疊前譜藍化提頻技術在乍得Baob油田儲層預測中的應用

李賢兵 趙俊杰 晉劍利 李香玲 劉含陽 蔣蘭婷

(①中國石油勘探開發研究院，北京 100083； ②北京能源之星科技有限公司，北京 100085；③齊艾科技(北京)有限公司，北京 100012)

0 引言

常規地震處理假設反射系數序列為白噪序列，因此，為了提高地震分辨率，在數據處理過程中經常對振幅譜進行“譜白化”處理。近年來，對測井反射系數頻譜研究發現，其頻譜并非“白譜”關系。Walden等[1]認為反射系數序列頻譜的整體趨勢應該是偏藍的，即頻率越高，振幅越強，具有該特征的頻譜稱為“藍譜”。

Blache-Fraser[2]和Kazemeini等[3-4]提出譜藍化技術可以提高疊后地震資料的分辨率，這一方法被稱為“疊后譜藍化”提頻技術。在油田勘探開發過程中，該技術已經得到廣泛的應用，適用性較強[5-11]。但是相比疊前數據而言，疊后地震數據損失了與炮檢距關系密切的大量橫波信息，并且疊后波阻抗反演結果不隨入射角發生變化，僅與縱波速度、密度有關，而疊前地震道集數據則包含更豐富的地質信息[12-14]，更適于儲層預測和巖性油氣藏勘探開發。

參考前人的研究成果，本次研究采用譜藍化提頻技術對疊前地震道集數據進行提高分辨率處理，以期獲得高分辨率疊前地震道集。在提頻處理過程中，同時采用井震相關度分析定量質控處理結果，并不斷優化譜藍化算子參數，在保證提高分辨率的同時，提高地震資料的可靠性。在此基礎上開展疊前定量解釋、疊前反演等工作，盡可能充分利用地震數據包含的信息。

1 技術原理

疊前譜藍化提頻技術是以測井反射系數頻譜和道集正演模型頻譜的趨勢作為目標，恢復疊前地震道集數據中衰減嚴重的高頻能量，并保持近、遠道頻譜一致,在有效頻帶范圍內最大程度地提高地震數據的分辨率。

由W1井反射系數頻譜(圖1)可以看出，實際地層反射系數振幅譜的整體趨勢是向高頻方向遞增的，即呈“藍色”趨勢。

常規褶積模型在頻率域表達式為

As(f)=Ar(f)Aw(f)

(1)

式中：As為地震道集的振幅譜；Ar為反射系數的振幅譜；Aw為地震子波的振幅譜；f為頻率。

圖1 W1井反射系數頻譜

將反射系數分為白噪反射系數項和有色反射系數項，則式(1)改寫為

As(f)=Arw(f)Arb(f)Aw(f)

(2)

(3)

式中：Arw為白噪反射系數項，理想情況下為1；Arb為有色反射系數項，可以根據井數據提取。Walden等[3]給出了一個參數化方法，并證明單級和單零模型可以有效地擬合一次波反射序列。式(3)右邊采用ARMA一階模型進行擬合，對反射系數序列進行有色補償處理[15]，其公式為

(4)

式中：F(i)為有色反射系數項的Z變換,i表示系數序列； 參數α和β分別為描述非白噪聲特性的AR(auto-regressive，自回歸)模型和MA(moving ave-rage，滑動平均)模型的關鍵參數， |α|<1,|β|<1。

假設R(iΔf)表示反射系數的振幅譜，那么可以通過以下等式在最小二乘意義下求取最小α和β[16]

(5)

利用上述擬合的藍譜特征公式，計算藍色濾波算子，實現譜藍化提頻。

對研究區多口井的測井反射系數頻譜進行統計分析，認為藍譜趨勢一致，但是參數存在差異。最終以鉆穿目的層的W1深井的反射系數頻譜參數作為目標進行疊前譜藍化提頻處理。

圖2為疊前譜藍化提頻處理流程。首先利用疊前地震道集數據和測井數據計算正演道集模型，根據測井反射系數振幅譜和正演模型振幅譜匹配關系設計參數和譜藍化算子；然后利用求取的譜藍化算子與地震數據進行褶積，得到提頻后的地震數據；最后綜合多口關鍵井合成地震記錄道與井旁地震道的相關系數，優化譜藍化算子，保證在提高分辨率的同時提高井震之間的相關性。

圖2 譜藍化提頻處理流程

2 應用實例

2.1 疊前譜藍化提頻處理效果分析

乍得Baob油田油藏主力產層分上、下兩套層系開發，儲層空間分布復雜且非均質性強，砂體變化快，巖性邊界識別難度大，薄隔層描述困難。針對常規地震資料頻譜分析，目的層段主頻約25Hz，分辨率較低，利用常規地震數據進行地震反演難以滿足儲層預測的要求，亟需通過有效的技術手段提高地震資料的分辨率。

由圖1計算出頻譜平均曲線的截距和梯度分別為0.212和0.025。由圖3地震頻譜范圍確定高截頻為72Hz。由式(5)計算求取ARMA過程的兩個關鍵參數α和β后，在合理的參數調整范圍內，以井旁地震道與合成地震記錄的相關系數更高為目標，定量尋優，最終得到α和β分別為0.78和0.20。

對比譜藍化提頻處理前、后的角道集(圖4)可以看出，經過疊前譜藍化提頻處理后的地震資料分辨率得到明顯提高。

分析圖1和圖3可以看出，能量主要集中在高頻區域，即呈藍化的頻譜特征，而原始地震頻譜能量主要集中在中低頻。經疊前譜藍化提頻處理后，道集頻譜中的高頻能量得到適當恢復。

對比常規地震剖面和譜藍化提頻處理后的地震剖面(圖5左、圖6左)可以看出，地震資料的信噪比、分辨率和振幅關系得到明顯的提高和改善。從譜藍化處理前、后的頻譜圖(圖5右、圖6右)可以看出，主頻由25Hz提高到60Hz，說明疊前譜藍化提頻技術的應用能夠有效地增強地震資料的高頻能量，故而有效地提高地震數據的分辨率。

圖3 正演模型頻譜、譜藍化提頻地震頻譜、原始地震頻譜

圖4 譜藍化提頻前(a)、后(b)過W1井角道集對比

圖5 過W1井常規地震剖面(左)及頻譜(右)

圖6 過W1井疊前譜藍化提頻處理后的地震剖面(左)及頻譜(右)

圖7 W1井譜藍化提頻處理前、后合成地震記錄(紅色)標定結果

與常規地震資料相比，提頻處理后的地震資料不僅明顯提高了薄隔層的辨識度(圖5、圖6中紅色箭頭位置)，而且斷層識別能力也有所提高，剖面上逆斷層的斷點位置更清晰(圖5、圖6中綠色箭頭位置)，同時地層接觸關系更明了，如地層尖滅點等沉積現象(圖5、圖6中黑色箭頭位置)更易識別。

圖7為W1井譜藍化提頻處理前、后的井旁地震道與合成地震記錄標定結果。其中圖7a為常規合成地震記錄的標定結果，采用主頻為25Hz的雷克子波，井震相關系數為0.660；圖7b為譜藍化提頻后合成地震記錄標定結果，使用帶通子波(1/3～60/70)，井震相關系數為0.795。

表1統計了譜藍化提頻處理前、后研究區內8口井的井旁地震與合成地震記錄的相關系數，相關系數由0.42～0.66提高至0.61～0.80，相關關系提高了14%～41%。由此可以看出，經過提頻處理后的地震資料與井的相關性更高，表明疊前譜藍化處理不僅提高了地震分辨率，而且提高了地震與井的相關性，從而保證了譜藍化提頻處理結果的可靠性和處理參數的可信度。處理后的地震資料有助于更好地解決研究區砂體邊界和薄隔層識別問題。

表1 提頻處理前、后井旁地震道與合成地震記錄相關系數對比

2.2 反演結果分析

乍得Baob油田沉積環境以扇三角洲沉積為主，開發區主體發育三角洲前緣亞相，砂體厚度不均，單砂體厚度在6～60m，且砂體延伸距離短，疊置嚴重。在相同參數條件下，分別開展了基于常規地震資料和基于疊前譜藍化提頻處理地震資料的地震反演。前者的結果能夠大致反映砂體展布特征，后者的結果較前者在以下三個方面得到了明顯改善。

第一，反演結果的縱向分辨率明顯提高。常規處理資料的反演結果只能識別15m以上的砂體，而提頻處理后資料的反演結果能夠清晰識別6m左右的薄砂體特征。例如圖8中黑色箭頭位置只能分辨出一套砂體，而在圖9中相同位置能夠識別出兩套砂體； 圖8中紫紅色和藍色箭頭位置沒能分辨出砂體，在圖9中則可以識別出這兩套砂體。

第二，反演結果的砂體邊界更清晰，形態更加合

圖8 基于常規地震資料的疊前儲層反演剖面

理，砂體展布特征更符合扇三角洲的沉積規律。圖10和圖11分別為提頻處理前后地震反演沿層切片平面圖。該切片位于縱向上地震反演剖面圖中紫紅色箭頭位置。整體來看，圖10和圖11的砂體平面展布特征類似，但后者在W1井位置東西方向砂體邊界更清晰，更易于儲層的解釋和刻畫。

第三，由于合成地震記錄與井旁地震道相關系數的提高，砂體預測結果與測井結果的吻合度明顯提升，表明經過譜藍化處理后地震資料的反演結果可靠性更高。

圖10 基于常規地震資料的儲層反演平面圖

圖11 基于譜藍化提頻處理地震資料的儲層反演平面圖

3 結論

疊前道集譜藍化提頻技術能有效地提高地震資料分辨率，為后續反演和儲層定量解釋提供高質量、高保真的地震資料。

(1)疊前譜藍化提頻處理，以測井反射系數頻譜和正演模型頻譜趨勢作為目標函數，在提高輸入的地震資料高頻能量的同時，能有效保持其低頻成分。

(2)疊前譜藍化提頻處理后的地震數據與合成地震記錄的相關性明顯提高，證實了提頻處理結果的可靠性和合理性，提高了地震數據最終處理結果的可信度。

(3)儲層預測結果表明，基于疊前譜藍化提頻技術處理后的地震資料得到的反演結果精度更高，與測井吻合度更好，為準確劃定該區儲層邊界提供了非常重要的技術支撐。