元坝地区超深薄储层提高地震分辨率处理方法探讨

2021-06-25齐中山李文成袁茂林苏建龙

石油地质与工程 2021年3期

齐中山，李文成，袁茂林，苏建龙，何鑫

（中国石化勘探分公司，四川成都 610041）

元坝地区位于四川省北部，地形地貌主要为山地，局部为丘陵，海拨高程450～900 m，主要出露白垩系和侏罗系蓬莱组砂岩，构造位置处于九龙山构造南翼、通南巴背斜西南侧，属于川中低缓构造带的一部分，地层平缓，构造相对简单，断裂不发育，侏罗系沙溪庙组-震旦系存在多套优质储层，地震资料品质总体较好。继陆相三叠系须家河组、海相三叠系飞仙关组-二叠系长兴组勘探突破之后，近两年开始对更深层的二叠系吴家坪组-茅口组进行勘探，吴家坪组、茅口组地层埋藏深大于6 000 m，储层较薄（10～20 m），地质研究需要较高的分辨率，而原始资料频带窄、主频低，常规处理采用地表一致性反褶积（预测步长24 ms）和单道预测反褶积（预测步长20 ms），叠前时间偏移处理成果分辨率低，无法满足地质研究的要求。

为了明确吴家坪组-茅口组储层地震响应特征，开展精细目标描述研究，深化吴家坪组-茅口组有利沉积相带展布及浅滩储层分布，进行了提高分辨率处理攻关，叠前采用地表一致性反褶积、多道预测反褶积、Q体补偿等多种方法串联，逐步压缩地震子波，拓宽频带[1]，处理成果分辨率有所提高，但仍然无法满足吴家坪组和茅口组储层预测的要求。为了进一步提高分辨率，在叠前时间偏移成果上应用了压缩感知技术。压缩感知理论早在2006年就由Donoho与Candes、陶哲轩等人提出，是一个充分利用信号稀疏性或可压缩性的全新信号采集、编解码理论，该理论表明：当信号具有稀疏性或可压缩性时，通过采集少量的信号投影值就可实现信号的准确或近似重构[2]。此后便受到信息论、图像处理、地球科学、光学/微波成像、模式识别、无线通信、生物医学工程等领域的高度关注，国内很多学者对压缩感知的理论和应用也非常重视，乔志洋等在图像处理方面[3-5]，罗纯哲等在方法优化方面[6-7]，刘明等在雷达信号处理方面[8-9]，王华忠等在地震资料采集方面[10-12]都进行了细致研究。近年来，霍守东、宋维琪[13-17]等已将该理论发展到地震资料处理中，元坝地区吴家坪组-茅口组提高分辨率处理中的实际应用表明，其效果明显。

1 提高地震分辨率技术

1.1 叠前提高分辨率技术

元坝地区地震资料采集时间为2006―2007年，采用12线240道正交观测系统，面元25 m×25 m，覆盖次数为72次，激发采用高密度铵锑成型炸药，激发井深19～23 m，药量16 kg，接收采用矩形面积组合，组合基距LX=2.5 m，LY=2.0 m。原始资料信噪比较高，但由于表层白垩系疏松砂岩大面积分布，原始资料频带窄，主频低（图1a），目的层二叠系吴家坪组-茅口组优势频带0～50 Hz，主频只有25 Hz左右（如图1b所示，以-24 db处为准，绿线所示，下同，分析窗口为图1a中红框区），叠加结果目的层优势频带只有7～40 Hz。叠前处理在做好静校正和去噪的基础上，采取了逐步提高分辨率的方法。静校正处理采用微测井约束的层析静校正和多次地表一致性剩余静校正方法；去噪采用多域联合噪音压制技术，重点压制面波、声波、线性干扰、异常振幅干扰等；提高分辨率处理在地表一致性预测反褶积之后进行串联单道预测反褶积、多道预测反褶积、宽带子波反褶积、谱白化、调谐反褶积、稳健反褶积、Q体补偿等方法以及组合，经过对比分析最终采用地表一致性预测反褶积（预测步长24 ms）、多道预测反褶积（预测步长18 ms）、Q体补偿的组合方法。经过组合提高分辨率处理，子波不断压缩（图2a～d），频带不断拓宽（图2e～h）。图2f为经过地表一致性预测反褶积后叠加目的层频谱，优势频带达5～47 Hz，与图2e相比，频带拓宽9 Hz；图2g为经过多道预测反褶积后叠加目的层频谱，优势频带达0～55 Hz，与图2f相比，频带拓宽13 Hz；图2h为经过Q体补偿后叠加结果目的层频谱，优势频带达0～67 Hz，与图2g相比，频带拓宽12 Hz，与图2e相比，频带拓宽34 Hz，主频达到34 Hz左右。图3为反褶积前叠加（图3a）、地表一致性预测反褶积后叠加（图3b）、多道预测反褶积后叠加（图3c）和 Q体补偿后叠加（图3d）剖面，可以看出，随着不同方法的应用，叠加剖面分辨率逐步提高。

图1 元坝地区典型原始记录（a）及目的层频谱（b）

图2 叠前提高分辨率不同阶段子波及频谱分析

图3 叠前提高分辨率不同阶段叠加剖面

1.2 叠后压缩感知处理技术

叠前通过提高分辨率处理，虽然分辨率得到较大程度的提高，但由于吴家坪组、茅口组储层薄，厚度只有10～20 m，叠前时间偏移成果仍然无法分辨储层，岩溶体刻画不清，因此，在叠前提高分辨率和叠前时间偏移之后，叠后采用了压缩感知提高分辨率处理技术，该技术通过稀疏反演获得高精度反射系数与子波，通过连续小波变换与宽频子波替换的途径达到提高地震数据分辨率的目的。其实现步骤为：①薄层匹配追踪，②叠后稀疏反演-L0 Norm，③子波提取-Shaping Regularization，④连续小波变换-正变换，⑤连续小波变换-Morlet小波替换，⑥连续小波变换-逆变换。该技术在大幅提高分辨率的同时，能够保持地震数据原有的信噪比，其应用前提是输入资料具有一定的信噪比，关键参数是期望输出高频端频率。实际处理中通过试验并与合成记录对比，最终选用期望输出高频端频率为80 Hz。图4a、图4b分别为压缩感知提高分辨率处理前后的剖面，可以看出，目的层（红框内）分辨率明显提高。图4c为压缩感知提高分辨率处理前后的频谱，可以看出，应用压缩感知提高分辨率处理后，优势频带达0～87 Hz（图4c中兰色曲线），较应用压缩感知提高分辨率处理前（图4c中红色曲线）拓宽了约20 Hz，主频提高约10 Hz，达到44 Hz左右。图4d为压缩感知提高分辨率处理后与Yb井合成记录的对比，两者吻合较好（相关系数达0.85以上）。

图4 压缩感知提高分辨率前（a）后（b）剖面及频谱（c）、提高分辨率处理后与合成记录对比（d）

2 应用效果分析

图5为常规处理成果与新处理成果过Yc和Yb井连井剖面对比，可以清楚地看出，以往常规处理成果分辨率低，台缘相带内仅能看出厚度变化，吴家坪组底界及茅三段滩底反射不清，层位追踪及地震相刻画均存在多解性，在地层增厚的台缘相带内，地震波组特征变化不明显，难以开展地震相精细刻画（图5a所示，图中拉平了茅三段底层位）。新处理成果分辨率明显提高，地震相刻画清楚，其中，茅三段台缘相带内可分为三类地震相（图5b所示，图中拉平了茅三段底层位）：第一类为丘滩微相，厚度最厚，外形呈丘形，内部为复波响应特征（图5b红色区）；第二类为滩间微相，厚度最薄，为低频强峰、强谷反射特征（图5b绿色区）；第三类为浅滩微相，厚度居中，为相对低频中强波峰、波谷反射特征（图5b黄色区）。吴一段台缘相带内可分为两类地震相：第一类为滩核微相，厚度最厚，吴二段底及吴一段内部均为弱波峰反射（图5b红色区）；第二类为滩缘微相，吴二段底为相对弱波峰、吴一段内部相对弱波谷反射特征（图5b黄色区）。

图5 过Yc和Yb井连井剖面常规处理成果与新处理成果

图6为以往常规处理成果波阻抗反演与新成果波阻抗反演剖面，前者只能反映吴一段为低阻抗特征，难以识别吴一段薄储层（图6a红色区），茅三段台缘相带内为高阻抗特征，内部细节不清（图6a蓝色区），后者分辨率得到大幅提升，吴一段两套薄储层均可有效识别（图6b中蓝色箭头所示），茅三段滩相细节刻画清楚（图6b蓝色区）。元坝地区茅三段-吴一段浅滩储层叠合了岩溶作用的改造，寻找岩溶目标也是提高分辨率处理攻关的重点之一。图7为以往常规处理成果与新处理成果岩溶特征对比剖面，前者岩溶特征不明显（图7a），而后者岩溶形成的溶沟清晰可见（图7b中红箭头所指位置）。