地震資料信噪比在K油田潛山內幕時深轉換中的應用研究

高文博, 劉 歡， 鄔 靜， 薛明星

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司 天津 300459)

0 引言

時深轉換是地震-地質解釋的必經環節，其準確度和精度直接影響到地震解釋結果的優劣[1]。雖然古潛山是油田地質基礎研究的重要內容，但古潛山埋深大、鉆遇井少，為鉆井所揭示的層段厚度較薄[2]，造成古潛山速度研究資料不足。這些都給古潛山時深轉換造成了難以克服的困難[3]。

圖1 K油田區域位置圖Fig.1 The regional position of K oilfield

渤海K油田古潛山位于L凸起邊界斷層上升盤(圖1)，緊鄰LZ凹陷，該潛山古生界、太古界地層直接與L凹陷沙三段烴源巖廣泛接觸，具有較大的供烴窗口，油氣運移通暢。區域綜合地質研究表明，渤海K油田潛山古生界灰巖在長期風化淋濾作用下，容易在斷面附近形成溶蝕孔洞發育帶，而變質花崗巖的斷面附近則容易形成構造裂縫發育區，因此，認為渤海K油田潛山具有較好的儲層條件。渤海K油田潛山勘探程度低，無井鉆穿中生界，該區域古生界頂面時深轉換存在較大不確定性。

1 不同時深轉換方法存在的問題

由圖2可以看出，邊界斷層兩側地層沉積年代不同、巖性不同，邊界斷層下降盤主要沉積的是古近系時期形成的砂泥巖；上升盤為中生界和古生界形成的花崗巖。兩者速度差異較大，造成橫向上地層速度差異大。縱向上中生界地層與上覆地層及古生界地層速度差異也較大，為時深轉換造成了較大難題。

圖2 K油田潛山典型地震剖面圖Fig.2 Typical seismic profiles of buried hill in K oilfield

1.1 地震波速度

地震勘探是以研究地震波在巖層中的傳播為基礎的，地震波是彈性波，它分為體波和面波。面波是在兩種介質的分界面上產生的，在地表衰減快。體波又包括縱波P波(壓縮波)和橫波S波(剪切波)2種,目前的油氣地震勘探主要利用縱波[4]。

一般情況下，巖石的彈性性質不同，地震波在其中傳播速度也就不相同。該傳播速度與巖石的埋深、地質年代、巖性以及巖石密度、孔隙度和所含流體性質因素有關。巖石越致密，密度越大，地質年代越老，埋藏深度越深，則地震波在其中傳播的速度越高。

地震波的傳播速度精確地表示應當是地層中各點坐標的函數，即V=V(x，y，z)，可分為平均速度、層速度、疊加速度、均方根速度等。

在應用地震資料進行油氣勘探研究工作時，特別是在構造解釋及油藏描述方面，最常用的速度是平均速度、層速度和疊加速度。根據不同速度和方法進行時深轉換，得到構造圖[5]。

1.2 K油田潛山時深轉換

根據現有疊加速度場和已鉆井速度資料，結合兩種速度資料對應的時深轉換方法，對渤海K油田潛山地震層位進行了如下兩種時深轉換。

圖3 K油田潛山地震速度場剖面Fig.3 Seismic velocity profile of buried hill in K oilfield

圖4 K油田潛山變速成圖法轉換構造圖Fig.4 Variable velocity mapping of buried hill in K oilfield

1.2.1 疊加速度場重建法構造成圖

利用疊加速度反演并建立空間速度場(圖3)，通過空間變速偏移來消除速度變化引起的時間剖面畸變，其核心問題是空間速度場的求取[5]。但該方法對空間速度場精度要求高，在井少或者無井條件下，無法對速度場精度進行有效判斷。

1.2.2 層剝離時深轉換方法

層剝離法時深轉換分為兩部分：

1)利用已鉆井擬合古生界頂面之上時深關系得到中生界頂面構造。渤海K油田周邊區塊中生界構造沉積穩定，速度變化不大。如圖5所示，根據中生界已鉆井速度統計來看中生界層速度在4 100 m/s左右。

圖5 K油田周邊構造已鉆井中生界統計速度圖Fig.5 Velocity in mesozoic of drilled well around K oilfield

圖6 K油田潛山層剝離法轉換構造圖Fig.6 Layer stripped mapping of buried hill in K oilfield

2)根據中生界厚度時間域與統計的層速度相乘，求取中生界厚度。中生界厚度與頂面深度相加即得到上古生界頂面構造圖(圖6)。但該方法忽略了中生界地層橫向變化問題，同樣無井驗證中生界厚度的準確性。

1.3 不同時深轉換方法結果存在的矛盾

對比圖4、圖6可知，兩者構造轉換結果差異較大。從構造圖上來看，變速成圖法最終得到的是斷背斜構造形態(圖4)，而層剝離法得到的是斷塊山構造形態(圖6)。兩者構造高點位置不一致，同時渤海K油田潛山無井鉆穿古生界，無法通過井資料驗證變速成圖中的速度場和層剝離法中中生界厚度的準確性,所以只能通過其他方法評價、優選合適的轉換結果。

2 正演分析

根據兩種不同時深轉換結果，過構造高部位建立斷背斜(圖7)和斷塊山模型(圖8)。根據統計的地層信息建立模型，選取古近系地層速度取3 500 m/s,中生界地層速度取4 000 m/s，古生界地層速度取4 500 m/s。根據實際地震資料采集參數建立采集參數模型。其中炮間距為25 m，道間距為12.5 m，排列長度為4 600 m。

圖7 斷背斜模型射線追蹤圖Fig.7 Faulted anticline model ray tracing

圖8 斷塊山模型射線追蹤圖Fig.8 Fault block mountain model ray tracing

利用Tesseral軟件進行射線追蹤分析。從圖7、圖8中可以看出：對于斷背斜，射線在邊界斷層下面的地層反射射線分布零散、不均勻；而對于斷塊山模型，潛山界面射線分布均勻。在兩種地質條件下，在地震采集過程中邊界斷層下方地層的實際覆蓋次數存在較大差異，覆蓋次數的不同會造成地震資料信噪比的差異：覆蓋次數增加N次時，有效信號能量會增加N倍，而噪音存在不相關性，噪音能量只增加倍，最終信噪比增加倍[6]。

對于斷背斜，構造高部位與構造低部位覆蓋次數差異大，信噪比相差大；對于斷塊山模型，構造高部位與構造低部位覆蓋次數差異小，信噪比相差小。所以根據目的層段地震資料信噪比分析地層的構造類型，從而選擇最優的時深轉換結果。

3 地震資料信噪比

信噪比的估算方法主要有①能量疊加法；②頻譜估算法；③互相關法；④功率譜法；⑤特征值法。我們采用頻譜估算法進行信噪比分析[7]。

頻譜估算法是物理意義非常明確的信噪比計算方法。該方法假定地震信號有一定的頻帶范圍，過高和過低的頻率是噪聲；對于隨機噪聲，可認為其幅值較小、在頻帶內分布均勻。如果能確定信號頻帶范圍，就能估算信號和噪聲的能量[8]。

若主要考慮低頻和高頻噪聲，不考慮有效頻帶內的噪聲，信噪比(R1)計算可表示為：

式中：f1和f2分別為隨機噪聲的低截頻和高截頻[9]。

3.1 正演分析不同構造模式地震資料信噪比變化

通過建立不同觀察系統下的水平層狀模型(圖9)，進行波動方程正演模擬并加入噪音，得到含噪音的模擬疊后地震剖面(圖10)，得到不同覆蓋次數條件下的信噪比剖面(圖11)。

圖9 水平層狀模型Fig.9 Horizontal layered model

圖10 加入噪音的波動方程模擬地震剖面Fig.10 Wave equation simulation of seismic profiles with noise

圖11 水平層狀模型估算信噪比剖面Fig.11 Estimation of SNR profile of horizontal layered model

圖12 信噪比與噪音百分比含量關系圖Fig.12 Relation between SNR and percentage of noise

圖13 覆蓋次數與信噪比關系圖Fig.13 Relation between coverage times and signal to noise ratio

分析不同噪音百分比含量下，頻譜估算法計算信噪比(圖12)。從圖12中可以看到，隨著噪音含量的增加計算信噪比降低，結果與理論一直，說明頻譜估算法計算可靠。

通過建立水平層狀模型，分析在相同噪音百分比含量下，不同覆蓋次數與計算信噪比的關系(圖13)。從圖13中可以看到，隨著覆蓋次數的增加，計算信噪比增加；當覆蓋次數低時，計算信噪比增加快；當覆蓋次數高時，計算信噪比增加慢；覆蓋次數增加到一定次數后，計算信噪比增加不明顯。

圖14 斷塊山模型模擬地震剖面與估算信噪比剖面Fig.14 Simulated seismic profile and estimated signal-to-noise ratio of fault block mountain model(a)斷塊山偏移剖面；(b)斷塊山信噪比剖面

圖15 斷背斜模型模擬地震剖面與估算信噪比剖面Fig.15 Simulated seismic profile and estimated signal-to-noise ratio of faulted anticline model(a)斷背斜偏移剖面；(b)斷背斜信噪比剖面

3.2 不同構造模式對地震資料覆蓋次數的影響

通過K油田實際資料，建立斷背斜和斷背山模型。分別分析在實際采集后地震資料信噪比。圖14為斷塊山信噪比剖面，圖15為斷背斜信噪比剖面。從圖15中可以看到，對于斷背斜信噪比剖面，由于背斜兩側覆蓋次數不同，造成兩側信噪比差異大；而斷塊山信噪比剖面，覆蓋次數差別不大，信噪比差別不大，可以根據信噪比剖面的不同選擇正確的時深關系轉換方法。

3.3 偏移速度對估算信噪比的影響

以上分析是基于偏移速度是完全準確的情況下進行的研究，但在實際情況中，疊后地震資料會結果偏移處理，在處理中，偏移速度時帶有多解性的。偏移速度的拾取、尤其是潛山的偏移速度拾取不可能完全準確，這對信噪比會造成影響。

圖17 斷塊山模型不同偏移速度估算信噪比剖面Fig.17 Estimated signal-to-noise ratio profile with different migration velocity by fault block mountain model(a)0.6倍偏移速度；(b)0.8倍偏移速度；(c)1.2倍偏移速度；(d)1.4倍偏移速度

圖18 斷背斜模型不同偏移速度估算信噪比剖面Fig.18 Estimated signal-to-noise ratio profile with different migration velocity by faulted anticline model(a)0.6倍偏移速度；(b)0.8倍偏移速度；(c)1.2倍偏移速度；(d)1.4倍偏移速度

從圖16中可以看到，偏移速度變化將對信噪比估算結果造成影響。當噪音含量較小時，隨著偏移速度的變化，信噪比波動較大；噪音含量較大時，隨著偏移速度的變化，信噪比波動較小。在噪音含量為10%、偏移速度在0.5倍～1.9倍的準確速度之間(除準確偏移速度)，信噪比值差異在1 db～2 db之間，信噪比波動較小。當地層為水平層狀模型時，和覆蓋次數相比，偏移速度對估算信噪比影響小。

實際地層特別是潛山地層產狀并不是水平層狀。根據分析，由于斷塊山和斷背斜模型高部位覆蓋次數存在較大差異，斷塊山和斷背斜高部位估算信噪比也應存在較大差異。

圖17為斷塊山模型不同偏移速度估算信噪比剖面圖，可以看到不管偏移速度如何變化，高部位和低部位估算信噪比差異小；而對于斷背斜模型(圖18)，可以發現不同偏移速度條件下，高部位和低部位估算信噪比剖面差異依然較大。

所以實際地震資料的疊加速度差異對潛山地層的信噪比影響不大，而潛山地層產狀的不同，會造成地震資料的實際覆蓋次數差異。覆蓋次數的差異又會影響到地震資料的信噪比。潛山的不同信噪比情況，我們可以推斷出實際的地層產狀，進而選擇合適的時深轉換方法。

4 應用分析

利用頻譜估算法求取地震資料信噪比，選取時窗較寬，計算結果穩定，能真實有效反映地震資料不同部位信噪比的相對關系。根據地震資料子波頻帶統計結果，K油田潛山有效信號頻帶寬度在5 Hz～16 Hz之間(圖19)。將2 Hz～16 Hz頻帶范圍內作為有效信號，其他范圍視為噪音信號。

利用頻譜估算法求取的實際地震資料信噪比。圖20為過潛山構造高部位的信噪比剖面圖。從圖20可以看出，在邊界斷層上升盤，上古生界頂面信噪比差異小，其構造類型為斷塊山可能性較大，在選取時深轉換方法時應利用層剝離法。而下古生界頂面兩側信噪比差異大，其構造類型為斷背斜的可能性較大，在選取時深轉換方法時應利用變速成圖法。

圖19 K油田潛山地震資料頻帶圖Fig.19 Seismic data frequency band map of burced hill data in K oilfiele

圖20 K油田潛山信噪比剖面Fig.20 Signal-to-noise ratio profile by buried hill in K oilfield

根據以上分析，古潛山地震資料信噪比能有效反映潛山頂面的構造類型。可以利用這一特征對渤海K油田潛山頂面時深轉換結果進行評價。

分別采用疊加速度場重構法和層剝離法對K油田中生界頂面和古生界頂面進行時深轉換。其中利用疊加速度場重構法以地震資料的疊加速度為基礎，并根據圍區速度變化情況進行相應調整得到速度場，從而進行時深轉換。由于K油田中生界地層之上已鉆遇多口探井，層剝離法在中生界之上速度場主要參考這些已鉆井的速度。而在中生界之下，考慮到圍區中生界和古生界速度相對穩定，主要參考已鉆井中生界和古生界地層平均速度，其中上古生界地層平均速度取4 500 m/s，下古生界地層平均速度取4 800 m/s。根據已鉆的唯一一口鉆至古生界地層的地層實際界面分析該方法的預測精度。如表1所示，上古生界頂面時深轉換利用層剝離法誤差小，而下古生界頂面利用疊加速度場時深轉換誤差小。與利用地震資料信噪比選取相應時深轉換方法結論一致。

表1 K油田潛山構造圖與鉆井分層誤差統計Tab.1 The difference between depth map and geological depth in K oilfield

在K油田潛山鉆遇井沒有的情況下，該方法能對不同轉換結果進行相關評價，減少時深轉換的多解性，取得了滿意的效果。

5 結論

根據通過對渤海K油田潛山內幕時深轉換方法的研究得到以下幾點結論：

1)斷背斜與斷背山在地震資料采集時，局部覆蓋次數有差異。斷背山覆蓋次數均勻，斷背斜覆蓋次數不均勻。

2)覆蓋次數與信噪比呈非線性遞增關系，當覆蓋次數低時，隨著覆蓋次數的增加，信噪比增加快；覆蓋次數到一定數值之后，信噪比增加緩慢。

3)在渤海K油田潛山內幕時深轉換過程中，估算的地震資料信噪比可作為潛山構造的評判依據之一，能減少時深轉換結果的多解性，對選擇時深轉換結果和方法具有一定的借鑒作用。