高空间采样资料品质一体化技术研究

张志林，何京国，闫玉莎，张 媛，高芦潞

(1.中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司 山东 东营 257086;2.中石化石油工程地球物理有限公司华东分公司 江苏 扬州 225000)

0 引 言

在“双复杂”采集项目中，由于地表、地下条件复杂以及干扰波发育等因素，导致这些工区资料信噪比低和地层成像困难，使得这类地区的勘探开发严重受阻。以往针对低信噪比“双复杂”地区，主要通过采用高覆盖次数，大组合压噪等方法来提高地震资料品质，在地下构造相对简单区域，信噪比有了较大的提高，取得了一定的效果；但针对复杂高陡构造区域，如陡倾角、大断裂构造等，成像效果不理想，无法达到预期效果。高空间采样能够比较精细的记录地震波场，避免了空间假频的产生[1-3]，不但可以达到去噪的效果，还同时保护了高频信号，对提高构造特征复杂的低信噪比地区的资料品质具有非常重要的意义[4]，高空间采样技术是目前类似地区发展必然趋势，也是地震勘探的发展趋势之一，但高空间采样成本倍增，制约了该技术的进程，而在一体化勘探中，采集资料品质贯穿采集处理和解释[5-6]，因此，开展基于勘探成效的高空间采样量化分析技术研究，以满足地质需求为前提选择适用技术，实现勘探效益最大化。

1 高空间采样量化分析关键技术

1.1 高空间采样一体化资料品质量化分析技术

在高空间采样地震勘探中，资料品质及相关属性分析贯穿全过程。

1.1.1 主要软件

采集中用于资料品质分析的软件主要有Kelang、SeisWay等，可以分析原始资料道集、单炮以及初叠剖面的能量、信噪比、频率、时频、频时、子波以及相关等资料品质属性，直观评价采集资料品质，为处理提供依据。

处理中主要采用Grisys,Promax以及Focus,可以进行资料的能量、频率、信噪比、子波以及频谱、相关等分析，主要分析道集、单炮以及最终处理剖面等资料品质，为解释提供高品质的地震资料。

解释中主要采用Landmark、Petrel软件，它是以地质构造信息认识为基础，以详细分析地震数据和井资料为手段，加载和分析地震和井数据、完成合成记录，得到准确的层位信息和断层平面图，然后成t0图，最终结合精细的速度模型，输出构造图以及相应的纵波阻抗和均方根振幅图，为后续反演做准备。它也可以分析道集、纯波剖面能量、频率以及信噪比等属性。

反演中主要采用Jason、EPS软件，它可以利用地震道信息、子波数据、纯波剖面以及井资料，包括井径、AC、密度、声波阻抗、电阻率等属性信息作为硬约束，给反演可靠的地震输入和测井输入，针对薄层可以采用多属性地质统计学反演Statmod MC技术进行高精度分析，也可以分析不同目标层的能量、频率以及信噪比等属性，综合采集、处理、解释以及后期反演等软件可知，能量、信噪比、频率量化分析贯穿地震勘探全过程，计算方法也有很多相似之处。

1.1.2 主要量化技术

1)能量量化分析

在能量分析和显示中，目前主要采用平均振幅和均方根振幅这两种方法。采集Kelang、SeisWay有平均振幅、均方根振幅和最大振幅三种显示方式，处理和解释中通常采用均方根振幅，计算方法与采集软件原理相同。在反演中主要采用平均振幅显示，可以对工区不同位置、不同目标层进行能量显示。

(1)

(2)

2)信噪比量化分析

目前信噪比估算的方法有能量叠加法、频谱估算法、功率谱估算法、相关法以及特征值法五种。在采集中，主要采用频率域估算法计算信噪比。对每道地震记录做傅立叶变换后，因信号和噪音对应的频率成份不同，在频率域里可以将信号的主频和噪音区分开来。我们在频率域内，给定一个阈值与最大振幅的值相乘，由此来确定信号的范围，剩下的部分就作为噪音。公式如下：

(3)

在处理和解释信噪比量化分析中主要采用互相关法。互相关法的依据是：对于相邻地震道，信号具有相关性，而噪声不具有相关性。计算公式如下：

(4)

通过分析可以看出，可以去掉分母项，直接计算分子，即相干值。得到公式：

(5)

然后通过下式对相干值对相干值做均方根振幅统计得到信噪比值。

在Jason反演量化分析中，充分利用实际地震道能量与无噪音背景的目标合成记录能量，通过这两者之差计算出剩余噪音，从而计算最终的信噪比值。公式如下：

Fseismic=S/N×Lp(seismic-synthetic)

(6)

SNR=20×log10(RMSSeismic/RMSresiduals)

(7)

3)频率量化分析

在高空间采样频率量化计算中，采集、处理、解释计算方法原理相同，主要采用傅里叶变换公式。对连续时间信号f(t)进行抽样，得到抽样函数f(kT)，根据离散傅里叶变换公式(DFT)各取频谱函数与抽样函数的一个周期，得到公式：

(8)

n=0，1，2……，N-1

f(kT)为连续信号的抽样函数，其频谱为频率的周期函数。

在反演频率计算中目前一般采用零相位子波，公式如下：

(9)

t1为零相位起始时间，t2为零相位终止时间。

结合不同方法，以资料品质分析为主线，以量化分析为手段，针对高空间采样地质目标进行一体化分析。

1.2 基于高空间采样地质目标的一体化分析技术

在高空间采样后期勘探中，确定一个井位往往需要可靠的均方根振幅、相位、频率、反演、物性等量化属性。纵向上，可以通过井资料进行精确控制，横向上寻找圈闭需要什么样的地震资料进行描述？理论上，资料品质越高越好，对地层的描述更加精细，但随之成本投资也愈来愈大。因此，如何结合地质任务、井资料、以往地震资料以及成本投资确定目标资料品质？甚至如何根据高空间采样采集、处理、解释、反演等之间关系提取高空间采样一体化量化公式？如图1所示为基于高空间采样地质目标的一体化流程，具体实现步骤如下：

图1 基于地质目标一体化分析流程

第一步，根据地质任务、地质目标、井资料完成目标层合成记录。

第二步，结合理论地质任务、合成记录、Jason反演以及老资料确定处理之后的最佳目标信噪比频率范围。

第三步，将正演和反演有机结合，验证复杂目标层特征形态、频率、能量、信噪比与反演的吻合度。

第四步，根据不同目标层的深度和资料品质情况，提取高空间采样一体化量化公式，下面公式是在SQX工区，结合处理提取的相关系数。

反演目标信噪比=采集资料信噪比×处理系数×1.25

反演目标主频=采集资料主频×处理系数×1.86

通过前面分析，反演方法本身的局限性。由于地震测井联合反演是基于模型的反演方法，初始模型的建立是基于水平层状介质模型的，这与非均质性极强的西部探区非均匀质强，比如SQX碳酸盐岩缝洞型储层的实际情况相差较大，致使波阻抗反演结果横向分辨率较低(即横向连续性较好)，因此，建立非均匀质强的正演模型与其结合进行弥补完善。

通过前面分析，采用地质目标一体化地质目标量化分析技术可以提前确定预采集资料品质范围，为下一步高空间采样观测系统关键参数的选取提供更直观的指导和可靠的依据。

1.3 基于高空间采样预采集工作量观测系统关键参数优选技术

地震勘探中通常以时间和空间来度量采样的密度，分别被称为时间采样率和空间采样率。时间采样率由尼奎斯特采样定律确定；空间采样率由空间采样间隔原理决定：只有当地震信号每个频率的波长内有两个以上的采样点时，才能保证地震资料在空间上具有良好的空间分辨率。

高空间密度采样通过小道距、不组合、高覆盖次数的采集方式，较精细地记录了地震波场，避免了空间假频尤其是低频线性干扰的生产，也降低了组合检波带来的高频弱小信号的能量损失，以提供频率成分丰富、能量均衡的高品质地震数据[7-8]。由于现今采用单点、小道距的高密度地震采集技术的成本高，所以推广应用难度较大。但是可以借助该技术的思路发展高空间采样技术，通过提高空间采样密度，从而提高对小段块、薄储层、小砂体及小尺度孔洞等的识别能力。目前普遍采用以单位平方公里的道数来反映空间采样的连续性(道密度指数)，即：

(10)

式中：TD为道密度,道/km2；A为排列片有效面积,m2；LS为接收线距,m；SX为垂直接收线方向炮距,m；RX为道距,m。

从资料的叠加成像分析，地面的炮道密度不能直接反映波场的连续采集程度，应根据空间采样的主要指标(面元)和叠加效果的主要指标(覆盖次数)来决定采样密度，即

M=(A/B)F

(12)

式中：M为密度指数；A为单位面积,1 km2；B为单个面元面积；F为单个面元覆盖次数。常用的道密度计算公式：

(12)

覆盖次数与叠加效果有关，覆盖次数越高则叠加剖面信噪比越高。偏移成像效果与采样密度有关，即面元越小，成像精度越高。从以上公式和理论分析中得出，采样密度大小主要由覆盖次数和面元两个方面决定。覆盖次数增加，叠加剖面的信噪比越高；面元大小与偏移成像效果有关，面元越小，地震子波主瓣与旁瓣振幅值比值越大，成像效果越好。因此，可以将采样密度公式从覆盖次数和信噪比的关系转换成信噪比与子波主瓣与旁瓣之比的函数:

(13)

通过道密度公式转换，就可以在设计之前借助资料品质分析这条主线来提前确定道密度，为后期勘探效益最大化奠定基础。

2 应用效果分析

采用基于勘探成效的高空间采样量化分析技术对TH6-7区进行验证分析，确定奥陶系满足解释需求品质信噪比为13～13.4，主频在27 Hz左右。预采集资料信噪比为3～5，主频24 Hz左右。结合该区实际资料，初步确定覆盖次数(145～190次)和面元(15 m ×15 m)。对不同方案造价进行定量分析，确定了面元15 m×15 m、覆盖次数176次、32线×34炮×374道的采集方案，从最终的高空间采集效果可以看出，采用该方案后，塔河6-7区目标层反射清晰，洞缝体刻画清楚，而且工程造价与项目投资吻合，达到了预期的效果，如图2所示。

在2017年塔里木STGL工区采用一体化的设计思路，设计了3OL6S，面元25×25，道密度1 440 000的观测系统。

图2 TH6-7区不同观测方式剖面对比

3 结论与认识

通过基于勘探成效的高空间采样量化分析技术研究获得以下认识：

1)资料品质分析贯穿整个勘探全过程，以资料品质分析为主线，结合地质目标一体化分析可以提前确定高空间采样预采集资料品质。

2)结合预采集资料品质进行论证可以确定高空间采样观测系统关键参数。

3)高空间采样成像效果与炮检距属性关系比较密切，与炮点密度和检波点密度关系不是很明显。在高空间采样面元、覆盖次数固定及保证成像效果的条件下，可以根据地震地质条件和工程造价高低优选炮密度和检波点密度。

4)在详细分析工区地震地质条件、设备状况和成本投资之后，以技术经济一体化为手段可以优选高空间采样最佳观测系统，实现勘探效益最大化。