強(qiáng)反射能量屏蔽補(bǔ)償在渤海C構(gòu)造中的應(yīng)用

周 星， 徐德奎， 何 玉

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在渤海海域廣泛分布著中生界和新生界的火成巖，僅渤西南新生界的火成巖覆蓋范圍約2 000 km2，其中溢流相厚層玄武巖和輝綠巖的地震波場(chǎng)反射強(qiáng)能量，使得下覆地層透射能量弱，造成火成巖下覆構(gòu)造成像不清，成為嚴(yán)重制約中深層油氣勘探的主要問(wèn)題之一。

為了研究地震波穿過(guò)高速層的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，國(guó)內(nèi)、外地球物理學(xué)者做了許多相關(guān)的工作，大部分研究都是基于數(shù)據(jù)采集和廣角反射波成像來(lái)改善下覆地層的成像質(zhì)量。孫建國(guó)[1]總結(jié)了國(guó)外廣角地震方法，提出利用廣角反射來(lái)避開近偏移距上的各種干擾；王建花等[2]通過(guò)zoeppritz方程模擬了淺層強(qiáng)反射界面的能量屏蔽作用，提出了6種解決方案；胡中平[3]基于廣角地震模擬分析了廣角地震信號(hào)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，并在我國(guó)南方典型靶區(qū)對(duì)廣角地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了精細(xì)處理；裴正林[4]利用zoeppritz方程模擬了火成巖高速層的彈性波傳播規(guī)律，提出了采用縱波廣角反射和利用縱波高速層內(nèi)局部轉(zhuǎn)換廣角反射波消除火成巖高速層的屏蔽作用；楊慶道等[5]總結(jié)了能量屏蔽作用產(chǎn)生的機(jī)制，提出了在勘探階段克服能量屏蔽作用的7種方法；張軍華[6]、朱博華等[7]提出利用子波分解技術(shù)去除強(qiáng)反射層來(lái)相對(duì)提高下覆屏蔽層的信號(hào)能量。實(shí)際生產(chǎn)中常規(guī)的處理流程如幾何擴(kuò)散補(bǔ)償、自動(dòng)增益補(bǔ)償(AGC)、時(shí)不變道均衡及子波分解去強(qiáng)反射或者基于時(shí)窗內(nèi)統(tǒng)計(jì)振幅，或者與強(qiáng)反射層能量屏蔽無(wú)關(guān)，或者破壞了振幅時(shí)間空間上的相對(duì)關(guān)系，均不能有效地補(bǔ)償火成巖高速層的能量屏蔽損失，針對(duì)能量屏蔽補(bǔ)償問(wèn)題，林洪義[8]提出了與反射系數(shù)相關(guān)的振幅補(bǔ)償，該方法基于正入射假設(shè)，利用速度、密度得到反射系數(shù)剖面，從而計(jì)算損失的反射能量。筆者在此原理基礎(chǔ)上，改進(jìn)了反射系數(shù)的提取方法，利用井點(diǎn)處計(jì)算反射系數(shù)對(duì)譜反演提取的反射系數(shù)進(jìn)行歸一化校正，通過(guò)射線追蹤提取波傳播路徑上的反射系數(shù)來(lái)求取補(bǔ)償因子，進(jìn)而得到地下反射點(diǎn)真實(shí)傳播路徑上的能量損失。該方法在渤海油田多個(gè)構(gòu)造應(yīng)用效果表明：振幅補(bǔ)償結(jié)果較好地恢復(fù)了火成巖屏蔽地層的能量損失，且地層間的振幅關(guān)系也得到相對(duì)保持，是一種相對(duì)保幅的能量補(bǔ)償過(guò)程。

1 方法原理

對(duì)于地震記錄第n層介質(zhì)[8]，反射振幅為

(1)

式中：ξn為第n層的反射系數(shù)；A0為入射振幅；ξi為第i層的反射系數(shù)。

則第n層的反射損失補(bǔ)償量為式(2)。

(2)

將式(2)展開，舍去反射系數(shù)四次以上項(xiàng)，得式(3)。

(3)

補(bǔ)償因子的連續(xù)表達(dá)式為式(4)。

(4)

由式(4)可以看出，反射系數(shù)的求取至關(guān)重要。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)反射界面對(duì)應(yīng)著絕對(duì)值較大的反射系數(shù) ，因此在過(guò)井剖面上可以利用速度和密度剖面求取反射系數(shù)，非井情況下利用譜反演技術(shù)求取合適的反射系數(shù)。

圖1展示了BZ7井(圖8)計(jì)算得到的反射系數(shù)和譜反演提取的歸一化后的反射系數(shù)對(duì)比圖，從圖1中可以看出，譜反演對(duì)于較大的反射系數(shù)響應(yīng)較好，但分辨率要低于實(shí)際井點(diǎn)處的反射系數(shù)。本文的補(bǔ)償方法主要針對(duì)強(qiáng)反射層的能量屏蔽作用，因此譜反演獲得的強(qiáng)反射系數(shù)具有較高的參考價(jià)值，但譜反演求取的反射系數(shù)較真實(shí)反射系數(shù)整體偏大，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)強(qiáng)反射層的反射系數(shù)進(jìn)行了分選和井控校正，然后利用射線追蹤方法，提取射線路徑上的反射系數(shù)，利用公式(4)沿射線路徑對(duì)反射系數(shù)進(jìn)行求和即可獲得振幅補(bǔ)償因子，進(jìn)而可以得到基于反射系數(shù)的火成巖能量補(bǔ)償結(jié)果。

圖1 井曲線計(jì)算與譜反演提取反射系數(shù)對(duì)比圖Fig.1 The comparison of reflection coefficients calculated by well logs and extracted from spectrum inversion

圖2 火成巖速度模型Fig.2 Velocity model of igneous rocks

圖3 補(bǔ)償因子Fig.3 Compensation factors

圖4 火成巖純波剖面Fig.4 Pure wave profile of igneous rocks

圖5 AGC后結(jié)果Fig.5 The result after AGC

圖6 基于反射系數(shù)的補(bǔ)償結(jié)果Fig.6 The compensation based on reflection coefficients

2 二維理論模型實(shí)驗(yàn)

為了測(cè)試基于反射系數(shù)的振幅補(bǔ)償能力，我們通過(guò)一個(gè)二維火成巖模型實(shí)驗(yàn)，將其與傳統(tǒng)的AGC(自動(dòng)增益控制)進(jìn)行對(duì)比。該模型(圖2)橫向采樣點(diǎn)為1 065，縱向?yàn)?00，網(wǎng)格間距均為10 m，正演炮集炮間距為20 m，道間距為10 m，一共正演了600炮，觀測(cè)系統(tǒng)為海洋拖纜觀測(cè)系統(tǒng)。

圖3為求取的補(bǔ)償因子剖面，補(bǔ)償因子較大值的位置與火成巖位置對(duì)應(yīng)較好，由于火成巖強(qiáng)烈層間多次波的存在，CDP300到CDP600處能量損失相對(duì)較大。圖4為正演數(shù)據(jù)得到的疊前時(shí)間偏移剖面，可以看出2 250 ms以下火成巖的存在，導(dǎo)致3 000 ms處的反射層能量被嚴(yán)重屏蔽。

圖5展示了分時(shí)窗AGC后結(jié)果，由淺部到深部時(shí)窗范圍在1 000 ms到600 ms之間，圖6為補(bǔ)償后成果剖面，可以看出火成巖下覆層的屏蔽損失得到了較好地恢復(fù)，通過(guò)對(duì)比可以看出，AGC在一定程度上雖然補(bǔ)償了火成巖下覆層的能量損失，但在時(shí)間方向上振幅相對(duì)關(guān)系被破壞，橫向能量差異化更加明顯，部分位置的處理效果甚至不如原始的純波剖面。

圖7為均方根振幅曲線對(duì)比圖，可以很清楚地看到不受火成巖影響的地層振幅(最后一層三曲線重疊部分)得到保持，受火成巖屏蔽影響的地層(最后一層凹陷內(nèi))振幅得到較好恢復(fù)，沒有AGC的平均效應(yīng)，本文的補(bǔ)償結(jié)果相對(duì)于AGC更為合理。

圖7 火成巖理論模型數(shù)據(jù)振幅補(bǔ)償前后對(duì)比Fig.7 The comparison before and after amplitude compensation of the igneous rock model

圖8 工區(qū)已鉆井分布圖Fig.8 The well distribution map of work area

圖9 原始純波剖面Fig.9 The raw profile of pure wave

圖10 補(bǔ)償后剖面Fig.10 Figure 9 after compensation

圖11 補(bǔ)償因子Fig.11 Compensation factors

圖12 AGC結(jié)果Fig.12 Figure 9 after AGC

3 實(shí)際資料應(yīng)用

為了驗(yàn)證上述能量補(bǔ)償方法對(duì)實(shí)際資料的處理能力，本次研究選取渤海中部C構(gòu)造的疊前深度偏移純波資料進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。該區(qū)共發(fā)育兩套強(qiáng)反射地層，上覆地層為厚層溢流相火成巖，下覆地層為目的層高速砂礫巖儲(chǔ)層。該區(qū)共分布8口已鉆井，如圖8所示，其中7井和8井鉆遇較厚火成巖，受C構(gòu)造東北區(qū)火成巖的影響(圖13紅色框線處)，下覆優(yōu)質(zhì)砂礫巖儲(chǔ)層能量分布不均，儲(chǔ)層橫向展布研究難度大。

圖13 東三段-10 ms均方根振幅切片F(xiàn)ig.13 RMS amplitude slice of 10ms below Dongsan member

圖14 東三段-10 ms補(bǔ)償后均方根振幅切片F(xiàn)ig.14 RMS amplitude slice after compensation of 10ms below Dongsan member

圖15 BZ7井補(bǔ)償前后效果對(duì)比Fig.15 The comparison of raw data and compensation data

圖16 純波數(shù)據(jù)井震標(biāo)定結(jié)果Fig.16 The well-seismic calibration of pure data

圖17 補(bǔ)償后數(shù)據(jù)井震標(biāo)定結(jié)果Fig.17 The well-seismic calibration of compensation data

圖9為過(guò)7井和8井的任意線，圖10為圖9的能量補(bǔ)償結(jié)果，圖11為計(jì)算得到的補(bǔ)償因子，由圖9、圖11可以看出補(bǔ)償量和火成巖對(duì)應(yīng)位置較好。由圖12可以看出，AGC一定程度上可以改善火成巖下覆地層成像質(zhì)量，但由于AGC的均衡作用，破壞了淺層和中深層的振幅相對(duì)關(guān)系，因此AGC后的結(jié)果僅能用于構(gòu)造解釋。而本文的能量補(bǔ)償方法有效地恢復(fù)了火成巖下覆地層能量，且地層間的振幅相對(duì)關(guān)系得到了較好保持。需要說(shuō)明的是，該方法適用于火成巖溢流相的強(qiáng)反射屏蔽的振幅能量補(bǔ)償，對(duì)于火山通道相和爆發(fā)相的成像效果改善有限，但對(duì)于深部弱信號(hào)的恢復(fù)較之AGC具有更佳的補(bǔ)償能力。

針對(duì)C構(gòu)造火成巖發(fā)育區(qū)(紅色框線部分)東三段地層之下100 ms提取了補(bǔ)償前、后的均方根振幅切片，如圖13、圖14所示，可以看出補(bǔ)償后火成巖下覆地層能量得到一定恢復(fù)。

同樣，為了驗(yàn)證井點(diǎn)處能量屏蔽補(bǔ)償前后的效果，提取過(guò)BZ7井的振幅曲線進(jìn)行對(duì)比分析(圖15)。本文補(bǔ)償結(jié)果較之原始數(shù)據(jù)有較好改善，基本與井曲線計(jì)算得到反射系數(shù)補(bǔ)償結(jié)果吻合。

圖16和圖17分別展示了補(bǔ)償前后的地震數(shù)據(jù)同一子波井震標(biāo)定對(duì)比效果圖，火成巖上覆地層的振幅得到保持，火成巖下覆地層能量得到一定增強(qiáng)(紅色框線處)。

此外，該方法還在渤海中部D構(gòu)造進(jìn)行了拓展應(yīng)用，該區(qū)在東三段發(fā)育一套火成巖夾層地層(圖18)，常規(guī)的能量補(bǔ)償方法并不能補(bǔ)償火成巖內(nèi)部及下覆的地層能量損失，本文的能量補(bǔ)償方法(圖19)較好地恢復(fù)了1 400 ms之下火成巖夾層及下覆地層的振幅能量。

圖18 火成巖夾層純波剖面Fig.18 Pure profile of the interlayer of igneous rock

圖19 火成巖夾層補(bǔ)償后結(jié)果Fig.19 The compensation result of Figure 18

4 結(jié)論

1)基于反射系數(shù)的振幅能量補(bǔ)償，能夠遵循火成巖層的能量屏蔽損失關(guān)系，尤其在火成巖夾層和中深層弱信號(hào)振幅補(bǔ)償方面，較之傳統(tǒng)的AGC和剩余振幅補(bǔ)償技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)。

2)準(zhǔn)確的反射系數(shù)求取是該補(bǔ)償方法的關(guān)鍵，在井控處利用井資料能夠求取比較準(zhǔn)確的反射系數(shù)，在非井控制區(qū)利用譜反演技術(shù)，可以得到正確的反射系數(shù)相對(duì)關(guān)系，為進(jìn)一步得到相對(duì)保幅的補(bǔ)償因子提供借鑒。

筆者所用的射線追蹤提取反射波路徑為直射線方法且為全空間激發(fā)，計(jì)算效率不高，在地層變化劇烈情況下不如彎曲射線準(zhǔn)確，且三維情況下并未考慮地層的方位角信息，下一步工作應(yīng)優(yōu)化反射系數(shù)提取方法，并充分考慮三維資料實(shí)際情況，從而得到更為理想的結(jié)果。