基于解釋目標(biāo)的資料評(píng)價(jià)及量化優(yōu)選技術(shù)

閆玉莎，張志林

(1.中石化石油工程地球物理有限公司華東分公司 江蘇 揚(yáng)州 225000; 2.中石化石油工程地球物理有限公司勝利分公司 山東 東營(yíng) 257086)

0 引 言

勝利油田2014年木參1井三維空間采樣密度大，覆蓋次數(shù)高，工區(qū)西南部山前帶區(qū)域單炮信噪比較低，基本看不到有效信息，但經(jīng)過(guò)高覆蓋多次疊加之后的地震剖面上，山前帶區(qū)域地震資料信噪比較高，高陡構(gòu)造反射特征清楚，目標(biāo)層反射信息豐富，完全滿足后期解釋目標(biāo)的需求，這就資料現(xiàn)象打破了傳統(tǒng)地震資料評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以往統(tǒng)一要求“視覺(jué)上”高信噪比的原始資料是否科學(xué)？

到底什么樣的地震資料是好資料，諸多學(xué)者都進(jìn)行了探索和研究，隨著近年來(lái)的高空間采樣和可控震源高效采集存在一些不同看法[1]。以往在采集資料評(píng)價(jià)中，無(wú)論是何種地質(zhì)目標(biāo)，統(tǒng)一從主頻、能量和信噪比等方面來(lái)評(píng)價(jià)資料好與壞，而從未評(píng)價(jià)資料對(duì)地質(zhì)體的分辨力和解釋目標(biāo)需求來(lái)評(píng)價(jià)資料優(yōu)劣[2-3]。該文以木參1井三維實(shí)際資料為基礎(chǔ)，從后期解釋目標(biāo)需求角度出發(fā)，通過(guò)研究資料主頻、頻寬、高頻、低頻、主旁瓣比值等不同頻率成分對(duì)分辨力的影響以及不同油氣藏對(duì)頻率成分的需求來(lái)評(píng)價(jià)資料，并通過(guò)正演模擬和實(shí)際資料相結(jié)合，獲得分析結(jié)論，最終建立新的地震資料評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為本質(zhì)上，而不是“視覺(jué)上”提高野外原始資料品質(zhì)提供借鑒[4]。

1 頻率成分對(duì)分辨力的影響

地震分辨力是指區(qū)分兩個(gè)靠近物體的能力，地震分辨力只決定于子波特性，與地震資料信噪比無(wú)關(guān)。

地震子波波形與主頻、低頻、高頻、絕對(duì)頻寬、倍頻程以及主旁瓣比值6個(gè)因素有關(guān)，如圖1所示。

絕對(duì)頻寬：B=f2-f1

圖1 木參1井典型斷層模型及兩種不同子波偏移剖面

倍頻程：log2(Fh/F1)

在理論上，絕對(duì)頻寬大、倍頻程大的子波旁瓣少，旁瓣振幅小，子波形態(tài)好，分辨力高，但要結(jié)合解釋目標(biāo)需求主要頻段才有實(shí)際指導(dǎo)意義。在絕對(duì)頻寬相等，倍頻程增大，旁瓣減少，分辨力增加， 針對(duì)倍頻程相同，絕對(duì)頻寬增大，相對(duì)于對(duì)子波進(jìn)行波形縮小，提高分辨力。在頻率成分方面，缺少高頻，薄層描繪過(guò)胖沒(méi)有棱角，分辨力低，在高頻端，增加頻帶寬度，能減小子波主瓣寬度，更易分離兩個(gè)地震同相軸，縱向分辨力增強(qiáng)，對(duì)薄層解釋有利。缺少低頻，子波旁瓣明顯增多，低頻端，增加頻帶寬度，可以減小子波旁瓣振幅，減小相鄰?fù)噍S間干涉的可能性，橫向分辨力增強(qiáng)，對(duì)斷層、復(fù)雜構(gòu)造解釋有利。

2 不同解釋目標(biāo)對(duì)頻率成分的需求

2.1 復(fù)雜構(gòu)造油氣藏的需求

斷層附近產(chǎn)生的斷面波、繞射波等往往呈現(xiàn)低頻、低速特征，針對(duì)斷層發(fā)育的構(gòu)造油氣藏，低頻信息對(duì)提高分辨率非常重要，特別在最后復(fù)雜斷層或高陡構(gòu)造偏移歸位時(shí)，如果缺少了繞射波、斷面波等這些低頻信息，就不能很好對(duì)斷面信息和接觸關(guān)系就行歸位，斷層接觸關(guān)系模糊，成像效果差，無(wú)法滿足精細(xì)解釋的需求[5]，因此針對(duì)類似的構(gòu)造油氣藏，在向高頻展寬的同時(shí)，重在強(qiáng)化低頻，無(wú)論是野外激發(fā)、接收上還是關(guān)鍵處理技術(shù)上，都要盡可能的保留低頻信息。

為了進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)低頻的重要性，建立了一個(gè)典型的正斷層模型，如圖1(a)所示。選取兩種子波激發(fā)進(jìn)行激發(fā)模擬，這兩種子波中頻和高頻信息相同，主要區(qū)別在于子波2低頻5 Hz以下信息相對(duì)于子波1急劇減少。圖1(b)和圖1(c)為兩種子波最終的偏移剖面，從中可以看出，淺層構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)低頻依賴較輕，子波2相對(duì)子波1在有效反射層能隱約見(jiàn)到缺少低頻引起的旁邊干涉；中層對(duì)低頻信息依賴逐步增加，子波2目標(biāo)層下面能較清楚見(jiàn)到旁瓣引起的干擾軸；深層對(duì)低頻信息依賴大，而且，繞射波隨著深度的增加更加嚴(yán)重，子波2由于缺少低頻信息，反映斷層特征的繞射波、斷面波不能有效歸位，導(dǎo)致斷層附近出現(xiàn)多個(gè)干擾軸，斷層接觸關(guān)系模糊，成像效果差，而子波1由于有充足的低頻信息，各種斷面信息得到有效的歸位，斷層接觸關(guān)系明確，成像效果好，能夠滿足精細(xì)解釋的需求。

2.2 巖性油氣藏的需求

針對(duì)儲(chǔ)層較薄巖性油氣藏，高頻信息對(duì)提高分辨率非常重要，如果沒(méi)有足夠的高頻信息，就不能對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行精細(xì)的描述，比如S1井志留系柯坪塔格組1 600～2 200 ms，高頻達(dá)到4～70 Hz(4個(gè)倍頻程)能夠清楚的見(jiàn)到8個(gè)以上反射同相軸，高頻信息4～46 Hz(3個(gè)倍頻程)只能模糊的見(jiàn)到4個(gè)同相軸，無(wú)法滿足解釋目標(biāo)的需求。

為了進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)低頻的重要性，建立了一個(gè)多個(gè)薄層的地質(zhì)模型。選取30 Hz、70 Hz和120 Hz三種主頻的進(jìn)行單炮記錄模擬，從中可以看出，缺少高頻的主頻30 Hz，分辨力低，反射特征模糊，在主頻為60 Hz，最高頻率達(dá)到120 Hz，反射特征有了較大的改善，如圖2所示。

圖2 薄層典型地質(zhì)模型及不同主頻單炮模擬記錄

3 基于解釋目標(biāo)資料定量評(píng)價(jià)及量化優(yōu)選方法

3.1 資料定量評(píng)價(jià)方法

2014年木參1井三維屬于斷層發(fā)育的構(gòu)造油氣藏，該區(qū)年度地質(zhì)任務(wù)不但需要查清木壘北凹陷復(fù)雜構(gòu)造帶總體構(gòu)造形態(tài)及斷裂體系特征，而且要得好得好侏羅系-石炭系各層地震反射，落實(shí)各類圈閉發(fā)育情況。在解釋上，不但強(qiáng)化低頻信息，對(duì)剖面信噪比和縱向分辨率也有較高的要求。

1)針對(duì)目標(biāo)層選取合適窗口進(jìn)行常規(guī)的主頻和頻帶寬度分析，并結(jié)合正演模型和子波特征，對(duì)目標(biāo)層分辨率進(jìn)行定量計(jì)算。

2)結(jié)合剖面主要目標(biāo)層地震子波功率譜特征參數(shù)，對(duì)剖面淺、中、深目標(biāo)層進(jìn)行子波主旁瓣量化分析，定量確定每一個(gè)目標(biāo)層的成像效果，從定量中可以看出整理目標(biāo)層成像效果較好，其中三疊系成像效果最好，深層石炭系成像效果稍差，但沒(méi)有本質(zhì)的差別。

3)結(jié)合地震剖面和井資料對(duì)目標(biāo)層進(jìn)行合成記錄法資料品質(zhì)評(píng)價(jià)分析，驗(yàn)證地震資料淺、中、深主要目標(biāo)層與合成地震記錄是否匹配良好，分析其中的差異。

4)對(duì)合成記錄進(jìn)行處理，利用15 Hz、20 Hz、30 Hz、60 Hz等不同頻率剖面與原始剖面進(jìn)行匹配，利用井資料合成記錄對(duì)頻譜特征進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別地層，并對(duì)地震資料分辨率進(jìn)行驗(yàn)證。

5)通過(guò)已知井標(biāo)定，綜合地震反射特征、時(shí)頻譜特征譜對(duì)比以及測(cè)井對(duì)比，識(shí)別頂?shù)酌?，?duì)目標(biāo)層厚度進(jìn)行量化。

3.2 基于解釋需求的采樣密度量化優(yōu)選技術(shù)

常用的道密度計(jì)算公式：

(1)

覆蓋次數(shù)與疊加效果有關(guān)，覆蓋次數(shù)越高則疊加剖面信噪比越高。偏移成像效果與采樣密度有關(guān)，即面元越小，成像精度越高。從以上公式和理論分析中得出，采樣密度大小主要由覆蓋次數(shù)和面元兩個(gè)方面決定。覆蓋次數(shù)增加，疊加剖面的信噪比越高；面元越小，地震子波主瓣與旁瓣振幅值比值越大(成像效果越好)，面元大小與偏移成像效果有關(guān)。因此，可以將采樣密度公式轉(zhuǎn)換成信噪比與子波主瓣與旁瓣之比的函數(shù)。

(2)

實(shí)際資料分析：在相同面元情況下，進(jìn)行了覆蓋次數(shù)與信噪比實(shí)際資料分析。抽稀排列進(jìn)行30次、60次、90次、120次、150次、180次、210次、240次、270次、300次、330次、360次12種退化觀測(cè)系統(tǒng)不同覆蓋次數(shù)進(jìn)行分析。

選取了同一測(cè)線的不同目的層深度(0.8～1.3 s，1.6 ～ 2.2 s)2個(gè)時(shí)窗的信噪比統(tǒng)。

從中可以看出，當(dāng)淺層山前帶有效覆蓋次數(shù)達(dá)到184(588 800)次以后，信噪比還有加大的改善空間，有效覆蓋次數(shù)超過(guò)350(1 120 000)次以后變化不明顯。深層石炭系需要有較大的覆蓋次數(shù)來(lái)增加信噪比，當(dāng)有效覆蓋次數(shù)達(dá)到300次(960 000)以后，信噪比改善不大，如圖3所示。

圖3 研究區(qū)高陡區(qū)剖面及淺、中深層有效覆蓋次數(shù)與信噪比關(guān)系

針對(duì)工區(qū)高陡區(qū)地震資料，抽取不同的觀測(cè)方式，對(duì)剖面淺、中、深目標(biāo)層進(jìn)行信噪比和子波主旁瓣量化分析，并擬合變化趨勢(shì)線，確定目標(biāo)層的最佳觀測(cè)方式成像效果，從而對(duì)不同采樣密度資料品質(zhì)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，確定最佳采樣密度，指導(dǎo)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 木參1井三維不同觀測(cè)方式目標(biāo)層信噪比和主旁瓣定量分析及擬合公式

根據(jù)以上方法和前面擬合的公式得出采樣密度經(jīng)驗(yàn)公式：

高陡區(qū)：

采樣密度淺=0.753(S/N)9.88×Lf2.62

采樣密度中深= 0.068×(S/N)12.04Lf3.17

根據(jù)上述總結(jié)的公式，由解釋人員給出目標(biāo)信噪比(S/N)與子波主瓣/旁瓣(Lf)的值，這樣可以量化計(jì)算一個(gè)采樣密度范圍，以此來(lái)指導(dǎo)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4 應(yīng)用效果分析

從木參1井三維地震剖面斷層處低頻端信息看，新采集的資料相對(duì)老資料低頻信息更加充分，5 Hz以下頻率成分經(jīng)過(guò)采集和處理之后得到很好的補(bǔ)充，橫向分辨力強(qiáng)，斷裂系統(tǒng)清晰，石炭系及下覆地層信息更豐富;石炭系及以上的縱向分辨力也有較大的提高,層間信息豐富清晰，目標(biāo)層解釋能力提高，如圖5所示。

圖5 木參1井區(qū)新老剖面對(duì)比

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)不同頻率成分對(duì)地震資料后期不同解釋目標(biāo)有著各自的作用，低頻成分對(duì)斷層發(fā)育的構(gòu)造油氣藏作用較大，高頻信息對(duì)薄層巖性解釋有利。

2)常規(guī)頻率分析結(jié)合定向?yàn)V波、時(shí)頻分析、分辨率計(jì)算以及合成地震記錄可以科學(xué)地評(píng)價(jià)地震資料品質(zhì)。

3)合成地震記錄是驗(yàn)證地震資料分辨力和整體反射特征是否符合地質(zhì)規(guī)律的重要依據(jù)，結(jié)合地震反射、頻率分析可以對(duì)資料品質(zhì)進(jìn)行追蹤評(píng)價(jià)。

4)擬合提取的采樣密度計(jì)算公式是科學(xué)的，模擬分析和實(shí)際資料應(yīng)用對(duì)它進(jìn)行了充分驗(yàn)證,可以在該區(qū)進(jìn)行應(yīng)用甚至逐步推廣到類似工區(qū)，指導(dǎo)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

5)開(kāi)發(fā)的地震成像的觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)軟件首次嘗試對(duì)目標(biāo)層成像效果進(jìn)行量化計(jì)算，效果較好，可以在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行推廣和完善。