潘海娣 呂健飛 陳 娟 耿利強 張凱旋

（1. 北京奧能恒業(yè)能源技術有限公司， 北京 100083； 2. 中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司， 陜西西安 710018）

0 引 言

近幾年來， 國內諸多學者對地震資料高分辨率處理技術進行了研究。 趙巖等［1］提出基于衰減補償的地震資料高分辨率處理方法， 采用了反Q濾波和Wiener 反褶積壓縮子波來提高地震資料的分辨率， 但Wiener 反褶積難以滿足薄儲層識別的應用需求。 李曙光等［2］研究了幾種提高地震資料分辨率的方法， 指出在提高分辨率的結果基礎上如果需要用來進行屬性分析、 儲層預測， 則可以使用反Q濾波， 應用反Q濾波后的地震剖面頻帶范圍很寬， 提升高頻能量的同時， 低頻部分的能量沒有受到明顯的壓制。 經以上兩位學者試驗論證， 反Q濾波能在保護低頻能量的同時提升高頻的能量。 曹思遠等［3］研究了高分辨率地震資料處理技術， 指出高分辨率地震資料處理中， 更應注重低頻信息的保護和恢復。 吳大奎等［4］對疊后地震資料井控高分辨率處理方法進行了研究， 提出了井震聯(lián)合疊加地震資料的新方法， 使得高分辨率處理成果在精度和準確性上都取得了顯著的提升。 刁瑞［5］對提高地震分辨率處理效果進行了定量評價。 綜合前人的一些研究方法和理論， 本文選取疊前疊后處理技術相組合的方式， 提高資料的分辨率， 使新處理的資料滿足薄砂體識別的應用要求， 并對新成果資料進行定量評價， 確保新成果準確， 為研究區(qū)井位部署提供支撐。

1 工區(qū)概況

本次研究工區(qū)為蘇里格氣田的東南部陜18 井區(qū)， 區(qū)域構造位置處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中北部。 研究區(qū)主要目的層是中二疊統(tǒng)下石盒子組盒八段與下二疊統(tǒng)山西組山一段砂巖， 整體屬于低豐度、 低滲、 低壓氣藏， 氣藏分布受構造影響不明顯。 區(qū)內盒八段、 山一段地層基本呈近南北向展布， 總體從北向南地層逐漸變厚； 盒八段地層厚度為39～80 m， 平均64.1 m； 山一段地層厚度為32～68 m， 平均49.5 m。 盒八段、 山一段氣藏按圈閉成因類型劃分屬于巖性氣藏， 儲層的分布受砂體展布和物性的控制， 屬于無明顯邊、 底水的定容彈性驅動氣藏； 按壓力（24.6～29.1 MPa） 劃分， 平均27.8 MPa， 平均壓力系數0.89， 屬于正常壓力系統(tǒng)； 按儲層物性劃分盒八段平均有效孔隙度為9.6%， 平均滲透率為0.73×10-3μm2， 山一段平均有效孔隙度8.1%， 平均滲透率0.46×10-3μm2， 確定該區(qū)為低孔、 低滲型氣藏。 盒八下段氣層主力優(yōu)勢明顯， 適合水平井開發(fā)， 效果明顯優(yōu)于直井。 由于本區(qū)主要含氣層段山一段和盒八段的儲集砂體縱向上多期疊置、 橫向上復合連片， 前期地震資料的儲層與含氣預測的成果達不到目前開發(fā)對預測精度的要求。 為此， 制定了3 項處理措施： 采用疊前反Q補償技術、 炮檢域反褶積和疊后壓縮感知拓頻技術串聯(lián)的處理方法， 來有效拓寬資料頻帶， 提高資料的分辨率。

2 三步法提高分辨率處理技術

針對蘇東南地區(qū)薄砂體的識別， 提出的三步法提高分辨率處理技術， 具體實現(xiàn)過程是： 疊前在靜校正和保幅綜合去噪后的炮集數據， 首先應用疊前反Q補償技術補償地層的吸收衰減效應； 然后應用炮檢域反褶積技術壓縮地震子波， 改善資料波組一致性特征； 最后在疊后數據體上再應用壓縮感知拓頻技術， 進一步展寬頻帶， 提高地震資料縱向分辨率。 在實際的地震資料應用中見到了較好識別效果， 這對于同類地區(qū)薄砂體地震識別提供了技術支撐。 高分辨的處理流程如圖1 所示。

2.1 疊前反Q 補償技術

地震波高頻衰減現(xiàn)象通常情況下都可以觀察到。Q值測量的就是地震波隨傳播距離的變化而引起的不同頻率成分信號能量（振幅） 的變化。 地震波波場在沿地層向下傳播的過程中， 可以在井眼中通過檢波器對波場數據采樣。 蘇東南工區(qū)內有5口雙井微測井， 利用雙井微測井估算近地表的Q值［6-7］， 采用疊前反Q補償技術對地表變化大造成的高頻衰減進行補償［8］。

疊前反Q補償技術的方法為改進的峰值頻率頻移法。 即任選一炮， 通過高速層的速度和經驗公式求高速層Q， 通過高速層Q值求激發(fā)主頻值， 再根據表層傳播路徑計算表層Q值。 經驗公式為

式中vp——所選炮的縱波速度， km／s； 參數α取值2.2。

由峰值頻譜頻移法估算近地表Q值公式， 得

式中：Q1、Q2——所選炮所在深度界面以下、 以上地層的品質因子；t1——所選炮震源子波到達井底檢波器的走時， s；t2——所選炮震源子波到達井底檢波器和地面檢波器的走時， s；f1——井底檢波器記錄地震初至信號的峰值頻率， Hz；f2——地面檢波器記錄地震初至信號的峰值頻率， Hz；fm2——所選炮震源子波的峰值頻率， Hz。

相鄰的炮也有相同的公式， 計算所有相鄰的炮點， 便可求得所有界面到地面直接的絕對Q值。

此算法的特點是： 在計算高速層Q時借助速度與Q之間的經驗公式， 大大簡化了計算方法。由于計算一個Q值只需要一炮數據， 因此在計算時可選多炮數據計算多個表層Q值， 通過求平均值的方法來減小計算誤差。

利用工區(qū)內的5 口雙井微測井， 應用頻移法求取表層Q值。 圖2 是計算得到的近地表Q模型；圖3 為Q補償前后疊加剖面對比，Q應用后， 有效補償了太原組底以上工區(qū)目的層地層缺失的高頻響應， 盒八段地層縱向分辨率提升。 有利于后期進一步拓寬頻帶， 進行砂體刻畫。

2.2 炮檢域反褶積技術

反褶積是地震資料處理的一個重要環(huán)節(jié)。 地表一致性反褶積可以很好地解決因地表差異造成的一致性問題， 由于抗干擾能力強， 有效解決了炮點和接收點的真相位對應問題。 地表一致性反褶積不僅具有壓縮子波， 提高資料分辨率的能力［9-18］， 更重要的是能消除激發(fā)、接收條件變化等因素所造成的波形差異，起到子波整形、改善子波一致性的作用。

炮檢域反褶積目的： 首先是提高分辨率； 其次是消除激發(fā)點產生的虛反射； 最終達到壓縮子波，使子波一致性改善明顯， 同時資料的信噪比不遭到破壞的目的。 為滿足盒八段與山一段高分辨、 識別薄砂體的需求， 再次展寬頻帶， 且不降低信噪比，在炮域反褶積的基礎上再串聯(lián)應用檢波域反褶積進一步提高疊前資料的分辨率。 共檢波點域反褶積的目的和共炮點域反褶積一樣， 也是消除接受點的虛反射和提高最終成像的分辨率。 此反褶積算法主要特點是在頻率域求取多道時窗的自相關、 互相關函數， 進一步壓縮子波旁瓣， 提高分辨率。 炮檢域反褶積消除了激發(fā)因素近地表非一致性的影響， 而檢波域反褶積則進一步消除了地表接收因素引起的剩余鳴震的影響。

圖4 是炮檢域反褶積參數試驗疊加剖面對比，預測步長16 ms 時， 目的層薄層可分辨。 圖5 是檢波域反褶積參數試驗疊加剖面對比， 預測步長12 ms時， 子波進一步壓縮， 疊加剖面目的層成像分辨率更高。 圖6 是常規(guī)反褶積和炮檢域反褶積剖面對比， 炮檢域反褶積后的剖面分辨率明顯比普通反褶積后的剖面分辨率高， 炮檢域反褶積有效地改善盒八段和山一段內幕分辨率， 薄層成像清晰可見， 波組強弱變化分明。

2.3 壓縮感知拓頻技術

反褶積在一定程度上能壓縮子波， 提高分辨率， 但同時又受到各種約束條件的限制， 其效果也會受到不同程度的壓制， 使得反褶后的地震資料不能滿足地震資料研究對高分辨率的要求。 為此， 在疊后采用了壓縮感知拓頻的新方法［19-20］， 解決了資料提高分辨率受限的問題， 達到了高低頻補償后， 地震資料高低頻成分能量及縱向分辨率都能有效提高的效果， 使得拓頻后的數據能夠滿足地震資料解釋對高分辨率的需求。

壓縮感知拓頻有較高的保真性。 其原理是： 利用信號的稀疏特征， 把高維空間信號通過測量矩陣投影到一個低維空間中， 通過非線性重構來重建信號。 具體實現(xiàn)過程是： 首先， 通過理論推導構造基于壓縮感知原理的求解地震反射系數的目標函數；然后， 采用快速迭代軟閾值算法進行求解； 最后，將反射系數的高、 低頻成分補償給原始的地震記錄， 最終得到高、 低頻補償后的地震記錄。

圖7 是壓縮感知拓頻前后的偏移剖面， 壓縮感知拓頻后的剖面在反褶積數據的基礎上， 進一步拓寬盒八段和山一段頻帶， 且保持振幅相對關系， 目的層砂體成像更清晰， 分辨率更高， 砂層橫向厚度變化造成的波組變化更明顯。 從圖8 壓縮感知前后頻譜對比看， 壓縮感知拓頻后主頻提高到35 Hz，頻寬展寬到4～80 Hz （-20 dB 對應頻率范圍）， 高頻改善明顯。 達到了地震資料研究對分辨率的要求。

3 應用效果

利用上述提高分辨率的處理方法組合，對蘇東南地區(qū)陜18 井區(qū)三維地震資料進行了提高分辨率處理，取得了顯著的效果。 地震數據在保真基礎上有效提高分辨率并有效識別薄砂體，與井吻合度高。

圖9 是應用本文提出的組合方法提高分辨率處理后的剖面對比， 提高分辨率處理后的剖面高頻信息更豐富， 目的層盒八段砂體橫向變化明顯， 邊界清晰， 有利于單砂體刻畫。 通過對陜18 井區(qū)內32口井的盒八段與山一段頂、 底及內幕地層（深度為1 750～2 150 m） 界面的合成記錄精細標定， 地震數據與井的吻合率達到90%左右（圖10 是工區(qū)內有代表性的1 口井的合成記錄與地震道相關度）， 說明應用該組合提高分辨率方法獲得的地震資料保真保幅性好。

圖11 為應用該方法處理得到的數據體對盒八段、 山一段內部河道砂體進行泥質質量分數反演預測的結果（色標顯示， 泥質質量分數小于50%的暖色調為砂巖， 反之為泥巖）， 可以看出預測的砂體厚度與實鉆井砂體厚度吻合度高， 能有效預測5 m以上的薄砂體（鉆遇砂厚5 m）， 對10 m 以上的厚層河道砂體的預測效果更為理想。 預測剖面顯示， 縱向上對井鉆遇的河道砂體分辨能力高， 橫向上井間河道砂體厚度變化特征清楚， 很好地表征了該區(qū)河道砂體的厚度與空間展布規(guī)律。 以該方法處理得到的數據體為基礎的河道砂體反演預測結果有力的支撐了油田生產單位的水平井井組部署工作，前后共支撐完成G14-6、 G15-6 等8 個井組、 22 口水平井地震復查工作。

4 結束語

針對盒八下段砂體薄、 橫向變化快的特點， 總結出三步法提高分辨率處理技術， 第1 步采用疊前Q補償技術恢復在傳播過程中造成的高頻衰減， 有效恢復高頻信息在地震資料中的真實相應； 第2 步利用炮檢域反褶積技術對子波進行處理， 改善子波橫向一致性， 壓縮子波， 消除旁瓣影響， 提高主頻； 第3 步通過壓縮感知拓頻技術對資料進行拓頻處理， 拓寬資料有效頻帶。 該組合方法有效拓寬了盒八下段的分辨率， 主頻達到35 Hz， 有效頻寬達到4～80 Hz， 準確預測砂體厚度， 精細刻畫砂體平面展布特征， 為蘇東南地區(qū)盒八下段水平井部署提供有力支撐。 此技術組合在鄂爾多斯盆地類似目的層具有一定的推廣意義。