孙 明， 赵宝银， 陈伟超， 于金星， 林培炬， 高 芬

(1.冀东油田公司，唐山 063004； 2.潜能恒信能源技术股份有限公司，北京 100101)

0 引言

随着勘探程度的不断加深，剩余油气藏分布越来越隐蔽，岩性油气藏变得越来越重要。位于渤海湾盆地黄骅坳陷南堡凹陷东部的南堡4号，已相继发现了中浅层明化镇组、馆陶组、东一段、东二段、东三段等含油层系，并且南堡4号构造多口井在Nm、Ng和Ed1地层获得高产，中浅层岩性油气藏具有很大的勘探开发潜力。

储层砂体预测技术要求地震资料具有高保真、高信噪比、高分辨率等特点。但是常规处理剖面的分辨率已经不能满足储层砂体的勘探要求，因此，针对本区资料特点，开展了在保真保幅基础上的提高地震资料分辨率的技术研究。

目前，提高分辨率的处理技术有很多种，各种反褶积、谱白化、零相位化、Q补偿等技术都有压缩子波提高分辨率的功能[1-2]，但是在实际处理过程中，处理员往往在资料频带得以拓宽的同时却忽视了原始资料野外采集频宽限制，一味追求宽频带、高分频率的理念及做法，使处理成果保真性无法保证，拓宽标准也无法准确界定，提高分辨率处理成果不能满足岩性储集体预测的需要。通常地震资料野外采集有效频宽决定了资料处理所能达到的分辨率极限，笔者以原始资料野外采集频宽为限度，从井出发，充分利用井信息进行约束及监控的高分辨率处理配套技术，取得了较为理想的效果。

1 影响分辨率的因素

在地震勘探中，分辨率通常指分辨薄层顶面反射和底面反射的能力，即能分辨多薄的地层。一般认为，一个反射波的分辨率的极限是1/4波长(如3 000 m深度), 反射主频为20 Hz，层速度为3 200 m/s，则地震波长是160 m，可分辨40 m的地层。

地震分辨率主要受地质因素和采集观测因素影响较大。地质因素的影响，首先是岩石的吸收作用，它通过一个称为岩石品质因子参数Q来描述，参数Q是波在传播的过程中，传播一个波长的距离原储存能量与所消耗能量的比值，频率越高，波长越短，传播过程中吸收作用所消耗的能力越多，它制约了分辨率；其次是层间反射、薄层结构及其薄互层结构等，其作用相当于一个滤波器，滤波作用损害了分辨率。采集观测因素的影响，主要包括激发和接收条件、观测系统设计、仪器接收设备特性等都与最终数据的分辨率有关。

本工区受地质因素和采集因素的影响，2 s以下能量迅速衰减，导致深层能量较弱；且块内、区块之间都存在能量差异，剖面上显示内幕反射特征差，对不同岩性识别困难。通过原始资料频谱分析和倍频程扫描发现，该区频带较窄，主频偏低，识别薄储层困难。原始单炮中浅层频带范围在6 Hz～65 Hz之间，明化镇组、馆陶组高频段能达到55 Hz～65 Hz，东营组高频段只有45 Hz～55 Hz，主频为20 Hz。中浅层有效储层薄，河道砂体具有单层厚度薄、横向延展面积小、识别难度大。

2 高分辨率处理技术

本次处理在振幅恢复、去噪过程中以保真保幅处理为指导思想，以原始采集频宽为依据，利用井资料约束优选参数并监控提高分辨率效果，合理有效地提高目的层分辨率。

2.1 VSP井驱动Q补偿

地震信号频宽的限制和振幅真值的不完整及严重缺失,制约了地震波参数反演及储层预测的精度。随着地震波向地层深处传播，高频成份快速衰减，能量明显减弱，地震子波的振幅谱和相位谱产生严重畸变，地震资料分辨率降低。地震信号Q补偿是后续提高分辨率的基础。王仰华[3]提出了能同时进行振幅补偿和相位校正、稳定而有效的反Q滤波方法，并将其应用到实际地震资料处理中。

假定地表(τ=0)的频率域地震道为U(0，ω)，经反Q滤波后的时间域地震道u(τ)[4]为式(1)。

(1)

式中：Λ(τ,ω)为稳定的振幅振幅补偿算子；γ(τ)为时变衰减参数，γ(τ)=[πQ(τ)]-1；wh是参考频率。

对式(1)每个采样点τ按顺序计算，可表示为式(2)。

(2)

或用矢量矩阵表示为

χ=Az

(3)

式中：χ=[u(τi)]为时间域输出数据矢量；z=[U(ωj)]为频率域输入数据矢量；A为反Q滤波矩阵(M×N)，其元素定义为

(4)

式(4)指数项是反Q滤波的相位校正项。由于振幅补偿和相位校正是时变的，因此反Q滤波算法对应于随时间或深度变化的Q值模型。

Q补偿分为近地表和深层吸收补偿两种，①近地表的Q补偿由地震记录迭代反演计算炮检点吸收衰减系数，由近地表速度模型反演旅行时，用谱比法得出空变Q模型进行近地表Q补偿；②深层Q值计算通过8口VSP井资料拟合纵波平均速度，并通过应用经验公式进行空变Q值估算，VSP井资料覆盖不到的地层，可以通过常速Q扫描的方法估算(图1)。空变Q值结合地质模型，建立深层时空变三维Q模型体进行深层Q补偿。由图2可以看出，通过Q吸收补偿，解决了由于大地吸收造成频率的衰减和相位的改变。

2.2 高保真保幅提高噪比处理

地震波不同频率成分具有不同的信噪比，地震资料通过处理所能达到的分辨率，与每个频率成分的信噪比有直接关系。每个频率成分的信噪比改善，对提高分辨率都有好处，但不同信噪比的频率成分对分辨率贡献是不同的。信噪比很高的频率成分对信噪比贡献很大，但其信噪比改善对提高分辨率的影响，却远不及信噪比低的频率成分(如高频段信号信噪比改善对提高分辨率的贡献，虽然后者对信噪比的贡献很小)。极低信噪比的频率成分信噪比一旦提高，对分辨率的贡献成比例地增加。

时间域的噪音衰减方法只能改变记录整体的信噪比，不能改变单个频率的信噪比，因此就不可能扩展优势信噪比的频带宽度，从而不能直接对分辨率做出贡献。不同类型的噪音通常有其分布的特定频率范围(如异常振幅在许多高分辨地震资料只出现在高频段)，在时间域进行的一些噪音压制手段会影响中低频段地震信号。因此，针对工区内噪音发育特点及分布规律，分区域分频段予有压制，既能最大限度减少对有效信号伤害，确保资料保真，又有利于提高低信噪比频段信噪比。静校正时差存在会对地震资料起到低通滤波作用，为了确保地震波高频成分不受损失，必须提高静校正的精度。采用分频迭代速度分析、分频剩余静校正，先解决中低频段大的静校正量，再解决较高频段较小静校正量，由粗而精不断提高静校正高频极限，间接提高资料分辨率。

图1 表层Q值平面图以及8口VSP井Q值随时间变化曲线图Fig.1 The plan for the Q value of the surface layer and the time varying graph for the Q value of the 8 VSP well

图2 Q补偿前、后单炮对比图Fig.2 Shot gathers before and after Q-compensation(a)补偿前;(b)补偿后

2.3 井控组合法保真保幅提高分辨率

以往资料处理过程当中，应用不同提高分辨率的方法也能拓宽频带，但保真性和拓宽标准无法准确限定。本次提高分辨率过程中，以采集频宽为依据，充分应用井约束提高分辨率，结合优势频带反褶积技术确保地震资料处理的保幅、保真、高分辨率，包括以下几个方面：

1)井震结合反褶积。充分掌握原始采集资料的频宽，在拓频的过程中据此提高分辨率，从图3上分析发现区块目的层明化镇、馆陶能频率达到60 Hz～65 Hz，东营组频率较低只有40 Hz～50 Hz，为后续提高分辨率处理提供一定的科学依据。

反褶积主要是用于压缩子波，拓宽频带，消除短周期多次波，稳定波形，提高分辨率。由于表层条件的变化，对地震波的影响不仅造成到达时间上的延迟，而且对波的振幅特性和相位特性均有影响，应消除这种影响。采用地表一致性反褶积在一定信噪比的基础上，适当地拓宽地震资料的频带，提升高频段的能量，提高地震资料的分辨率。

图3 采集原始单炮采集频宽调查Fig.3 Acquisition frequency bandwidth investigation of original shot

设地震记录的褶积模型为式(5)。

χ(t)=ω(t)y(t)+n(t)

(5)

式中：χ(t)是地震记录；ω(t)是地震子波；y(t)是反射系数；n(t)是随机噪音。

根据地表一致性假设条件，对于炮点j，接收点i的道记录的地震子波ωij(t)可表示为式(6)。

ωij(t)=si(t)ri(t)gk(t)mij(t)

(6)

式中：sj(t)为与炮点位置j有关的子波分量；ri(t)为与接收点位置i有关的子波分量；gk(t)为与共中心点位置有关的子波分量(其中k=(i+j)/2)；mij(t)为与共炮检距有关的子波分量。

式(6)中的右边四项可称为地表一致性反褶积的四个分量。对其做傅里叶变换可得：

W(ω)ij=S(ω)ij·R(ω)ij·G(ω)ij·M(ω)ij

(7)

式中：W(ω)ij、S(ω)ij、R(ω)ij、G(ω)ij、M(ω)ij，分别为ωij(t)、si(t)、ri(t)、gi(t)、mij(t)的傅里叶谱，将各项傅里叶谱分解为振幅谱A和相位谱φ，则由式(7)可得以下表达式：

Aij=Asij·Arij·Agij·Amij

(8)

φij=φsij·φrij·φgij·φmij

(9)

式中：Aij为子波的振幅谱；φij为子波的相位谱。

假设子波是最小相位，那么我们可以只考虑振幅谱。为了便于分解，对振幅部分两边取对数，使乘积变为和的形式：

lnAij=lnAsij+lnArij+lnAgij+lnAmij(10)

(11)

为了求出各分量的对数谱，令

(12)

应用高斯——塞得尔迭代法可以分解出炮点、接收点、共中心点和共炮检距四个分量的对数振幅谱，应用反对数变换，得到四个分量的振幅谱，再根据子波最小相位化的假设，对某一分量求反褶积因子，最后将每个地震道记录分别用各项反褶积因子进行褶积，完成地表一致性反褶积处理。

在井控地震资料处理中，通常利用VSP走廊叠加或井合成记录，与不同预测步长地表一致性反褶积资料进行匹配，定量分析反褶积参数，根据不同参数处理结果与井资料吻合程度，达到最佳匹配的参数即为最优参数。反褶积步长与VSP匹配见图4，经过对比效果发现适宜预测步长为：0 ms～2 000 ms时，窗内步长值为12；2 000 ms～6 000 ms时，窗内步长值为8。

图4 通过VSP走廊叠加与不同反褶积步长匹配，确定最优参数Fig.4 to optimize and determine final key deconvolution parameters by analyzing which deconvolution result that generated by different deconvolution predictive distances is best consistent with the VSP stack data2

图5 优势频带反褶积前、后地震剖面与合成记录标定对比图Fig.5 Comparison of seismic section before and after dominant frequency band constrained deconvolution which are both calibrated with synthetic seismic record

2)优势频带约束反褶积技术。针对地下地层的倾角和倾向是唯一确定的，它不随着频段的改变而改变的特点。在优势频带信号范围内通过扫描确定的同相轴走向，同时应较好地对应地下地层的倾角和倾向，对于其他频段，可以直接应用该走向进行中值滤波，来提高信噪比，然后再把各个频段的信号均衡到同一水平上，达到提高分辨率的目的。在优势频带范围内提取的地下地层倾角的信息，对其他频段的压噪起着约束和控制的作用。

记录信号的频谱是噪音和有效信号频谱的合成，如果通过信噪分离处理可以近似地得到了有效信号的频谱，然后将它叠合在记录信号的频谱上，这样就可以近似地估算出每一个频率成分的信噪比(信噪比谱)。通过优势频带约束压噪，一方面压制噪音，另一方面又提高信噪比，这样就改变了原始信噪比谱的每一个频率分量的信噪比，得到了提高分辨率处理后的频谱。

图5为优势频带约束反褶积处理前后的剖面。用30 Hz主频的雷克子波合成记录对比可见，井控处理后的地震剖面分辨率提高。井震匹配更好，中浅层地震反射特征与提高分辨率的吻合度更高。

3 应用效果

通过高分辨率地震资料处理手段，南堡4号构造中浅层最终剖面取得了较理想的效果，处理成果体现在以下几个方面的地质效果上：

1)在保证信噪比的前提下，分辨率提高，图6为新老成果剖面及对应的频谱。从图6可以看到，目的层的频谱可以达到6 Hz～65 Hz，在低频保护的同时，新处理资料地震资料主频提高到30 Hz，目的层层速度在3 000 m/s左右，根据时间分辨率-Ricker准则，我们认为本次资料能分辨25 m左右的储层。图7为新老成果地震剖面与合成记录标定对比图。提高分辨率的剖面井标定吻合程度高、分辨率高，也证实了反褶积参数选取的合理性。

图6 提高分辨率前、后剖面对比图Fig.6 Comparison of seismic section before(left) and after(right) improving seismic resolution

图7 新老成果地震剖面与合成记录标定对比图Fig.7 Comparison of original seismic result and new seismic result which are both calibrated with synthetic seismic record

2)图8为Ng1油层顶面向下30 ms区间RMS振幅平均值平面图(数值归一化1～1 000)。厚层砂岩:强波谷，高连续; 薄层砂岩:中-弱波谷，中等连续，因此薄砂岩对应中弱振幅；研究表明：np4-1、np4-3井含砂率底，振幅反射特征为弱振幅，而np4-51、np2-58井含砂率较高，为厚砂层，为强振幅反射特征，图8(b)较图8(a)更符合薄砂体展布特征。

图8 Ng1油层Rms振幅平均值平面图Fig.8 Ng1 oil layer RMS amplitude AVERAGE PLAN(a)新资料;(b)老资料

4 结论

南堡4号构造中浅层在提高分辨率的处理技术应用过程中，详细掌握原始资料频宽，有理有据逐步地、合理的井控提高分辨率，通过VSP井驱动Q补偿、高保真分频去噪、分频静校正、井控组合法等提高分辨率的技术组合应用，在保证资料的保真保幅、保证信噪比的前提下有效提高了目的层的分辨率。针对目的层Nm，成果剖面频宽达到6 Hz～65 Hz，主频35 Hz。Ng和Ed1地层频宽6 Hz～55 Hz，主频25 Hz～30 Hz，能分辨25 m左右的储层。高分辨率成果井震吻合度高，均方根振幅值动态特征范围大，砂体横向变化明显，有利于薄储层砂体预测等工作。