田 濤, 陳文雄, 任百聰, 唐何兵

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300459)

0 引言

隨著我國(guó)東部老油田勘探開發(fā)程度的深入，對(duì)地震資料的要求也越來越高，地震資料的品質(zhì)直接關(guān)系到油田剩余油的挖潛乃至油田的開發(fā)效果。A油田位于渤海灣盆地石臼坨凸起的中部，是在古潛山背景上被斷層復(fù)雜化的大型披覆背斜構(gòu)造。油田綜合調(diào)整投資巨大，斷層的精細(xì)刻畫直接影響著開發(fā)方案的制定和調(diào)整井的部署。但1996年采集處理的地震資料較老品質(zhì)相對(duì)較差，原始地震資料上斷面成像較差斷點(diǎn)也不夠干脆，小斷層的刻畫仍然存在較大問題。因而急需對(duì)油田的地震資料進(jìn)行針對(duì)性的疊后處理，通過改善地震資料的品質(zhì)提高斷層識(shí)別的精度，從而降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)。

一般來說，在對(duì)地震資料進(jìn)行疊后處理時(shí)，往往只是單純的數(shù)學(xué)運(yùn)算很少受到地質(zhì)條件的約束。當(dāng)巖層水平時(shí)，這種做法會(huì)獲得較好的效果；但當(dāng)巖層具有一定傾角時(shí)，就可能出現(xiàn)分辨率降低、信噪比下降的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)不連續(xù)的假象。針對(duì)這個(gè)問題，筆者引入構(gòu)造導(dǎo)向體來約束疊后資料的處理過程，極大地提高了地震資料的品質(zhì)。

1 構(gòu)造導(dǎo)向體

圖1 傾角體示意圖Fig.1 The sketch map of dip-steering

基于原始地震資料生成包含傾角、方位角信息的構(gòu)造導(dǎo)向體(圖1)。宏觀上，地下巖層的產(chǎn)狀可以用走向、傾向和傾角三個(gè)要素來描述。但對(duì)于地層中的某一點(diǎn)來說，由于不同方向具有不同的地層傾角，因此采用方位角、傾角來對(duì)其進(jìn)行定量的刻畫。目前在三維地震數(shù)據(jù)體中，主要通過振幅數(shù)據(jù)梯度法和頻率波數(shù)域掃描法來獲得地層傾角和方位角信息，獲得了包含傾角和方位角信息的構(gòu)造導(dǎo)向體后，就可以用構(gòu)造導(dǎo)向體來控制其他數(shù)據(jù)體的運(yùn)算，因此筆者稱之為構(gòu)造導(dǎo)向體。

2 構(gòu)造導(dǎo)向的中值濾波

中值濾波是圖像處理中一種常用的非線性濾波算法[1-2]，對(duì)脈沖噪聲有良好的濾除作用，在濾除噪聲的同時(shí)能夠有效保護(hù)信號(hào)的邊緣使之不被模糊，因而這種方法在地震資料的處理中得到了廣泛地應(yīng)用。其主要原理是[3-5]：把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替。例如信號(hào)X(t)的離散序列為{X(i)，i=1,2,3…}，首先以序列中第K個(gè)數(shù)為中心取N個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)，其次將取出的N個(gè)數(shù)據(jù)按由小到大或由大到小的順序進(jìn)行排序，最后用排序后的中間值替換原序列第K個(gè)位置的值。

在地層水平或地下地質(zhì)體較簡(jiǎn)單時(shí)，采用普通的中值濾波可以獲得較好的效果，但當(dāng)?shù)叵碌牡刭|(zhì)體較復(fù)雜時(shí)，普通的中值濾波就會(huì)出現(xiàn)一定問題。普通的中值濾波只是一個(gè)沿著水平或垂直方向的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)運(yùn)算，而地下的地質(zhì)體往往具有走向和傾向兩個(gè)方向性屬性。如果不考慮地質(zhì)體的這兩個(gè)方向?qū)傩裕瑑H進(jìn)行簡(jiǎn)單的濾波處理，就很有可能將真實(shí)的信息濾掉，得到的結(jié)果將與實(shí)際地質(zhì)情況有很大的出入。因而，筆者引入包括傾角和方位角數(shù)據(jù)的構(gòu)造導(dǎo)向體來控制中值濾波的運(yùn)算過程，從而獲得品質(zhì)更高的資料。

對(duì)原始地震資料(圖2(a))進(jìn)行常規(guī)的中值濾波后可以看到，在地層傾角較小的區(qū)域地震資料中噪聲得到很好地去除、同相軸更加連續(xù)、信噪比也得到較大地提升(圖2(a))。但是在地層傾角較大的區(qū)域同相軸的強(qiáng)弱關(guān)系發(fā)生了變化，由于平均效應(yīng)的影響原始地震上的強(qiáng)反射傾斜地層在處理后的資料中變?yōu)槿醴瓷洌沟玫貙咏Y(jié)構(gòu)的識(shí)別等很多方面存在較大的問題。

鑒于這個(gè)原因，將包括地層傾角和方位角信息的構(gòu)造導(dǎo)向體引入到中值濾波中，從圖2(b)可以看到，無論是水平地層還是傾斜地層資料中的噪聲都得到了很好地去除。資料的品質(zhì)得到了較大地改善，同時(shí)同相軸的強(qiáng)弱、頻率和波組之間的關(guān)系也與原始地震資料保持一致，更加有利于地震資料地解釋和地層結(jié)構(gòu)地對(duì)比。

3 構(gòu)造導(dǎo)向的擴(kuò)散濾波

前面論述的中值濾波或構(gòu)造導(dǎo)向的中值濾波的主要目的是去除資料中的隨機(jī)噪聲，對(duì)于斷層的刻畫雖有提高，但并不是特別明顯。因而引入另外一種濾波方法——擴(kuò)散濾波[6]。擴(kuò)散濾波起源于物理學(xué)中的熱擴(kuò)散現(xiàn)象，是一種基于偏微分方程的圖像處理方法。優(yōu)點(diǎn)是濾波時(shí)考慮了圖像的邊緣和細(xì)節(jié)信息，在去除噪聲的同時(shí)兼顧了圖像的細(xì)節(jié)，使圖像得到較好地恢復(fù)[7-8]。擴(kuò)散濾波早在上世紀(jì)90年代就進(jìn)入到地震資料的處理中，擴(kuò)散濾波后斷層處的梯度值較大，而連續(xù)同相軸處的梯度值相對(duì)較小。因而可以將不同的梯度值賦予不同的擴(kuò)散系數(shù)，可以使斷層兩側(cè)附近的振幅向斷層方向偏移，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)斷層銳化顯示的目的[9]。

基于上述原理對(duì)原始地震資料進(jìn)行了常規(guī)的擴(kuò)散濾波，圖3(a)可以看到，在地層較為平緩處地震資料對(duì)斷層有著更強(qiáng)的識(shí)別能力。擴(kuò)散濾波后斷點(diǎn)更加清晰干脆，斷層的成像得到很大地改善；在傾斜地層處，原始地震資料上連續(xù)的同相軸出現(xiàn)了中斷的現(xiàn)象，且中斷點(diǎn)兩側(cè)的地層仍然為水平地層，因此我們會(huì)誤認(rèn)為該處存在著斷層，對(duì)構(gòu)造地解釋和儲(chǔ)層地識(shí)別造成極大誤導(dǎo)。與上述構(gòu)造導(dǎo)向的中值濾波類似，在擴(kuò)散濾波時(shí)引入了方向性參數(shù)的控制，通過構(gòu)造導(dǎo)向體來約束運(yùn)算的方向，從而使結(jié)果更加真實(shí)合理。構(gòu)造導(dǎo)向擴(kuò)散濾波后(圖3(b))，傾斜地層處產(chǎn)生的斷層假象得以消除，地層的產(chǎn)狀與濾波前保持一致，處理后的資料相比處理前對(duì)斷層有著更好的識(shí)別效果。

圖2 中值濾波對(duì)比圖Fig.2 Comparison of median filtering(a)常規(guī)中值濾波；(b)構(gòu)造導(dǎo)向的中值濾波

圖3 擴(kuò)散濾波對(duì)比圖Fig.3 Comparison of median filtering(a)常規(guī)擴(kuò)散濾波；(b)構(gòu)造導(dǎo)向的擴(kuò)散濾波

4 斷層增強(qiáng)

構(gòu)造導(dǎo)向的中值濾波和構(gòu)造導(dǎo)向的擴(kuò)散濾波，對(duì)地震資料品質(zhì)的提高都具有很好的效果，但是它們對(duì)地震資料改善的側(cè)重點(diǎn)不同。構(gòu)造導(dǎo)向的中值濾波可以很好地濾除地震資料中的隨機(jī)噪聲，對(duì)于地震資料的信噪比、連續(xù)性地提高等具有重要意義。但該方法對(duì)斷層成像具有一定的負(fù)面作用，它可能抹殺一些規(guī)模較小的斷層信息，不利于地震資料中小斷層地識(shí)別。構(gòu)造導(dǎo)向的擴(kuò)散濾波是一種較好的增強(qiáng)斷層邊界的保邊濾波方法，該方法可以使斷層的顯示更加清晰干脆，大大提高斷層的解釋效率和精度。但該方法對(duì)噪音的壓制效果不佳，有時(shí)甚至?xí)糯笤胍舢a(chǎn)生一些假的不連續(xù)現(xiàn)象，使解釋人員誤認(rèn)為是斷層的存在。

鑒于這兩種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，筆者將兩種方法結(jié)合起來(圖4)，以相似性數(shù)據(jù)為判別條件來控制斷層增強(qiáng)的過程。在數(shù)據(jù)相似性較高的地方，認(rèn)為是連續(xù)同相軸，采用構(gòu)造導(dǎo)向的中值濾波對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行去除噪聲處理；在數(shù)據(jù)相似性較差的地方，認(rèn)為是斷層，采用構(gòu)造導(dǎo)向的擴(kuò)散濾波來突出斷層的顯示。這樣既壓制了噪音，又增強(qiáng)了斷層邊界的顯示。此處相似性的取值一般為0.5～0.7，具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際資料進(jìn)行測(cè)試選取效果較好的值。

通過對(duì)A油田的地震資料進(jìn)行斷層增強(qiáng)處理后(圖5(b))可以看到，斷層增強(qiáng)處理綜合了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，處理后地震資料的信噪比得到很大提高，波組的層次性更好，同時(shí)斷層的顯示也更加清晰，大大提高了地震資料的品質(zhì)。而且當(dāng)?shù)貙觾A角較大時(shí)，對(duì)斷層進(jìn)行增強(qiáng)處理也并未改變同相軸的形態(tài)，提高地震資料品質(zhì)的同時(shí)保證了地震資料的真實(shí)可靠。

另外，對(duì)處理前、后的地震資料分別進(jìn)行了相干體的提取，從相干體切片上來看處理后的資料具有以下優(yōu)點(diǎn)：①處理前提取的相干切片中(圖6(a))存在著較多的噪音，而處理后提取的相干切片(圖6(b))中的噪音得到很大程度地減弱；②處理后的相干體中的采集腳印得到較好地壓制；③處理前的相干切片在斷層的一側(cè)具有陰影區(qū)，新的切片顯示較為干脆；④常規(guī)相干切片上的模糊區(qū)，在新的切片上表現(xiàn)為多條小斷層，也就是說相干體的分辨能力得到了很大提高。

圖4 斷層增強(qiáng)濾波流程圖Fig.4 Route map of fault enhancement filtering

圖5 斷層增強(qiáng)處理前后對(duì)比圖Fig.5 Comparison of fault enhancement filtering(a)原始地震剖面；(b)斷層增強(qiáng)濾波剖面

圖6 1000 ms相干體切片對(duì)比圖Fig.6 Comparison of 1000ms seismic coherent(a)處理前相干體切片；(b)處理后相干體切片

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者針對(duì)A油田綜合調(diào)整中地震資料品質(zhì)較差，無法滿足開發(fā)生產(chǎn)需求的問題，提出了基于構(gòu)造導(dǎo)向的疊后處理技術(shù)。通過基于構(gòu)造導(dǎo)向的疊后處理技術(shù)的研究和應(yīng)用，地震資料的噪音得到壓制、同相軸更加連續(xù)、斷層的顯示也更加清晰，資料的品質(zhì)得到極大提高。資料品質(zhì)改善后進(jìn)一步深化和精細(xì)了油田內(nèi)部小斷層的認(rèn)識(shí)，在A油田的綜合調(diào)整中很好地規(guī)避了井位設(shè)計(jì)和實(shí)施過程的風(fēng)險(xiǎn)。該方法約束條件較少利于推廣，在渤海其他地區(qū)也得到了較好應(yīng)用，特別是地層傾角較大的地區(qū)具有重要意義。