針對冀東南堡4號中淺層河道砂體識別的提高分辨率處理

孫 明， 趙寶銀， 陳偉超， 于金星， 林培炬， 高 芬

(1.冀東油田公司，唐山 063004； 2.潛能恒信能源技術股份有限公司，北京 100101)

0 引言

隨著勘探程度的不斷加深，剩余油氣藏分布越來越隱蔽，巖性油氣藏變得越來越重要。位于渤海灣盆地黃驊坳陷南堡凹陷東部的南堡4號，已相繼發現了中淺層明化鎮組、館陶組、東一段、東二段、東三段等含油層系，并且南堡4號構造多口井在Nm、Ng和Ed1地層獲得高產，中淺層巖性油氣藏具有很大的勘探開發潛力。

儲層砂體預測技術要求地震資料具有高保真、高信噪比、高分辨率等特點。但是常規處理剖面的分辨率已經不能滿足儲層砂體的勘探要求，因此，針對本區資料特點，開展了在保真保幅基礎上的提高地震資料分辨率的技術研究。

目前，提高分辨率的處理技術有很多種，各種反褶積、譜白化、零相位化、Q補償等技術都有壓縮子波提高分辨率的功能[1-2]，但是在實際處理過程中，處理員往往在資料頻帶得以拓寬的同時卻忽視了原始資料野外采集頻寬限制，一味追求寬頻帶、高分頻率的理念及做法，使處理成果保真性無法保證，拓寬標準也無法準確界定，提高分辨率處理成果不能滿足巖性儲集體預測的需要。通常地震資料野外采集有效頻寬決定了資料處理所能達到的分辨率極限，筆者以原始資料野外采集頻寬為限度，從井出發，充分利用井信息進行約束及監控的高分辨率處理配套技術，取得了較為理想的效果。

1 影響分辨率的因素

在地震勘探中，分辨率通常指分辨薄層頂面反射和底面反射的能力，即能分辨多薄的地層。一般認為，一個反射波的分辨率的極限是1/4波長(如3 000 m深度), 反射主頻為20 Hz，層速度為3 200 m/s，則地震波長是160 m，可分辨40 m的地層。

地震分辨率主要受地質因素和采集觀測因素影響較大。地質因素的影響，首先是巖石的吸收作用，它通過一個稱為巖石品質因子參數Q來描述，參數Q是波在傳播的過程中，傳播一個波長的距離原儲存能量與所消耗能量的比值，頻率越高，波長越短，傳播過程中吸收作用所消耗的能力越多，它制約了分辨率；其次是層間反射、薄層結構及其薄互層結構等，其作用相當于一個濾波器，濾波作用損害了分辨率。采集觀測因素的影響，主要包括激發和接收條件、觀測系統設計、儀器接收設備特性等都與最終數據的分辨率有關。

本工區受地質因素和采集因素的影響，2 s以下能量迅速衰減，導致深層能量較弱；且塊內、區塊之間都存在能量差異，剖面上顯示內幕反射特征差，對不同巖性識別困難。通過原始資料頻譜分析和倍頻程掃描發現，該區頻帶較窄，主頻偏低，識別薄儲層困難。原始單炮中淺層頻帶范圍在6 Hz～65 Hz之間，明化鎮組、館陶組高頻段能達到55 Hz～65 Hz，東營組高頻段只有45 Hz～55 Hz，主頻為20 Hz。中淺層有效儲層薄，河道砂體具有單層厚度薄、橫向延展面積小、識別難度大。

2 高分辨率處理技術

本次處理在振幅恢復、去噪過程中以保真保幅處理為指導思想，以原始采集頻寬為依據，利用井資料約束優選參數并監控提高分辨率效果，合理有效地提高目的層分辨率。

2.1 VSP井驅動Q補償

地震信號頻寬的限制和振幅真值的不完整及嚴重缺失,制約了地震波參數反演及儲層預測的精度。隨著地震波向地層深處傳播，高頻成份快速衰減，能量明顯減弱，地震子波的振幅譜和相位譜產生嚴重畸變，地震資料分辨率降低。地震信號Q補償是后續提高分辨率的基礎。王仰華[3]提出了能同時進行振幅補償和相位校正、穩定而有效的反Q濾波方法，并將其應用到實際地震資料處理中。

假定地表(τ=0)的頻率域地震道為U(0，ω)，經反Q濾波后的時間域地震道u(τ)[4]為式(1)。

(1)

式中：Λ(τ,ω)為穩定的振幅振幅補償算子；γ(τ)為時變衰減參數，γ(τ)=[πQ(τ)]-1；wh是參考頻率。

對式(1)每個采樣點τ按順序計算，可表示為式(2)。

(2)

或用矢量矩陣表示為

χ=Az

(3)

式中：χ=[u(τi)]為時間域輸出數據矢量；z=[U(ωj)]為頻率域輸入數據矢量；A為反Q濾波矩陣(M×N)，其元素定義為

(4)

式(4)指數項是反Q濾波的相位校正項。由于振幅補償和相位校正是時變的，因此反Q濾波算法對應于隨時間或深度變化的Q值模型。

Q補償分為近地表和深層吸收補償兩種，①近地表的Q補償由地震記錄迭代反演計算炮檢點吸收衰減系數，由近地表速度模型反演旅行時，用譜比法得出空變Q模型進行近地表Q補償；②深層Q值計算通過8口VSP井資料擬合縱波平均速度，并通過應用經驗公式進行空變Q值估算，VSP井資料覆蓋不到的地層，可以通過常速Q掃描的方法估算(圖1)?？兆僎值結合地質模型，建立深層時空變三維Q模型體進行深層Q補償。由圖2可以看出，通過Q吸收補償，解決了由于大地吸收造成頻率的衰減和相位的改變。

2.2 高保真保幅提高噪比處理

地震波不同頻率成分具有不同的信噪比，地震資料通過處理所能達到的分辨率，與每個頻率成分的信噪比有直接關系。每個頻率成分的信噪比改善，對提高分辨率都有好處，但不同信噪比的頻率成分對分辨率貢獻是不同的。信噪比很高的頻率成分對信噪比貢獻很大，但其信噪比改善對提高分辨率的影響，卻遠不及信噪比低的頻率成分(如高頻段信號信噪比改善對提高分辨率的貢獻，雖然后者對信噪比的貢獻很小)。極低信噪比的頻率成分信噪比一旦提高，對分辨率的貢獻成比例地增加。

時間域的噪音衰減方法只能改變記錄整體的信噪比，不能改變單個頻率的信噪比，因此就不可能擴展優勢信噪比的頻帶寬度，從而不能直接對分辨率做出貢獻。不同類型的噪音通常有其分布的特定頻率范圍(如異常振幅在許多高分辨地震資料只出現在高頻段)，在時間域進行的一些噪音壓制手段會影響中低頻段地震信號。因此，針對工區內噪音發育特點及分布規律，分區域分頻段予有壓制，既能最大限度減少對有效信號傷害，確保資料保真，又有利于提高低信噪比頻段信噪比。靜校正時差存在會對地震資料起到低通濾波作用，為了確保地震波高頻成分不受損失，必須提高靜校正的精度。采用分頻迭代速度分析、分頻剩余靜校正，先解決中低頻段大的靜校正量，再解決較高頻段較小靜校正量，由粗而精不斷提高靜校正高頻極限，間接提高資料分辨率。

圖1 表層Q值平面圖以及8口VSP井Q值隨時間變化曲線圖Fig.1 The plan for the Q value of the surface layer and the time varying graph for the Q value of the 8 VSP well

圖2 Q補償前、后單炮對比圖Fig.2 Shot gathers before and after Q-compensation(a)補償前;(b)補償后

2.3 井控組合法保真保幅提高分辨率

以往資料處理過程當中，應用不同提高分辨率的方法也能拓寬頻帶，但保真性和拓寬標準無法準確限定。本次提高分辨率過程中，以采集頻寬為依據，充分應用井約束提高分辨率，結合優勢頻帶反褶積技術確保地震資料處理的保幅、保真、高分辨率，包括以下幾個方面：

1)井震結合反褶積。充分掌握原始采集資料的頻寬，在拓頻的過程中據此提高分辨率，從圖3上分析發現區塊目的層明化鎮、館陶能頻率達到60 Hz～65 Hz，東營組頻率較低只有40 Hz～50 Hz，為后續提高分辨率處理提供一定的科學依據。

反褶積主要是用于壓縮子波，拓寬頻帶，消除短周期多次波，穩定波形，提高分辨率。由于表層條件的變化，對地震波的影響不僅造成到達時間上的延遲，而且對波的振幅特性和相位特性均有影響，應消除這種影響。采用地表一致性反褶積在一定信噪比的基礎上，適當地拓寬地震資料的頻帶，提升高頻段的能量，提高地震資料的分辨率。

圖3 采集原始單炮采集頻寬調查Fig.3 Acquisition frequency bandwidth investigation of original shot

設地震記錄的褶積模型為式(5)。

χ(t)=ω(t)y(t)+n(t)

(5)

式中：χ(t)是地震記錄；ω(t)是地震子波；y(t)是反射系數；n(t)是隨機噪音。

根據地表一致性假設條件，對于炮點j，接收點i的道記錄的地震子波ωij(t)可表示為式(6)。

ωij(t)=si(t)ri(t)gk(t)mij(t)

(6)

式中：sj(t)為與炮點位置j有關的子波分量；ri(t)為與接收點位置i有關的子波分量；gk(t)為與共中心點位置有關的子波分量(其中k=(i+j)/2)；mij(t)為與共炮檢距有關的子波分量。

式(6)中的右邊四項可稱為地表一致性反褶積的四個分量。對其做傅里葉變換可得：

W(ω)ij=S(ω)ij·R(ω)ij·G(ω)ij·M(ω)ij

(7)

式中：W(ω)ij、S(ω)ij、R(ω)ij、G(ω)ij、M(ω)ij，分別為ωij(t)、si(t)、ri(t)、gi(t)、mij(t)的傅里葉譜，將各項傅里葉譜分解為振幅譜A和相位譜φ，則由式(7)可得以下表達式：

Aij=Asij·Arij·Agij·Amij

(8)

φij=φsij·φrij·φgij·φmij

(9)

式中：Aij為子波的振幅譜；φij為子波的相位譜。

假設子波是最小相位，那么我們可以只考慮振幅譜。為了便于分解，對振幅部分兩邊取對數，使乘積變為和的形式：

lnAij=lnAsij+lnArij+lnAgij+lnAmij(10)

(11)

為了求出各分量的對數譜，令

(12)

應用高斯——塞得爾迭代法可以分解出炮點、接收點、共中心點和共炮檢距四個分量的對數振幅譜，應用反對數變換，得到四個分量的振幅譜，再根據子波最小相位化的假設，對某一分量求反褶積因子，最后將每個地震道記錄分別用各項反褶積因子進行褶積，完成地表一致性反褶積處理。

在井控地震資料處理中，通常利用VSP走廊疊加或井合成記錄，與不同預測步長地表一致性反褶積資料進行匹配，定量分析反褶積參數，根據不同參數處理結果與井資料吻合程度，達到最佳匹配的參數即為最優參數。反褶積步長與VSP匹配見圖4，經過對比效果發現適宜預測步長為：0 ms～2 000 ms時，窗內步長值為12；2 000 ms～6 000 ms時，窗內步長值為8。

圖4 通過VSP走廊疊加與不同反褶積步長匹配，確定最優參數Fig.4 to optimize and determine final key deconvolution parameters by analyzing which deconvolution result that generated by different deconvolution predictive distances is best consistent with the VSP stack data2

圖5 優勢頻帶反褶積前、后地震剖面與合成記錄標定對比圖Fig.5 Comparison of seismic section before and after dominant frequency band constrained deconvolution which are both calibrated with synthetic seismic record

2)優勢頻帶約束反褶積技術。針對地下地層的傾角和傾向是唯一確定的，它不隨著頻段的改變而改變的特點。在優勢頻帶信號范圍內通過掃描確定的同相軸走向，同時應較好地對應地下地層的傾角和傾向，對于其他頻段，可以直接應用該走向進行中值濾波，來提高信噪比，然后再把各個頻段的信號均衡到同一水平上，達到提高分辨率的目的。在優勢頻帶范圍內提取的地下地層傾角的信息，對其他頻段的壓噪起著約束和控制的作用。

記錄信號的頻譜是噪音和有效信號頻譜的合成，如果通過信噪分離處理可以近似地得到了有效信號的頻譜，然后將它疊合在記錄信號的頻譜上，這樣就可以近似地估算出每一個頻率成分的信噪比(信噪比譜)。通過優勢頻帶約束壓噪，一方面壓制噪音，另一方面又提高信噪比，這樣就改變了原始信噪比譜的每一個頻率分量的信噪比，得到了提高分辨率處理后的頻譜。

圖5為優勢頻帶約束反褶積處理前后的剖面。用30 Hz主頻的雷克子波合成記錄對比可見，井控處理后的地震剖面分辨率提高。井震匹配更好，中淺層地震反射特征與提高分辨率的吻合度更高。

3 應用效果

通過高分辨率地震資料處理手段，南堡4號構造中淺層最終剖面取得了較理想的效果，處理成果體現在以下幾個方面的地質效果上：

1)在保證信噪比的前提下，分辨率提高，圖6為新老成果剖面及對應的頻譜。從圖6可以看到，目的層的頻譜可以達到6 Hz～65 Hz，在低頻保護的同時，新處理資料地震資料主頻提高到30 Hz，目的層層速度在3 000 m/s左右，根據時間分辨率-Ricker準則，我們認為本次資料能分辨25 m左右的儲層。圖7為新老成果地震剖面與合成記錄標定對比圖。提高分辨率的剖面井標定吻合程度高、分辨率高，也證實了反褶積參數選取的合理性。

圖6 提高分辨率前、后剖面對比圖Fig.6 Comparison of seismic section before(left) and after(right) improving seismic resolution

圖7 新老成果地震剖面與合成記錄標定對比圖Fig.7 Comparison of original seismic result and new seismic result which are both calibrated with synthetic seismic record

2)圖8為Ng1油層頂面向下30 ms區間RMS振幅平均值平面圖(數值歸一化1～1 000)。厚層砂巖:強波谷，高連續; 薄層砂巖:中-弱波谷，中等連續，因此薄砂巖對應中弱振幅；研究表明：np4-1、np4-3井含砂率底，振幅反射特征為弱振幅，而np4-51、np2-58井含砂率較高，為厚砂層，為強振幅反射特征，圖8(b)較圖8(a)更符合薄砂體展布特征。

圖8 Ng1油層Rms振幅平均值平面圖Fig.8 Ng1 oil layer RMS amplitude AVERAGE PLAN(a)新資料;(b)老資料

4 結論

南堡4號構造中淺層在提高分辨率的處理技術應用過程中，詳細掌握原始資料頻寬，有理有據逐步地、合理的井控提高分辨率，通過VSP井驅動Q補償、高保真分頻去噪、分頻靜校正、井控組合法等提高分辨率的技術組合應用，在保證資料的保真保幅、保證信噪比的前提下有效提高了目的層的分辨率。針對目的層Nm，成果剖面頻寬達到6 Hz～65 Hz，主頻35 Hz。Ng和Ed1地層頻寬6 Hz～55 Hz，主頻25 Hz～30 Hz，能分辨25 m左右的儲層。高分辨率成果井震吻合度高，均方根振幅值動態特征范圍大，砂體橫向變化明顯，有利于薄儲層砂體預測等工作。