近地表吸收補(bǔ)償在遼河油區(qū)地震資料中的應(yīng)用

郭 平

(中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

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近地表吸收補(bǔ)償在遼河油區(qū)地震資料中的應(yīng)用

郭 平

(中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

針對(duì)近地表地震波吸收衰減導(dǎo)致的地震資料頻散及子波橫向不一致問題，先依據(jù)吸收衰減可造成數(shù)據(jù)頻率改變這一特性，采用改進(jìn)的峰值頻率偏移法定量求取空變表層Q值；然后引入穩(wěn)定補(bǔ)償方法，有效限制了高頻噪音，既可補(bǔ)償吸收損失、調(diào)整相位，又不會(huì)放大高頻噪音。將該方法應(yīng)用于遼河油區(qū)的實(shí)際地震資料處理中，實(shí)現(xiàn)了空變Q值補(bǔ)償，明顯拓寬了資料的有效頻帶，子波橫向一致性得到改善。

近地表吸收；頻散；峰值頻率偏移法；穩(wěn)定補(bǔ)償方法；空變補(bǔ)償；表層Q值；遼河油區(qū)

引 言

遼河油區(qū)西部凹陷[1]表層主要為淺灘河流沉積，其巖性、速度及厚度在橫向上均有明顯變化，對(duì)地震波改造較大。不僅能吸收地震波能量，造成高頻成分損失，降低分辨率，同時(shí)也易引起頻散，使相位發(fā)生畸變，影響對(duì)地下構(gòu)造形態(tài)和儲(chǔ)層的識(shí)別[2-5]。品質(zhì)因子Q作為地層吸收的一個(gè)重要物性參數(shù)，前人為此做了很多研究工作，凌云等研究了用分頻補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ韺涌兆兾沼绊懀珒H能消除振幅差異，無法改變相位；裴江云[6-7]等研究了利用瑞雷面波求Q的方法，研究表明地表一致性振幅處理雖然能在一定程度上改善能量和波形一致性，但都是定性的，理論上不符合吸收衰減機(jī)制。本文研究的近地表吸收補(bǔ)償方法，不僅能定量求取表層空變Q值，還能通過自適應(yīng)增益限制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的反Q濾波[8-9]，且同時(shí)補(bǔ)償振幅和校正相位[9]。

1 方法原理

要進(jìn)行表層吸收補(bǔ)償，需要進(jìn)行兩方面的研究：①求取表層空變Q值，可通過對(duì)表層調(diào)查數(shù)據(jù)及實(shí)際地震資料中表層傳播數(shù)據(jù)的分析來求取。在表層吸收嚴(yán)重位置，采集數(shù)據(jù)波形主頻和能量明顯變小、變?nèi)酰藭r(shí)可找出標(biāo)準(zhǔn)道數(shù)據(jù)，即表層厚度較小、近乎無吸收的位置，通過分析其他數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)道數(shù)據(jù)頻率的差異，采用峰值頻率偏移法[10]求取Q值；②要有能適應(yīng)表層的有效補(bǔ)償方法，王仰華[8-9]對(duì)反Q濾波方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，本文在王仰華方法的基礎(chǔ)上自適應(yīng)計(jì)算增益限制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)增益限制和補(bǔ)償頻帶的空間變化，從而實(shí)現(xiàn)表層空變補(bǔ)償，近地表吸收補(bǔ)償方法的另一優(yōu)點(diǎn)為數(shù)學(xué)模型更符合吸收和頻散機(jī)制，能合理補(bǔ)償能量損失和校正相位。

1.1 改進(jìn)峰值頻率偏移法求取Q值

傳統(tǒng)提取Q值的方法主要利用地震波的振幅屬性。但地震波的振幅通常受噪音、幾何擴(kuò)散和散射等多種因素影響，繼而影響Q值精度。峰值頻率偏移法則是通過地震波的頻率屬性提取Q值[9-11]。假設(shè)震源子波可由雷克子波表示，根據(jù)震源激發(fā)子波的頻譜，利用衰減關(guān)系，經(jīng)過一系列推導(dǎo)，可得到Q值與峰值頻率的關(guān)系式：

(1)

式中：fm為參考峰值頻率，Hz；fp為子波衰減后的峰值頻率,Hz；t為波的傳播時(shí)間，s。

1.2 穩(wěn)定Q值補(bǔ)償方法

王仰華基于一維波動(dòng)方程理論和Kolsky模型[11-13]得出了穩(wěn)定反Q濾波方法[11]，該算法能限制對(duì)噪音的過分補(bǔ)償。在波場(chǎng)向下延拓補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，采用先反向延拓(波場(chǎng)向上延拓)的方法引入穩(wěn)定因子，再根據(jù)補(bǔ)償?shù)目臻g變化計(jì)算自適應(yīng)增益限制系數(shù)Gm，合理補(bǔ)償有效頻帶，消除表層對(duì)能量和相位的影響。

(2)

式中：Gm為增益限制系數(shù)；Qs為表層Q值；f0為地震頻帶最大頻率，Hz；Δt為傳播時(shí)間，s。

2 應(yīng)用效果

2.1 西部凹陷清水地區(qū)

該工區(qū)表層厚度為1～25 m，海拔為-2～11 m。遼河河道位于工區(qū)中部，在厚度及海拔屬性圖上都清晰可見，從表層結(jié)構(gòu)的垂直剖面上也可看出河道處低降速帶厚度異常增大[14-15]，這在一定程度上增加了表層復(fù)雜性[16-20]。

近地表層吸收和頻散主要與Q值和傳播時(shí)間這2個(gè)量有關(guān)：若傳播時(shí)間相同，則Q值越大吸收越小；若Q值相同，則傳播時(shí)間越大吸收越大。由于表層結(jié)構(gòu)的空間變化較大，因此，表層Q值和傳播時(shí)間必然存在一定的空間變化，除了補(bǔ)償表層吸收和進(jìn)行相位校正外，表層補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)重要目的是改善表層空變吸收引起的波形不一致。因此，首先要求取該地區(qū)的表層空變Q值和傳播時(shí)間。

利用改進(jìn)峰值頻率頻移法求取該地區(qū)表層空變Q值，所求結(jié)果與表層結(jié)構(gòu)相關(guān)性較好(圖1)，在表層Q值平面圖上遼河河道仍然清晰可見，且與周圍相比，河道位置的Q值相對(duì)較小，整個(gè)工區(qū)Q值范圍為0.6～6.0，較為合理。近地表層傳播時(shí)間可在靜校正量和表層結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，通過換算和模型約束得到。

為了驗(yàn)證表層吸收和頻散差異給數(shù)據(jù)帶來的不一致性影響，抽取河道位置的單炮進(jìn)行分析。從單炮顯示來看(圖2)，該位置吸收和頻散較其他位置嚴(yán)重，頻率偏低，造成數(shù)據(jù)一致性變差。對(duì)該位置與補(bǔ)償有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)該位置Q值較小，約為1.2，表層傳播時(shí)間約為0.004 s，計(jì)算的該位置的自適應(yīng)增益限制參數(shù)較大，說明該位置補(bǔ)償量要多于其他道，與實(shí)際吸收情況一致，該位置的Q值和傳播時(shí)間合理。

從頻譜對(duì)比來看，對(duì)該地區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行表層吸收補(bǔ)償和相位校正后，拓寬了有效頻帶(圖3)。從單炮對(duì)比來看，補(bǔ)償和相位校正后，河道處高頻得到明顯補(bǔ)償(圖2)；從疊加剖面對(duì)比來看，分辨率得到了較大幅度的提高，同相軸一致性得到改善(圖4)。

圖3 補(bǔ)償前(紅)后(藍(lán))的頻譜

2.2 西部凹陷雷家高升地區(qū)

該區(qū)地勢(shì)雖然平坦但地表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在靜校正問題及表層對(duì)高頻的吸收衰減問題。全區(qū)海拔為-2～16 m，低降速帶厚度為4～20 m。工區(qū)內(nèi)水渠較多，南部有遼河，河面寬度為100～250 m，河套寬度為3 km；北部有繞陽(yáng)河，河面寬度為50～100 m，河套寬度為2 km。針對(duì)工區(qū)的復(fù)雜地表?xiàng)l件，建立精細(xì)表層模型，計(jì)算近地表吸收模型和表層空變Q場(chǎng)，通過補(bǔ)償處理，改善表層吸收造成的波形不一致，提高資料分辨率，并保持相對(duì)振幅關(guān)系，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)地質(zhì)任務(wù)[21-22]。

圖4 表層吸收補(bǔ)償和相位校正前(a)后(b)的疊加剖面

求取的表層Q值與表層屬性相關(guān)性好，Q值分布合理(圖5)。從頻譜(圖6)、單炮數(shù)據(jù)(圖7)都可以看出，經(jīng)表層補(bǔ)償后，很好地保持了低頻成分，同時(shí)高頻成分得到了有效合理的補(bǔ)償，分辨率有所提高，橫向一致性增強(qiáng)，同相軸連續(xù)性變好，較好地減少了由于表層吸收對(duì)子波能量和相位的空間變化所造成的影響。

圖5 表層Q值平面圖

圖6 補(bǔ)償前(紅)后(藍(lán))頻譜

3 結(jié) 論

(1) 通過采用改進(jìn)的峰值頻率偏移法來計(jì)算表層Q值，與利用振幅屬性的方法相比穩(wěn)定性更好，Q值求取更可靠；在表層吸收補(bǔ)償中，通過引入了穩(wěn)定因子，有效限制了高頻噪音的補(bǔ)償，并實(shí)現(xiàn)了同時(shí)進(jìn)行高頻能量補(bǔ)償和相位校正，更好地消除了近地表對(duì)地震資料的影響。

(2) 通過對(duì)遼河油田多塊實(shí)際資料的應(yīng)用，進(jìn)一步證實(shí)了改進(jìn)峰值頻率偏移法的有效性和可靠性。獲取的表層Q值與表層結(jié)構(gòu)相關(guān)性好，符合應(yīng)用區(qū)表層結(jié)構(gòu)的空間變化規(guī)律；針對(duì)表層的空變吸收補(bǔ)償，采用的自適應(yīng)計(jì)算增益限制參數(shù)方法，大大改善了數(shù)據(jù)的一致性。從效果來看，補(bǔ)償有效地拓寬了數(shù)據(jù)頻帶，合理恢復(fù)了子波相位，提高了地震資料分辨率。

圖7 吸收補(bǔ)償和相位校正前(a)后(b)單炮對(duì)比

[1] 胡振華. 遼河坳陷東部凹陷沙三段火成巖成因及儲(chǔ)集特征[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(4)：46-49.

[2] 凌云，高軍，吳琳.時(shí)頻空間域球面發(fā)散與吸收補(bǔ)償[J].石油地球物理勘探，2005，40(2)：176-182.

[3] 尹喜玲，石戰(zhàn)結(jié)，田剛.近地表低降速帶地震波傳播規(guī)律初探[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2009，24(2)：398-407.

[4] 張兵.起伏地表及低降速帶對(duì)地震波的影響[J].勘探地球物理進(jìn)展，2007，30(5)：348-351.

[5] 孫明艷，呂延防，付廣，等.河道砂體地質(zhì)模型及其地震反演識(shí)別[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2012，31(1)：167-171.

[6] 裴江云，陳樹民，劉振寬，等.近地表Q值求取及振幅補(bǔ)償[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2001，16(4)：348-351.

[7] 于承業(yè)，周志才. 利用雙井微測(cè)井資料估算近地表Q值[J]. 石油地球物理勘探，2011，46(1)：89-92.

[8] Wang Yanghua. A stable and efficient approach of inverse Q filtering[J]. Geophysics，2002，67(2)：657-663.

[9] 李敏.相位轉(zhuǎn)換在濁積巖儲(chǔ)層研究中的應(yīng)用[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2012，31(3)：152-155.

[10] Youli Quan，Jerry M.Harris. Seismic attenuation tomography using the frequency shift method[J]. Geophysics，1997，62(3)：895-905.

[11] 于海鋮，徐輝，張學(xué)濤，等. 基于頻率慢度域二階算子的多次波去噪方法研究及應(yīng)用[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011，18(4)：44-46

[12] 屠寧，陸文凱. 一種改進(jìn)的利用頻移估計(jì)Q值的方法[C]. CPS//SEG Beijing 2009 International geophysical conference & exposition，ID：1218.

[13] H Kolsky. The propagation of stress pulses in viscoelastic solids[J]. Philosophical Magazine，1956，1(8)：693-710.

[14] 秦潤(rùn)森，廖新武，馮鑫，等.秦皇島32-6油田南區(qū)明下段Ⅰ油組3小層河道砂體疊置類型及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(3)：15-19.

[15] 張善嚴(yán)，白振強(qiáng).河道砂體內(nèi)部構(gòu)型及剩余油分布特征[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2012，31(1)：46-50.

[16] 胡純心，楊帥，陸永潮，等.長(zhǎng)嶺凹陷多環(huán)坡折地貌發(fā)育特征及對(duì)沉積過程的控制[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2013，35(1):17-23.

[17] 高陽(yáng).東營(yíng)凹陷北部沙四段下亞段鹽湖相烴源巖特征及展布[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(1)：10-15.

[18] 譚建財(cái)，范彩偉，任科英，等.瓊東南盆地北部構(gòu)造變換帶及其油氣地質(zhì)意義[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014，21(2)：62-65.

[19] 白森舒，彭金寧，劉光祥，等.黔南安順凹陷油氣成藏特征及勘探潛力分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2013，35(1):24-28.

[20] 曹清古，劉光祥，張長(zhǎng)江，等.四川盆地晚二疊世龍?zhí)镀诔练e環(huán)境及其源控作用分析[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2013，35(1):36-41.

[21] 卓勤功，李勇，宋巖，等.塔里木盆地庫(kù)車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶古近系膏鹽巖蓋層演化與圈閉有效性[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2013，35(1):42-47.

[22] 麻旭剛， 朱建偉， 王建波， 等.長(zhǎng)嶺油氣田東斷塊火石嶺組一段沉積相[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2012，31(1)：36-40.

編輯 朱雅楠

20141219；改回日期：20150128

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)“地層濾波效應(yīng)研究與提高分辨率”(2007CB209602)

郭平(1967-)，男，高級(jí)工程師，1989畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)物探專業(yè)，2007年畢業(yè)于南京大學(xué)巖石學(xué)、礦物學(xué)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事地震資料處理及方法研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.02.007

TE122

A

1006-6535(2015)02-0031-04