VSP井驅Q補償在碳酸鹽儲層識別中的應用研究

趙銳銳， 孫成禹 ， 尚 帥

(1.中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院，青島 266580；2.中國石油塔里木油田分公司 勘探開發研究院，庫爾勒 841000)

0 引言

吸收衰減因子Q是一個表征地下巖層對地震波吸收衰減特性的參數，它描述了不同頻率的地震波在地下粘彈性介質中傳播時對應的衰減力度，直接影響了地震子波的相位和分辨率。Q值越大，表示地層對地震波的吸收衰減能力越小，反之，表示地層對地震波的吸收衰減越嚴重[1]。提取Q值的方法很多，巖石物理實驗測試、地震資料中通過數值算法等，國內、外可見到大量的文章[2-4]。由于問題比較復雜，一塊巖石在不同頻率、不同溫度、壓力、以及不同飽和度和不同應變條件下都會有不同的吸收衰減值，并且在實驗室中同樣一塊巖樣，采用不同的測定方法，也會得到不同的結果。因此，任何一種測定Q值的方法都不可能得到巖石的精確吸收衰減值，而只能得到一個粗略估算值。

通常Q因子的求取是通過地面地震資料來實現，塔里木盆地沙漠地區地表條件復雜、地下目標儲層埋藏較深，地表巨厚的起伏沙丘對地震波的激發和接收造成很大地干擾，往往使得資料品質有限，直接利用地面地震資料求取Q的不確定性因素增大。垂直地震剖面(VSP)通常的觀測方式是檢波器在井中埋置，炮點在地面激發。與地面地震資料相比，VSP資料的信噪比高，一定程度上減少了近地表對地震波的影響，波場特征更加豐富、明顯。VSP技術在近幾年發展比較迅速，在提取地層地質參數、地層速度、地震子波與衰減因子等地震參數方面有很大的作用，越來越被人們所重視和利用。

基于此，在沙漠區重點井采集了零偏VSP資料，力圖通過井中地震資料的優勢，獲取相對可靠的吸收衰減因子，輔助對地面地震資料的處理，為開發地震資料處理精度的提升和地震解釋工作提供幫助。

1 基本原理

1.1 Q估計

VSP通過在井下不同深度埋置檢波器，可以直接接收到地面震源的下行直達波，對準確測量地震波在不同深度地層傳播時的衰減信息有很大幫助，減少了其他因素對波場的干擾。利用實際地層下行直達波的波場特征，可以得到相對準確的Q值，從而可對地面地震記錄進行吸收衰減補償。盡管計算Q因子的方法很多，但目前大家常用Q掃描和譜比法等[5-7]，① Q掃描法類似于速度掃描或頻率掃描，屬于一種定性分析方法；②譜比法是一種定量估算方法，假定地震信號的振幅譜是隨時間按指數衰減，用公式(1)表示并求取品質因子Q。

(1)

其中：a1(f)為參考時窗內的振幅譜；a2(f)為滑動時窗內的振幅譜。

由式(1)得：

(2)

式(2)可以表示為線性關系式：

y(f)=k*f

(3)

利用VSP記錄頻譜通過譜比法可以獲得較為準確的Q值，主要步驟如下：

1)零偏移距VSP初至拾取，獲得直達波旅行時間t。

2)波場分離，去除下行波的調諧影響。

3)截取VSP初至時窗，通過FFT變換獲得每個深度子波振幅譜A(f)。

4)對振幅譜取對數，求取ln(A(f))。

6)利用公式Q=-πτ/k得到對應層段的Q值，這里τ=tz-tz0。

VSP譜比法獲得的Q值可以有效地指導地面地震的反Q濾波處理，并且地層Q值與平均Q值有如下關系：

(4)

1.2 Q補償

對地震波吸收的補償可采用反Q濾波法，該方法的目的是為了消除地震波在地層介質傳播時的吸收衰減，提高地震資料分辨率的同時最大程度地恢復巖層的反射系數響應[8]。

Futterman[9]導出的振幅和相速度頻散關系式為：

(5)

其中:A(ω,z)為距離震源z處的子波振幅譜;A(ω,0)為激發震源子波的振幅譜;Q是地層的品質因子;z為地震波傳播的路徑長度;υ(ω)是地震波在頻率為ω時的相速;ωc為最大截止頻率;υ(ωc)為地震波在截止頻率ωc的相速度。根據式(5)可以得知反Q濾波的吸收因子B(t)的振幅譜B(f,t)和頻譜F(f,t)分別為：

(6)

(7)

其中:t表示地震波傳播時間;φ(f,t)是B(t)的相位譜;H+代表hilbert變換。由此可知，吸收因子的振幅譜B(f,t)隨著傳播時間t的不同而不同，使得地震波隨著傳播時間衰減程度也在變化。對于水平層狀介質,假設而言，地面地震波傳播到同一地層的t是一致的，因此可以認為各道同一地層的B(f,t)是基本不變的。

2 實例分析

2.1 VSP數據采集參數

塔里木盆地臺盆區碳酸鹽儲層發育，埋藏深，一般在6 000m以上。地震資料的品質直接影響勘探開發的效果，為了提高深層的成像質量和成像精度，在重點井布置了零偏VSP資料采集，力圖通過VSP資料Q因子的求取和補償處理，提高深度儲層成像分辨率。

零井源距VSP采集觀測系統見表1。零井源距VSP采用單深井炸藥震源激發，激發井深13m、藥量1kg。

表1 零井源距VSP觀測系統

2.2 初至拾取

零偏VSP初至拾取是后續一切工作的開始，它的拾取精度將影響后續的建模準確程度及整個VSP資料處理精度。由于是爆炸震源，初至拾取在起跳點，為了準確地拾取初至，采用人機交互放大拾取VSP直達波初至的方法，這樣讀取時間時人為誤差可大大減小(圖1)。

圖1 零偏VSP初至拾取示意圖Fig.1 The first arrival of zero-offset VSP

2.3 波場分離

因為提取Q因子是利用VSP的下行波場信息，所以需要比較精細的波場分離技術。波場分離常用的有F-K、中值濾波、拉冬變換等方法，為了保證波場分離過程中的保幅保真，通過參數試驗和方法比較，最終選擇先去背景干擾，利用初至得到的速度對VSP波場進行動校正，上行波基本拉平，然后用FK濾波方法得到上行波，從全波場中減去得到下行波場，再精細壓制其他干擾，得到相對可靠的下行波波場信息(圖2)。

圖2 哈7-4井零偏VSP分離的上、下行波Fig.2 The up-going and down-going wave of zero-offset VSP for well Ha 7-4(a)上行波；(b)下行波

圖3 VSP下行波場提取的等效Q因子Fig.3 Q estimated by using down-going wave

2.4 Q因子提取及補償

利用波場分離得到的下行直達波場，根據譜比法得到深度域的等效吸收衰減因子Q(圖3)所示。通過求取的Q因子建立空間域Q場，對偏移成像剖面進行反Q濾波處理，由圖4、圖5可以看到：經過等效Q因子補償后的地震成像剖面分辨率明顯得到提高(圖4)；相干切片成像得到改善(圖5)；滿覆蓋范圍內(即圖中藍色框內)碳酸鹽儲層串珠成像更加清晰、能量更加聚焦，有利于鉆探目標的優選和提高儲層鉆遇率。

圖4 井驅Q補償前后偏移成果Fig.4 The migration section of VSP data driven Q compensation(a)井驅Q補償前偏移成像剖面； (b)井驅Q補償后偏移成像剖面

圖5 井驅Q補償前后相干切片Fig.5 The coherence slice of VSP data driven Q compensation(a)補償前;(b)補償后

3 結論

通過VSP井驅提高分辨率處理，提高了地震資料的處理精度。利用VSP下行波場提取可靠的Q參數，通過井驅保幅處理保留了更多重要地質信息，許多構造細節及微小的異常地質體更容易解釋，“串珠”儲層的成像也更清楚、更豐富。VSP井驅Q補償技術可以廣泛應用于地震資料提高分辨率處理，具有較好的生產應用前景。

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