疊前譜藍(lán)化提頻技術(shù)在乍得Baob油田儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

李賢兵 趙俊杰 晉劍利 李香玲 劉含陽 蔣蘭婷

(①中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； ②北京能源之星科技有限公司，北京 100085；③齊艾科技(北京)有限公司，北京 100012)

0 引言

常規(guī)地震處理假設(shè)反射系數(shù)序列為白噪序列，因此，為了提高地震分辨率，在數(shù)據(jù)處理過程中經(jīng)常對(duì)振幅譜進(jìn)行“譜白化”處理。近年來，對(duì)測(cè)井反射系數(shù)頻譜研究發(fā)現(xiàn)，其頻譜并非“白譜”關(guān)系。Walden等[1]認(rèn)為反射系數(shù)序列頻譜的整體趨勢(shì)應(yīng)該是偏藍(lán)的，即頻率越高，振幅越強(qiáng)，具有該特征的頻譜稱為“藍(lán)譜”。

Blache-Fraser[2]和Kazemeini等[3-4]提出譜藍(lán)化技術(shù)可以提高疊后地震資料的分辨率，這一方法被稱為“疊后譜藍(lán)化”提頻技術(shù)。在油田勘探開發(fā)過程中，該技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，適用性較強(qiáng)[5-11]。但是相比疊前數(shù)據(jù)而言，疊后地震數(shù)據(jù)損失了與炮檢距關(guān)系密切的大量橫波信息，并且疊后波阻抗反演結(jié)果不隨入射角發(fā)生變化，僅與縱波速度、密度有關(guān)，而疊前地震道集數(shù)據(jù)則包含更豐富的地質(zhì)信息[12-14]，更適于儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和巖性油氣藏勘探開發(fā)。

參考前人的研究成果，本次研究采用譜藍(lán)化提頻技術(shù)對(duì)疊前地震道集數(shù)據(jù)進(jìn)行提高分辨率處理，以期獲得高分辨率疊前地震道集。在提頻處理過程中，同時(shí)采用井震相關(guān)度分析定量質(zhì)控處理結(jié)果，并不斷優(yōu)化譜藍(lán)化算子參數(shù)，在保證提高分辨率的同時(shí)，提高地震資料的可靠性。在此基礎(chǔ)上開展疊前定量解釋、疊前反演等工作，盡可能充分利用地震數(shù)據(jù)包含的信息。

1 技術(shù)原理

疊前譜藍(lán)化提頻技術(shù)是以測(cè)井反射系數(shù)頻譜和道集正演模型頻譜的趨勢(shì)作為目標(biāo)，恢復(fù)疊前地震道集數(shù)據(jù)中衰減嚴(yán)重的高頻能量，并保持近、遠(yuǎn)道頻譜一致,在有效頻帶范圍內(nèi)最大程度地提高地震數(shù)據(jù)的分辨率。

由W1井反射系數(shù)頻譜(圖1)可以看出，實(shí)際地層反射系數(shù)振幅譜的整體趨勢(shì)是向高頻方向遞增的，即呈“藍(lán)色”趨勢(shì)。

常規(guī)褶積模型在頻率域表達(dá)式為

As(f)=Ar(f)Aw(f)

(1)

式中：As為地震道集的振幅譜；Ar為反射系數(shù)的振幅譜；Aw為地震子波的振幅譜；f為頻率。

圖1 W1井反射系數(shù)頻譜

將反射系數(shù)分為白噪反射系數(shù)項(xiàng)和有色反射系數(shù)項(xiàng)，則式(1)改寫為

As(f)=Arw(f)Arb(f)Aw(f)

(2)

(3)

式中：Arw為白噪反射系數(shù)項(xiàng)，理想情況下為1；Arb為有色反射系數(shù)項(xiàng)，可以根據(jù)井?dāng)?shù)據(jù)提取。Walden等[3]給出了一個(gè)參數(shù)化方法，并證明單級(jí)和單零模型可以有效地?cái)M合一次波反射序列。式(3)右邊采用ARMA一階模型進(jìn)行擬合，對(duì)反射系數(shù)序列進(jìn)行有色補(bǔ)償處理[15]，其公式為

(4)

式中：F(i)為有色反射系數(shù)項(xiàng)的Z變換,i表示系數(shù)序列； 參數(shù)α和β分別為描述非白噪聲特性的AR(auto-regressive，自回歸)模型和MA(moving ave-rage，滑動(dòng)平均)模型的關(guān)鍵參數(shù)， |α|<1,|β|<1。

假設(shè)R(iΔf)表示反射系數(shù)的振幅譜，那么可以通過以下等式在最小二乘意義下求取最小α和β[16]

(5)

利用上述擬合的藍(lán)譜特征公式，計(jì)算藍(lán)色濾波算子，實(shí)現(xiàn)譜藍(lán)化提頻。

對(duì)研究區(qū)多口井的測(cè)井反射系數(shù)頻譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為藍(lán)譜趨勢(shì)一致，但是參數(shù)存在差異。最終以鉆穿目的層的W1深井的反射系數(shù)頻譜參數(shù)作為目標(biāo)進(jìn)行疊前譜藍(lán)化提頻處理。

圖2為疊前譜藍(lán)化提頻處理流程。首先利用疊前地震道集數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算正演道集模型，根據(jù)測(cè)井反射系數(shù)振幅譜和正演模型振幅譜匹配關(guān)系設(shè)計(jì)參數(shù)和譜藍(lán)化算子；然后利用求取的譜藍(lán)化算子與地震數(shù)據(jù)進(jìn)行褶積，得到提頻后的地震數(shù)據(jù)；最后綜合多口關(guān)鍵井合成地震記錄道與井旁地震道的相關(guān)系數(shù)，優(yōu)化譜藍(lán)化算子，保證在提高分辨率的同時(shí)提高井震之間的相關(guān)性。

圖2 譜藍(lán)化提頻處理流程

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 疊前譜藍(lán)化提頻處理效果分析

乍得Baob油田油藏主力產(chǎn)層分上、下兩套層系開發(fā)，儲(chǔ)層空間分布復(fù)雜且非均質(zhì)性強(qiáng)，砂體變化快，巖性邊界識(shí)別難度大，薄隔層描述困難。針對(duì)常規(guī)地震資料頻譜分析，目的層段主頻約25Hz，分辨率較低，利用常規(guī)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行地震反演難以滿足儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的要求，亟需通過有效的技術(shù)手段提高地震資料的分辨率。

由圖1計(jì)算出頻譜平均曲線的截距和梯度分別為0.212和0.025。由圖3地震頻譜范圍確定高截頻為72Hz。由式(5)計(jì)算求取ARMA過程的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)α和β后，在合理的參數(shù)調(diào)整范圍內(nèi)，以井旁地震道與合成地震記錄的相關(guān)系數(shù)更高為目標(biāo)，定量尋優(yōu)，最終得到α和β分別為0.78和0.20。

對(duì)比譜藍(lán)化提頻處理前、后的角道集(圖4)可以看出，經(jīng)過疊前譜藍(lán)化提頻處理后的地震資料分辨率得到明顯提高。

分析圖1和圖3可以看出，能量主要集中在高頻區(qū)域，即呈藍(lán)化的頻譜特征，而原始地震頻譜能量主要集中在中低頻。經(jīng)疊前譜藍(lán)化提頻處理后，道集頻譜中的高頻能量得到適當(dāng)恢復(fù)。

對(duì)比常規(guī)地震剖面和譜藍(lán)化提頻處理后的地震剖面(圖5左、圖6左)可以看出，地震資料的信噪比、分辨率和振幅關(guān)系得到明顯的提高和改善。從譜藍(lán)化處理前、后的頻譜圖(圖5右、圖6右)可以看出，主頻由25Hz提高到60Hz，說明疊前譜藍(lán)化提頻技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地增強(qiáng)地震資料的高頻能量，故而有效地提高地震數(shù)據(jù)的分辨率。

圖3 正演模型頻譜、譜藍(lán)化提頻地震頻譜、原始地震頻譜

圖4 譜藍(lán)化提頻前(a)、后(b)過W1井角道集對(duì)比

圖5 過W1井常規(guī)地震剖面(左)及頻譜(右)

圖6 過W1井疊前譜藍(lán)化提頻處理后的地震剖面(左)及頻譜(右)

圖7 W1井譜藍(lán)化提頻處理前、后合成地震記錄(紅色)標(biāo)定結(jié)果

與常規(guī)地震資料相比，提頻處理后的地震資料不僅明顯提高了薄隔層的辨識(shí)度(圖5、圖6中紅色箭頭位置)，而且斷層識(shí)別能力也有所提高，剖面上逆斷層的斷點(diǎn)位置更清晰(圖5、圖6中綠色箭頭位置)，同時(shí)地層接觸關(guān)系更明了，如地層尖滅點(diǎn)等沉積現(xiàn)象(圖5、圖6中黑色箭頭位置)更易識(shí)別。

圖7為W1井譜藍(lán)化提頻處理前、后的井旁地震道與合成地震記錄標(biāo)定結(jié)果。其中圖7a為常規(guī)合成地震記錄的標(biāo)定結(jié)果，采用主頻為25Hz的雷克子波，井震相關(guān)系數(shù)為0.660；圖7b為譜藍(lán)化提頻后合成地震記錄標(biāo)定結(jié)果，使用帶通子波(1/3～60/70)，井震相關(guān)系數(shù)為0.795。

表1統(tǒng)計(jì)了譜藍(lán)化提頻處理前、后研究區(qū)內(nèi)8口井的井旁地震與合成地震記錄的相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)由0.42～0.66提高至0.61～0.80，相關(guān)關(guān)系提高了14%～41%。由此可以看出，經(jīng)過提頻處理后的地震資料與井的相關(guān)性更高，表明疊前譜藍(lán)化處理不僅提高了地震分辨率，而且提高了地震與井的相關(guān)性，從而保證了譜藍(lán)化提頻處理結(jié)果的可靠性和處理參數(shù)的可信度。處理后的地震資料有助于更好地解決研究區(qū)砂體邊界和薄隔層識(shí)別問題。

表1 提頻處理前、后井旁地震道與合成地震記錄相關(guān)系數(shù)對(duì)比

2.2 反演結(jié)果分析

乍得Baob油田沉積環(huán)境以扇三角洲沉積為主，開發(fā)區(qū)主體發(fā)育三角洲前緣亞相，砂體厚度不均，單砂體厚度在6～60m，且砂體延伸距離短，疊置嚴(yán)重。在相同參數(shù)條件下，分別開展了基于常規(guī)地震資料和基于疊前譜藍(lán)化提頻處理地震資料的地震反演。前者的結(jié)果能夠大致反映砂體展布特征，后者的結(jié)果較前者在以下三個(gè)方面得到了明顯改善。

第一，反演結(jié)果的縱向分辨率明顯提高。常規(guī)處理資料的反演結(jié)果只能識(shí)別15m以上的砂體，而提頻處理后資料的反演結(jié)果能夠清晰識(shí)別6m左右的薄砂體特征。例如圖8中黑色箭頭位置只能分辨出一套砂體，而在圖9中相同位置能夠識(shí)別出兩套砂體； 圖8中紫紅色和藍(lán)色箭頭位置沒能分辨出砂體，在圖9中則可以識(shí)別出這兩套砂體。

第二，反演結(jié)果的砂體邊界更清晰，形態(tài)更加合

圖8 基于常規(guī)地震資料的疊前儲(chǔ)層反演剖面

理，砂體展布特征更符合扇三角洲的沉積規(guī)律。圖10和圖11分別為提頻處理前后地震反演沿層切片平面圖。該切片位于縱向上地震反演剖面圖中紫紅色箭頭位置。整體來看，圖10和圖11的砂體平面展布特征類似，但后者在W1井位置東西方向砂體邊界更清晰，更易于儲(chǔ)層的解釋和刻畫。

第三，由于合成地震記錄與井旁地震道相關(guān)系數(shù)的提高，砂體預(yù)測(cè)結(jié)果與測(cè)井結(jié)果的吻合度明顯提升，表明經(jīng)過譜藍(lán)化處理后地震資料的反演結(jié)果可靠性更高。

圖10 基于常規(guī)地震資料的儲(chǔ)層反演平面圖

圖11 基于譜藍(lán)化提頻處理地震資料的儲(chǔ)層反演平面圖

3 結(jié)論

疊前道集譜藍(lán)化提頻技術(shù)能有效地提高地震資料分辨率，為后續(xù)反演和儲(chǔ)層定量解釋提供高質(zhì)量、高保真的地震資料。

(1)疊前譜藍(lán)化提頻處理，以測(cè)井反射系數(shù)頻譜和正演模型頻譜趨勢(shì)作為目標(biāo)函數(shù)，在提高輸入的地震資料高頻能量的同時(shí)，能有效保持其低頻成分。

(2)疊前譜藍(lán)化提頻處理后的地震數(shù)據(jù)與合成地震記錄的相關(guān)性明顯提高，證實(shí)了提頻處理結(jié)果的可靠性和合理性，提高了地震數(shù)據(jù)最終處理結(jié)果的可信度。

(3)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果表明，基于疊前譜藍(lán)化提頻技術(shù)處理后的地震資料得到的反演結(jié)果精度更高，與測(cè)井吻合度更好，為準(zhǔn)確劃定該區(qū)儲(chǔ)層邊界提供了非常重要的技術(shù)支撐。