隋 波 蘇 云 鄧 盾 徐 偉 李軼彬 唐 娟

(1. 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057；2. 中國(guó)石油化工股份有限公司中原油田分公司物探研究院地震資料處理研究所 河南鄭州 450046)

隨著勘探對(duì)象從常規(guī)儲(chǔ)層向復(fù)雜儲(chǔ)層拓展，基于疊后地震數(shù)據(jù)的反演技術(shù)很難開(kāi)展復(fù)雜儲(chǔ)層精細(xì)描述，例如對(duì)于深層低孔低滲儲(chǔ)集層，由于儲(chǔ)層與圍巖之間波阻抗差異很小，依據(jù)疊后地震反演技術(shù)獲得的波阻抗屬性不易識(shí)別有利儲(chǔ)層。針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)目標(biāo)，利用疊前地震資料開(kāi)展儲(chǔ)層識(shí)別和流體預(yù)測(cè)，在油藏描述中的作用日益凸顯，充分挖掘疊前地震資料的有用信息有利于提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度[1-2]。目前常規(guī)的地震資料處理仍以構(gòu)造成像為主，常規(guī)地震資料處理后的共反射點(diǎn)道集(簡(jiǎn)稱CRP道集)品質(zhì)較難滿足疊前反演技術(shù)應(yīng)用的需求[3]，因?yàn)槌Ｒ?guī)處理獲得的疊前CRP道集不能真實(shí)地揭示地下介質(zhì)的振幅隨偏移距變化(Amplitude Variation with Offset,簡(jiǎn)稱AVO)特征，會(huì)嚴(yán)重影響疊前反演精度和儲(chǔ)層描述效果[4]。因此在進(jìn)行AVO分析及疊前彈性參數(shù)反演之前，需要依據(jù)實(shí)際地震資料特點(diǎn)以及共反射點(diǎn)道集質(zhì)量，采取以保持地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)特征為核心的疊前道集優(yōu)化處理[5-7]。

針對(duì)疊前CRP道集開(kāi)展優(yōu)化處理，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多優(yōu)化處理的技術(shù)和算法。如對(duì)疊前CRP道集中存在的隨機(jī)噪聲，許自龍 等[8]提出了基于橫向滑動(dòng)的時(shí)空變小波閾值保真去噪方法，較好地保證了去噪過(guò)程中的保真性；針對(duì)疊前CRP道集中、遠(yuǎn)偏移距存在剩余時(shí)差問(wèn)題，Gulunay N[9]等提出了一種基于道集同相軸橫向追蹤計(jì)算時(shí)移量的剩余時(shí)差校正方法，周鵬 等[10]提出了一種與剩余時(shí)差無(wú)關(guān)的絕對(duì)值互相關(guān)道集拉平方法，能較好的校平疊前地震道集，Hinkley等[11]提出了自動(dòng)拉平道集技術(shù)，使得疊前道集更加水平，有利于AVO解釋,程玉坤 等[12]采用高密度速度分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了CRP道集無(wú)時(shí)差的疊加，等等[13-14]。劉力輝 等[15]總結(jié)出CRP道集與鉆井不吻合的主要因素包括信噪比、分辨率、保真度和寬角度，并提出了“去噪-吸收補(bǔ)償-提頻-拉平校正”的組合方法，熊曉軍 等[16]從提高AVO計(jì)算精度的角度出發(fā)，提出了“去噪-拉平-切除”組合優(yōu)化方法。這些組合方法的提出避免了單一優(yōu)化算法的不足，提升了道集優(yōu)化質(zhì)量。

本文在總結(jié)和分析前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)海上三維疊前地震道集資料特征及其存在問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，提出了有效穩(wěn)定的“去噪-提頻-譜平衡-剩余時(shí)差校正”組合的優(yōu)化處理技術(shù)，該組合技術(shù)能有效解決疊前道集中存在隨機(jī)噪聲、分辨率不高、近遠(yuǎn)道頻譜不匹配、同相軸剩余時(shí)差等問(wèn)題，并在實(shí)際資料的應(yīng)用取得了良好效果。

1 疊前道集品質(zhì)分析

文昌A油田位于中國(guó)南海北部海域珠江口盆地珠三坳陷的瓊海低凸起末端，構(gòu)造上整體為一低幅度背斜構(gòu)造。該區(qū)域儲(chǔ)層橫向變化快，詳細(xì)的分布情況目前還不清楚，因此儲(chǔ)層精細(xì)描述及刻畫、落實(shí)“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層，成為制約該油田開(kāi)發(fā)調(diào)整的瓶頸問(wèn)題。

通過(guò)已鉆井地質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析，Z組為潮坪沉積，巖性以中細(xì)砂巖為主，儲(chǔ)層為中孔低滲類儲(chǔ)集層，儲(chǔ)集層地球物理特征整體表現(xiàn)為高縱波速度、低密度及低阻抗特征，但砂巖與泥巖在縱波速度與縱波阻抗上存在較大范圍重疊，通過(guò)精細(xì)巖石物理分析，該區(qū)對(duì)巖性敏感的地球物理參數(shù)有密度、縱橫波速度比、泊松比等參數(shù)(圖1)，因此利用疊后阻抗及疊后屬性很難對(duì)有效砂巖進(jìn)行精細(xì)刻畫，需要開(kāi)展疊前反演，以獲得對(duì)巖性敏感的彈性參數(shù)。

圖1 文昌A油田Z-1段巖石物理分析Fig.1 Petrophysical analysis of Z-1 section in Wenchang A oilfield

該區(qū)1996年進(jìn)行了三維地震資料采集，采集面元25.0 m×12.5 m，2006年對(duì)該資料進(jìn)行疊前時(shí)間偏移重新處理，處理后的地震資料在Z組主頻為35 Hz,頻帶寬度為70 Hz左右。從疊前反演使用的疊前CRP道集上來(lái)看(圖2)，疊前道集存在幾個(gè)方面的問(wèn)題：①信噪比問(wèn)題，CRP道集中雖然沒(méi)有明顯的規(guī)則干擾，但存在較強(qiáng)的隨機(jī)噪聲；②分辨率問(wèn)題，通過(guò)已知井標(biāo)定證實(shí)，Z-1段整體地震反射特征為“三峰三谷”，但從過(guò)井CRP道集上，該段地震反射不清晰，在遠(yuǎn)偏移距出現(xiàn)“復(fù)波”反射結(jié)構(gòu)(圖2紅色箭頭)；③遠(yuǎn)、近道頻率不匹配的問(wèn)題，在常規(guī)動(dòng)校正處理中，由于動(dòng)校拉伸的原因(圖2藍(lán)色箭頭)，在遠(yuǎn)偏移距處的最大頻率相對(duì)于近偏移距處的最大頻率，差異較大；④剩余時(shí)差問(wèn)題，在遠(yuǎn)偏移距同相軸出現(xiàn)“抖動(dòng)”現(xiàn)象(圖2綠色箭頭)。

圖2 文昌A油田過(guò)重點(diǎn)探井CRP道集Fig.2 CRP gather through key exploration well in Wenchang A oilfiled

從目的層入射角進(jìn)行分析認(rèn)為：文昌A油田CRP道集在Z組最大入射角能達(dá)到42°,這為后續(xù)利用廣角反射信息進(jìn)行反演奠定了基礎(chǔ)(圖3)，那么在盡可能保持遠(yuǎn)偏移距信息(保證Z組最大入射角能超過(guò)40°)前提下，開(kāi)展CRP道集優(yōu)化處理成為本次優(yōu)化處理的關(guān)鍵。結(jié)合CRP道集中存在的問(wèn)題以及對(duì)寬角度的需求，本文提出了“去噪-提頻-譜平衡-時(shí)差校正”的組合方法對(duì)CRP道集進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 文昌A油田不同構(gòu)造部位CRP道集Z組入射角分析Fig.3 Analysis of incident angle of CRP gather group Z in different structural parts of Wenchang A oilfield

2 疊前道集優(yōu)化處理及效果

2.1 隨機(jī)噪聲衰減

目前存在很多算法能有效去除隨機(jī)噪聲，如CRP道集滾動(dòng)疊加形成超道集去噪、中值濾波、多項(xiàng)式擬合等。本文使用三維隨機(jī)噪聲衰減(RNA-3D)方法進(jìn)行壓制，該技術(shù)能在去噪的同時(shí)不改變道集振幅相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系，減少振幅畸變，能保證儲(chǔ)層AVO特征不產(chǎn)生畸變。該方法充分利用地震數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間上分布的規(guī)律性，在頻率、空間(ω，X)域中，假設(shè)地震有效信號(hào)是可預(yù)測(cè)的，而噪聲是不可預(yù)測(cè)的，利用維納預(yù)測(cè)濾波方法，獲取有效信號(hào)的最小平方近似解。該方法具體步驟是：首先設(shè)定某一時(shí)窗，應(yīng)用傅氏變換將地震數(shù)據(jù)從時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域，然后在頻率域用RNA-3D對(duì)每一個(gè)頻率利用維納預(yù)測(cè)濾波方法，獲得有效信號(hào)，當(dāng)一個(gè)時(shí)窗內(nèi)所有頻率計(jì)算后，相鄰時(shí)窗的數(shù)據(jù)根據(jù)主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)線的重置參數(shù)進(jìn)行混疊，然后再進(jìn)行反傅里葉變換，就得到隨機(jī)噪聲壓制后的結(jié)果[17]。

從處理前、后CRP道集對(duì)比來(lái)看，經(jīng)過(guò)去噪后，近、遠(yuǎn)偏移距中的隨機(jī)噪聲得到了較好的壓制，Z-1段反射同相軸更加連續(xù)(圖4b中紅色箭頭)。同時(shí)對(duì)比Z-1段上部油層頂界面AVO特征曲線(圖5)，去噪后AVO特征曲線(圖5紅色圓點(diǎn))與擬合的AVO特征曲線(圖5紅色實(shí)線)誤差更小，且去噪前、后的AVO曲線特征均表現(xiàn)為振幅隨偏移距增大而減小，這也證實(shí)該去噪方法能較好的保持振幅與偏移距的相對(duì)關(guān)系。

圖4 文昌A油田去噪前、后疊前道集對(duì)比Fig.4 Comparison of CRP gathers before and after denoising in Wenchang A oilfield

圖5 文昌A油田去噪前后Z-1段油層頂部AVO曲線Fig.5 AVO curve at the top of Z-1 oil layer before and after denoising in Wenchang A oilfield

2.2 提高分辨率處理

目前提高地震資料分辨率處理技術(shù)主要有反褶積法、反Q濾波法、譜白化處理法、分頻補(bǔ)償類方法，這些類方法在不同地區(qū)的地震資料提高分辨率處理中均取得了較好效果[18]。其中譜白化是在假設(shè)反射系數(shù)序列在全頻帶內(nèi)其譜值都是1基礎(chǔ)上，不改變信號(hào)相位，將反褶積后的地震道分解成許多頻帶比較窄的分量，再分別對(duì)分解后的各個(gè)分量的振幅進(jìn)行均衡處理，通過(guò)均衡處理后的每個(gè)分量重新組合，從而得到譜白化后的地震道，達(dá)到拓展頻帶的目的。其方法簡(jiǎn)便高效。但譜白化方法以傅里葉變換為理論基礎(chǔ)，從整體頻率出發(fā)進(jìn)行補(bǔ)償，因此其無(wú)法刻畫時(shí)域和頻域的細(xì)節(jié)部分，局部的信息得不到有效均衡，難以提高信號(hào)局部分辨率。基于此，本文將時(shí)頻分析方法與譜白化方法進(jìn)行聯(lián)合，首先利用希爾伯特-黃變換對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，獲得不同尺度的固有模態(tài)函數(shù)(IMF)，求取信號(hào)的瞬時(shí)振幅和瞬時(shí)相位，從而得到地震信號(hào)的Hilbert時(shí)頻譜，然后對(duì)不同尺度的IMF分量設(shè)計(jì)白化濾波器進(jìn)行譜均衡處理，求得譜白化后的時(shí)頻譜，最后由處理后的瞬時(shí)振幅和原瞬時(shí)相位結(jié)合，形成新的固有模態(tài)分量，重構(gòu)信號(hào)以達(dá)到提高分辨率的目的，該方法既能整體提升資料頻帶寬度，又能改善信號(hào)局部的分辨率。

從處理前、后道集對(duì)比來(lái)看(圖6)，經(jīng)過(guò)CRP道集提頻后，在Z-1段恢復(fù)到“三峰三谷”反射結(jié)構(gòu)特征(圖6b藍(lán)色方框內(nèi))，與實(shí)際鉆井合成記錄完全吻合。此外，從Z組頻譜曲線對(duì)比來(lái)看，提頻前CRP道集主頻35 Hz，頻寬為3～75 Hz，提頻后CRP道集主頻為43 Hz，頻寬展寬為3～81 Hz，達(dá)到了“保持低頻、提高主頻、展寬頻帶”的提高資料分辨率的要求(圖7)。

圖6 文昌A油田提高分辨率處理前、后CRP道集Fig.6 CRP gathers before and after resolution improvement processing in Wenchang A oilfield

圖7 文昌A油田提高分辨率處理前、后Z組頻譜曲線Fig.7 Spectrum curve of group Z before and after resolution improvement processing in Wenchang A oilfield

2.3 譜平衡處理

地震資料動(dòng)校正處理會(huì)使遠(yuǎn)偏移距地震波形發(fā)生拉伸，導(dǎo)致遠(yuǎn)偏移距主頻偏低，遠(yuǎn)、近偏移距之間頻率不匹配[19]?；诖?，本文先對(duì)道集進(jìn)行基于Gabor變換的時(shí)頻分析，以近偏移距道集作為標(biāo)準(zhǔn)道，補(bǔ)償遠(yuǎn)偏移距道集高頻能量，該方法簡(jiǎn)單易操作，也能較好解決遠(yuǎn)偏移距由于動(dòng)校正而產(chǎn)生的拉伸現(xiàn)象，充分保持了大角度信息，提高疊前道集的連續(xù)性及信噪比，同時(shí)也并未破壞遠(yuǎn)、近偏移距的振幅關(guān)系，保持AVO特征。

從譜平衡前、后CRP道集對(duì)比來(lái)看(圖8)，經(jīng)過(guò)譜平衡處理前、后的道集在信噪比和分辨率上無(wú)明顯的改變。同時(shí)從目的層不同偏移距最大頻率曲線(不同偏移距地震道在目的層段有效頻寬中的最高頻率)對(duì)比來(lái)看，未開(kāi)展譜平衡處理前在偏移距1 400 m處最大頻率開(kāi)始衰減，到最大偏移距時(shí)最大頻率降低到45Hz,經(jīng)過(guò)譜平衡處理后，中、遠(yuǎn)偏移距最大頻率值得到提升，最大偏移距的最大頻率提升到55 Hz，降低了與近偏移距最大頻率的差異(圖9)。

圖8 文昌A油田譜平衡處理前、后CRP道集Fig.8 CRP gather before and after spectral balance processing in Wenchang A oilfield

圖9 文昌A油田譜平衡處理前、后CRP道集Z組偏移距與最大頻率曲線Fig.9 Offset versus maximum frequency curve of CRP gather of group Z before and after spectrum balance processing in Wenchang A oilfield

2.4 剩余時(shí)差校正

疊前CRP道集出現(xiàn)同相軸不平或“抖動(dòng)”的主要原因就是道集中存在剩余時(shí)差，剩余時(shí)差主要來(lái)源3個(gè)方面，一是動(dòng)校正方法本身具有一定局限性；二是動(dòng)校正速度存在誤差；三是薄互調(diào)諧及子波拉伸等因素，經(jīng)分析，速度誤差是造成CRP道集同相軸不平的關(guān)鍵因素[20]。目前常見(jiàn)的剩余時(shí)差校正方法是波形匹配法，該方法對(duì)給定時(shí)窗內(nèi)各疊加道與近中道求相關(guān)獲得相對(duì)于零偏移距的時(shí)移量，并按照剩余時(shí)移量理論有選擇的進(jìn)行修正，從而將道集拉平，該方法不需要速度信息，但可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不合理的時(shí)移量，造成校正的地震同相軸出現(xiàn)不合理的拉伸或壓縮(圖10b紅色箭頭)?；诖?，本文采用了一種移動(dòng)積分拉平算法進(jìn)行剩余時(shí)差校正。該方法主要包括4個(gè)基本步驟：①計(jì)算相鄰道拉平量；②生成一個(gè)局部拉平疊加道集；③利用局部拉平疊加道集再次計(jì)算相鄰道的拉平量；④選擇近道“疊加道”，實(shí)施移動(dòng)積分拉平，拉平整個(gè)道集。從應(yīng)用結(jié)果來(lái)看,經(jīng)過(guò)移動(dòng)積分拉平算法剩余時(shí)差校正后，Z組頂部標(biāo)志層同相軸水平，遠(yuǎn)偏移距無(wú)明顯的剩余時(shí)差(圖10c藍(lán)色箭頭)，且在中、遠(yuǎn)偏移距并未引起振幅的畸變，整體AVO特征保持良好。

圖10 文昌A油田剩余時(shí)差校正前前后CRP道集對(duì)比Fig.10 Comparison of CRP gathers before and after residual moveout correction in Wenchang A oilfield

2.5 應(yīng)用效果

針對(duì)文昌A油田疊前CRP道集中存在的問(wèn)題，采用“去噪-提頻-譜平衡-時(shí)差校正”的組合方法對(duì)CRP道集進(jìn)行優(yōu)化，獲得了高信噪比、高分辨率、高保真度及中遠(yuǎn)偏移距無(wú)剩余時(shí)差的CRP道集，在此CRP道集基礎(chǔ)上，開(kāi)展疊前反演，獲得縱橫波速度比參數(shù)，并依據(jù)巖石物理分析結(jié)果(圖1)，設(shè)定Vp/Vs小于1.73作為砂、泥巖識(shí)別的門限值，獲得了該區(qū)重點(diǎn)砂組(圖11，紅-黃色代表中高孔砂巖，藍(lán)色代表泥巖)。

該區(qū)鉆井證實(shí)A井、B井在該砂組砂體是連通的，均為砂坪沉積環(huán)境沉積時(shí)的砂體，但通過(guò)原始道集獲得的高孔砂巖平面圖來(lái)看，在已鉆井區(qū)砂體橫向連通性較差，呈零星狀分布；而通過(guò)道集優(yōu)化處理后獲得的高孔砂巖平面圖來(lái)看，砂體橫向連通性較好，這與已鉆井揭示的地質(zhì)特征相吻合，同時(shí)從圖11b中可以看出在斷層F上升盤砂體也較為發(fā)育，與下降盤的砂體屬于同一套砂體，后期鉆井也證實(shí)了該結(jié)果。

3 結(jié)論

1) 常規(guī)處理獲得的CRP道集直接開(kāi)展疊前反演，其結(jié)果與井吻合程度較低，不能滿足精細(xì)勘探與開(kāi)發(fā)的需求，因此提出“去噪-提頻-譜平衡-時(shí)差校正”組合的疊前CRP優(yōu)化處理技術(shù)，并通過(guò)在文昌A油田的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了該組合優(yōu)化處理技術(shù)的有效性。

2) 采用RNA-3D隨機(jī)噪聲壓制技術(shù)能提高CRP道集的分辨率；采用的時(shí)頻分析與譜白化融合提頻技術(shù)既能整體提升資料頻帶寬度，又能改善信號(hào)局部的分辨率；采用的譜平衡技術(shù)可以解決動(dòng)校拉伸引起的中遠(yuǎn)偏移距頻率降低的現(xiàn)象；采用的移動(dòng)積分剩余時(shí)差校正技術(shù)，能夠有效解決道集同相不平的問(wèn)題，同時(shí)也不會(huì)引起振幅畸變，該方法能適應(yīng)道集不平的各種情況。