高保真高分辨率地震處理技術在塔河油田的應用

曹 飛 鄧 鋒 孫 力 刁新東 田磊磊 曾天玖

（①中石化西北油田分公司勘探開發研究院；②中國石油東方地球物理公司研究院大港分院）

0 引言

塔河油田東部地區位于新疆維吾爾自治區庫車縣和輪臺縣境內，地處天山南麓、塔里木盆地北部的塔里木河流域。構造上位于阿克庫勒凸起東南斜坡帶，儲集巖有碳酸鹽巖和碎屑巖兩種，其中碎屑巖儲層主要集中于中-上三疊統、下石炭統。下石炭統儲層為海陸過渡相沉積，潮坪環境發育多套潮道砂體，縱向砂體呈砂泥薄互層沉積，平面相變快，埋藏深，薄儲層預測困難[1-5]。由于原始地震資料靜校正問題較嚴重，噪聲發育，同時地下構造特征復雜，以往地震資料處理成果存在相對振幅保持較差、信噪比和分辨率較低、成像精度不足、區間能量差異大且不均衡等問題，對于該區主要目的層奧陶系風化面及縫洞型儲層而言，石炭系地震分辨率低、信噪比低，層間反射特征不清楚，儲層響應特征被淹沒，層序劃分及小層對比難度大，無法滿足薄儲層描述的需求[6-8]。

高保真高分辨率（簡稱“雙高”）地震資料處理是指在保護地震波特征不受破壞的基礎上提高資料分辨率的處理，為地震儲層預測及油氣檢測奠定可靠的資料基礎。因此“雙高”地震資料處理是面向儲層的目標處理。本文針對該區石炭系碎屑巖油藏勘探和開發面臨的難題，開展了“雙高”地震處理技術研究，為該地區基于石炭系碎屑巖儲層目標的“雙高”處理提供了系列技術方案。

1 高保真處理技術

1.1 高精度靜校正

研究區內地形較為平坦，地表海拔高程變化在910～950 m 之間。大部分地區土壤表層被風沙土覆蓋，地表土壤類型主要有沙漠、堿地及少量農田地。通過全區793 口微測井資料分析發現，全區低速層速度一般在340～830 m/s 之間，高速層速度一般為1525～2600 m/s，低降速帶總厚度為2～14 m，總體趨勢南厚北薄，潛水面比較穩定，靜校正問題比較突出。

高精度靜校正處理是“雙高”地震資料處理的重要基礎，具體是指消除靜校正問題對目的層成像的影響，進一步保真了低幅度構造和儲層成像精度要求。本次重點研究微測井約束初至層析靜校正技術。

層析靜校正是將復雜的地表地質模型進行網格化，并假設網格內介質穩定不變，利用網格法進行射線正演，獲得表層速度模型[9]?？捎孟率矫枋觯?/p>

式中：t為地震波從震源點s到接收點r的旅行時；S（x，z）為地下介質的慢度函數，即速度函數v（x，z）的倒數，dl為射線路徑的微分。

地震波的走時是對介質慢度函數沿射線路徑的走時積分，射線的路徑與介質的慢度函數S（x，z）和波的類型有關。

通過人工智能初至拾取技術實現了海量地震數據工業化初至拾取，不僅使初至拾取的準確性和一致性進一步改善，而且拾取效率也得到大幅提高。圖1是微測井約束初至層析靜校正流程。表層速度反演過程中，充分利用表層調查微測井信息約束，解決地表附近照明不足所引起的反演精度低的問題，同時結合大炮初至的信息，包括直達波（均勻介質）、折射波（層狀介質）、回折波（連續介質）信息，建立高精度近地表速度模型。該方法適用于各種復雜地表條件，理論上能夠可靠地反演近地表速度-深度模型，解決復雜地表的靜校正問題，同時為疊前深度偏移速度建模提供較準確的淺表層模型[10]。

1.2 保真疊前噪聲壓制

疊前噪聲壓制處理中，為在不同數據域逐步壓制噪音，提高保幅性，優先試驗噪聲模擬與自適應衰減的去噪技術，保護低頻及高頻端有效信號，保真提高信噪比；遵循由強至弱和由規則噪聲到非規則噪聲逐步壓制的原則；在解決好靜校正問題的基礎上壓制規則噪聲，在噪聲壓制過程中與振幅補償迭代進行[11]。針對本區規則線性噪聲速度分布范圍較大、異常振幅能量強、隨機噪聲突出的噪聲發育特征，制定了具有針對性的分區域保真疊前噪聲壓制處理流程（圖2）。

保真疊前噪聲壓制技術中，以K-L 變換線性噪聲壓制為例，其是對多道信號的協方差矩陣的奇異值分解（SVD），是一種正演變換去噪方法。該技術充分考慮面波頻率范圍低、視速度低、能量強、同相軸表現大致為線性等特征，利用頻帶分解、K-L 變換本征濾波、自適應衰減3項關鍵技術，消除面波和線性噪聲，同時最大程度地保護有效信號[12]。

智能視頻監控系統主要包括：圖像獲取，圖像預處理，人臉定位以及人臉遮擋判別。利用改進的YOLO模型首先回歸出人臉的位置，避免了傳統的手工提取人臉特征的高耗時低精度的弊端，利用此優點預先定位出需要判別是否遮擋的人臉區域，排除復雜背景的影響，降低了誤檢率，也提高了利用DLIB進行人臉68個特征點檢測的速率與精度，當人臉有遮擋時，則提示“異常人臉，禁止操作”。本文的遮擋人臉判別流程如下圖1所示。

1.3 相對振幅保持處理

研究區石炭系儲層非均質性強，巖性特征發育，故對地震資料的振幅保真度要求較高。因為原始地震資料縱向能量吸收衰減很快，橫向振幅差異較大，不同相鄰三維地震資料覆蓋次數差異大，所以需要采用振幅恢復和基于覆蓋次數振幅均衡處理技術來解決相對振幅保持問題。（1）振幅恢復是指對激發接收差異、波場傳播引起的振幅衰減的補償，采用球面擴散補償、地表一致性補償為代表的補償方法，解決非地層因素帶來的振幅差異，地表一致性振幅補償統計時窗選取橫向穩定的反射層位，選擇較大時窗，保護局部地質現象變化引起的異常[13]；（2）基于覆蓋次數振幅均衡處理，首先在非歸一化疊加數據體上求取振幅加權因子，再將其應用到最終共中心點（CMP）道集上進行疊前偏移處理。

2 高分辨率處理技術

2.1 近地表Q 補償

Q值是一個表征巖石特性的參數，是儲能和耗散能的比率，描述不同頻率的地震波在粘彈性介質中的衰減，直接影響地震信號的相位和分辨率。Q值越大，表示衰減越??；反之，Q值越小，表示衰減越嚴重。表層Q值范圍在1～20 之間，其空間上厚度變化直接影響地震波在振幅、頻率、相位上的差異，影響目的層真實的物性參數[14]。處理過程中，利用微測井和反演的表層速度資料來估算表層Q因子，建立表層Q模型。最后通過在炮域、檢波域傳播路徑上的補償，消除表層低降速帶變化對地震波振幅、頻率、相位造成的差異[15]。

如圖3a 和圖3b 所示，Q補償后單炮數據分辨率提高，橫向一致性得到改善。由圖3c中Q補償前后單炮頻譜對比可見：Q補償后消除了近地表低降速帶吸收衰減引起的高頻損失，高頻端能量恢復明顯，拓寬了頻帶，提高了地震資料的分辨率。

圖3 近地表Q補償前后單炮及頻譜對比

2.2 低頻補償

不同頻率范圍的地震子波，當高頻范圍不變時，隨著低頻成分的增加，子波旁瓣減小，分辨率提高，可見低頻對提高分辨率舉足輕重?；跀祿寗拥淖赃m應低頻補償技術以地震數據子波估計為基礎[16]，如圖4 所示，通過估算研究區地震數據低頻補償前后疊加及其頻譜對比可見，低頻得到明顯拓寬，達到補償地震數據低頻信號的目的。該方法不會改變地震數據中信號（即反射系數序列）的頻譜形態，在理論上遠優于譜白化方法。整個補償過程是完全數據驅動、自適應的，不需要人工干預，具有較好的數據適應性。

圖4 地震資料低頻補償前后疊加剖面及頻譜對比

2.3 井約束反褶積

利用地震資料主頻、頻寬、合成記錄標定等方法確定最優的處理流程和參數。如圖5 所示，在地表一致性反褶積基礎上，通過不同預測步長的反褶積結果與預期頻寬和主頻的合成記錄進行標定，求取二者互相關值，進而確定最佳的預測反褶積步長參數。應用預測反褶積處理技術對地震子波旁瓣進一步壓縮，在保證信噪比的前提下合理提高分辨率。

圖5 不同預測步長反褶積結果與期望合成記錄標定的互相關

2.4 粘彈性Q 偏移

常規偏移方法是假設地下介質為聲波或彈性波介質，不考慮地層介質的吸收衰減效應，然而地下的地層介質并非完全彈性介質，并且由于地層中存在流體，地震波在通過實際地下介質進行傳播過程中會發生衰減，導致波形振幅能量減弱、相位發生變化，使用常規偏移方法對實際地震數據進行成像，結果可能不準確。例如：反射軸偏離實際位置、相對振幅關系不準確，并且會對AVO/AVA 分析產生不利影響，同時成像結果的分辨率也較低。粘彈性Q偏移技術在偏移過程中進行吸收衰減的補償，可以保證偏移能量更加聚焦，在一定程度上可以提高成像結果的準確性、精度和分辨率。

式中：fp為t時刻的信號峰值頻率，Hz；fp0為未經吸收的信號峰值頻率，Hz。

通過資料估計得到的有效Q場被定義為觀察值，Q層析即為通過比較有效Q場的觀察值和模擬值的差異來估算層間Q場的修正量的過程。Q層析基本公式如下：

如圖6 所示，由于振幅吸收隨偏移距的變化受射線路徑、地層速度和地層Q吸收因子的影響，Q偏移在成像過程中補償地層吸收的影響，恢復地層的真實AVO 響應，可以提高成像分辨率。該區應用粘彈性Q偏移后，石炭系分辨率得到顯著提高，尤其在保持低頻的前提下高頻端的能量得到合理補償，拓寬了頻帶，提高了目的層分辨率。

圖6 Q疊前深度偏移效果

3 應用效果

通過石炭系碎屑巖“雙高”處理技術攻關，取得了較好的應用效果。如圖7 所示，與早期處理成果剖面對比，本次“雙高”處理成果取得明顯改進：地震剖面波組特征明顯，地層接觸關系清晰。如剖面右側紅箭頭所指位置，“雙高”處理成果波組層次分明，成像清晰、精細、連續性好，使斷層成像改善，斷面清晰干脆。A 井右側斷層成像更加清晰（黑色虛線處），具體表現為斷層兩側地震同向軸錯斷、產狀變化和振幅差異更為明顯，具有較好保幅性，油氣層地震響應明顯。A井卡拉沙依組油層（oil 標識）表現為更明顯的低頻強振幅地震反射特征（井旁紅色箭頭所指），井震吻合性更好。此外，由平面振幅屬性對比可見，目的層河道砂體分布邊界清晰，含油氣砂體強振幅地震響應特征明顯，表明本次“雙高”處理地震成果具有較好保幅性。

圖7 “雙高”處理成果剖面對比

4 結論

塔河油田東部石炭系碎屑巖油氣藏具有儲層埋深大、厚度薄、變化快、預測難度大，以及開發階段鉆井多、找井位難的特點，通過本文“雙高”地震處理技術應用研究，在保真的前提下提高了目的層的分辨率，基本滿足了油田勘探開發地質研究對“雙高”地震資料的需求。

高分辨率地震資料處理是一項系統工程，需要在高保真的基礎上做好提高分辨處理工作，在技術選擇與組合方面需要重點把握，其中高精度靜校正是重要基礎，疊前保真處理是關鍵環節，重點是做好對儲層地震響應特征（振幅、相位和頻率）的保護，要選擇好疊前去噪、相對振幅保持等處理技術及流程。

高分辨處理的主要目標是補償低頻，恢復高頻，釋放頻譜壓制區的有效信號，拓寬有效頻帶。研究表明，根據地震資料實際特點，應該選擇更加符合地球物理假設的高分辨率處理技術來實現全頻（寬頻）處理，如近地表Q補償、低頻補償以及粘彈性Q偏移等關鍵技術。