渤海多工區(qū)交疊區(qū)域潛山成像精細(xì)處理技術(shù)研究與應(yīng)用

2024-01-13 05:09:58席自彬

海洋工程裝備與技術(shù) 2023年4期

席自彬

(中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部,天津 300451)

0 引言

渤海油田已建成中國海上最大油田群,作為深層隱蔽型油氣藏,潛山油氣藏已成為渤海油氣田勘探開發(fā)的主要目標(biāo)之一[1]。目前,渤海工區(qū)已實(shí)現(xiàn)三維采集全覆蓋,但不同工區(qū)施工時(shí)間跨度較大,存在海底電纜(Patch和Swatch)、拖纜等多種采集方式,不同工區(qū)在采集方向、偏移距范圍、振幅差異、頻率特征、信噪比、采集方式方面存在較大差異,尤其在多工區(qū)交疊區(qū)域,給地震資料重處理帶來各種困難和艱巨挑戰(zhàn)。對(duì)于多工區(qū)交疊區(qū)域,為了更好解決成像一致性問題,更好地落實(shí)潛山構(gòu)造圈閉和進(jìn)行內(nèi)幕儲(chǔ)層研究,加快潛山勘探進(jìn)程,對(duì)該區(qū)域構(gòu)造區(qū)的地震資料進(jìn)行重處理非常有必要。針對(duì)渤海多工區(qū)交疊區(qū)域老資料重處理,要從3個(gè)方向著手和重點(diǎn)攻關(guān):一是精細(xì)關(guān)鍵處理技術(shù)助力老資料挖潛;二是精細(xì)的拼接技術(shù)保障最終成像結(jié)果的一致性;三是高精度三維疊前深度偏移技術(shù)提高潛山構(gòu)造區(qū)成像質(zhì)量。

1 老資料存在問題及處理難點(diǎn)

對(duì)于多工區(qū)銜接部位的三維地震資料,采集處理的時(shí)間、方法均不相同,不同地震資料品質(zhì)、反射特征等差別很大。主要目的層潛山埋深較大,地震資料分辨率低,品質(zhì)較差,尤其是在潛山頂面及內(nèi)幕成像、走滑斷層、邊界斷層的成像、次級(jí)斷層的接觸關(guān)系不清,多解性強(qiáng)。有些地方甚至呈雜亂狀反射,影響斷層的組合關(guān)系,也給層位解釋帶來了很大的困難。這些問題直接影響了該區(qū)的構(gòu)造落實(shí)程度,制約了本區(qū)進(jìn)一步的油氣勘探評(píng)價(jià)工作。具體表現(xiàn)在:潛山頂面及其內(nèi)幕地層成像較差,走滑斷層及次級(jí)斷層組合關(guān)系認(rèn)識(shí)不清楚,中深層地層接觸關(guān)系和產(chǎn)狀需要精細(xì)落實(shí)。

2 精細(xì)關(guān)鍵處理技術(shù)

在重處理的過程中,除了常規(guī)的處理方法和流程之外,一些“專精特新”(專業(yè)、精細(xì)、特殊、創(chuàng)新)處理技術(shù)將非常有助于老資料挖潛。

2.1 關(guān)注直達(dá)波,提高遠(yuǎn)偏移距的利用率,增加潛山成像時(shí)大入射角信息

由于采集年份較早,受當(dāng)時(shí)采集設(shè)備等因素影響,現(xiàn)有資料品質(zhì)相對(duì)較低,更重要是電纜較短(大部分為3km),方位角窄,直達(dá)波掩蓋遠(yuǎn)偏移距的有效信號(hào),影響中深層及復(fù)雜斷層區(qū)域成像。大角度及中遠(yuǎn)偏移距信息對(duì)于復(fù)雜陡傾角斷裂和潛山內(nèi)幕地層的成像至關(guān)重要,被直達(dá)波掩蓋的信息必須關(guān)注,需要對(duì)直達(dá)波進(jìn)行特殊處理(如噪音衰減),不能簡單地切除直達(dá)波。

2.2 海底電纜陸檢橫波泄露噪音衰減

渤海部分工區(qū)采集時(shí)采用海底電纜采集方式,海底電纜陸檢資料除了發(fā)育常規(guī)類型的噪音如涌浪、線性噪音及弧形干擾之外,還常常發(fā)育有陸檢橫波泄露噪音。在海底電纜陸檢炮集上表現(xiàn)為不規(guī)則噪音,在頻譜和能量上表現(xiàn)為與有效信號(hào)一致,使得有效信息基本上被掩蓋,而且從炮集上很難衰減這些噪音。但該種噪音在共檢波點(diǎn)道集上表現(xiàn)出一種規(guī)則性[2]。針對(duì)陸檢的橫波噪音,本文提出了水陸檢匹配法壓制橫波噪音的新技術(shù)體系。

首先,將海底電纜水檢資料與陸檢資料匹配;然后,將匹配后的數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)相減,得到陸檢資料的噪音模型;為了保護(hù)有效波資料,繼續(xù)處理得到的噪音模型,利用波動(dòng)特征不同將殘余有效波剔除,得到純?cè)胍裟Ｐ?最后,將陸檢資料與噪音模型進(jìn)行自適應(yīng)相減,得到最終去噪后的資料。流程圖如圖1所示。

圖1 橫波噪音衰減原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of shear wave noise attenuation principle

從圖2可以看出,使用水陸檢匹配法壓制橫波噪音后,橫波噪音得到有效衰減,陸檢資料的信噪比得到大幅提升。

(a) 噪音衰減前道集 (b) 噪音衰減后道集 (c) 衰減的橫波泄露噪音圖2 陸檢共檢波點(diǎn)道集橫波泄露噪音衰減效果Fig.2 Attenuation effect of shear-wave leakage noise of land detection common detection points

2.3 全信息校正水陸檢合并

雙檢合并作為OBC/OBN資料處理中最為關(guān)鍵的一步,目的是消除因檢波點(diǎn)沉放在海面以下帶來的電纜鬼波。水檢是壓力檢波器,具有方向性;而陸檢是速度檢波器,不具有方向性。兩者記錄的鬼波的極性相反,利用雙檢中鬼波極性的差異可以有效地消除鬼波[3]。但由于水陸檢檢波器響應(yīng)及與海底耦合情況的差異,導(dǎo)致不能直接相加合并,需要先進(jìn)行兩種信號(hào)的匹配處理。目前,商業(yè)軟件使用較多的是交叉鬼波法[4]。這種方法把水陸檢的所有差異用一個(gè)匹配算子表示,不足以達(dá)到波形所有特征的精確匹配,導(dǎo)致合并后電纜鬼波壓制不徹底。由此引起的頻譜陷波補(bǔ)償不足,制約了OBC/OBN天然采集優(yōu)勢(shì)在成像中的作用。

由于陸檢檢波器耦合性較差,地震記錄能量弱,雙檢資料在能量、相位上都存在差異。雙檢合并前需要計(jì)算水深,海底反射系數(shù)以及陸檢標(biāo)定系數(shù)[5]。本文在認(rèn)真分析水陸檢在頻率、振幅、相位等方面差異的基礎(chǔ)上,提出OBC地震資料的全信息校正水陸檢合并方法。第一步,對(duì)陸檢數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換,陸檢資料經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換后,低頻信息得到提升,整個(gè)頻譜包絡(luò)與水檢一致性更高;第二步,對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行振幅校正,與水檢振幅進(jìn)行算子匹配;第三步,進(jìn)行相位校正,與水檢相位進(jìn)行算子匹配。最后,在水陸檢資料高精度匹配之后進(jìn)行水陸檢資料的合并。

從疊加剖面及頻譜(圖3)上可以明顯看出,全信息校正雙檢合并技術(shù)可以更好地壓制電纜鬼波,較好地彌補(bǔ)陷波點(diǎn),拓寬了主頻,提高了資料分辨率,波組關(guān)系更加明確。

(a) 水檢疊加

(b) 水陸檢雙檢合并疊加

(c) 雙檢合并前后頻譜(紅色:水檢;藍(lán)色:陸檢;綠色:雙檢)圖3 全信息校正水陸檢合并效果Fig.3 Combined effect of Marine and land detection corrected by full information

2.4 精細(xì)拼接處理技術(shù)

精細(xì)拼接技術(shù)對(duì)最終成像結(jié)果的一致性尤為重要,尤其是針對(duì)多工區(qū)交疊區(qū)域,可以較好地解決不同工區(qū)的差異性。一般疊前拼接處理流程如下:

(1) 對(duì)不同工區(qū)首先要規(guī)定統(tǒng)一觀測系統(tǒng)[6],拼接的主要目標(biāo)是在統(tǒng)一原點(diǎn)、網(wǎng)格及速度的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)不同區(qū)塊的無縫拼接。

(2) 選擇拼接主工區(qū)(第一匹配目標(biāo)),原則是選擇工區(qū)面積占比較大、地震資料品質(zhì)較高的工區(qū)為主工區(qū),其他工區(qū)向主工區(qū)匹配。工區(qū)較多時(shí),可選擇一到兩個(gè)工區(qū)為主工區(qū)。

(3) 對(duì)各工區(qū)選擇信噪比高、滿覆蓋、資料品質(zhì)好的重復(fù)區(qū)進(jìn)行匹配算子的計(jì)算,經(jīng)過時(shí)差校正、振幅、相位、頻率及二次能量匹配等,通過加權(quán)疊加的方法,在相應(yīng)的偏移距面上拼接,得到最終的拼接結(jié)果。

渤海各工區(qū)老資料由于采集時(shí)間跨度較大,采集方式多樣、采集設(shè)計(jì)不同,在采集方向、偏移距范圍、振幅差異、頻率特征、信噪比等方面存在較大差異。因此,在拼接過程中應(yīng)注意時(shí)差匹配、能量匹配、相位匹配和頻率匹配。各種匹配算子要精確求取,才能保證拼接后不同區(qū)塊間能量差異減弱,各屬性統(tǒng)一,沒有明顯拼接痕跡,過渡自然。

圖4所示為目標(biāo)線拼接前后的疊加剖面。拼接后不同工區(qū)間的時(shí)差、頻率、相位和能量基本一致,地震剖面構(gòu)造走勢(shì)更加明晰,基本上消除了不同工區(qū)間的差異,明顯提高了整體地震資料質(zhì)量,完成了整個(gè)工區(qū)的無縫拼接處理,為下一步地震資料的處理奠定了良好基礎(chǔ)。

(a) 精細(xì)拼接前疊加

(b) 精細(xì)拼接后疊加圖4 精細(xì)拼接前后效果Fig.4 Effect before and after the fine stitching

2.5 Q引導(dǎo)下的弱振幅補(bǔ)償

對(duì)于渤海工區(qū)老資料,由于采集方式、地下氣云區(qū)及潛山區(qū)等特殊地質(zhì)條件影響,地質(zhì)剖面上往往會(huì)出現(xiàn)空白區(qū)等弱振幅現(xiàn)象,無法辨別真實(shí)地質(zhì)構(gòu)造,給地質(zhì)成像造成很大難題。傳統(tǒng)的處理方法[7]通常是采用局部振幅均衡或者是局部振幅增益,處理較為簡單、初級(jí),不能很好地恢復(fù)地層真實(shí)反射情況。本文采用Q引導(dǎo)下的弱振幅補(bǔ)償技術(shù),通過計(jì)算出弱反射區(qū)域的剩余Q值,對(duì)氣云區(qū)或者弱反射區(qū)域進(jìn)行振幅恢復(fù),可以較好地解決弱振幅問題,剖面整體特征更趨于一致,弱振幅區(qū)能量得到有效恢復(fù)。該補(bǔ)償方法完全是地震數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),不需要速度等其他額外的信息。并且,若該方法在一次處理后沒有達(dá)到預(yù)計(jì)效果,可以進(jìn)行多次處理[8]。從圖5可以看出,Q引導(dǎo)下的弱振幅補(bǔ)償技術(shù)可以明顯改善潛山及潛山內(nèi)幕區(qū)域弱振幅成像。

(a) 弱振幅補(bǔ)償前疊加

(b) 弱振幅補(bǔ)償后疊加圖5 潛山區(qū)域弱振幅補(bǔ)償前后效果Fig.5 Effect before and after weak amplitude compensation in buried hill area

2.6 高斯射線束三維疊前深度偏移

由于渤海工區(qū)深層太古界潛山區(qū)域,構(gòu)造比較復(fù)雜,常規(guī)時(shí)間偏移在橫向速度處理上具有局限性。僅僅依靠疊前時(shí)間偏移成像,無法得到準(zhǔn)確的地下構(gòu)造形態(tài),而三維疊前深度偏移可以有效地對(duì)地下復(fù)雜構(gòu)造成像[9]。在各種不同的疊前深度偏移方法中,高斯射線束疊前深度偏移既有著波動(dòng)方程方法更好地適應(yīng)橫向速度變化和多路徑的優(yōu)勢(shì),還有著常規(guī)的克希霍夫積分方法適應(yīng)角度大、運(yùn)行效率高的優(yōu)點(diǎn)[10]。

高斯射線束的原理是在射線的中心外推旅行時(shí)和振幅,計(jì)算公式如下:

(1)

其中,Δp為射線的旅行時(shí);fmin、fmax為最小、最大頻率;Bw為射線的寬度;de為地震波長。

高斯射線束疊前深度偏移主要包含了兩方面內(nèi)容:

(1) 數(shù)據(jù)變換:首先將地震數(shù)據(jù)分割成一組組的局部區(qū)域,通過τ—p傾斜疊加,將不同區(qū)域的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同的平面波。

(2) 數(shù)據(jù)成像:利用振幅信息及射線走時(shí),對(duì)上一步轉(zhuǎn)換的平面波映射成像。對(duì)于不同方向平面波映射成像過程是相互獨(dú)立的,這種方法可以自然地對(duì)多次波至受控波束偏移成像。

受控波束偏移(Controlled Beam Migration,CBM)[11]是一種延伸的高斯射線束偏移技術(shù),它與常規(guī)高斯射線束偏移的最大區(qū)別是,在Tau-p域中只對(duì)確定的同相軸偏移。因此,它比常規(guī)高斯射線束偏移具有更高的信噪比,更利于潛山、斷面等復(fù)雜成像。基于這些優(yōu)點(diǎn),本文認(rèn)為,CBM較常規(guī)克希霍夫深度偏移更加適用于潛山及潛山內(nèi)幕成像。從圖6可以看出,經(jīng)過針對(duì)性處理手段后,新處理資料的信噪比大幅提高,潛山頂面及潛山內(nèi)幕成像明顯改善;地層接觸關(guān)系更明確,多次波壓制更干凈。