文昌A油田叠前道集优化处理技术研究

隋 波 苏 云 邓 盾 徐 伟 李轶彬 唐 娟

(1. 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057；2. 中国石油化工股份有限公司中原油田分公司物探研究院地震资料处理研究所 河南郑州 450046)

随着勘探对象从常规储层向复杂储层拓展，基于叠后地震数据的反演技术很难开展复杂储层精细描述，例如对于深层低孔低渗储集层，由于储层与围岩之间波阻抗差异很小，依据叠后地震反演技术获得的波阻抗属性不易识别有利储层。针对复杂地质目标，利用叠前地震资料开展储层识别和流体预测，在油藏描述中的作用日益凸显，充分挖掘叠前地震资料的有用信息有利于提高储层预测的精度[1-2]。目前常规的地震资料处理仍以构造成像为主，常规地震资料处理后的共反射点道集(简称CRP道集)品质较难满足叠前反演技术应用的需求[3]，因为常规处理获得的叠前CRP道集不能真实地揭示地下介质的振幅随偏移距变化(Amplitude Variation with Offset,简称AVO)特征，会严重影响叠前反演精度和储层描述效果[4]。因此在进行AVO分析及叠前弹性参数反演之前，需要依据实际地震资料特点以及共反射点道集质量，采取以保持地震波运动学特征为核心的叠前道集优化处理[5-7]。

针对叠前CRP道集开展优化处理，近年来，国内外学者提出了许多优化处理的技术和算法。如对叠前CRP道集中存在的随机噪声，许自龙 等[8]提出了基于横向滑动的时空变小波阈值保真去噪方法，较好地保证了去噪过程中的保真性；针对叠前CRP道集中、远偏移距存在剩余时差问题，Gulunay N[9]等提出了一种基于道集同相轴横向追踪计算时移量的剩余时差校正方法，周鹏 等[10]提出了一种与剩余时差无关的绝对值互相关道集拉平方法，能较好的校平叠前地震道集，Hinkley等[11]提出了自动拉平道集技术，使得叠前道集更加水平，有利于AVO解释,程玉坤 等[12]采用高密度速度分析技术，实现了CRP道集无时差的叠加，等等[13-14]。刘力辉 等[15]总结出CRP道集与钻井不吻合的主要因素包括信噪比、分辨率、保真度和宽角度，并提出了“去噪-吸收补偿-提频-拉平校正”的组合方法，熊晓军 等[16]从提高AVO计算精度的角度出发，提出了“去噪-拉平-切除”组合优化方法。这些组合方法的提出避免了单一优化算法的不足，提升了道集优化质量。

本文在总结和分析前人研究的基础上，结合对海上三维叠前地震道集资料特征及其存在问题的认识，提出了有效稳定的“去噪-提频-谱平衡-剩余时差校正”组合的优化处理技术，该组合技术能有效解决叠前道集中存在随机噪声、分辨率不高、近远道频谱不匹配、同相轴剩余时差等问题，并在实际资料的应用取得了良好效果。

1 叠前道集品质分析

文昌A油田位于中国南海北部海域珠江口盆地珠三坳陷的琼海低凸起末端，构造上整体为一低幅度背斜构造。该区域储层横向变化快，详细的分布情况目前还不清楚，因此储层精细描述及刻画、落实“甜点”储层，成为制约该油田开发调整的瓶颈问题。

通过已钻井地质统计分析，Z组为潮坪沉积，岩性以中细砂岩为主，储层为中孔低渗类储集层，储集层地球物理特征整体表现为高纵波速度、低密度及低阻抗特征，但砂岩与泥岩在纵波速度与纵波阻抗上存在较大范围重叠，通过精细岩石物理分析，该区对岩性敏感的地球物理参数有密度、纵横波速度比、泊松比等参数(图1)，因此利用叠后阻抗及叠后属性很难对有效砂岩进行精细刻画，需要开展叠前反演，以获得对岩性敏感的弹性参数。

图1 文昌A油田Z-1段岩石物理分析Fig.1 Petrophysical analysis of Z-1 section in Wenchang A oilfield

该区1996年进行了三维地震资料采集，采集面元25.0 m×12.5 m，2006年对该资料进行叠前时间偏移重新处理，处理后的地震资料在Z组主频为35 Hz,频带宽度为70 Hz左右。从叠前反演使用的叠前CRP道集上来看(图2)，叠前道集存在几个方面的问题：①信噪比问题，CRP道集中虽然没有明显的规则干扰，但存在较强的随机噪声；②分辨率问题，通过已知井标定证实，Z-1段整体地震反射特征为“三峰三谷”，但从过井CRP道集上，该段地震反射不清晰，在远偏移距出现“复波”反射结构(图2红色箭头)；③远、近道频率不匹配的问题，在常规动校正处理中，由于动校拉伸的原因(图2蓝色箭头)，在远偏移距处的最大频率相对于近偏移距处的最大频率，差异较大；④剩余时差问题，在远偏移距同相轴出现“抖动”现象(图2绿色箭头)。

图2 文昌A油田过重点探井CRP道集Fig.2 CRP gather through key exploration well in Wenchang A oilfiled

从目的层入射角进行分析认为：文昌A油田CRP道集在Z组最大入射角能达到42°,这为后续利用广角反射信息进行反演奠定了基础(图3)，那么在尽可能保持远偏移距信息(保证Z组最大入射角能超过40°)前提下，开展CRP道集优化处理成为本次优化处理的关键。结合CRP道集中存在的问题以及对宽角度的需求，本文提出了“去噪-提频-谱平衡-时差校正”的组合方法对CRP道集进行优化。

图3 文昌A油田不同构造部位CRP道集Z组入射角分析Fig.3 Analysis of incident angle of CRP gather group Z in different structural parts of Wenchang A oilfield

2 叠前道集优化处理及效果

2.1 随机噪声衰减

目前存在很多算法能有效去除随机噪声，如CRP道集滚动叠加形成超道集去噪、中值滤波、多项式拟合等。本文使用三维随机噪声衰减(RNA-3D)方法进行压制，该技术能在去噪的同时不改变道集振幅相对强弱关系，减少振幅畸变，能保证储层AVO特征不产生畸变。该方法充分利用地震数据在空间和时间上分布的规律性，在频率、空间(ω，X)域中，假设地震有效信号是可预测的，而噪声是不可预测的，利用维纳预测滤波方法，获取有效信号的最小平方近似解。该方法具体步骤是：首先设定某一时窗，应用傅氏变换将地震数据从时间域转换到频率域，然后在频率域用RNA-3D对每一个频率利用维纳预测滤波方法，获得有效信号，当一个时窗内所有频率计算后，相邻时窗的数据根据主测线和联络线的重置参数进行混叠，然后再进行反傅里叶变换，就得到随机噪声压制后的结果[17]。

从处理前、后CRP道集对比来看，经过去噪后，近、远偏移距中的随机噪声得到了较好的压制，Z-1段反射同相轴更加连续(图4b中红色箭头)。同时对比Z-1段上部油层顶界面AVO特征曲线(图5)，去噪后AVO特征曲线(图5红色圆点)与拟合的AVO特征曲线(图5红色实线)误差更小，且去噪前、后的AVO曲线特征均表现为振幅随偏移距增大而减小，这也证实该去噪方法能较好的保持振幅与偏移距的相对关系。

图4 文昌A油田去噪前、后叠前道集对比Fig.4 Comparison of CRP gathers before and after denoising in Wenchang A oilfield

图5 文昌A油田去噪前后Z-1段油层顶部AVO曲线Fig.5 AVO curve at the top of Z-1 oil layer before and after denoising in Wenchang A oilfield

2.2 提高分辨率处理

目前提高地震资料分辨率处理技术主要有反褶积法、反Q滤波法、谱白化处理法、分频补偿类方法，这些类方法在不同地区的地震资料提高分辨率处理中均取得了较好效果[18]。其中谱白化是在假设反射系数序列在全频带内其谱值都是1基础上，不改变信号相位，将反褶积后的地震道分解成许多频带比较窄的分量，再分别对分解后的各个分量的振幅进行均衡处理，通过均衡处理后的每个分量重新组合，从而得到谱白化后的地震道，达到拓展频带的目的。其方法简便高效。但谱白化方法以傅里叶变换为理论基础，从整体频率出发进行补偿，因此其无法刻画时域和频域的细节部分，局部的信息得不到有效均衡，难以提高信号局部分辨率。基于此，本文将时频分析方法与谱白化方法进行联合，首先利用希尔伯特-黄变换对地震数据进行分解，获得不同尺度的固有模态函数(IMF)，求取信号的瞬时振幅和瞬时相位，从而得到地震信号的Hilbert时频谱，然后对不同尺度的IMF分量设计白化滤波器进行谱均衡处理，求得谱白化后的时频谱，最后由处理后的瞬时振幅和原瞬时相位结合，形成新的固有模态分量，重构信号以达到提高分辨率的目的，该方法既能整体提升资料频带宽度，又能改善信号局部的分辨率。

从处理前、后道集对比来看(图6)，经过CRP道集提频后，在Z-1段恢复到“三峰三谷”反射结构特征(图6b蓝色方框内)，与实际钻井合成记录完全吻合。此外，从Z组频谱曲线对比来看，提频前CRP道集主频35 Hz，频宽为3～75 Hz，提频后CRP道集主频为43 Hz，频宽展宽为3～81 Hz，达到了“保持低频、提高主频、展宽频带”的提高资料分辨率的要求(图7)。

图6 文昌A油田提高分辨率处理前、后CRP道集Fig.6 CRP gathers before and after resolution improvement processing in Wenchang A oilfield

图7 文昌A油田提高分辨率处理前、后Z组频谱曲线Fig.7 Spectrum curve of group Z before and after resolution improvement processing in Wenchang A oilfield

2.3 谱平衡处理

地震资料动校正处理会使远偏移距地震波形发生拉伸，导致远偏移距主频偏低，远、近偏移距之间频率不匹配[19]。基于此，本文先对道集进行基于Gabor变换的时频分析，以近偏移距道集作为标准道，补偿远偏移距道集高频能量，该方法简单易操作，也能较好解决远偏移距由于动校正而产生的拉伸现象，充分保持了大角度信息，提高叠前道集的连续性及信噪比，同时也并未破坏远、近偏移距的振幅关系，保持AVO特征。

从谱平衡前、后CRP道集对比来看(图8)，经过谱平衡处理前、后的道集在信噪比和分辨率上无明显的改变。同时从目的层不同偏移距最大频率曲线(不同偏移距地震道在目的层段有效频宽中的最高频率)对比来看，未开展谱平衡处理前在偏移距1 400 m处最大频率开始衰减，到最大偏移距时最大频率降低到45Hz,经过谱平衡处理后，中、远偏移距最大频率值得到提升，最大偏移距的最大频率提升到55 Hz，降低了与近偏移距最大频率的差异(图9)。

图8 文昌A油田谱平衡处理前、后CRP道集Fig.8 CRP gather before and after spectral balance processing in Wenchang A oilfield

图9 文昌A油田谱平衡处理前、后CRP道集Z组偏移距与最大频率曲线Fig.9 Offset versus maximum frequency curve of CRP gather of group Z before and after spectrum balance processing in Wenchang A oilfield

2.4 剩余时差校正

叠前CRP道集出现同相轴不平或“抖动”的主要原因就是道集中存在剩余时差，剩余时差主要来源3个方面，一是动校正方法本身具有一定局限性；二是动校正速度存在误差；三是薄互调谐及子波拉伸等因素，经分析，速度误差是造成CRP道集同相轴不平的关键因素[20]。目前常见的剩余时差校正方法是波形匹配法，该方法对给定时窗内各叠加道与近中道求相关获得相对于零偏移距的时移量，并按照剩余时移量理论有选择的进行修正，从而将道集拉平，该方法不需要速度信息，但可能会导致出现不合理的时移量，造成校正的地震同相轴出现不合理的拉伸或压缩(图10b红色箭头)。基于此，本文采用了一种移动积分拉平算法进行剩余时差校正。该方法主要包括4个基本步骤：①计算相邻道拉平量；②生成一个局部拉平叠加道集；③利用局部拉平叠加道集再次计算相邻道的拉平量；④选择近道“叠加道”，实施移动积分拉平，拉平整个道集。从应用结果来看,经过移动积分拉平算法剩余时差校正后，Z组顶部标志层同相轴水平，远偏移距无明显的剩余时差(图10c蓝色箭头)，且在中、远偏移距并未引起振幅的畸变，整体AVO特征保持良好。

图10 文昌A油田剩余时差校正前前后CRP道集对比Fig.10 Comparison of CRP gathers before and after residual moveout correction in Wenchang A oilfield

2.5 应用效果

针对文昌A油田叠前CRP道集中存在的问题，采用“去噪-提频-谱平衡-时差校正”的组合方法对CRP道集进行优化，获得了高信噪比、高分辨率、高保真度及中远偏移距无剩余时差的CRP道集，在此CRP道集基础上，开展叠前反演，获得纵横波速度比参数，并依据岩石物理分析结果(图1)，设定Vp/Vs小于1.73作为砂、泥岩识别的门限值，获得了该区重点砂组(图11，红-黄色代表中高孔砂岩，蓝色代表泥岩)。

该区钻井证实A井、B井在该砂组砂体是连通的，均为砂坪沉积环境沉积时的砂体，但通过原始道集获得的高孔砂岩平面图来看，在已钻井区砂体横向连通性较差，呈零星状分布；而通过道集优化处理后获得的高孔砂岩平面图来看，砂体横向连通性较好，这与已钻井揭示的地质特征相吻合，同时从图11b中可以看出在断层F上升盘砂体也较为发育，与下降盘的砂体属于同一套砂体，后期钻井也证实了该结果。

3 结论

1) 常规处理获得的CRP道集直接开展叠前反演，其结果与井吻合程度较低，不能满足精细勘探与开发的需求，因此提出“去噪-提频-谱平衡-时差校正”组合的叠前CRP优化处理技术，并通过在文昌A油田的实际应用验证了该组合优化处理技术的有效性。

2) 采用RNA-3D随机噪声压制技术能提高CRP道集的分辨率；采用的时频分析与谱白化融合提频技术既能整体提升资料频带宽度，又能改善信号局部的分辨率；采用的谱平衡技术可以解决动校拉伸引起的中远偏移距频率降低的现象；采用的移动积分剩余时差校正技术，能够有效解决道集同相不平的问题，同时也不会引起振幅畸变，该方法能适应道集不平的各种情况。