塔河常規(guī)三維與三分量三維縱波成像能力對(duì)比

李海英,白志釗,于光明,趙海珍

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830011;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球物理與信息技術(shù)學(xué)院,北京100083;3.北京多分量地震技術(shù)研究院,北京100029;4.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司物探技術(shù)研究中心,河北涿州072751)

近年來(lái),多分量地震技術(shù)得到了快速發(fā)展[1]。由于多波多分量地震采集記錄了縱波、橫波和轉(zhuǎn)換波等多種地震波信息,有利于解決油氣藏更多的、單純縱波不能解決的問題[2]。而數(shù)字三分量檢波器的出現(xiàn),大幅度降低了多分量地震數(shù)據(jù)的采集成本,使得開展高分辨率和高信噪比多波多分量地震勘探成為現(xiàn)實(shí)[3]。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于多分量地震勘探的研究很多。特別是關(guān)于數(shù)字三分量檢波器的研制中,前人根據(jù)數(shù)字和模擬檢波器各自的特點(diǎn),進(jìn)行了大量的采集試驗(yàn)對(duì)比工作,并對(duì)三分量數(shù)字檢波器的應(yīng)用方法及效果進(jìn)行了討論[4]。自塔河油田勘探開發(fā)以來(lái),經(jīng)過了多輪單分量地震數(shù)據(jù)采集和高分辨率儲(chǔ)層預(yù)測(cè)攻關(guān)研究。但迄今為止,仍未能定量、客觀地評(píng)估三分量地震數(shù)據(jù)的適用性及其在碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層精細(xì)刻畫等方面的應(yīng)用潛力和意義。本文利用塔河地區(qū)沙48井區(qū)的數(shù)據(jù),開展常規(guī)模擬與數(shù)字檢波器數(shù)據(jù)的綜合對(duì)比分析研究,針對(duì)該地區(qū)深層縫洞型儲(chǔ)層特點(diǎn),從信噪比、分辨率的角度,綜合評(píng)判常規(guī)三維與三分量三維(3D3C)地震數(shù)據(jù)精細(xì)刻畫沙漠地區(qū)縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的能力,以論證三分量三維地震技術(shù)在該類探區(qū)應(yīng)用的可行性和先進(jìn)性。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)地層概況

塔河勘探區(qū)的地層缺失侏羅系中、上統(tǒng),上石炭統(tǒng)和志留—泥盆系、上奧陶統(tǒng),其它地質(zhì)時(shí)代的地層基本上發(fā)育齊全。三疊系以上為陸相碎屑巖沉積,石炭系為海陸交互相碎屑巖夾薄層灰?guī)r,奧陶系為海相碳酸鹽巖。奧陶系碳酸鹽巖經(jīng)風(fēng)化剝蝕而形成眾多低幅度的風(fēng)蝕殘丘,裂縫及溶蝕孔洞發(fā)育,儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)[5]。在地震剖面上,本區(qū)存在多個(gè)良好的波阻抗界面,主要碳酸鹽巖目的層地震波組為:

奧陶系碳酸鹽巖縫洞體作為該地區(qū)的主要油氣產(chǎn)層,由于其埋深較大,且縫洞體的分布隨機(jī)性較強(qiáng)以及縫洞體發(fā)育規(guī)模不一,尤其是較小規(guī)模的縫洞相對(duì)難以識(shí)別,為儲(chǔ)層的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)帶來(lái)了很大的困難,因此通過改進(jìn)地震采集方法并配套對(duì)應(yīng)的處理解釋工作實(shí)現(xiàn)碳酸鹽巖儲(chǔ)層縫洞發(fā)育帶及縫洞體發(fā)育尺度的精確識(shí)別和預(yù)測(cè),對(duì)儲(chǔ)層的開發(fā)具有重要意義。

1.2 野外采集數(shù)據(jù)概況

2006年底,在塔河沙48井區(qū)用單分量高精度(小面元)三維常規(guī)縱波模擬檢波器采集了三維地震數(shù)據(jù),在其中一束線的位置用三分量數(shù)字檢波器同時(shí)采集了三維三分量地震數(shù)據(jù),我們利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了常規(guī)3D地震數(shù)據(jù)與3D3C地震數(shù)據(jù)的對(duì)比試驗(yàn)。

如圖1所示,工區(qū)布設(shè)高精度測(cè)線5束,在第5束線同時(shí)進(jìn)行3D3C數(shù)據(jù)采集。圖1中,藍(lán)線為炮線,紅線為檢波線,縱橫向分別為大地坐標(biāo)。

圖1 三維模擬與數(shù)字檢波器采集工區(qū)范圍

1.3 地震數(shù)據(jù)概況

單分量模擬檢波器是輸出信號(hào)為模擬信號(hào)的傳感裝置,具有體積較小、通過組合可較好壓制地面噪聲等特點(diǎn),但隨著對(duì)地震勘探精度要求的不斷提高,常規(guī)模擬檢波器在一定程度上已無(wú)法滿足高分辨率、高信噪比、高保真度的要求。本文所涉及的模擬檢波器采集的數(shù)據(jù)均為單分量(Z分量)數(shù)據(jù)。

隨著高分辨率地震勘探的發(fā)展,三分量數(shù)字勘探技術(shù)也在不斷發(fā)展。與模擬單分量檢波器相比,在相同的野外施工條件下,三分量數(shù)字檢波器不僅能獲得優(yōu)于單分量模擬檢波器的縱波數(shù)據(jù),同時(shí)還能獲得良好的X,Y分量數(shù)據(jù),經(jīng)過相關(guān)處理可以獲得P-SV波和P-SH波數(shù)據(jù)[6],數(shù)據(jù)采集性價(jià)比高[7]。由于三分量數(shù)字檢波器采用單點(diǎn)、高密度、無(wú)組合接收方式,信號(hào)主頻相對(duì)較高,高頻段能量相對(duì)較強(qiáng),頻帶相對(duì)較寬,因此分辨率相對(duì)較高[8];同時(shí),三分量數(shù)字檢波器保真度高、畸變低、動(dòng)態(tài)范圍大,具有極高的向量保真度,不受外界電磁信號(hào)的干擾[9]。采用三分量數(shù)字檢波器采集的X,Y,Z三分量數(shù)據(jù),經(jīng)過有效的處理解釋,可充分利用縱、橫波聯(lián)合勘探獲得更豐富的地下信息,并利用橫波彌補(bǔ)某些地區(qū)縱波勘探無(wú)法得到好的記錄的問題,對(duì)許多復(fù)雜油氣藏具有常規(guī)縱波不可比擬的優(yōu)越性[10]。但由于三分量數(shù)字檢波器采用無(wú)野外組合的單檢波器接收方式,干擾波沒有得到有效壓制,因此在單炮記錄上干擾明顯比模擬檢波器強(qiáng),信噪比較低,增加了室內(nèi)壓噪處理的難度[11-12]。

2 對(duì)比與分析

前人關(guān)于數(shù)字檢波器和模擬檢波器的研究較多[13-14],本文僅從數(shù)據(jù)的野外地震采集和后期處理解釋結(jié)果兩方法進(jìn)行比較(比較對(duì)象主要為兩種檢波器采集的Z分量縱波數(shù)據(jù)),而且縱波數(shù)據(jù)是通過相同的處理環(huán)節(jié)得到,不同點(diǎn)是三分量數(shù)據(jù)的縱波數(shù)據(jù)是通過波場(chǎng)分離除去了橫波信息得到,而單分量數(shù)據(jù)并沒有進(jìn)行波場(chǎng)分離處理。

2.1 野外單炮數(shù)據(jù)

選擇相同炮點(diǎn)激發(fā),接收物理點(diǎn)最接近的單分量模擬檢波器與三分量數(shù)字檢波器單炮記錄進(jìn)行特征分析。圖2、圖3均是來(lái)自于單分量第682炮,三分量第2炮,排列中各物理點(diǎn)的Y坐標(biāo)相同,X坐標(biāo)相差100m,單分量道號(hào)為2107～2279,三分量道號(hào)為2703～2875,共172道。

圖2所示為單分量模擬檢波器采集的Z分量數(shù)據(jù)的單炮記錄與三分量數(shù)字檢波器采集的Z分量數(shù)據(jù)的單炮記錄對(duì)比。從圖2中可以看到:①常規(guī)縱波數(shù)據(jù)的信噪比明顯高于三分量數(shù)據(jù)的信噪比,這是由于高密度采集與三分量采集的道間距相同,單分量縱波通過野外檢波器的組合壓制了隨機(jī)噪聲和面波[15],獲得了信噪比好于三分量單檢波器接收的信號(hào);②在單分量縱波炮記錄上可以看到明顯的地下層位反射雙曲線,而Z分量基本淹沒在噪聲中。除了檢波器組合的影響,檢波器類型的差異可能也是影響因素之一[2,9]。

圖2 模擬檢波器Z分量(a)與數(shù)字檢波器Z分量(b)單炮記錄

為進(jìn)一步量化分析模擬檢波器Z分量與數(shù)字檢波器Z分量的差異,如圖3所示,我們對(duì)有效反射波出現(xiàn)的窗口進(jìn)行信號(hào)的頻譜與F-K分析。從圖3a與圖3b對(duì)比可以看到:①二者主頻差異不明顯,幾乎相同;②數(shù)字檢波器Z分量具有明顯寬于模擬檢波器Z分量的頻帶,這是檢波器組合疊加損失頻帶的必然。例如,以30dB為對(duì)比基線,模擬檢波器Z分量的頻寬為50Hz,而數(shù)字檢波器Z分量的頻寬可達(dá)75Hz。但從F-K譜上可以看到:①Z分量的寬頻并非都是有意義的,模擬檢波器Z分量有效頻寬為10～30Hz,而數(shù)字檢波器Z分量的有效頻寬為10～45Hz;②高于50Hz以上的Z分量信號(hào)主要是隨機(jī)噪聲;③通過兩者Z分量有效頻寬的對(duì)比,說(shuō)明該地區(qū)的目的層反射波主要分布在10～50Hz頻帶,再高的頻帶沒有意義。通過上述的分析可以得出認(rèn)識(shí):在后續(xù)的三分量處理中如何有效的保護(hù)10～50Hz的頻譜信號(hào)是實(shí)現(xiàn)三分量處理的關(guān)鍵。

圖3 模擬檢波器與數(shù)字檢波器Z分量的有效反射波對(duì)比a 模擬檢波器Z分量有效反射段(左)的F-K譜(中)與頻譜(右);b 數(shù)字檢波器Z分量有效反射段(左)的F-K譜(中)與頻譜(右)

2.2 處理結(jié)果

單分量數(shù)據(jù)和三分量數(shù)據(jù)均采用了面元為15m×15m的觀測(cè)系統(tǒng),覆蓋次數(shù)均為320次,從而保證了數(shù)據(jù)資料的一致性。

兩種數(shù)據(jù)通過完全相同的處理環(huán)節(jié)得到。圖4為3D3C數(shù)據(jù)處理流程(常規(guī)3D數(shù)據(jù)處理沒有波場(chǎng)分離環(huán)節(jié))。

圖4 塔河油田3D3C數(shù)據(jù)處理流程

圖5 某聯(lián)井線疊前時(shí)間偏移奧陶系灰?guī)r頂反射特征對(duì)比a 三分量縱波;b 單分量縱波

圖6 某線疊前時(shí)間偏移奧陶系灰?guī)r頂反射特征對(duì)比a 三分量縱波;b 單分量縱波

圖7為單分量與三分量縱波疊加剖面的頻譜特征對(duì)比,可以看出,盡管二者的主頻相差不多,均為30Hz,但單分量縱波的頻帶寬度只有不到60Hz,而三分量縱波的頻帶寬度高達(dá)80Hz。這主要是由于三分量采集使用了單點(diǎn)無(wú)組合采集,經(jīng)過室內(nèi)處理、壓制面波等技術(shù)[17]保證了三分量地震數(shù)據(jù)可以具有相對(duì)較好的頻譜寬度,且采取了保幅處理技術(shù)。因此,從剖面特征上看盡管三分量縱波的信噪比低于單分量縱波,但由于其頻帶寬度較大,因而具有更明顯的解釋反演優(yōu)勢(shì)。

2.3 縫洞體識(shí)別能力

在塔河地區(qū)的碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層勘探中,地震處理結(jié)果較好的地震剖面主要表現(xiàn)為串珠反射地震特征[18-19]。圖8為三分量縱波和單分量縱波串珠成像效果對(duì)比,分別截取了單分量數(shù)據(jù)體和三分量數(shù)據(jù)體相同位置的連井剖面,并以數(shù)字標(biāo)定明顯的串珠反射地震特征(所標(biāo)定的串珠狀地震反射已由相應(yīng)井位證明確實(shí)為溶蝕孔洞)。由圖可見,在識(shí)別孔洞的重合率的方面,兩種數(shù)據(jù)表現(xiàn)出很高的一致性;從識(shí)別孔洞的數(shù)量上來(lái)看,三分量縱波識(shí)別數(shù)量較多,表現(xiàn)了較好的橫向分辨率,雖然部分縫洞反射能量較弱,如2號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、10號(hào)和11號(hào)反射特征,但單分量縱波剖面上的串珠反射能量更強(qiáng),孔洞的邊界更清晰(見圖8b),這主要是因?yàn)闄z波器組合增強(qiáng)有效反射的能量。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

圖7 單分量縱波(a)與三分量縱波(b)的頻譜特征

將處理后的兩種數(shù)據(jù)體加載到地震解釋系統(tǒng)中,嘗試?yán)酶鞣N地震屬性來(lái)表征碳酸鹽巖溶蝕孔洞,并與傳統(tǒng)單分量地震縫洞成像效果對(duì)比,最終選取了譜分解來(lái)表征孔洞特征,特別是譜分解15Hz的結(jié)果對(duì)溶蝕孔洞的識(shí)別效果最好(圖9、圖10),識(shí)別孔洞的數(shù)量大大增加。

表1 單分量與三分量縱波溶蝕孔洞成像效果對(duì)比

圖9 單分量縱波15Hz譜分解剖面

圖10 三分量縱波15Hz譜分解剖面

兩種地震數(shù)據(jù)的譜分解剖面在識(shí)別溶蝕孔洞的數(shù)量及清晰度方面表現(xiàn)出很高的一致性,且相比于原地震剖面都有大幅度的提高。三分量縱波剖面識(shí)別孔洞數(shù)量較多,但是單分量縱波剖面中孔洞的能量更強(qiáng),孔洞的邊界更清晰,統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 單分量與三分量縱波譜分解效果對(duì)比

3 結(jié)論

通過三分量地震信號(hào)的對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)三分量地震信號(hào)中的縱波具有高于單分量縱波的主頻和頻道寬度,有利于高分辨率勘探,即該研究區(qū)的三分量地震數(shù)據(jù)采集是可靠的,且具有信號(hào)頻帶上的優(yōu)勢(shì),但三分量地震的信噪比低于單分量縱波,經(jīng)過室內(nèi)處理技術(shù)的攻關(guān),三分量地震可以獲得相對(duì)較好的處理效果。單分量與三分量縱波對(duì)于洞體有類似的成像效果,其中單分量縱波善于識(shí)別窄而長(zhǎng)的洞體;而三分量縱波善于識(shí)別寬而短的溶蝕孔洞,尤其對(duì)于較小的溶蝕孔洞有好的識(shí)別效果。數(shù)量上單分量縱波識(shí)別的洞體個(gè)數(shù)稍少于三分量縱波。綜合以上結(jié)論可以說(shuō)明三分量地震縱波成像可以滿足縫洞體串珠狀反射識(shí)別的需要。

由于三分量采集信噪比較低,所以偏移處理后剖面在溶蝕孔洞的成像能量強(qiáng)度上與常規(guī)縱波相比稍有欠缺;但是三分量數(shù)據(jù)的頻帶較寬,通過譜分解方法更有利于識(shí)別小規(guī)模(隱蔽)溶蝕孔洞,而單分量數(shù)據(jù)由于頻帶限制無(wú)法達(dá)到三分量數(shù)據(jù)對(duì)于小規(guī)模(隱蔽)溶蝕孔洞的識(shí)別效果。

致謝:在塔河沙48井區(qū)三分量地震數(shù)據(jù)處理和裂縫預(yù)測(cè)方面得到了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)王赟教授、蘆俊副教授,中石化西北分公司勘探開發(fā)研究院地球物理所王建斌老師的指導(dǎo)和幫助,在此表示感謝。