川中地區北斜坡二疊系碳酸鹽巖儲層弱反射信號處理技術

何宗強 何青林 韓 嵩 曾 鳴 劉曉兵 戴雋成 屠志慧 孔令霞

中國石油西南油氣田公司勘探開發研究院

0 引言

碳酸鹽巖儲層的主要特點是埋藏深、縫洞發育、非均質性強，較碎屑巖儲層更復雜。受成巖后期的白云化和溶蝕等次生作用以及構造運動控制，其內幕具有斷續、弱能量的地震反射特征。儲層與上下圍巖的波阻抗差異小，難以形成強的反射界面，造成儲層的地震響應弱，影響儲層預測成功率。這給深層碳酸鹽巖儲層地震勘探造成很大的困擾。

國內對碳酸鹽巖儲層的研究也比較多，但大都注重解釋[1-2]，對資料處理研究得不多[3-4]，主要集中在去噪、反Q濾波和偏移上[5-7]。2018 年，周衍[8]運用穩定化反Q濾波方法對塔河、塔中地區的三維地震資料進行了提高分辨率處理；張波[9]等在遼河雷家地區湖相碳酸鹽巖勘探中，應用獨立同步掃描鄰炮干擾壓制、聚束濾波多次波衰減、混合震源資料匹配、地表一致性反褶積、零相位反褶積、經驗模態分解高分辨率處理等技術對碳酸鹽巖儲層地震資料進行了處理研究；2019 年，戴曉峰[10]等在四川盆地安岳氣田燈影組的優質儲層研究中運用了深層弱信號恢復處理技術。這些處理技術的運用在一定程度上對深層碳酸鹽巖弱反射信號的恢復和保護起到了較好的作用，并為深層碳酸鹽巖儲層油氣勘探提供了一定的技術支撐。但依然存在一些不足：①采用傳統的去噪技術對信號的保真度不夠。②雖然深層弱反射信號的恢復都采用了Q補償處理，但對Q場的合理性沒有進行深入探討，而且對Q補償的算法也沒有進行比選。③對偏移疊加方法和疊后拓頻保真問題沒有進行太多研究，這直接影響了儲層預測的成功率。

通過對大量文獻資料的分析和在四川盆地北斜坡地震資料（目的層二疊系）的大量處理實踐研究，筆者認為，深層碳酸鹽巖資料處理的關鍵點是：①在信號處理中如何盡量保護來自深層的弱反射信號，提高深層地震資料的信噪比；②如何求取比較準確的三維Q場數據體、采用什么Q補償方法來對深層弱反射信號進行恢復；③對疊后資料處理采用什么技術，才能既拓寬頻帶，又能讓信號保真，突出儲層亮點顯示。圍繞上述目標，筆者分別采取了以下針對措施：①在去噪處理中盡量保護來自深層的弱反射信號；②采用處理層速度數據體，獲取地下Q體數據，并進行波動方程Q吸收補償處理；③疊后采用優勢道集疊加，并采用子波整形的保真拓頻技術對疊后資料進行拓寬頻帶，突出薄層氣藏顯示，結合地質認識綜合判斷儲層的準確位置，滿足儲層精細預測的需求。

1 深層弱反射信號處理

川中北斜坡地區中二疊統茅口組發育沉積型臺緣帶控制的灘相孔隙型白云巖儲層，近期在該地區完鉆探井6 口、開發井2 口，相繼有5 口井測試獲超百萬方工業氣流，展示了該套儲層巨大的勘探潛力。茅口組白云巖儲層具有埋藏深、與圍巖阻抗差異小、反射信號微弱等特點，造成地震預測困難。因此，筆者從深層儲層弱反射信號的保護、恢復以及疊后資料處理3 個關鍵點入手，進行了重點處理步驟攻關研究。

1.1 保真去噪

規則噪音的壓制較為簡單，即先預測，然后再直接從原始記錄中減去。目前的主流壓制技術是同時考慮頻率和空間分布特點的F-X濾波、F-K濾波、Tau P 變換域濾波等。這些濾波方法都是基于面波頻率和視速度特點來進行的，沒有考慮面波能量強弱的問題，不可避免地產生一些假頻，同時削弱了和面波頻帶重疊的有效波[11-12]。而 KL 變換本征濾波技術不但考慮了面波頻率低、視速度低的特點，還考慮了面波能量強的特點[13]。因此，筆者在川中北斜坡地震資料（目的層二疊系）的處理中采用了該技術，較好地消除了面波，而且最大限度地保護了有效信號。

在異常干擾去噪中，先用疊加速度把炮集數據拉平后再進行分頻去噪，這樣更利于噪聲的識別，最大限度地保護有效信號。去完異常噪聲后再用同樣的速度進行反動校還原雙曲線同相軸。

針對淺層近偏移距的強能量，用一般的異常干擾去噪方法很難去除干凈，而且容易損傷到有效信號。為此，筆者將強能量干擾三角帶數據分成若干個頻帶的數據，對每個頻帶數據的強干擾進行單獨壓制，然后再把各頻帶數據加起來得到干擾壓制后的數據。該方法很好地解決了淺層近偏移距的強能量剔除問題。筆者采用的保真去噪技術和常規去噪技術對比如表1 所示。

表1 去噪技術對比表

通過川中北斜坡地區單炮去噪新老技術效果對比（圖1），可以看出，保低頻保真去噪技術獲得的單炮保真度較高，深層弱信號的保留也更為完整。

圖1 去噪效果對比圖

去噪前后的振幅譜對比圖顯示，去噪后，除了低頻端因為去掉了低頻面波有所變化外，振幅譜并沒有什么變化（圖2a）；而去噪前后炮集數據的縱向振幅曲線顯示，去噪前后的振幅縱向相對關系保持得很好（圖2b）。充分說明本去噪技術很好地保留了原有信號的振幅、頻率信息。

從去噪剖面（圖3）對比可以看出，深層反射信號幾乎原封不動地保留了下來，保真度高，噪聲得到了最大程度的壓制。

圖3 去噪前后及噪聲水平疊加剖面對比圖

1.2 波動方程Q 吸收補償技術

大地吸收（Q濾波）使地震波產生能量衰減和速度頻散，導致接收到的地震信號頻帶變窄，地震縱向分辨率變低，同時由于吸收引起速度頻散造成地震波的相位差異，使井旁地震道和合成記錄產生時差。Q補償面臨兩個問題，一個是Q場的求取問題，一個是Q補償算法問題。關于Q值的求取問題，反射波振幅比值法和上升時間法精度最差[14-15]；頻譜比法和子波模型法較好[16-17]，但也存在不少問題。在一個點上求取Q值都存在這樣的困難，那在一個空間體上求取一個相對正確的Q場就更加困難了。筆者采用李慶忠的Q值計算經驗公式[18]，將地震資料處理得到的最終均方根速度轉換為層速度，進而轉換為時空變的Q場數據體。補償算法如下。

一維雙程波頻率域波動方程為：

式中P表示波場函數；z表示深度，m；ω表示角頻率，無量綱；k表示波數，無量綱。

將地震波吸收效應引入到方程（1），得到的解為：

式中T表示時間，s；r表示波長，m；Q表示吸收衰減品質因子，無量綱。

對所有這些單頻波求和可得到時間域的波場為：

根據得到的Q場，利用公式（2），（3），就可以對地震信號振幅和相位同時進行補償。在四川盆地北斜坡二疊系地震資料處理中，補償后深層能量和反射波相位都得到了明顯的改善（圖4）。

圖4 波動方程Q 補償前后剖面對比圖

1.3 優勢道集疊加

原始資料經過靜校正、保真去噪、地表一致性處理后，再進行克西霍夫疊前時間偏移，就得到共反射點道集，即CRP 道集。對CRP 道集進行疊加，就得到疊前時間偏移剖面。理論上，一個CRP 道集內各偏移距道都來自地下同一個反射點的信息，它們的振幅、頻率信息應該差別不大，這樣疊加起來信號應該更強，信噪比更高。而實際上，對于來自同一反射層同一反射點的信號，因為各偏移距信號所傳播的路徑完全不同，大偏移距的信號傳播的路徑遠，信號衰減比小偏移距信號多。另外，對于來自同一反射層的信號，具有AVO 響應，不同偏移距的反射信號強弱也不一樣，如圖5 中紅線位置所示。

圖5 PS2 井旁CRP 道集圖

對道集進行全偏移距和小中偏移距疊加對比（圖6）?？梢钥闯?，小中偏移距剖面上儲層亮點成像明顯，準確地預測了儲層位置。但在某些地區，優勢道集疊加還是沒有儲層響應，于是又在疊后資料上開發了保真拓頻技術。

圖6 過PS2 井優勢偏移距疊加剖面對比圖

1.4 疊后子波整形保真拓頻

1.4.1 子波提取

地震勘探原理假設地震子波主頻和波形從淺到深是時不變的，這樣地震記錄形成過程就可以用公式（4）表示：

式中X（t）為地震記錄，R（t）為地層反射系數序列，W（t）為地震子波，N（t）為噪聲。在川中地區，地震資料信噪比較高，偏移疊加數據上噪聲更少，所以N（t）項可以近似等于0，于是公式（4）就可以近似寫成：

式中，X（t）已知，已測井的附近資料R（t）也已知，就只剩一項未知項W（t）。雖然地震子波是時變的，越深子波主頻越低，延續時間越長，但是，如果把計算時窗卡在目的層上下一定長度的時窗內，就可以近似認為在這個時窗內子波是時不變的。于是利用公式（5）和測井曲線就可以反算出井附近的地震子波序列W（t），它就是井旁地震資料實際子波。

1.4.2 子波整形拓頻

在每口已知井都可以提取井旁地震子波，理論上同一工區每口井提取地震子波應該完全一致。但是，由于受到采集、處理諸多因素的影響，實際上每口井提取子波總會有一定的差異，采用對多口井子波平均的方式來獲得整個工區的平均子波，代表整個工區二疊系地層的穩定地震平均子波。有了地震子波就可以把它整形到需要的不同主頻的雷克子波，獲得整形因子（圖7）。

圖7 子波整形因子示意圖

用整形因子對地震資料進行褶積運算，就可以把地震資料整形到不同頻率需求的雷克子波地震資料，這樣既拓寬了頻帶，又提高了地震資料薄儲層分辨能力，資料保真度較高。在中小偏移距疊加剖面上，通過提取地震資料子波，并對子波進行整形拓頻處理，可以讓二疊系儲層響應特征得以凸顯（圖8）。

圖8 PY3 井中小偏移距地震資料整形前后對比圖

2 實際應用

采用以上一系列深層碳酸鹽巖儲層弱反射信號處理技術對川中射洪、西充地區地震資料進行了弱信號保護去噪、振幅和相位恢復、優勢道集疊加以及疊后的子波整形保真拓頻處理，得到的地震成果剖面和已鉆井合成地震記錄匹配程度更高，而且二疊系儲層底界的地震響應明顯增強（圖9）。

圖9 PY3 井旁資料新處理技術運用前后與合成記錄對比圖

通過提取儲層亮點反射振幅屬性得到的茅口組儲層預測平面分布圖（圖10）。統計實鉆結果，儲層發育情況吻合率達到89%（表2）。

圖10 新處理成果茅二a 亞段儲層亮點振幅平面圖

表2 儲層地震預測與實鉆吻合數據統計表

3 結論

1）KL 變換本征濾波去除線性噪聲、拉平同相軸分域分頻去除隨機噪聲等保真組合去噪技術能有效保護二疊系儲層弱反射信號。

2）利用地震處理獲得的層速度，按照經驗公式建立地層Q場數據體，并進行波動方程Q吸收補償，能對二疊系儲層弱反射損失信號進行有效恢復。

3）偏移疊加采用優勢道集疊加，并對偏移疊加數據體進行子波整形保真拓頻，能凸顯二疊系儲層的地震響應特征。

4）這套處理技術在川中射洪、西充地區的應用中獲得了較好的深層弱反射地震信號成像資料。后期在茅口組儲層地震預測成果的指導下，與部署井鉆后吻合度達到了89%。