高保真高分辨率地震處理技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用

曹 飛 鄧 鋒 孫 力 刁新東 田磊磊 曾天玖

（①中石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；②中國(guó)石油東方地球物理公司研究院大港分院）

0 引言

塔河油田東部地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)庫(kù)車縣和輪臺(tái)縣境內(nèi)，地處天山南麓、塔里木盆地北部的塔里木河流域。構(gòu)造上位于阿克庫(kù)勒凸起東南斜坡帶，儲(chǔ)集巖有碳酸鹽巖和碎屑巖兩種，其中碎屑巖儲(chǔ)層主要集中于中-上三疊統(tǒng)、下石炭統(tǒng)。下石炭統(tǒng)儲(chǔ)層為海陸過(guò)渡相沉積，潮坪環(huán)境發(fā)育多套潮道砂體，縱向砂體呈砂泥薄互層沉積，平面相變快，埋藏深，薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)困難[1-5]。由于原始地震資料靜校正問(wèn)題較嚴(yán)重，噪聲發(fā)育，同時(shí)地下構(gòu)造特征復(fù)雜，以往地震資料處理成果存在相對(duì)振幅保持較差、信噪比和分辨率較低、成像精度不足、區(qū)間能量差異大且不均衡等問(wèn)題，對(duì)于該區(qū)主要目的層奧陶系風(fēng)化面及縫洞型儲(chǔ)層而言，石炭系地震分辨率低、信噪比低，層間反射特征不清楚，儲(chǔ)層響應(yīng)特征被淹沒(méi)，層序劃分及小層對(duì)比難度大，無(wú)法滿足薄儲(chǔ)層描述的需求[6-8]。

高保真高分辨率（簡(jiǎn)稱“雙高”）地震資料處理是指在保護(hù)地震波特征不受破壞的基礎(chǔ)上提高資料分辨率的處理，為地震儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及油氣檢測(cè)奠定可靠的資料基礎(chǔ)。因此“雙高”地震資料處理是面向儲(chǔ)層的目標(biāo)處理。本文針對(duì)該區(qū)石炭系碎屑巖油藏勘探和開(kāi)發(fā)面臨的難題，開(kāi)展了“雙高”地震處理技術(shù)研究，為該地區(qū)基于石炭系碎屑巖儲(chǔ)層目標(biāo)的“雙高”處理提供了系列技術(shù)方案。

1 高保真處理技術(shù)

1.1 高精度靜校正

研究區(qū)內(nèi)地形較為平坦，地表海拔高程變化在910～950 m 之間。大部分地區(qū)土壤表層被風(fēng)沙土覆蓋，地表土壤類型主要有沙漠、堿地及少量農(nóng)田地。通過(guò)全區(qū)793 口微測(cè)井資料分析發(fā)現(xiàn)，全區(qū)低速層速度一般在340～830 m/s 之間，高速層速度一般為1525～2600 m/s，低降速帶總厚度為2～14 m，總體趨勢(shì)南厚北薄，潛水面比較穩(wěn)定，靜校正問(wèn)題比較突出。

高精度靜校正處理是“雙高”地震資料處理的重要基礎(chǔ)，具體是指消除靜校正問(wèn)題對(duì)目的層成像的影響，進(jìn)一步保真了低幅度構(gòu)造和儲(chǔ)層成像精度要求。本次重點(diǎn)研究微測(cè)井約束初至層析靜校正技術(shù)。

層析靜校正是將復(fù)雜的地表地質(zhì)模型進(jìn)行網(wǎng)格化，并假設(shè)網(wǎng)格內(nèi)介質(zhì)穩(wěn)定不變，利用網(wǎng)格法進(jìn)行射線正演，獲得表層速度模型[9]?？捎孟率矫枋觯?/p>

式中：t為地震波從震源點(diǎn)s到接收點(diǎn)r的旅行時(shí)；S（x，z）為地下介質(zhì)的慢度函數(shù)，即速度函數(shù)v（x，z）的倒數(shù)，dl為射線路徑的微分。

地震波的走時(shí)是對(duì)介質(zhì)慢度函數(shù)沿射線路徑的走時(shí)積分，射線的路徑與介質(zhì)的慢度函數(shù)S（x，z）和波的類型有關(guān)。

通過(guò)人工智能初至拾取技術(shù)實(shí)現(xiàn)了海量地震數(shù)據(jù)工業(yè)化初至拾取，不僅使初至拾取的準(zhǔn)確性和一致性進(jìn)一步改善，而且拾取效率也得到大幅提高。圖1是微測(cè)井約束初至層析靜校正流程。表層速度反演過(guò)程中，充分利用表層調(diào)查微測(cè)井信息約束，解決地表附近照明不足所引起的反演精度低的問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合大炮初至的信息，包括直達(dá)波（均勻介質(zhì)）、折射波（層狀介質(zhì)）、回折波（連續(xù)介質(zhì)）信息，建立高精度近地表速度模型。該方法適用于各種復(fù)雜地表?xiàng)l件，理論上能夠可靠地反演近地表速度-深度模型，解決復(fù)雜地表的靜校正問(wèn)題，同時(shí)為疊前深度偏移速度建模提供較準(zhǔn)確的淺表層模型[10]。

1.2 保真疊前噪聲壓制

疊前噪聲壓制處理中，為在不同數(shù)據(jù)域逐步壓制噪音，提高保幅性，優(yōu)先試驗(yàn)噪聲模擬與自適應(yīng)衰減的去噪技術(shù)，保護(hù)低頻及高頻端有效信號(hào)，保真提高信噪比；遵循由強(qiáng)至弱和由規(guī)則噪聲到非規(guī)則噪聲逐步壓制的原則；在解決好靜校正問(wèn)題的基礎(chǔ)上壓制規(guī)則噪聲，在噪聲壓制過(guò)程中與振幅補(bǔ)償?shù)M(jìn)行[11]。針對(duì)本區(qū)規(guī)則線性噪聲速度分布范圍較大、異常振幅能量強(qiáng)、隨機(jī)噪聲突出的噪聲發(fā)育特征，制定了具有針對(duì)性的分區(qū)域保真疊前噪聲壓制處理流程（圖2）。

保真疊前噪聲壓制技術(shù)中，以K-L 變換線性噪聲壓制為例，其是對(duì)多道信號(hào)的協(xié)方差矩陣的奇異值分解（SVD），是一種正演變換去噪方法。該技術(shù)充分考慮面波頻率范圍低、視速度低、能量強(qiáng)、同相軸表現(xiàn)大致為線性等特征，利用頻帶分解、K-L 變換本征濾波、自適應(yīng)衰減3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，消除面波和線性噪聲，同時(shí)最大程度地保護(hù)有效信號(hào)[12]。

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：圖像獲取，圖像預(yù)處理，人臉定位以及人臉遮擋判別。利用改進(jìn)的YOLO模型首先回歸出人臉的位置，避免了傳統(tǒng)的手工提取人臉特征的高耗時(shí)低精度的弊端，利用此優(yōu)點(diǎn)預(yù)先定位出需要判別是否遮擋的人臉區(qū)域，排除復(fù)雜背景的影響，降低了誤檢率，也提高了利用DLIB進(jìn)行人臉68個(gè)特征點(diǎn)檢測(cè)的速率與精度，當(dāng)人臉有遮擋時(shí)，則提示“異常人臉，禁止操作”。本文的遮擋人臉判別流程如下圖1所示。

1.3 相對(duì)振幅保持處理

研究區(qū)石炭系儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，巖性特征發(fā)育，故對(duì)地震資料的振幅保真度要求較高。因?yàn)樵嫉卣鹳Y料縱向能量吸收衰減很快，橫向振幅差異較大，不同相鄰三維地震資料覆蓋次數(shù)差異大，所以需要采用振幅恢復(fù)和基于覆蓋次數(shù)振幅均衡處理技術(shù)來(lái)解決相對(duì)振幅保持問(wèn)題。（1）振幅恢復(fù)是指對(duì)激發(fā)接收差異、波場(chǎng)傳播引起的振幅衰減的補(bǔ)償，采用球面擴(kuò)散補(bǔ)償、地表一致性補(bǔ)償為代表的補(bǔ)償方法，解決非地層因素帶來(lái)的振幅差異，地表一致性振幅補(bǔ)償統(tǒng)計(jì)時(shí)窗選取橫向穩(wěn)定的反射層位，選擇較大時(shí)窗，保護(hù)局部地質(zhì)現(xiàn)象變化引起的異常[13]；（2）基于覆蓋次數(shù)振幅均衡處理，首先在非歸一化疊加數(shù)據(jù)體上求取振幅加權(quán)因子，再將其應(yīng)用到最終共中心點(diǎn)（CMP）道集上進(jìn)行疊前偏移處理。

2 高分辨率處理技術(shù)

2.1 近地表Q 補(bǔ)償

Q值是一個(gè)表征巖石特性的參數(shù)，是儲(chǔ)能和耗散能的比率，描述不同頻率的地震波在粘彈性介質(zhì)中的衰減，直接影響地震信號(hào)的相位和分辨率。Q值越大，表示衰減越??；反之，Q值越小，表示衰減越嚴(yán)重。表層Q值范圍在1～20 之間，其空間上厚度變化直接影響地震波在振幅、頻率、相位上的差異，影響目的層真實(shí)的物性參數(shù)[14]。處理過(guò)程中，利用微測(cè)井和反演的表層速度資料來(lái)估算表層Q因子，建立表層Q模型。最后通過(guò)在炮域、檢波域傳播路徑上的補(bǔ)償，消除表層低降速帶變化對(duì)地震波振幅、頻率、相位造成的差異[15]。

如圖3a 和圖3b 所示，Q補(bǔ)償后單炮數(shù)據(jù)分辨率提高，橫向一致性得到改善。由圖3c中Q補(bǔ)償前后單炮頻譜對(duì)比可見(jiàn)：Q補(bǔ)償后消除了近地表低降速帶吸收衰減引起的高頻損失，高頻端能量恢復(fù)明顯，拓寬了頻帶，提高了地震資料的分辨率。

圖3 近地表Q補(bǔ)償前后單炮及頻譜對(duì)比

2.2 低頻補(bǔ)償

不同頻率范圍的地震子波，當(dāng)高頻范圍不變時(shí)，隨著低頻成分的增加，子波旁瓣減小，分辨率提高，可見(jiàn)低頻對(duì)提高分辨率舉足輕重。基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)低頻補(bǔ)償技術(shù)以地震數(shù)據(jù)子波估計(jì)為基礎(chǔ)[16]，如圖4 所示，通過(guò)估算研究區(qū)地震數(shù)據(jù)低頻補(bǔ)償前后疊加及其頻譜對(duì)比可見(jiàn)，低頻得到明顯拓寬，達(dá)到補(bǔ)償?shù)卣饠?shù)據(jù)低頻信號(hào)的目的。該方法不會(huì)改變地震數(shù)據(jù)中信號(hào)（即反射系數(shù)序列）的頻譜形態(tài)，在理論上遠(yuǎn)優(yōu)于譜白化方法。整個(gè)補(bǔ)償過(guò)程是完全數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、自適應(yīng)的，不需要人工干預(yù)，具有較好的數(shù)據(jù)適應(yīng)性。

圖4 地震資料低頻補(bǔ)償前后疊加剖面及頻譜對(duì)比

2.3 井約束反褶積

利用地震資料主頻、頻寬、合成記錄標(biāo)定等方法確定最優(yōu)的處理流程和參數(shù)。如圖5 所示，在地表一致性反褶積基礎(chǔ)上，通過(guò)不同預(yù)測(cè)步長(zhǎng)的反褶積結(jié)果與預(yù)期頻寬和主頻的合成記錄進(jìn)行標(biāo)定，求取二者互相關(guān)值，進(jìn)而確定最佳的預(yù)測(cè)反褶積步長(zhǎng)參數(shù)。應(yīng)用預(yù)測(cè)反褶積處理技術(shù)對(duì)地震子波旁瓣進(jìn)一步壓縮，在保證信噪比的前提下合理提高分辨率。

圖5 不同預(yù)測(cè)步長(zhǎng)反褶積結(jié)果與期望合成記錄標(biāo)定的互相關(guān)

2.4 粘彈性Q 偏移

常規(guī)偏移方法是假設(shè)地下介質(zhì)為聲波或彈性波介質(zhì)，不考慮地層介質(zhì)的吸收衰減效應(yīng)，然而地下的地層介質(zhì)并非完全彈性介質(zhì)，并且由于地層中存在流體，地震波在通過(guò)實(shí)際地下介質(zhì)進(jìn)行傳播過(guò)程中會(huì)發(fā)生衰減，導(dǎo)致波形振幅能量減弱、相位發(fā)生變化，使用常規(guī)偏移方法對(duì)實(shí)際地震數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，結(jié)果可能不準(zhǔn)確。例如：反射軸偏離實(shí)際位置、相對(duì)振幅關(guān)系不準(zhǔn)確，并且會(huì)對(duì)AVO/AVA 分析產(chǎn)生不利影響，同時(shí)成像結(jié)果的分辨率也較低。粘彈性Q偏移技術(shù)在偏移過(guò)程中進(jìn)行吸收衰減的補(bǔ)償，可以保證偏移能量更加聚焦，在一定程度上可以提高成像結(jié)果的準(zhǔn)確性、精度和分辨率。

式中：fp為t時(shí)刻的信號(hào)峰值頻率，Hz；fp0為未經(jīng)吸收的信號(hào)峰值頻率，Hz。

通過(guò)資料估計(jì)得到的有效Q場(chǎng)被定義為觀察值，Q層析即為通過(guò)比較有效Q場(chǎng)的觀察值和模擬值的差異來(lái)估算層間Q場(chǎng)的修正量的過(guò)程。Q層析基本公式如下：

如圖6 所示，由于振幅吸收隨偏移距的變化受射線路徑、地層速度和地層Q吸收因子的影響，Q偏移在成像過(guò)程中補(bǔ)償?shù)貙游盏挠绊?，恢?fù)地層的真實(shí)AVO 響應(yīng)，可以提高成像分辨率。該區(qū)應(yīng)用粘彈性Q偏移后，石炭系分辨率得到顯著提高，尤其在保持低頻的前提下高頻端的能量得到合理補(bǔ)償，拓寬了頻帶，提高了目的層分辨率。

圖6 Q疊前深度偏移效果

3 應(yīng)用效果

通過(guò)石炭系碎屑巖“雙高”處理技術(shù)攻關(guān)，取得了較好的應(yīng)用效果。如圖7 所示，與早期處理成果剖面對(duì)比，本次“雙高”處理成果取得明顯改進(jìn)：地震剖面波組特征明顯，地層接觸關(guān)系清晰。如剖面右側(cè)紅箭頭所指位置，“雙高”處理成果波組層次分明，成像清晰、精細(xì)、連續(xù)性好，使斷層成像改善，斷面清晰干脆。A 井右側(cè)斷層成像更加清晰（黑色虛線處），具體表現(xiàn)為斷層兩側(cè)地震同向軸錯(cuò)斷、產(chǎn)狀變化和振幅差異更為明顯，具有較好保幅性，油氣層地震響應(yīng)明顯。A井卡拉沙依組油層（oil 標(biāo)識(shí)）表現(xiàn)為更明顯的低頻強(qiáng)振幅地震反射特征（井旁紅色箭頭所指），井震吻合性更好。此外，由平面振幅屬性對(duì)比可見(jiàn)，目的層河道砂體分布邊界清晰，含油氣砂體強(qiáng)振幅地震響應(yīng)特征明顯，表明本次“雙高”處理地震成果具有較好保幅性。

圖7 “雙高”處理成果剖面對(duì)比

4 結(jié)論

塔河油田東部石炭系碎屑巖油氣藏具有儲(chǔ)層埋深大、厚度薄、變化快、預(yù)測(cè)難度大，以及開(kāi)發(fā)階段鉆井多、找井位難的特點(diǎn)，通過(guò)本文“雙高”地震處理技術(shù)應(yīng)用研究，在保真的前提下提高了目的層的分辨率，基本滿足了油田勘探開(kāi)發(fā)地質(zhì)研究對(duì)“雙高”地震資料的需求。

高分辨率地震資料處理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要在高保真的基礎(chǔ)上做好提高分辨處理工作，在技術(shù)選擇與組合方面需要重點(diǎn)把握，其中高精度靜校正是重要基礎(chǔ)，疊前保真處理是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，重點(diǎn)是做好對(duì)儲(chǔ)層地震響應(yīng)特征（振幅、相位和頻率）的保護(hù)，要選擇好疊前去噪、相對(duì)振幅保持等處理技術(shù)及流程。

高分辨處理的主要目標(biāo)是補(bǔ)償?shù)皖l，恢復(fù)高頻，釋放頻譜壓制區(qū)的有效信號(hào)，拓寬有效頻帶。研究表明，根據(jù)地震資料實(shí)際特點(diǎn)，應(yīng)該選擇更加符合地球物理假設(shè)的高分辨率處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全頻（寬頻）處理，如近地表Q補(bǔ)償、低頻補(bǔ)償以及粘彈性Q偏移等關(guān)鍵技術(shù)。