高保真高分辨率地震处理技术在塔河油田的应用

2024-01-14刁新东田磊磊曾天玖

录井工程 2023年4期

曹飞邓锋孙力刁新东田磊磊曾天玖

（①中石化西北油田分公司勘探开发研究院；②中国石油东方地球物理公司研究院大港分院）

0 引言

塔河油田东部地区位于新疆维吾尔自治区库车县和轮台县境内，地处天山南麓、塔里木盆地北部的塔里木河流域。构造上位于阿克库勒凸起东南斜坡带，储集岩有碳酸盐岩和碎屑岩两种，其中碎屑岩储层主要集中于中-上三叠统、下石炭统。下石炭统储层为海陆过渡相沉积，潮坪环境发育多套潮道砂体，纵向砂体呈砂泥薄互层沉积，平面相变快，埋藏深，薄储层预测困难[1-5]。由于原始地震资料静校正问题较严重，噪声发育，同时地下构造特征复杂，以往地震资料处理成果存在相对振幅保持较差、信噪比和分辨率较低、成像精度不足、区间能量差异大且不均衡等问题，对于该区主要目的层奥陶系风化面及缝洞型储层而言，石炭系地震分辨率低、信噪比低，层间反射特征不清楚，储层响应特征被淹没，层序划分及小层对比难度大，无法满足薄储层描述的需求[6-8]。

高保真高分辨率（简称“双高”）地震资料处理是指在保护地震波特征不受破坏的基础上提高资料分辨率的处理，为地震储层预测及油气检测奠定可靠的资料基础。因此“双高”地震资料处理是面向储层的目标处理。本文针对该区石炭系碎屑岩油藏勘探和开发面临的难题，开展了“双高”地震处理技术研究，为该地区基于石炭系碎屑岩储层目标的“双高”处理提供了系列技术方案。

1 高保真处理技术

1.1 高精度静校正

研究区内地形较为平坦，地表海拔高程变化在910～950 m 之间。大部分地区土壤表层被风沙土覆盖，地表土壤类型主要有沙漠、碱地及少量农田地。通过全区793 口微测井资料分析发现，全区低速层速度一般在340～830 m/s 之间，高速层速度一般为1525～2600 m/s，低降速带总厚度为2～14 m，总体趋势南厚北薄，潜水面比较稳定，静校正问题比较突出。

高精度静校正处理是“双高”地震资料处理的重要基础，具体是指消除静校正问题对目的层成像的影响，进一步保真了低幅度构造和储层成像精度要求。本次重点研究微测井约束初至层析静校正技术。

层析静校正是将复杂的地表地质模型进行网格化，并假设网格内介质稳定不变，利用网格法进行射线正演，获得表层速度模型[9]。可用下式描述：

式中：t为地震波从震源点s到接收点r的旅行时；S（x，z）为地下介质的慢度函数，即速度函数v（x，z）的倒数，dl为射线路径的微分。

地震波的走时是对介质慢度函数沿射线路径的走时积分，射线的路径与介质的慢度函数S（x，z）和波的类型有关。

通过人工智能初至拾取技术实现了海量地震数据工业化初至拾取，不仅使初至拾取的准确性和一致性进一步改善，而且拾取效率也得到大幅提高。图1是微测井约束初至层析静校正流程。表层速度反演过程中，充分利用表层调查微测井信息约束，解决地表附近照明不足所引起的反演精度低的问题，同时结合大炮初至的信息，包括直达波（均匀介质）、折射波（层状介质）、回折波（连续介质）信息，建立高精度近地表速度模型。该方法适用于各种复杂地表条件，理论上能够可靠地反演近地表速度-深度模型，解决复杂地表的静校正问题，同时为叠前深度偏移速度建模提供较准确的浅表层模型[10]。

1.2 保真叠前噪声压制

叠前噪声压制处理中，为在不同数据域逐步压制噪音，提高保幅性，优先试验噪声模拟与自适应衰减的去噪技术，保护低频及高频端有效信号，保真提高信噪比；遵循由强至弱和由规则噪声到非规则噪声逐步压制的原则；在解决好静校正问题的基础上压制规则噪声，在噪声压制过程中与振幅补偿迭代进行[11]。针对本区规则线性噪声速度分布范围较大、异常振幅能量强、随机噪声突出的噪声发育特征，制定了具有针对性的分区域保真叠前噪声压制处理流程（图2）。

保真叠前噪声压制技术中，以K-L 变换线性噪声压制为例，其是对多道信号的协方差矩阵的奇异值分解（SVD），是一种正演变换去噪方法。该技术充分考虑面波频率范围低、视速度低、能量强、同相轴表现大致为线性等特征，利用频带分解、K-L 变换本征滤波、自适应衰减3项关键技术，消除面波和线性噪声，同时最大程度地保护有效信号[12]。

智能视频监控系统主要包括：图像获取，图像预处理，人脸定位以及人脸遮挡判别。利用改进的YOLO模型首先回归出人脸的位置，避免了传统的手工提取人脸特征的高耗时低精度的弊端，利用此优点预先定位出需要判别是否遮挡的人脸区域，排除复杂背景的影响，降低了误检率，也提高了利用DLIB进行人脸68个特征点检测的速率与精度，当人脸有遮挡时，则提示“异常人脸，禁止操作”。本文的遮挡人脸判别流程如下图1所示。

1.3 相对振幅保持处理

研究区石炭系储层非均质性强，岩性特征发育，故对地震资料的振幅保真度要求较高。因为原始地震资料纵向能量吸收衰减很快，横向振幅差异较大，不同相邻三维地震资料覆盖次数差异大，所以需要采用振幅恢复和基于覆盖次数振幅均衡处理技术来解决相对振幅保持问题。（1）振幅恢复是指对激发接收差异、波场传播引起的振幅衰减的补偿，采用球面扩散补偿、地表一致性补偿为代表的补偿方法，解决非地层因素带来的振幅差异，地表一致性振幅补偿统计时窗选取横向稳定的反射层位，选择较大时窗，保护局部地质现象变化引起的异常[13]；（2）基于覆盖次数振幅均衡处理，首先在非归一化叠加数据体上求取振幅加权因子，再将其应用到最终共中心点（CMP）道集上进行叠前偏移处理。

2 高分辨率处理技术

2.1 近地表Q 补偿

Q值是一个表征岩石特性的参数，是储能和耗散能的比率，描述不同频率的地震波在粘弹性介质中的衰减，直接影响地震信号的相位和分辨率。Q值越大，表示衰减越小；反之，Q值越小，表示衰减越严重。表层Q值范围在1～20 之间，其空间上厚度变化直接影响地震波在振幅、频率、相位上的差异，影响目的层真实的物性参数[14]。处理过程中，利用微测井和反演的表层速度资料来估算表层Q因子，建立表层Q模型。最后通过在炮域、检波域传播路径上的补偿，消除表层低降速带变化对地震波振幅、频率、相位造成的差异[15]。

如图3a 和图3b 所示，Q补偿后单炮数据分辨率提高，横向一致性得到改善。由图3c中Q补偿前后单炮频谱对比可见：Q补偿后消除了近地表低降速带吸收衰减引起的高频损失，高频端能量恢复明显，拓宽了频带，提高了地震资料的分辨率。

图3 近地表Q补偿前后单炮及频谱对比

2.2 低频补偿

不同频率范围的地震子波，当高频范围不变时，随着低频成分的增加，子波旁瓣减小，分辨率提高，可见低频对提高分辨率举足轻重。基于数据驱动的自适应低频补偿技术以地震数据子波估计为基础[16]，如图4 所示，通过估算研究区地震数据低频补偿前后叠加及其频谱对比可见，低频得到明显拓宽，达到补偿地震数据低频信号的目的。该方法不会改变地震数据中信号（即反射系数序列）的频谱形态，在理论上远优于谱白化方法。整个补偿过程是完全数据驱动、自适应的，不需要人工干预，具有较好的数据适应性。

图4 地震资料低频补偿前后叠加剖面及频谱对比

2.3 井约束反褶积

利用地震资料主频、频宽、合成记录标定等方法确定最优的处理流程和参数。如图5 所示，在地表一致性反褶积基础上，通过不同预测步长的反褶积结果与预期频宽和主频的合成记录进行标定，求取二者互相关值，进而确定最佳的预测反褶积步长参数。应用预测反褶积处理技术对地震子波旁瓣进一步压缩，在保证信噪比的前提下合理提高分辨率。

图5 不同预测步长反褶积结果与期望合成记录标定的互相关

2.4 粘弹性Q 偏移

常规偏移方法是假设地下介质为声波或弹性波介质，不考虑地层介质的吸收衰减效应，然而地下的地层介质并非完全弹性介质，并且由于地层中存在流体，地震波在通过实际地下介质进行传播过程中会发生衰减，导致波形振幅能量减弱、相位发生变化，使用常规偏移方法对实际地震数据进行成像，结果可能不准确。例如：反射轴偏离实际位置、相对振幅关系不准确，并且会对AVO/AVA 分析产生不利影响，同时成像结果的分辨率也较低。粘弹性Q偏移技术在偏移过程中进行吸收衰减的补偿，可以保证偏移能量更加聚焦，在一定程度上可以提高成像结果的准确性、精度和分辨率。

式中：fp为t时刻的信号峰值频率，Hz；fp0为未经吸收的信号峰值频率，Hz。

通过资料估计得到的有效Q场被定义为观察值，Q层析即为通过比较有效Q场的观察值和模拟值的差异来估算层间Q场的修正量的过程。Q层析基本公式如下：

如图6 所示，由于振幅吸收随偏移距的变化受射线路径、地层速度和地层Q吸收因子的影响，Q偏移在成像过程中补偿地层吸收的影响，恢复地层的真实AVO 响应，可以提高成像分辨率。该区应用粘弹性Q偏移后，石炭系分辨率得到显著提高，尤其在保持低频的前提下高频端的能量得到合理补偿，拓宽了频带，提高了目的层分辨率。

图6 Q叠前深度偏移效果

3 应用效果

通过石炭系碎屑岩“双高”处理技术攻关，取得了较好的应用效果。如图7 所示，与早期处理成果剖面对比，本次“双高”处理成果取得明显改进：地震剖面波组特征明显，地层接触关系清晰。如剖面右侧红箭头所指位置，“双高”处理成果波组层次分明，成像清晰、精细、连续性好，使断层成像改善，断面清晰干脆。A 井右侧断层成像更加清晰（黑色虚线处），具体表现为断层两侧地震同向轴错断、产状变化和振幅差异更为明显，具有较好保幅性，油气层地震响应明显。A井卡拉沙依组油层（oil 标识）表现为更明显的低频强振幅地震反射特征（井旁红色箭头所指），井震吻合性更好。此外，由平面振幅属性对比可见，目的层河道砂体分布边界清晰，含油气砂体强振幅地震响应特征明显，表明本次“双高”处理地震成果具有较好保幅性。