàng)式濾波得到的信號(hào)和噪聲的頻譜;Qi對(duì)應(yīng)補(bǔ)償后的成像剖面時(shí)所選用的Qe。為了保證算法的穩(wěn)定性,選取容易引起高頻噪聲的頻段計(jì)算η,即從地震主頻ω0到最高頻率ωm。

圖4為不同Qe對(duì)應(yīng)的噪聲水平曲線,由下至上曲線對(duì)應(yīng)的Qe范圍為500～80。由于補(bǔ)償?shù)某潭入S頻率按指數(shù)倍數(shù)增加,隨著Qe減小,補(bǔ)償強(qiáng)度增加,噪聲水平η增大。固定Qe,隨著頻率ω增加,噪聲水平η以指數(shù)形式增大。實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)于低信噪比區(qū)域可選取較小η,而在高信噪比區(qū)域,可選用較大η,以獲得高分辨率成像;保持噪聲η不變,如0.5,則不同Qe對(duì)應(yīng)不同的高截頻率,由此可判斷局部區(qū)域的高截頻率。

圖4 不同Qe對(duì)應(yīng)的噪聲水平曲線(由下至上曲線對(duì)應(yīng)的Qe范圍為500～80)

通過(guò)高截頻率來(lái)確定補(bǔ)償后地震剖面的頻帶寬度,進(jìn)而選擇合理Qe。但Qe的選取不應(yīng)過(guò)分追求提高主頻,應(yīng)以展寬有效信號(hào)頻帶范圍為重點(diǎn)。在局部頻帶范圍內(nèi)不同頻率成分信噪比差異較小,以振幅衰減至-20dB時(shí)頻帶寬度最大化作為Qe的選取準(zhǔn)則,頻寬大致相同的Q值范圍內(nèi)再兼顧井震匹配關(guān)系來(lái)確定最佳Qe。在對(duì)應(yīng)不同Qe補(bǔ)償?shù)某上衿拭嫔?計(jì)算Qe拾取窗口內(nèi)地震數(shù)據(jù)的分貝譜。在分貝譜上分別統(tǒng)計(jì)-10dB與-20dB處的頻帶寬度高、低頻數(shù)值,分析不同參數(shù)對(duì)應(yīng)補(bǔ)償后頻率變化曲線范圍,繪制出頻帶寬度中高、低頻端頻率變化曲線,結(jié)果如圖5 所示,圖中藍(lán)色曲線、紅色曲線分別對(duì)應(yīng)振幅為-10dB,-20dB處的頻譜。隨著Qe減小,地震高頻抬升,同時(shí)低頻損失增大,且頻帶寬度隨Qe的變化而變化。在相同噪聲水平下,對(duì)比不同Qe補(bǔ)償?shù)卣鹌拭娴念l譜寬度,以有效頻帶寬度作為Qe選取的依據(jù),在信噪比可接受前提下,選擇高頻提升較大、低頻損失較小,頻帶寬度較大的Qe作為窗口中心位置的Qe,如圖5綠色直線所示。

圖5 頻率變化曲線及Qe調(diào)整

2.3 成像剖面質(zhì)量評(píng)價(jià)

實(shí)際應(yīng)用中,在每一個(gè)分析時(shí)窗內(nèi),通過(guò)上述等效Q值掃描、頻譜分析、高截止頻率等處理形成一系列偏移剖面,再將其與常規(guī)偏移結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)于有井資料的分析時(shí)窗,還可將參考井處不同Q參數(shù)粘彈偏移剖面與合成記錄的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行綜合分析,根據(jù)目的層段的地質(zhì)需求及砂泥巖組合的局部變化,優(yōu)選最終參數(shù)。圖6和圖7分別為不同Q值的吸收補(bǔ)償剖面及其對(duì)應(yīng)的扶余油層頻譜。其中,圖6a 是未進(jìn)行Q補(bǔ)償?shù)某Ｒ?guī)偏移剖面,剖面頻帶寬度為6～63Hz(圖7a),T2以下同相軸模糊不清;圖6b 中Q值為125、對(duì)應(yīng)剖面頻帶為6～70Hz(圖7b),高頻成分補(bǔ)償不足,目標(biāo)層內(nèi)同相軸模糊不清,井震標(biāo)定難以定位;而圖6d中Q值為98,對(duì)應(yīng)剖面頻帶為7～90Hz(圖7d),補(bǔ)償后頻帶較寬,但剖面信噪比降低,波組橫向變化過(guò)于復(fù)雜;圖6c中Q值為114,對(duì)比可以看出,Q值大小較為合適,補(bǔ)償后信噪比與分辨率協(xié)調(diào),井震匹配關(guān)系合理,并且目標(biāo)油層段復(fù)合波打開(kāi),原有同相軸變細(xì),內(nèi)部反射局部細(xì)節(jié)更加清晰,揭示了更多的地層反射細(xì)節(jié),在保持縱橫向波組關(guān)系條件下提高了地震資料縱向分辨率。如此,可求得工區(qū)內(nèi)CDP控制點(diǎn)在垂向不同雙程旅行時(shí)對(duì)應(yīng)的Qe。

圖6 不同Q值的吸收補(bǔ)償偏移剖面及與合成記錄的匹配關(guān)系a 未補(bǔ)償剖面; b Q=125; c Q=114; d Q=98

圖7 不同Q值的吸收補(bǔ)償偏移剖面對(duì)應(yīng)的扶余油層頻譜a 未補(bǔ)償剖面頻譜; b Q=125; c Q=114; d Q=98

3 三維等效場(chǎng)建立

經(jīng)過(guò)Qe拾取,獲得三維工區(qū)內(nèi)平面上具有一定CDP點(diǎn)密度、垂向上間隔一定時(shí)間長(zhǎng)度的控制點(diǎn)上的Qe,即三維空間內(nèi)縱橫向控制點(diǎn)上的Qe。引入疊前時(shí)間偏移均方根速度作為約束條件,求取三維Qe場(chǎng),即空間內(nèi)每個(gè)采樣點(diǎn)上的Qe。由巖石物理研究可知,地層Q值與速度有如下近似關(guān)系[31]:

Q=αVβ

(6)

其中,α和β是常數(shù),V是速度。將這一關(guān)系應(yīng)用于Qe和均方根速度Vrms,并取對(duì)數(shù),有:

lnQe=α+βlnVrms

(7)

對(duì)已知CDP控制點(diǎn)在垂向不同雙程旅行時(shí)對(duì)應(yīng)的Qe和Vrms,由(7)式線性回歸求得α和β。由圖8可見(jiàn),在自然對(duì)數(shù)坐標(biāo)下,Qe和Vrms(紅色點(diǎn))呈良好的線性關(guān)系(藍(lán)色直線),線性回歸求得α和β分別為3.5和1.32。

圖8 偏移速度Vrms和Qe的擬合曲線

由α,β和各樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Vrms求得該CDP點(diǎn)垂向各樣點(diǎn)時(shí)間對(duì)應(yīng)的Qe。如此,可求出工區(qū)內(nèi)橫向上各控制點(diǎn)的垂向各樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Qe。以控制點(diǎn)為插值節(jié)點(diǎn),給定平面插值半徑,采用距離加權(quán)方式,進(jìn)行三維插值,得到成像區(qū)域的三維Qe場(chǎng)。選定目標(biāo)線進(jìn)行粘彈性介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移,與常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面對(duì)比,依據(jù)地質(zhì)認(rèn)識(shí),從剖面信噪比、波組特征以及所能反映的地質(zhì)特征,檢驗(yàn)等效Q場(chǎng)是否合理。由圖9可以看出,偏移速度Vrms和Qe剖面形態(tài)接近,呈現(xiàn)垂向增加、橫向緩慢變化的特點(diǎn),與地層結(jié)構(gòu)特征相對(duì)應(yīng)。

圖9 偏移速度Vrms(a)和Qe(b)剖面

4 應(yīng)用實(shí)例

我們將前文所述方法應(yīng)用于多個(gè)三維區(qū)塊的等效Q值模型的建立,進(jìn)行了粘彈性疊前偏移處理,實(shí)現(xiàn)在振幅保真前提下的頻帶有效展寬。圖10展示了常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面與粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前時(shí)間偏移剖面,對(duì)比可以看出,整體上粘彈性偏移處理后剖面的斷裂特征更加清晰、層間反射信息更加豐富,信噪比適中,尤其是在薩爾圖油層組的河道特征保持良好(藍(lán)色橢圓位置);與常規(guī)疊前時(shí)間偏移結(jié)果相比,粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前時(shí)間偏移剖面的頻帶展寬近20Hz。實(shí)際水平井的鉆探效果也證實(shí)了本文方法的有效性。

圖10 常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面(a)和粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前時(shí)間偏移剖面(b)的對(duì)比

在松遼盆地扶余油層致密油勘探的水平井部署中,儲(chǔ)層埋藏深度平均為1900m,疊置砂體厚度為5～7m,需要在垂向厚度100m、地震雙程反射時(shí)間80ms范圍內(nèi)分辨出F11,F12,F13,F21,F22共5個(gè)油層組。利用常規(guī)疊前時(shí)間偏移資料不能進(jìn)行5個(gè)油層組的解釋,尤其是F11小層底界面難以識(shí)別追蹤。

圖11為目的層段常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面和粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前時(shí)間偏移剖面,其中綠色地震道為F244-124井的合成記錄,藍(lán)色曲線為伽馬曲線,低伽馬值對(duì)應(yīng)砂巖發(fā)育段;粉紅色字符標(biāo)出扶余油層5個(gè)油層的解釋的砂層組底界,分別為F11,F12,F13,F21,F22。常規(guī)疊前時(shí)間偏移成像剖面分辨率低,有效頻帶為8～72Hz,與主頻35Hz的合成記錄相匹配,扶余油層不能按5個(gè)油層解釋追蹤。粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前時(shí)間偏移剖面中,成像分辨率提高,有效頻帶為8～95Hz,T2標(biāo)志層的強(qiáng)反射特征清晰,與主頻48Hz的合成記錄相匹配,對(duì)目的層反射F11的刻畫(huà)更為清晰,F11小層厚度10m,其底界面對(duì)應(yīng)T2標(biāo)志層下第一個(gè)波峰,可橫向追蹤識(shí)別,且橫向振幅與波形變化豐富,而常規(guī)偏移結(jié)果反射處于復(fù)波中難以實(shí)現(xiàn)追蹤。

圖11 目的層段常規(guī)疊前時(shí)間偏移剖面(a)和粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前時(shí)間偏移剖面(b)的對(duì)比

應(yīng)用結(jié)果表明,采用本文方法,扶余油層能夠按5個(gè)油層進(jìn)行解釋追蹤,而且對(duì)應(yīng)各小層的同相軸的振幅與波形橫向變化豐富,對(duì)應(yīng)不同的巖性組合變化。圖11a 和圖11b的振幅縱、橫向相對(duì)變化一致,說(shuō)明粘滯聲學(xué)介質(zhì)疊前時(shí)間偏移能夠在保持振幅相對(duì)關(guān)系前提下提高地震垂向分辨率,Qe場(chǎng)選取合理且有效。由大量的水平井部署研究結(jié)果可知,選擇合理的Qe,在成像剖面上能夠識(shí)別追蹤F11小層底界面,Qe過(guò)小,會(huì)破壞波組關(guān)系;Qe過(guò)大,則成像分辨率不夠,F11小層底界面難以識(shí)別追蹤。

5 結(jié)論

本文研究了基于偏移掃描的時(shí)間域三維等效Q值模型的建立方法,用于粘滯聲學(xué)介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移,以提高地震成像分辨率,在實(shí)際水平井部署中該技術(shù)的應(yīng)用有效提高了鉆井成功率。

1) 均勻Q值模型的粘滯聲學(xué)介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移,就是疊前地震道常數(shù)Q值反Q濾波,結(jié)合常規(guī)疊前時(shí)間偏移,可以實(shí)現(xiàn)快速偏移掃描;

2) 頻帶寬度和成像剖面質(zhì)量是等效Q值估計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),綜合考慮評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)等效Q值的合理拾取;

3)依據(jù)控制點(diǎn)的等效Q值,由三維偏移速度場(chǎng)轉(zhuǎn)換求出的三維等效Q值模型,方法快捷、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便,能夠滿足粘滯聲學(xué)介質(zhì)吸收補(bǔ)償疊前時(shí)間偏移對(duì)三維等效Q值模型的要求。

本文所介紹的時(shí)間域等效Q值模型的建立方法為建立深度域的Q值模型提供了一種思路,具有借鑒意義。