三步法提高地震分辨率处理技术在鄂尔多斯盆地苏东南地区薄砂体识别中的应用

潘海娣 吕健飞 陈 娟 耿利强 张凯旋

（1. 北京奥能恒业能源技术有限公司， 北京 100083； 2. 中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司， 陕西西安 710018）

0 引 言

近几年来， 国内诸多学者对地震资料高分辨率处理技术进行了研究。 赵岩等［1］提出基于衰减补偿的地震资料高分辨率处理方法， 采用了反Q滤波和Wiener 反褶积压缩子波来提高地震资料的分辨率， 但Wiener 反褶积难以满足薄储层识别的应用需求。 李曙光等［2］研究了几种提高地震资料分辨率的方法， 指出在提高分辨率的结果基础上如果需要用来进行属性分析、 储层预测， 则可以使用反Q滤波， 应用反Q滤波后的地震剖面频带范围很宽， 提升高频能量的同时， 低频部分的能量没有受到明显的压制。 经以上两位学者试验论证， 反Q滤波能在保护低频能量的同时提升高频的能量。 曹思远等［3］研究了高分辨率地震资料处理技术， 指出高分辨率地震资料处理中， 更应注重低频信息的保护和恢复。 吴大奎等［4］对叠后地震资料井控高分辨率处理方法进行了研究， 提出了井震联合叠加地震资料的新方法， 使得高分辨率处理成果在精度和准确性上都取得了显著的提升。 刁瑞［5］对提高地震分辨率处理效果进行了定量评价。 综合前人的一些研究方法和理论， 本文选取叠前叠后处理技术相组合的方式， 提高资料的分辨率， 使新处理的资料满足薄砂体识别的应用要求， 并对新成果资料进行定量评价， 确保新成果准确， 为研究区井位部署提供支撑。

1 工区概况

本次研究工区为苏里格气田的东南部陕18 井区， 区域构造位置处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中北部。 研究区主要目的层是中二叠统下石盒子组盒八段与下二叠统山西组山一段砂岩， 整体属于低丰度、 低渗、 低压气藏， 气藏分布受构造影响不明显。 区内盒八段、 山一段地层基本呈近南北向展布， 总体从北向南地层逐渐变厚； 盒八段地层厚度为39～80 m， 平均64.1 m； 山一段地层厚度为32～68 m， 平均49.5 m。 盒八段、 山一段气藏按圈闭成因类型划分属于岩性气藏， 储层的分布受砂体展布和物性的控制， 属于无明显边、 底水的定容弹性驱动气藏； 按压力（24.6～29.1 MPa） 划分， 平均27.8 MPa， 平均压力系数0.89， 属于正常压力系统； 按储层物性划分盒八段平均有效孔隙度为9.6%， 平均渗透率为0.73×10-3μm2， 山一段平均有效孔隙度8.1%， 平均渗透率0.46×10-3μm2， 确定该区为低孔、 低渗型气藏。 盒八下段气层主力优势明显， 适合水平井开发， 效果明显优于直井。 由于本区主要含气层段山一段和盒八段的储集砂体纵向上多期叠置、 横向上复合连片， 前期地震资料的储层与含气预测的成果达不到目前开发对预测精度的要求。 为此， 制定了3 项处理措施： 采用叠前反Q补偿技术、 炮检域反褶积和叠后压缩感知拓频技术串联的处理方法， 来有效拓宽资料频带， 提高资料的分辨率。

2 三步法提高分辨率处理技术

针对苏东南地区薄砂体的识别， 提出的三步法提高分辨率处理技术， 具体实现过程是： 叠前在静校正和保幅综合去噪后的炮集数据， 首先应用叠前反Q补偿技术补偿地层的吸收衰减效应； 然后应用炮检域反褶积技术压缩地震子波， 改善资料波组一致性特征； 最后在叠后数据体上再应用压缩感知拓频技术， 进一步展宽频带， 提高地震资料纵向分辨率。 在实际的地震资料应用中见到了较好识别效果， 这对于同类地区薄砂体地震识别提供了技术支撑。 高分辨的处理流程如图1 所示。

2.1 叠前反Q 补偿技术

地震波高频衰减现象通常情况下都可以观察到。Q值测量的就是地震波随传播距离的变化而引起的不同频率成分信号能量（振幅） 的变化。 地震波波场在沿地层向下传播的过程中， 可以在井眼中通过检波器对波场数据采样。 苏东南工区内有5口双井微测井， 利用双井微测井估算近地表的Q值［6-7］， 采用叠前反Q补偿技术对地表变化大造成的高频衰减进行补偿［8］。

叠前反Q补偿技术的方法为改进的峰值频率频移法。 即任选一炮， 通过高速层的速度和经验公式求高速层Q， 通过高速层Q值求激发主频值， 再根据表层传播路径计算表层Q值。 经验公式为

式中vp——所选炮的纵波速度， km／s； 参数α取值2.2。

由峰值频谱频移法估算近地表Q值公式， 得

式中：Q1、Q2——所选炮所在深度界面以下、 以上地层的品质因子；t1——所选炮震源子波到达井底检波器的走时， s；t2——所选炮震源子波到达井底检波器和地面检波器的走时， s；f1——井底检波器记录地震初至信号的峰值频率， Hz；f2——地面检波器记录地震初至信号的峰值频率， Hz；fm2——所选炮震源子波的峰值频率， Hz。

相邻的炮也有相同的公式， 计算所有相邻的炮点， 便可求得所有界面到地面直接的绝对Q值。

此算法的特点是： 在计算高速层Q时借助速度与Q之间的经验公式， 大大简化了计算方法。由于计算一个Q值只需要一炮数据， 因此在计算时可选多炮数据计算多个表层Q值， 通过求平均值的方法来减小计算误差。

利用工区内的5 口双井微测井， 应用频移法求取表层Q值。 图2 是计算得到的近地表Q模型；图3 为Q补偿前后叠加剖面对比，Q应用后， 有效补偿了太原组底以上工区目的层地层缺失的高频响应， 盒八段地层纵向分辨率提升。 有利于后期进一步拓宽频带， 进行砂体刻画。

2.2 炮检域反褶积技术

反褶积是地震资料处理的一个重要环节。 地表一致性反褶积可以很好地解决因地表差异造成的一致性问题， 由于抗干扰能力强， 有效解决了炮点和接收点的真相位对应问题。 地表一致性反褶积不仅具有压缩子波， 提高资料分辨率的能力［9-18］， 更重要的是能消除激发、接收条件变化等因素所造成的波形差异，起到子波整形、改善子波一致性的作用。

炮检域反褶积目的： 首先是提高分辨率； 其次是消除激发点产生的虚反射； 最终达到压缩子波，使子波一致性改善明显， 同时资料的信噪比不遭到破坏的目的。 为满足盒八段与山一段高分辨、 识别薄砂体的需求， 再次展宽频带， 且不降低信噪比，在炮域反褶积的基础上再串联应用检波域反褶积进一步提高叠前资料的分辨率。 共检波点域反褶积的目的和共炮点域反褶积一样， 也是消除接受点的虚反射和提高最终成像的分辨率。 此反褶积算法主要特点是在频率域求取多道时窗的自相关、 互相关函数， 进一步压缩子波旁瓣， 提高分辨率。 炮检域反褶积消除了激发因素近地表非一致性的影响， 而检波域反褶积则进一步消除了地表接收因素引起的剩余鸣震的影响。

图4 是炮检域反褶积参数试验叠加剖面对比，预测步长16 ms 时， 目的层薄层可分辨。 图5 是检波域反褶积参数试验叠加剖面对比， 预测步长12 ms时， 子波进一步压缩， 叠加剖面目的层成像分辨率更高。 图6 是常规反褶积和炮检域反褶积剖面对比， 炮检域反褶积后的剖面分辨率明显比普通反褶积后的剖面分辨率高， 炮检域反褶积有效地改善盒八段和山一段内幕分辨率， 薄层成像清晰可见， 波组强弱变化分明。

2.3 压缩感知拓频技术

反褶积在一定程度上能压缩子波， 提高分辨率， 但同时又受到各种约束条件的限制， 其效果也会受到不同程度的压制， 使得反褶后的地震资料不能满足地震资料研究对高分辨率的要求。 为此， 在叠后采用了压缩感知拓频的新方法［19-20］， 解决了资料提高分辨率受限的问题， 达到了高低频补偿后， 地震资料高低频成分能量及纵向分辨率都能有效提高的效果， 使得拓频后的数据能够满足地震资料解释对高分辨率的需求。

压缩感知拓频有较高的保真性。 其原理是： 利用信号的稀疏特征， 把高维空间信号通过测量矩阵投影到一个低维空间中， 通过非线性重构来重建信号。 具体实现过程是： 首先， 通过理论推导构造基于压缩感知原理的求解地震反射系数的目标函数；然后， 采用快速迭代软阈值算法进行求解； 最后，将反射系数的高、 低频成分补偿给原始的地震记录， 最终得到高、 低频补偿后的地震记录。

图7 是压缩感知拓频前后的偏移剖面， 压缩感知拓频后的剖面在反褶积数据的基础上， 进一步拓宽盒八段和山一段频带， 且保持振幅相对关系， 目的层砂体成像更清晰， 分辨率更高， 砂层横向厚度变化造成的波组变化更明显。 从图8 压缩感知前后频谱对比看， 压缩感知拓频后主频提高到35 Hz，频宽展宽到4～80 Hz （-20 dB 对应频率范围）， 高频改善明显。 达到了地震资料研究对分辨率的要求。

3 应用效果

利用上述提高分辨率的处理方法组合，对苏东南地区陕18 井区三维地震资料进行了提高分辨率处理，取得了显著的效果。 地震数据在保真基础上有效提高分辨率并有效识别薄砂体，与井吻合度高。

图9 是应用本文提出的组合方法提高分辨率处理后的剖面对比， 提高分辨率处理后的剖面高频信息更丰富， 目的层盒八段砂体横向变化明显， 边界清晰， 有利于单砂体刻画。 通过对陕18 井区内32口井的盒八段与山一段顶、 底及内幕地层（深度为1 750～2 150 m） 界面的合成记录精细标定， 地震数据与井的吻合率达到90%左右（图10 是工区内有代表性的1 口井的合成记录与地震道相关度）， 说明应用该组合提高分辨率方法获得的地震资料保真保幅性好。

图11 为应用该方法处理得到的数据体对盒八段、 山一段内部河道砂体进行泥质质量分数反演预测的结果（色标显示， 泥质质量分数小于50%的暖色调为砂岩， 反之为泥岩）， 可以看出预测的砂体厚度与实钻井砂体厚度吻合度高， 能有效预测5 m以上的薄砂体（钻遇砂厚5 m）， 对10 m 以上的厚层河道砂体的预测效果更为理想。 预测剖面显示， 纵向上对井钻遇的河道砂体分辨能力高， 横向上井间河道砂体厚度变化特征清楚， 很好地表征了该区河道砂体的厚度与空间展布规律。 以该方法处理得到的数据体为基础的河道砂体反演预测结果有力的支撑了油田生产单位的水平井井组部署工作，前后共支撑完成G14-6、 G15-6 等8 个井组、 22 口水平井地震复查工作。

4 结束语

针对盒八下段砂体薄、 横向变化快的特点， 总结出三步法提高分辨率处理技术， 第1 步采用叠前Q补偿技术恢复在传播过程中造成的高频衰减， 有效恢复高频信息在地震资料中的真实相应； 第2 步利用炮检域反褶积技术对子波进行处理， 改善子波横向一致性， 压缩子波， 消除旁瓣影响， 提高主频； 第3 步通过压缩感知拓频技术对资料进行拓频处理， 拓宽资料有效频带。 该组合方法有效拓宽了盒八下段的分辨率， 主频达到35 Hz， 有效频宽达到4～80 Hz， 准确预测砂体厚度， 精细刻画砂体平面展布特征， 为苏东南地区盒八下段水平井部署提供有力支撑。 此技术组合在鄂尔多斯盆地类似目的层具有一定的推广意义。