春光探區(qū)地震資料相位差異消除方法及在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

宋桂橋

?

春光探區(qū)地震資料相位差異消除方法及在儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

宋桂橋

（中國(guó)石化油田勘探開(kāi)發(fā)事業(yè)部，北京 100728）

春光探區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，地表以沙漠、戈壁為主，導(dǎo)致采集到的地震資料，即使在精細(xì)處理之后，仍與鉆測(cè)井資料揭示的儲(chǔ)層分布之間，存在著一些固有的相位差異，且不同時(shí)期采集的地震資料之間，也互相存在著一定的相位差異。在這種情況下，當(dāng)利用地震資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，或者利用不同時(shí)期地震資料進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，其結(jié)果往往存在誤差。為了消除這種誤差，提出了基于地震子波相位差異的地震資料相位旋轉(zhuǎn)方法，根據(jù)相位差與頻率之間的擬合關(guān)系，旋轉(zhuǎn)其中一套地震資料的相位，使其與另外一套地震資料相位一致，從而為后續(xù)的振幅分析提供依據(jù)。另外，為了得到準(zhǔn)確的儲(chǔ)層分布特征，通過(guò)地質(zhì)模型約束下的約束稀疏脈沖反演技術(shù)，對(duì)相位旋轉(zhuǎn)前后的多套地震資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，對(duì)比結(jié)果表明，相位校正后的地震資料的波阻抗屬性可以更準(zhǔn)確地反映儲(chǔ)層展布特征及油藏動(dòng)態(tài)特征。

春光探區(qū)；地震子波；相位；波阻抗反演；儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

野外采集的地震記錄一般可以描述為地震子波與地下反射系數(shù)序列的褶積。大量的地震資料處理實(shí)踐表明，應(yīng)用零相位地震子波或最小相位地震子波進(jìn)行反褶積是提高地震數(shù)據(jù)分辨率最有效的途徑，因此，常規(guī)處理中的反褶積技術(shù)絕大多數(shù)都基于子波為最小相位的假設(shè)。但實(shí)際地震子波是混合相位[1-2]，因此，以最小相位子波假設(shè)為前提的反褶積后地震子波不是一個(gè)脈沖，還存在剩余子波。即使將混合相位地震子波轉(zhuǎn)換為最小相位地震子波，由于子波長(zhǎng)度有限，反褶積后的地震子波還會(huì)存在剩余子波。

對(duì)于相位估算及校正方法，前人做過(guò)大量的研究，通常采取相位掃描等方式進(jìn)行子波估算及校正[3-5]。這些方法，多是在沒(méi)有測(cè)井資料的情況下，對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行相位掃描，進(jìn)而確定能夠?qū)⑹Ｓ嘞辔挥绊懡抵磷畹偷南辔恢?，并?duì)地震資料進(jìn)行處理。然而，由于采集條件和地表特征的影響，地震資料有時(shí)存在著固有的相位差異，即使經(jīng)過(guò)了相對(duì)精確的地震資料處理，仍然存在著相位差異。

對(duì)于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)來(lái)說(shuō)，地震反演技術(shù)在目前的油氣勘探與開(kāi)發(fā)中起著十分重要的作用[6]，常用的地震反演方法主要有遞推反演、模型反演、地震屬性反演、地震統(tǒng)計(jì)學(xué)反演等。基于測(cè)井地質(zhì)模型約束的稀疏脈沖波阻抗反演逐漸成為目前生產(chǎn)中常用的方法[7–9]；基于地震資料的多井約束反演技術(shù)一直是滾動(dòng)勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，其原理是通過(guò)地震資料進(jìn)行井間波阻抗的內(nèi)插外推，得到地層的波阻抗分布，進(jìn)而直觀、快速地進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和油藏描述。

1 春光探區(qū)概況

春光探區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西部車(chē)排子凸起，西北部為扎伊爾山，東部為紅車(chē)斷裂帶（圖1）。構(gòu)造格局上，車(chē)排子凸起長(zhǎng)期處于隆升狀態(tài)，整體表現(xiàn)為向東南傾伏的單斜構(gòu)造，東部和南部則緊鄰昌吉凹陷和四棵樹(shù)凹陷兩大生烴凹陷，油源條件較為優(yōu)越[10-11]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)和研究區(qū)地震資料范圍

新近系沙灣組是春光探區(qū)最重要的油氣勘探層系之一，可細(xì)分為沙一段、沙二段和沙三段。由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，斷裂不太發(fā)育，油藏類型以巖性油氣藏為主，大部分為稀油油藏，還發(fā)現(xiàn)了稠油油藏和少量的氣藏。巖心測(cè)試和測(cè)井資料表明，沙灣組有效儲(chǔ)層的孔隙度為27% ~35%，速度和密度比泥巖低。

春光探區(qū)低速度、低密度的儲(chǔ)層段與上覆泥巖之間常形成負(fù)反射地震界面，在地震資料上表現(xiàn)為強(qiáng)波谷地震反射，是典型的“亮點(diǎn)”特征。因而地震資料的質(zhì)量好壞，影響著春光探區(qū)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度，春光探區(qū)的勘探工作對(duì)地震資料品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。根據(jù)不同地質(zhì)需求，在2010年和2017年分別采集地震資料，而對(duì)兩次采集的地震資料，通過(guò)歷年處理，累計(jì)達(dá)到5套之多。

兩次采集的地震資料均為三維高精度采集地震資料，達(dá)到研究區(qū)三維地震資料滿覆蓋的要求，面元為10 m×10 m，采樣間隔為1 ms。2010年采集的地震資料A，在常規(guī)疊加后的主頻為55~65 Hz，頻寬為10~160 Hz。之后，根據(jù)生產(chǎn)中識(shí)別薄儲(chǔ)層的需要，經(jīng)過(guò)提頻處理后，地震資料A的主頻達(dá)到了70~80 Hz。2017年采集的地震資料B處理后主頻達(dá)到了90 Hz。地震資料相位差異也主要存在于地震資料A和B之間，需要根據(jù)實(shí)際情況分析其差異原因并找出消除差異的方法。

2 地震資料特征

春光探區(qū)地表?xiàng)l件導(dǎo)致采集到的地震資料與測(cè)井合成地震記錄之間存在著一定差異，主要表現(xiàn)為提取的井旁道地震子波與標(biāo)準(zhǔn)零相位Ricker子波之間存在著差異。另外，不同時(shí)期采集的地震資料分別經(jīng)過(guò)精細(xì)處理后，相互之間仍存在著一定的差異。

圖2為過(guò)W1和W2井不同時(shí)期采集的地震剖面對(duì)比，可以看到圖中虛線和箭頭處，兩口鉆井均發(fā)育儲(chǔ)層，在藍(lán)色的曲線中表現(xiàn)為低特征。儲(chǔ)層頂部對(duì)應(yīng)著紅–黃色的波谷地震響應(yīng)。生產(chǎn)中常常利用這種波谷振幅的分布來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。從圖2中還可以看到，不同時(shí)期地震資料的地震響應(yīng)是有差異的。在兩井目標(biāo)儲(chǔ)層處，圖2a均為強(qiáng)振幅反射，儲(chǔ)層特征表征準(zhǔn)確；圖2b在W1井處為強(qiáng)振幅，而在W2井處為弱振幅，振幅表征儲(chǔ)層不準(zhǔn)確。如果考慮到W1井對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層段為油層，W2井對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層段為水層，且對(duì)于“亮點(diǎn)”油藏來(lái)說(shuō)，油層往往比水層具有更強(qiáng)的振幅值，那么反而地震資料B的地震響應(yīng)特征更準(zhǔn)確。這就給油氣生產(chǎn)帶了困惑。

圖2 過(guò)W1井和W2井地震剖面

對(duì)圖2地震剖面統(tǒng)計(jì)地震子波，得到的結(jié)果如圖3所示。圖3中將零相位主頻為70 Hz的標(biāo)準(zhǔn)Ricker子波也疊加在一起對(duì)比分析，對(duì)比表明，兩套地震資料的子波波形相近，頻譜特征也相近。頻譜中，由于拓頻處理，兩者均在100~110 Hz處出現(xiàn)高頻能量補(bǔ)充的現(xiàn)象，兩套地震資料的子波波形與標(biāo)準(zhǔn)Ricker子波相近，說(shuō)明地震資料處理環(huán)節(jié)中，對(duì)地震子波的改變相近且合理。而兩套地震資料在波形剖面中振幅的差異，則可能是由于采集設(shè)備和參數(shù)等的差異而形成的。

得到兩套地震資料中多口井的地震子波波形、頻率譜和相位譜，兩套地震資料的子波的振幅譜差異不大，而相位譜則差別較大，且均表現(xiàn)出非零相位的特征。這些相位差異，使得兩個(gè)子波波形中負(fù)相位旁瓣均有不同程度的變形，與Ricker子波兩側(cè)旁瓣對(duì)稱的特征明顯不同。這些地震子波的相位差異，是引起地震剖面中波形反射差異的主要原因。

圖3 過(guò)W1井和W2井地震剖面的統(tǒng)計(jì)子波對(duì)比

3 地震子波相位校正方法

由于地震資料之間相位存在差異，當(dāng)利用地震資料進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，或者利用多套地震資料進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，其結(jié)果往往會(huì)存在一定的誤差。為了消除這種誤差，筆者提出了地震資料相位旋轉(zhuǎn)方法，根據(jù)相位差與頻率之間的擬合關(guān)系，旋轉(zhuǎn)其中一套地震資料的相位，使其與另外一兩套地震資料相位一致，使兩套地震資料可以對(duì)比分析。這也為后續(xù)的振幅分析及波阻抗反演的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

從圖4的地震子波特征來(lái)看，主要是子波相位譜存在差異，使得兩套地震資料在描述相同地下儲(chǔ)層時(shí)，形成了不同的反射特征。為了使兩套地震資料在反映地下儲(chǔ)層時(shí)的特征趨近一致，即去除地震資料采集時(shí)存在的固有相位差異，仍需要對(duì)其中一種地震資料進(jìn)行相位校正，從而能夠反映相同的地質(zhì)特征。

圖4中的子波相位譜則顯示，兩套地震資料之間的相位差隨著頻率的變化而改變。讀取兩者相位角差，并與頻率交會(huì)分析，如圖4a所示，頻率100 Hz時(shí)，兩者差值最?。活l率低于該值時(shí)，相位角差值隨頻率升高而降低；頻率高于該值時(shí)，相位角差值隨頻率升高而增加（圖4b）。

圖4 地震子波相位校正方法和校正前后的相位譜對(duì)比

通過(guò)三次多項(xiàng)式擬合了相位角差值隨頻率變化而變化的函數(shù)，如公式（1）所示。利用公式（1）擬合相位角差與頻率關(guān)系，得到的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.95以上。

得到相位角差與頻率的擬合關(guān)系后，可以對(duì)地震資料的相位譜進(jìn)行修正，使兩套地震資料相位一致。

具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）將其中一套地震資料進(jìn)行頻譜變換，得到公式（2）。一般選擇與零相位差異更大的地震資料進(jìn)行相位譜變換，這里選用地震資料B進(jìn)行變換。變換方法可以選常用的頻譜變換，本文選用傅里葉變換進(jìn)行計(jì)算。

（2）將公式（2）轉(zhuǎn)換形式，可以分別計(jì)算振幅譜和相位譜，如公式（3）所示。對(duì)公式（3）中的相位譜進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換，結(jié)合公式（1）得到公式（4）。

（3）將公式（4）新計(jì)算的相位譜帶入公式（3），然后通過(guò)公式（5）的反變換，即可得到相位校正后的地震資料C。

圖5是經(jīng)過(guò)相位譜差值擬合變換后得到的地震資料C與地震資料A、B的剖面對(duì)比，目標(biāo)層的地震資料C和地震資料A的地震反射波形更相近，能夠更好地反映儲(chǔ)層分布。同時(shí)也看到，地震資料C振幅譜與地震資料B振幅譜差異較小，仍然保持一致，從而保持了與地震資料A的差異。

這些對(duì)比說(shuō)明，不同時(shí)期采集的地震資料，因?yàn)椴杉瘍x器、參數(shù)的差異引起的地震子波相位異常，可以通過(guò)擬合相位角差與頻率的關(guān)系校正到一致的相位。這種只改變相位譜而不改變振幅譜的方法，只能針對(duì)相位差異大而振幅譜差異小的情況。

4 波阻抗反演過(guò)程中地震子波相位的影響

圖6是三套地震資料目的層位的振幅屬性以及對(duì)地震資料A和變換后的地震資料C提取的最小波阻抗平面屬性。圖中顯示，地震資料A和地震資料B的屬性特征差異較大，特別是在W1井附近的含油氣區(qū)域，兩套資料反映的屬性范圍不一致。同時(shí)也看到，經(jīng)過(guò)相位調(diào)整后，地震資料C的屬性與地震資料A的屬性一致性更好。

圖5 相位變換前后過(guò)W1井和W2井的地震剖面對(duì)比及地震子波對(duì)比

地震資料A的波阻抗屬性平面圖與相位處理后地震資料C的波阻抗屬性平面圖對(duì)比反映的儲(chǔ)層邊界范圍更為一致。波阻抗屬性對(duì)比圖中還可以看出，部分區(qū)域在儲(chǔ)層邊界形態(tài)一致的情況下，存在著波阻抗值的細(xì)微差異，這些差異可能是在不同年代油藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中油水變化對(duì)波阻抗值的影響所致。因而，利用這些波阻抗值對(duì)比分析，能夠排除不同時(shí)期地震資料采集過(guò)程中的差異，從而反映真實(shí)的油藏動(dòng)態(tài)的變化。

圖6 相位變換前后地震資料的振幅屬性和最小波阻抗屬性平面

5 結(jié)論

（1）不同時(shí)期采集的地震資料，采集儀器與參數(shù)的差異可能引起的地震子波相位異常，可以擬合兩套不同時(shí)期的地震資料相位譜差異，通過(guò)擬合相位角差與頻率的關(guān)系將相位校正一致。不過(guò)這種只改變相位譜而不改變振幅譜的方法，只能針對(duì)相位差異大而振幅譜差異小的情況。

（2）反演過(guò)程中，分別使用了多套資料的井旁道地震子波，得到的反演結(jié)果就相當(dāng)于進(jìn)一步修正了相位差異后的結(jié)果。地震資料存在相位異常時(shí)，相位校正后地震資料的波阻抗屬性能更準(zhǔn)確地反映儲(chǔ)層展布特征及油藏動(dòng)態(tài)特征。

[1] 王君，周興元. 子波相位校正及效果[J]. 石油地球物理勘探，2008，43（增刊2）：142–145．

[2] 蘇貴仕，沈克非，丁學(xué)垠. 地震數(shù)據(jù)處理中關(guān)于地震子波相位特性的探討[J]. 石油地球物理勘探，2008，43（增刊2）：121–124．

[3] 徐剛，王靜，黃衛(wèi)，等．一種基于信息熵理論的地震子波相位校正方法[J]. 石油地球物理勘探，2014，49（2）：239–243．

[4] 高少武，趙波，李桂芳，等. 純相位因子估算與剩余子波相位校正[J]. 石油地球物理勘探，2014，49（3）：463–467．

[5] 戴永壽，張漫漫，張亞南，等．基于時(shí)頻譜模擬的時(shí)變混合相位子波提取[J]. 石油地球物理勘探，2015，50（5）：830–838．

[6] 撒利明，楊午陽(yáng)，姚逢昌，等. 地震反演技術(shù)回顧與展望[J]. 石油地球物理勘探，2015，50（1）：184–202.

[7] 劉成齋，冉建斌，楊永生，等. 稀疏脈沖和基于模型反演在王家崗沙四段砂巖油藏精細(xì)勘探中的應(yīng)用[J]. 石油地球物理勘探，2002，37（4）：401–406．

[8] 張新超，李鋒，嚴(yán)永新，等．分頻融合反演技術(shù)在春光探區(qū)的應(yīng)用[J]. 石油地球物理勘探，2018，53（5）：1 006–1 013．

[9] YUAN Sanyi，WANG Shangxu．Influence of inaccurate wavelet phase estimation on seismic inversion[J]. 應(yīng)用地球物理（英文版)， 2011，8（1）：48–59．

[10] 嚴(yán)永新，張弛，常炳章，等．準(zhǔn)噶爾盆地春光區(qū)塊地震預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用[J]．石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2013，35（1）：104–107．

[11] 王勇，李鳳勛，丁潔瑩，等．準(zhǔn)噶爾盆地西緣春光探區(qū)沉積演化及含油砂體分布特征[J]．石油地質(zhì)與工程，2015，29（4）：1–4．

Phase difference elimination of seismic data in Chunguang area and its application in reservoir prediction

SONG Guiqiao

(Oilfield Exploration & Development Division, SINOPEC, Beijing 100728)

Located in the northwest margin of Junggar Basin, the surface of Chunguang exploration area is mainly covered with desert and Gobi. As a result, even after fine processing, there are still some inherent phase differences between the collected seismic data and the reservoir distribution revealed by drilling and logging data, and there are also certain phase differences between the collected seismic data in different periods. In this case, the reservoir prediction results often have errors when using seismic data for reservoir prediction, or using seismic data in different periods for comparative analysis. According to the fitting relationship between phase difference and frequency, the phase of one set of seismic data is rotated to make it consistent with the phase of another set of seismic data, thus providing a basis for subsequent amplitude analysis. In addition, in order to obtain the accurate reservoir distribution characteristics, the constrained sparseness spike inversion technique under the constraints of geological model is used to predict the reservoir of several sets of seismic data before and after phase rotation. The results show that the reservoir distribution and reservoir dynamic characteristics can be more accurately analyzed by comparing the wave impedance properties of serval seismic data.

Chunguang area; seismic wavelet; phase, impedance inversion; reservoir prediction

1673–8217（2019）02–0044–06

P631

A

2018–10–22

宋桂橋, 高級(jí)工程師，1965年生，1988年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）石油物探專業(yè)，現(xiàn)從事物探技術(shù)管理、參與重點(diǎn)物探項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)。

編輯：趙川喜