◇中國石油遼河油田勘探事業(yè)部 劉 康

本文主要對(duì)基于壓縮感知的疊后稀疏反演低頻補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了分析與研究，首先簡要闡述了該技術(shù)的基本原理，然后利用模型測試的方式驗(yàn)證了該方法的有效性，最后將其應(yīng)用于遼河?xùn)|部凹陷青龍臺(tái)地區(qū)的實(shí)際地震數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：該方法可以在不影響高頻段地震信號(hào)的前提之下，有效補(bǔ)償?shù)皖l信號(hào)的能量，實(shí)現(xiàn)地震弱信號(hào)能量的增強(qiáng)。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)表明，我國石油和天然氣的消費(fèi)量巨大，嚴(yán)重依賴進(jìn)口。截止到2020年12月底，我國石油和天然氣的進(jìn)口量分別為5.4億噸、1.01億噸、對(duì)外依存度分別為73%、43%，油氣資源的短缺已經(jīng)嚴(yán)重影響了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源安全。目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的蓬勃發(fā)展，油氣勘探開發(fā)的效果日益顯著，油氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量連年遞增。但是，經(jīng)過多年的開采，我國大部分油田都進(jìn)入了勘探開發(fā)的中后期，生產(chǎn)的難度日益加大，勘探開發(fā)的目標(biāo)也逐漸發(fā)生改變，其中最為顯著的一點(diǎn)就是勘探的深度不斷增加[1-2]。隨著勘探的深度持續(xù)加大，地震資料的品質(zhì)會(huì)不斷降低，同時(shí)地震資料還會(huì)缺失低頻和高頻信息，進(jìn)而嚴(yán)重影響了地震資料成像的精度和儲(chǔ)層預(yù)測的可靠性，從而加大了勘探開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。因此，針對(duì)地震數(shù)據(jù)頻帶能量補(bǔ)償?shù)姆椒☉?yīng)運(yùn)而生。

目前，地震資料頻帶能量補(bǔ)償?shù)乃惴ū容^多，但是基本都是對(duì)高頻進(jìn)行補(bǔ)償，針對(duì)低頻的能量補(bǔ)償算法較少，而且或多或少都會(huì)存在一定的缺陷，很難得到理想的低頻補(bǔ)償效果，給油田深層油氣勘探開發(fā)工作帶來了一定的困難[3,4]。近些年以來，基于壓縮感知理論的采樣和恢復(fù)理論發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)的重建、地震采集觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、地震數(shù)據(jù)去噪等方面，取得了較好的效果。本文主要對(duì)基于壓縮感知的疊后稀疏反演低頻補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了分析與研究。

1 基本原理

根據(jù)相關(guān)原理，地震數(shù)據(jù)一般可以表示如下：

對(duì)式（1）進(jìn)行Fourier（傅里葉）變換，將其轉(zhuǎn)換為頻率域，計(jì)算公式如下：

2 模型測試

為了驗(yàn)證該方法的有效性，取主頻為35Hz的雷克子波，在100ms、250ms和400ms處設(shè)置相應(yīng)的反射系數(shù)序列，通過褶積運(yùn)算得到合成地震記錄。然后運(yùn)用式（3）和式（4），對(duì)合成地震記錄進(jìn)行低頻補(bǔ)償，結(jié)果見圖1。從圖中可以看出，補(bǔ)償之后的地震數(shù)據(jù)旁瓣得到一定的壓縮，分辨率也得到有效提高。

圖1 低頻補(bǔ)償前后合成地震記錄

3 實(shí)際應(yīng)用分析

青龍臺(tái)地區(qū)位于遼河?xùn)|部凹陷的北段，探明率比較低，具有比較好的油氣成藏條件。對(duì)該區(qū)的地震采集數(shù)據(jù)和區(qū)域地質(zhì)背景進(jìn)行分析可知，地震資料的處理難度較大，主要的難點(diǎn)有以下4個(gè)方面：①拼接工區(qū)井炮和可控震源資料差異及工區(qū)復(fù)雜近地表的影響，使得數(shù)據(jù)子波空間屬性差異明顯；②可控震源激發(fā)數(shù)據(jù)噪音相對(duì)炸藥激發(fā)數(shù)據(jù)較重，難以滿足淺層微幅構(gòu)造圈閉及砂體的刻畫需求；③震源激發(fā)區(qū)高頻信號(hào)相對(duì)較弱，主頻較低，頻帶較窄，加之巖性復(fù)雜使得薄儲(chǔ)層有利砂體的識(shí)別預(yù)測難度大；④工區(qū)斷裂構(gòu)造復(fù)雜發(fā)育，潛山邊界及內(nèi)幕不清，速度橫縱向變化較快。

針對(duì)上述問題，通過運(yùn)用高質(zhì)量工區(qū)拼接處理技術(shù)、靜校正技術(shù)、線性噪音壓制技術(shù)、振幅補(bǔ)償技術(shù)、多次波壓制技術(shù)、疊前深度偏移技術(shù)等多種處理方式獲得了疊后地震數(shù)據(jù)。但是經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，疊后地震數(shù)據(jù)10Hz以下的信息有所缺失，在一定程度上會(huì)影響后續(xù)地震解釋和儲(chǔ)層預(yù)測的可靠性和精度。因此，本文采用基于壓縮感知的疊后稀疏反演低頻補(bǔ)償技術(shù)對(duì)疊后地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，補(bǔ)償之后的地震數(shù)據(jù)的能量得到一定程度的增強(qiáng)，同相軸的反射清晰，波組之間的關(guān)系層次分明，斷層面和潛山界面的成像清晰。其次，從頻譜分析的結(jié)果可知，補(bǔ)償之后的深層和淺層地震數(shù)據(jù)頻帶明顯變寬，10Hz以下的信息得到有效補(bǔ)償，分辨率顯著提高，而且沒有損害高頻信息（圖3）。

圖2 低頻補(bǔ)償前后地震資料對(duì)比

圖3 低頻補(bǔ)償前后不同深度地震數(shù)據(jù)的頻譜分析對(duì)比

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

地震數(shù)據(jù)缺失低頻信息，不但會(huì)降低地震資料的分辨率，而且影響了后續(xù)地震解釋和儲(chǔ)層預(yù)測的精度，尤其是對(duì)油田深層油氣勘探開發(fā)的影響較大。基于壓縮感知的疊后稀疏反演低頻補(bǔ)償技術(shù)可以在不損傷高頻段地震信息的情況下，有效補(bǔ)償?shù)卣饠?shù)據(jù)的低頻信息，不但提高了地震數(shù)據(jù)的分辨率，而且有效改善了地震數(shù)據(jù)的品質(zhì)，并且也為后續(xù)的地震解釋和儲(chǔ)層預(yù)測提供了比較可靠的地震資料，從而為油田深層油氣勘探工作提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。