張麗艷，李 昂，黃一鳴，李 艦，李士超，姚玉來

1.中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽110034；

2.大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712

0 引言

隨著常規(guī)油氣產(chǎn)量的不斷下降，勘探理念逐漸由常規(guī)油氣勘探轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣勘探，非常規(guī)油氣資源已成為油氣勘探的重要目標(biāo)之一［1-2］.非常規(guī)油氣勘探中的頁巖油、頁巖氣勘探開發(fā)是目前國內(nèi)各大油田增儲的熱點領(lǐng)域.國外進(jìn)行頁巖油勘探相對較早，主要是美國和加拿大.美國頁巖油的勘探開發(fā)主要集中在Bakken、Eagle Ford和Barnett等海相頁巖層系內(nèi).其頁巖油產(chǎn)量從2005年開始迅猛增加，2011年達(dá)到了2 973×104t，2012年頁巖油產(chǎn)量達(dá)到頂峰，相當(dāng)于其國內(nèi)石油產(chǎn)量的12.5%.中國對頁巖油的勘探開發(fā)相對較晚，在借鑒國外的頁巖油勘探開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國基礎(chǔ)地質(zhì)條件的差異進(jìn)行了不斷的探索，取得了一些理論認(rèn)識和實踐進(jìn)展［3-4］.松遼盆地、渤海灣盆地、南襄盆地等中生代、新生代陸相盆地的泥頁巖層段中，相繼已不同程度地獲得了工業(yè)油流.遼河油田曙古165井沙河街組三段泥巖裂縫井段獲自噴性工業(yè)油流，產(chǎn)量最高達(dá)24 m3/d.渤海灣盆地的濟(jì)陽拗陷，在沙河街組一段、沙河街組四段頁巖中獲得低產(chǎn)油氣流.三塘湖盆地馬朗、條湖凹陷二疊系蘆草溝組4口井獲得工業(yè)油流［5-6］.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心2017年分別在松遼盆地北部齊家凹陷杏西地區(qū)和古龍凹陷巴彥查干地區(qū)部署實施了松頁油1井、松頁油2井鉆探工程.兩口井在青山口組一段泥巖儲層段直井壓裂均獲得了3 m3/d以上的頁巖油工業(yè)油流，實現(xiàn)了松遼盆地北部頁巖油調(diào)查的重大突破，隨即部署的兩口水平井松頁油1HF井和松頁油2HF井獲得了10 m3/d以上的高產(chǎn)工業(yè)油流，帶動了松遼盆地頁巖油勘探開發(fā)的步伐.

松遼盆地拗陷期地層自上而下發(fā)育有黑帝廟、薩爾圖、葡萄花、高臺子、扶余、楊大城子6套油層，是目前勘探的主體.青山口組是主要生油層，尤其是青一、二段暗色泥巖是主力生油層，有機(jī)質(zhì)豐度好，成熟度高，凹陷主體區(qū)Ro為1.0%～2.0%，青山口組一段成熟度高，是頁巖油勘探的重點層系.大慶油田在松遼盆地北部鉆遇青山口組的鉆井有1330口，主體區(qū)已被三維地震所覆蓋，面積約16 075 km2.青山口組泥巖見油氣顯示井77口，試油井40口，工業(yè)井9口.6口井位于古龍凹陷內(nèi)，3口井位于齊家凹陷內(nèi)，齊家－古龍凹陷是頁巖油勘探成果最好的地區(qū).

頁巖油儲層類型主要有兩種：一種是基質(zhì)孔隙為主要儲集空間的的泥頁巖儲集層，即基質(zhì)型；第二種是大規(guī)模天然裂縫十分發(fā)育的泥頁巖儲集層，即裂縫型.無論是哪種類型的儲層，地震勘探對于頁巖油儲層預(yù)測和甜點識別都非常重要，如何提高頁巖油儲層的成像精度是頁巖油地震勘探的重要環(huán)節(jié).寬方位三維地震技術(shù)是一種前緣性地震勘探技術(shù)，能夠提供高品質(zhì)地震資料，利用其解決相對較難的地質(zhì)問題.寬方位地震采集可以獲得較完整的地震波場信息.利用寬方位資料可以增強地層斷層、巖性及裂縫的識別能力，在解決各向異性問題方面也具有較大的優(yōu)勢［7-9］.本文以松遼盆地齊家－古龍凹陷Y88研究區(qū)為例，利用寬方位資料進(jìn)行針對頁巖油儲層處理，分析了寬方位資料的波場特征、信噪比及頻率等特征，在此基礎(chǔ)上確定了寬方位資料的處理流程，并采用了寬方位、寬頻帶的高分辨率保幅特色處理技術(shù)提高成像精度，從而體現(xiàn)了寬方位地震勘探對頁巖油儲層刻畫的優(yōu)勢.

1 研究區(qū)地質(zhì)概況及原始資料分析

研究區(qū)位于松遼盆地北部長垣南齊家-古龍凹陷中，見圖1（藍(lán)色方框標(biāo)注處）.研究區(qū)地勢總體較為平坦，呈現(xiàn)東部低、西部高的特征，高程范圍在海拔125.9～165.1 m.通過對研究區(qū)地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)地物主要以村鎮(zhèn)、皮革城、采油作業(yè)區(qū)，沼澤草地、林帶、稻田、耕地為主（圖2）.其中，農(nóng)田區(qū)主要位于研究區(qū)中、東部，海拔高程介于130.1～145.1 m，占全區(qū)面積的47.2%；沼澤草地區(qū)位于研究區(qū)西南部，海拔高程在128.1～130.1 m，占全區(qū)面積的15.4%；高崗耕地區(qū)位于研究區(qū)西部，呈南北向條帶狀分布，海拔高程145.1～165.1 m之間，占研究區(qū)總面積的28.6%.研究區(qū)表層結(jié)構(gòu)簡單，大部分為兩層結(jié)構(gòu)，低速層速度190.8～800 m/s，厚度1.4～15.7 m.研究區(qū)采集觀測系統(tǒng)參數(shù)如表1所示.從表1可以看出，本次地震采集的觀測系統(tǒng)類型正交觀測系統(tǒng)：面元大小為10 m（縱）×20 m（橫），覆蓋次數(shù)為192次，采樣間隔為1 ms，縱橫比為0.75，為寬方位采集.

圖3 為研究區(qū)不同位置的原始單炮記錄，從圖3中可以看出，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育面波（藍(lán)色方框）、折射波（綠色方框）等規(guī)則干擾，以及強機(jī)械、強環(huán)境產(chǎn)生的異常振幅值（紅色方框）和高頻隨機(jī)噪音等不規(guī)則干擾波.其中，面波的頻率較低，全區(qū)分布，扇形特征清楚，視速度在300～650 m/s之間，能量較強，對資料的品質(zhì)影響較大.高崗區(qū)低降速帶厚度不斷變化，折射波干擾嚴(yán)重，同時伴生大量低速線性噪音.線性噪音視頻率5～23 Hz，視速度100～300 m/s，折射波視頻率5～25 Hz，視速度1 500～2 500 m/s.全區(qū)的靜校正問題比較嚴(yán)重，尤其是高程變化劇烈區(qū)（高崗區(qū)）.從原始資料疊加剖面圖（圖4）可以看出，高崗區(qū)靜校正問題比較突出，而由于靜校正問題突出導(dǎo)致同相軸橫向連續(xù)性變差，成像困難.從整個研究區(qū)的信噪比（圖5）可以看出，研究區(qū)的信噪比為0.7～1.3.圖6有效信號頻譜圖中顯示出整個研究區(qū)有效信號的頻帶大約為5～65 Hz.

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic location of the study area

表1 Y88北三維地震采集觀測系統(tǒng)Table 1 3D seismic acquisition geometry in northern Y88 area

圖2 研究區(qū)衛(wèi)星圖像Fig.2 Satellite image of the study area

圖3 不同位置的原始單炮Fig.3 Original single shots in different locations

圖4 原始資料疊加剖面Fig.4 Stacked profile of original data

2 寬頻帶處理技術(shù)

結(jié)合上述原始資料特征和本研究區(qū)地質(zhì)任務(wù)，主要采用寬頻帶、寬方位地震處理技術(shù)進(jìn)行提高分辨率處理，其具體處理技術(shù)流程如圖7所示.流程中綠色的部分是處理的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括模型約束的高靜校正技術(shù)、多域分步去噪技術(shù)、近地表吸收衰減補償技術(shù)及寬方位OVT（炮檢距向量片）域處理技術(shù).

2.1 模型約束的層析靜校正技術(shù)

由于本區(qū)地表條件復(fù)雜，低降速帶速度、厚度變化大，造成靜校正問題比較突出.僅依靠表層調(diào)查資料的靜校正方法不能有效地解決靜校正問題，而折射波靜校正又不能很好地解決中低頻靜校正量，所以需要綜合折射波信息和表層調(diào)查資料來解決.本文采用折射波層析靜校正與微測井靜校正相結(jié)合的方式計算靜校正量.首先將兩種方法求得的炮點、檢波點的靜校正量，分解成低頻分量和高頻分量，應(yīng)用層析靜校正量的高頻分量和微測井靜校正量的低頻分量相結(jié)合求取全區(qū)統(tǒng)一靜校正量，解決研究區(qū)的靜校正問題，最終依靠精細(xì)速度分析與剩余靜校正迭代解決剩余靜校正量，保證地震低、中、高頻信號實現(xiàn)同相疊加.圖8是靜校正前后疊加剖面對比，可以看出，模型約束的層析靜校正能夠有效地解決靜校正問題，尤其是高崗地區(qū)的靜校正問題（圖中藍(lán)色方框標(biāo)注處），靜校正后剖面的同相軸更連續(xù)，信噪比得到提高.

圖5 信噪比圖Fig.5 Signal-to-noise ratio map

圖6 有效信號頻譜Fig.6 Effective signal spectrum

圖7 寬方位寬頻帶地震資料處理技術(shù)流程Fig.7 Processing flowchart for wide-azimuth and broadband seismic data

2.2 多域分步去噪技術(shù)

該研究區(qū)地表條件復(fù)雜，地表障礙物多，信噪比差異較大，干擾波類型較多.且不同區(qū)域（耕地、草地、高崗、村鎮(zhèn)等）干擾波發(fā)育不同.在疊前去噪處理時，針對面波、淺層折射波、異常幅值等干擾波在頻率、能量和視速度等方面與有效波存在一定差異的特點，在疊前識別并去除，整體的原則就是在進(jìn)行壓制噪音的同時，確保有效波的損失控制在最小，在相對保真的前提下提高資料的信噪比.

圖8 靜校正前后剖面對比Fig.8 Comparison of profiles before and after static correction

由于研究區(qū)普遍存在面波干擾，對近道產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，其頻率主要在12 Hz以下，視速度在300～650 m/s之間.根據(jù)其低頻、強振幅的特點，采用區(qū)域異常噪音衰減技術(shù)對面波進(jìn)行壓制，具體做法：首先對原始單炮進(jìn)行分頻處理，利用低頻段面波能量較強的特點，與中高頻段有效信號較強的能量做比值處理，通過設(shè)置門閾參數(shù)，以此來識別面波的能量，并設(shè)計衰減因子，求出低頻段的有效信號并從低頻段減去，這樣就估計出了面波的能量，然后再從原始單炮中減去，求出的面波能量，即可完成對面波衰減.這種方法最大的特點是相對保幅性較好，在衰減面波的同時可以很好地保護(hù)低頻段的有效信號.針對折射波干擾，采用F－X域的信噪分離方法.由于其干擾能量較強，干涉頻帶較寬，壓制較為困難，且容易傷害到有效信號.同時由于折射干擾在炮域的線性特征比較明顯，因此采取在炮域?qū)ζ溥M(jìn)行壓制，再根據(jù)折射波在不同區(qū)域的頻率、線性特征和發(fā)育程度不同，采取分區(qū)壓制折射波干擾.對于部分單炮上存在的幅值較大的異常振幅干擾，主要根據(jù)這些噪音的振幅能量與有效波振幅能量的明顯差異，采用地表一致性異常振幅壓制技術(shù)對其進(jìn)行壓制.

圖9 去噪前后疊加剖面對比Fig.9 Comparison of stacked profiles before and after denoising

通過采取上述綜合性的處理方法對研究區(qū)噪音進(jìn)行去除，對比疊前綜合去噪前后的疊加剖面（圖9）可以看出，疊前去噪有效地去除了面波、折射、異常振幅等干擾，剖面信噪比明顯提高，各反射層的連續(xù)性得到增強.從去噪前后的信噪比圖（圖10）可以看出，去噪前剖面的信噪比0.7～1.0（圖10a），而去噪后信噪比提高到1.3～3（圖10b），信噪比得到了大幅度的提高.

2.3 表層吸收補償技術(shù)

近地表吸收衰減了一部分有效地震信號.另外，由于近地表介質(zhì)的吸收和頻散作用的橫向變化，造成能量和相位的不一致，對成像也會產(chǎn)生很大影響.所以，要提高地震資料的分辨率，就必須解決地層的吸收衰減問題，特別是近地表的吸收問題.地表調(diào)查的微測井資料中包含了大量的表層信息，地面檢波器或井底檢波器接收的地震信號，其振幅及頻率變化規(guī)律能夠較好地反映表層吸收情況，因此，利用微測井資料獲得高精度近地表Q（品質(zhì)因子）值，通過反Q濾波處理，可以有效提高地震資料的分辨率.具體做法：首先，利用微測井資料求取表層絕對Q值.其次，利用地震資料求取相對Q值.用微測井井點的絕對Q值標(biāo)定相對Q值，建立整個研究區(qū)的Q場，最后利用穩(wěn)健的反Q濾波方法進(jìn)行近地表吸收衰減補償，使有效信號得到較好的恢復(fù).將該方法應(yīng)用于整個研究區(qū)進(jìn)行近地表吸收衰減補償，使高頻端得到較好的恢復(fù).圖11為近地表吸收衰減補償前后的剖面對比.從圖11可以看出，經(jīng)過近地表補償后，高頻端得到較好的恢復(fù)，弱信號的能量得到加強（圖中藍(lán)色方框標(biāo)注處）.從圖12可以看出，近地表吸收衰減補償前剖面的頻帶寬度為3～36 Hz，補償后剖面的頻帶寬度為4～44 Hz，與近地表吸收衰減補償前相比經(jīng)過表層Q補償后的剖面頻帶拓寬7 Hz左右.

圖10 去噪前后信噪比對比Fig.10 Comparison of signal-to-noise ratios before and after denoising

圖11 近地表吸收衰減補償前后剖面對比Fig.11 Comparison of profiles before and after near-surface absorption attenuation compensation

圖12 近地表吸收衰減補償前后頻譜對比Fig.12 Comparison of spectrum before and after near-surface absorption attenuation compensation

3 寬方位處理技術(shù)

本研究區(qū)資料的縱橫比達(dá)到0.75，為寬方位采集，能夠更全面的刻畫地下的波場信息和彌補照明引起的不均現(xiàn)象，所以針對寬方位資料應(yīng)該采取針對性的體現(xiàn)寬方位特征的處理技術(shù)，既OVT域的處理［10-12］，主要包括OVT域的去噪、規(guī)則化、偏移以及各向異性校正等處理.因為方位各向異性特征在寬方位資料上表現(xiàn)的更完整，通過方位各向異性校正處理，能夠消除各向異性的影響，提高地震資料的分辨率［13-16］.

OVT域疊前時間偏移與共炮檢距域疊前時間偏移均采用克希霍夫疊前時間偏移方法.由于受束狀觀測系統(tǒng)的影響，不同炮檢距的覆蓋次數(shù)存在差異，造成共炮檢距域疊前時間偏移后的CRP共反射點道集會存在能量不均衡現(xiàn)象，表現(xiàn)為道集的中炮檢距能量強，近、遠(yuǎn)炮檢距能量弱，該能量關(guān)系不能真實反映地下地質(zhì)層位空間能量的變化［17-20］.而OVT域偏移后的“蝸?！钡兰鉀Q了由于觀測系統(tǒng)帶來的疊前時間偏移后近、遠(yuǎn)炮檢距能量弱的問題，能夠更真實地反映AVO（振幅隨偏移距變化）響應(yīng)，同時由于方位信息的保留還可以有利的開展AVA（振幅隨方位角變化）等流體檢測工作［21-23］.圖13為OVT域偏移后的道集進(jìn)行方位各向異性校正前后的對比.圖13a的OVT域方位道集體現(xiàn)的是在360°范圍內(nèi)，地震波場的隨方位的變化，體現(xiàn)了地下方位各向異性的特征.其中紫色的線代表偏移距的變化，綠色的線代表方位角0～360°內(nèi)方位的變化.從圖13中可以看出，由于方位各向異性的影響，偏移后的方位道集存在波浪形曲線形狀，這種特征在圖中1.0～1.2 ms區(qū)間表現(xiàn)尤其明顯（圖中紅色方框標(biāo)注處），波浪形曲線的頂點和底點分別代表各向異性的主方向和垂直方向（也就是裂縫的走向和垂直方向）.通過方位各向異性校正后，消除了這種方位各向異性的影響，同相軸校平（圖13所示）.圖14是方位各向異性校正前后成像剖面的對比，可以看出，校正后的剖面（圖14b）在成像精度和信噪比方面都要優(yōu)于校正前的剖面（圖14a），而且經(jīng)過方位各向異性校正后，層間的弱信號能量得到加強（圖中箭頭指示處）.

圖13 寬方位OVT域方位各向異性校正前后道集對比Fig.13 Comparison of gathers before and after OVT-domain wide-azimuthal anisotropy correction

4 應(yīng)用效果分析

圖15 、16為采用圖7的處理技術(shù)流程進(jìn)行處理的新老資料最終成像剖面及頻譜對比.從二者的剖面可以看出，新處理后的成果能夠使小斷層成像更清晰，斷點收斂更干脆，層間信息更豐富，整個剖面的信噪比相對較高（圖15a）.另外從二者的頻譜上也可以看出，新資料成果的有效頻寬為6～82 Hz（圖16中藍(lán)色曲線），老資料成果的有效頻寬為13～78 Hz（圖16中紅色曲線）.相比而言，新成果不但低頻信息豐富，高頻信息也遠(yuǎn)高于老資料，整個資料的頻帶寬度比老資料成果高11 Hz，對后續(xù)頁巖油儲層識別和甜點提供了高質(zhì)量數(shù)據(jù).

圖14 寬方位OVT域方位各向異性校正前后成像剖面對比Fig.14 Comparison of imaging profiles before and after OVT-domain wide-azimuthal anisotropy correction

圖15 新老資料成果處理剖面對比圖Fig.15 Imaging profile comparison of new and old data results

圖16 新老資料成果頻譜對比Fig.16 Spectrum comparison of old and new data results

5 結(jié)論

松遼盆地齊家-古龍凹陷是頁巖油勘探的重點區(qū)域.利用寬方位、寬頻帶處理技術(shù)對松遼盆地齊家-古龍凹陷Y88研究區(qū)進(jìn)行了高分辨率保幅處理，得出主要結(jié)論和認(rèn)識如下.

（1）模型約束層析靜校正技術(shù)、多域分布去噪技術(shù)以及近地表吸收衰減補償?shù)葘掝l處理技術(shù)能夠有效地提高資料的信噪比、分辨率及成像精度.

（2）寬方位OVT域處理能夠充分利用寬方位資料的方位角優(yōu)勢，使偏移后的道集同時含有炮檢距和方位角的信息，通過方位各向異性校正能夠較好的解決方位各向異性問題.

（3）寬頻、寬方位保幅處理技術(shù)能夠有效地提高地震成像精度和分辨率，使較老資料頻帶拓寬11 Hz，為后續(xù)的儲層預(yù)測和甜點識別提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù).