强反射能量屏蔽补偿在渤海C构造中的应用

2019-03-01徐德奎

物探化探计算技术 2019年1期

周星，徐德奎，何玉

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在渤海海域广泛分布着中生界和新生界的火成岩，仅渤西南新生界的火成岩覆盖范围约2 000 km2，其中溢流相厚层玄武岩和辉绿岩的地震波场反射强能量，使得下覆地层透射能量弱，造成火成岩下覆构造成像不清，成为严重制约中深层油气勘探的主要问题之一。

为了研究地震波穿过高速层的运动学和动力学特征，国内、外地球物理学者做了许多相关的工作，大部分研究都是基于数据采集和广角反射波成像来改善下覆地层的成像质量。孙建国[1]总结了国外广角地震方法，提出利用广角反射来避开近偏移距上的各种干扰；王建花等[2]通过zoeppritz方程模拟了浅层强反射界面的能量屏蔽作用，提出了6种解决方案；胡中平[3]基于广角地震模拟分析了广角地震信号的运动学和动力学特征，并在我国南方典型靶区对广角地震数据进行了精细处理；裴正林[4]利用zoeppritz方程模拟了火成岩高速层的弹性波传播规律，提出了采用纵波广角反射和利用纵波高速层内局部转换广角反射波消除火成岩高速层的屏蔽作用；杨庆道等[5]总结了能量屏蔽作用产生的机制，提出了在勘探阶段克服能量屏蔽作用的7种方法；张军华[6]、朱博华等[7]提出利用子波分解技术去除强反射层来相对提高下覆屏蔽层的信号能量。实际生产中常规的处理流程如几何扩散补偿、自动增益补偿(AGC)、时不变道均衡及子波分解去强反射或者基于时窗内统计振幅，或者与强反射层能量屏蔽无关，或者破坏了振幅时间空间上的相对关系，均不能有效地补偿火成岩高速层的能量屏蔽损失，针对能量屏蔽补偿问题，林洪义[8]提出了与反射系数相关的振幅补偿，该方法基于正入射假设，利用速度、密度得到反射系数剖面，从而计算损失的反射能量。笔者在此原理基础上，改进了反射系数的提取方法，利用井点处计算反射系数对谱反演提取的反射系数进行归一化校正，通过射线追踪提取波传播路径上的反射系数来求取补偿因子，进而得到地下反射点真实传播路径上的能量损失。该方法在渤海油田多个构造应用效果表明：振幅补偿结果较好地恢复了火成岩屏蔽地层的能量损失，且地层间的振幅关系也得到相对保持，是一种相对保幅的能量补偿过程。

1 方法原理

对于地震记录第n层介质[8]，反射振幅为

(1)

式中：ξn为第n层的反射系数；A0为入射振幅；ξi为第i层的反射系数。

则第n层的反射损失补偿量为式(2)。

(2)

将式(2)展开，舍去反射系数四次以上项，得式(3)。

(3)

补偿因子的连续表达式为式(4)。

(4)

由式(4)可以看出，反射系数的求取至关重要。一般来说，强反射界面对应着绝对值较大的反射系数，因此在过井剖面上可以利用速度和密度剖面求取反射系数，非井情况下利用谱反演技术求取合适的反射系数。

图1展示了BZ7井(图8)计算得到的反射系数和谱反演提取的归一化后的反射系数对比图，从图1中可以看出，谱反演对于较大的反射系数响应较好，但分辨率要低于实际井点处的反射系数。本文的补偿方法主要针对强反射层的能量屏蔽作用，因此谱反演获得的强反射系数具有较高的参考价值，但谱反演求取的反射系数较真实反射系数整体偏大，实际应用中对强反射层的反射系数进行了分选和井控校正，然后利用射线追踪方法，提取射线路径上的反射系数，利用公式(4)沿射线路径对反射系数进行求和即可获得振幅补偿因子，进而可以得到基于反射系数的火成岩能量补偿结果。

图1 井曲线计算与谱反演提取反射系数对比图Fig.1 The comparison of reflection coefficients calculated by well logs and extracted from spectrum inversion

图2 火成岩速度模型Fig.2 Velocity model of igneous rocks

图3 补偿因子Fig.3 Compensation factors

图4 火成岩纯波剖面Fig.4 Pure wave profile of igneous rocks

图5 AGC后结果Fig.5 The result after AGC

图6 基于反射系数的补偿结果Fig.6 The compensation based on reflection coefficients

2 二维理论模型实验

为了测试基于反射系数的振幅补偿能力，我们通过一个二维火成岩模型实验，将其与传统的AGC(自动增益控制)进行对比。该模型(图2)横向采样点为1 065，纵向为300，网格间距均为10 m，正演炮集炮间距为20 m，道间距为10 m，一共正演了600炮，观测系统为海洋拖缆观测系统。

图3为求取的补偿因子剖面，补偿因子较大值的位置与火成岩位置对应较好，由于火成岩强烈层间多次波的存在，CDP300到CDP600处能量损失相对较大。图4为正演数据得到的叠前时间偏移剖面，可以看出2 250 ms以下火成岩的存在，导致3 000 ms处的反射层能量被严重屏蔽。

图5展示了分时窗AGC后结果，由浅部到深部时窗范围在1 000 ms到600 ms之间，图6为补偿后成果剖面，可以看出火成岩下覆层的屏蔽损失得到了较好地恢复，通过对比可以看出，AGC在一定程度上虽然补偿了火成岩下覆层的能量损失，但在时间方向上振幅相对关系被破坏，横向能量差异化更加明显，部分位置的处理效果甚至不如原始的纯波剖面。

图7为均方根振幅曲线对比图，可以很清楚地看到不受火成岩影响的地层振幅(最后一层三曲线重叠部分)得到保持，受火成岩屏蔽影响的地层(最后一层凹陷内)振幅得到较好恢复，没有AGC的平均效应，本文的补偿结果相对于AGC更为合理。

图7 火成岩理论模型数据振幅补偿前后对比Fig.7 The comparison before and after amplitude compensation of the igneous rock model

图8 工区已钻井分布图Fig.8 The well distribution map of work area

图9 原始纯波剖面Fig.9 The raw profile of pure wave

图10 补偿后剖面Fig.10 Figure 9 after compensation

图11 补偿因子Fig.11 Compensation factors

图12 AGC结果Fig.12 Figure 9 after AGC

3 实际资料应用

为了验证上述能量补偿方法对实际资料的处理能力，本次研究选取渤海中部C构造的叠前深度偏移纯波资料进行了实际应用。该区共发育两套强反射地层，上覆地层为厚层溢流相火成岩，下覆地层为目的层高速砂砾岩储层。该区共分布8口已钻井，如图8所示，其中7井和8井钻遇较厚火成岩，受C构造东北区火成岩的影响(图13红色框线处)，下覆优质砂砾岩储层能量分布不均，储层横向展布研究难度大。

图13 东三段-10 ms均方根振幅切片Fig.13 RMS amplitude slice of 10ms below Dongsan member

图14 东三段-10 ms补偿后均方根振幅切片Fig.14 RMS amplitude slice after compensation of 10ms below Dongsan member

图15 BZ7井补偿前后效果对比Fig.15 The comparison of raw data and compensation data

图16 纯波数据井震标定结果Fig.16 The well-seismic calibration of pure data

图17 补偿后数据井震标定结果Fig.17 The well-seismic calibration of compensation data

图9为过7井和8井的任意线，图10为图9的能量补偿结果，图11为计算得到的补偿因子，由图9、图11可以看出补偿量和火成岩对应位置较好。由图12可以看出，AGC一定程度上可以改善火成岩下覆地层成像质量，但由于AGC的均衡作用，破坏了浅层和中深层的振幅相对关系，因此AGC后的结果仅能用于构造解释。而本文的能量补偿方法有效地恢复了火成岩下覆地层能量，且地层间的振幅相对关系得到了较好保持。需要说明的是，该方法适用于火成岩溢流相的强反射屏蔽的振幅能量补偿，对于火山通道相和爆发相的成像效果改善有限，但对于深部弱信号的恢复较之AGC具有更佳的补偿能力。

针对C构造火成岩发育区(红色框线部分)东三段地层之下100 ms提取了补偿前、后的均方根振幅切片，如图13、图14所示，可以看出补偿后火成岩下覆地层能量得到一定恢复。

同样，为了验证井点处能量屏蔽补偿前后的效果，提取过BZ7井的振幅曲线进行对比分析(图15)。本文补偿结果较之原始数据有较好改善，基本与井曲线计算得到反射系数补偿结果吻合。

图16和图17分别展示了补偿前后的地震数据同一子波井震标定对比效果图，火成岩上覆地层的振幅得到保持，火成岩下覆地层能量得到一定增强(红色框线处)。

此外，该方法还在渤海中部D构造进行了拓展应用，该区在东三段发育一套火成岩夹层地层(图18)，常规的能量补偿方法并不能补偿火成岩内部及下覆的地层能量损失，本文的能量补偿方法(图19)较好地恢复了1 400 ms之下火成岩夹层及下覆地层的振幅能量。