沙漠地區(qū)弱反射地震資料處理成像技術(shù)研究

劉劍鷹， 李平和，張正立，張紹華

(1.中國石化華北油氣分公司石油工程監(jiān)督中心，河南鄭州 450006；2. 中國石化河南油田分公司物探研究院)

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沙漠地區(qū)弱反射地震資料處理成像技術(shù)研究

劉劍鷹1， 李平和2，張正立2，張紹華2

(1.中國石化華北油氣分公司石油工程監(jiān)督中心，河南鄭州 450006；2. 中國石化河南油田分公司物探研究院)

沙漠地區(qū)地表地質(zhì)條件復(fù)雜、沙丘連綿起伏、高差巨大，表層地震激發(fā)、接收條件極差，造成野外采集得到的地震資料信噪比很低，成像困難。以塔里木盆地卡塔克2、3區(qū)塊為例進(jìn)行了干擾波分析，包括單炮記錄品質(zhì)分析以及弱反射層成像速度特點(diǎn)分析。采用層析靜校正技術(shù)、多參數(shù)約束疊前去噪技術(shù)、高精度速度分析等方法可以提高弱反射地層成像質(zhì)量，剖面淺、中、深層反射波組齊全，奧陶系內(nèi)幕反射資料信息豐富，反映了研究區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征。

塔里木盆地；弱反射成像；層析靜校正；疊前去噪；速度分析

塔里木盆地卡塔克2、3區(qū)塊位于塔克拉瑪干沙漠腹地，地表主要為干燥沙漠，流動性強(qiáng)。地形大致呈東南高西北低的趨勢，海拔為1 050～1 250 m。沙丘多以壟狀呈西南-東北向展布，局部呈蜂窩狀、壟狀復(fù)合型沙壟和沙山，相對高差一般為10～70 m，最高可達(dá)80 m以上，表層主要為3層結(jié)構(gòu)，低速層速度為320～400 m/s，降速層速度為500～900 m/s,高速層速度為1 600～1 800 m/s。區(qū)內(nèi)低速層厚度隨地表起伏變化較大，一般為4～50 m，低洼地帶低速層厚度一般為4～10 m。局部高大沙丘處可達(dá)到80 m以上。高速層頂界面與潛水面基本吻合。

已有的地震資料品質(zhì)[1]，從石炭系至泥盆系、志留系、奧陶系各個(gè)層系，反射波信噪比較高，連續(xù)性中等，可連續(xù)追蹤，總體資料品質(zhì)中等，多數(shù)屬于Ⅱ～Ⅲ類資料，對上奧陶統(tǒng)內(nèi)部信息及地質(zhì)屬性難以進(jìn)行評價(jià)分析。石炭系以下主要目的層的反射波主頻由上至下呈遞減的趨勢[2]，T74反射波組的主頻約為19 Hz，優(yōu)勢頻寬為6～33 Hz，有效頻寬為6～43 Hz，難以滿足構(gòu)造解釋的需要?？?、3區(qū)塊的勘探以石炭-二疊系和寒武-奧陶系地層為主要目的層，褶皺、斷裂、火成巖、碳酸鹽巖古巖溶發(fā)育，加上表層和深層地震地質(zhì)條件復(fù)雜，野外采集以及資料處理存在較大的困難。經(jīng)過多年的勘探實(shí)踐，野外采集在該地區(qū)已經(jīng)有一套比較成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

1　地震資料處理方法

根據(jù)卡2、3區(qū)塊的地震資料特點(diǎn)，采用定量定性的分析手段，加強(qiáng)研究區(qū)內(nèi)影響資料處理效果的因素研究，尋找相應(yīng)的方法和手段來解決資料處理中存在的難題。

1.1單炮記錄品質(zhì)分析

由于研究區(qū)內(nèi)近地表地層的厚度變化較大，結(jié)構(gòu)疏松，速度低，低速帶的存在對地震波能量有強(qiáng)烈的吸收作用并產(chǎn)生散射與噪音[3]，原始記錄的資料品質(zhì)受近地表?xiàng)l件的影響巨大。為了更清楚地對比近地表因素對記錄的資料品質(zhì)影響，需要對單炮記錄進(jìn)行靜校正處理并對面波等干擾波壓制后再分析。記錄3 s以上的地層反射同相軸很明顯，有效反射的頻率成份豐富；3 s以下有效反射主要是低頻弱反射，主要目的層反射的主頻在20 Hz以下，優(yōu)勢頻率范圍為6～35 Hz。同一單炮記錄不同接收道的品質(zhì)存在很大差異，在平坦區(qū)接收的資料品質(zhì)明顯優(yōu)于沙丘頂部接收的。同一接收點(diǎn)的記錄對激發(fā)點(diǎn)位置的敏感度要相對弱一些，說明接收條件對記錄品質(zhì)影響更大。

1.2干擾波的分析

按照炮集、共接收點(diǎn)道集對工區(qū)內(nèi)的干擾波進(jìn)行定性和定量分析。研究區(qū)發(fā)育的主要干擾波為面波和線性干擾波，在單炮記錄上面波呈典型的“掃把狀”，頻散現(xiàn)象明顯，其視速度變化范圍為300～1 000 m/s。對不同地形條件下面波的發(fā)育情況進(jìn)行分析，可以很清楚地看到面波與地表地形存在很大的關(guān)系，主要與接收條件相關(guān)聯(lián)。在平坦區(qū)域的接收道，面波相對發(fā)育，能量較強(qiáng)；在沙丘頂部的接收道，面波發(fā)育相對較弱；頻率分析顯示，面波的主要能量集中在10 Hz以內(nèi)。線性干擾波在炮集上表現(xiàn)不明顯，但是在檢波點(diǎn)域卻有很強(qiáng)的表現(xiàn)。研究區(qū)內(nèi)的線性干擾波主要有兩組，在能量上存在很大的差異。第一組線性干擾波的視速度為2 000 m/s，與高速層速度相近，能量強(qiáng)；第二組線性干擾波的視速度3 000 m/s左右，能量主要湮滅在第一組線性干擾波中。兩組線性干擾波的線性特征較弱，其能量和波組特征在橫向上存在變化。對比線性干擾發(fā)育情況與地形的關(guān)系，地表平坦區(qū)線性干擾發(fā)育弱；沙丘的頂部等高部位，線性干擾波很強(qiáng)。通過頻譜分析以及頻率掃描，線性干擾的能量主要集中在10～25 Hz，與主要目的層的頻率成份有很大的交集。

1.3成像速度的特點(diǎn)分析

速度譜以及速度掃描分析表明，研究區(qū)內(nèi)淺、中層(T54以上)的速度相對穩(wěn)定。速度在橫向上有很好的一致性，在縱向上呈平穩(wěn)增大的趨勢，縱向上疊加速度曲線為平滑遞增曲線。各標(biāo)志層在速度譜上能量集中，便于準(zhǔn)確拾取。深層T81，T74反射能量較強(qiáng)，在速度譜上能夠較好地識別，但是速度在橫向上變化較大，加上地層構(gòu)造變化大，地層反射以及各種繞射相互干涉，在速度譜以及疊加剖面上產(chǎn)生假象，不利于速度的拾取。中深層其他地層的能量弱，頻率低，在速度譜上很難找到相對應(yīng)的能量團(tuán)，速度的拾取非常困難；而弱反射成像對速度非常敏感，成像精度對速度準(zhǔn)確性的依賴性很高。

1.4研究思路與對策

根據(jù)研究區(qū)地震地質(zhì)條件以及對資料分析的結(jié)論，主要采用以下技術(shù)來解決處理中存在的難題。

(1)靜校正處理技術(shù)。該區(qū)地表類型變化較大，大部分地形為巨型沙丘，潛水面埋深較大，靜校正問題較嚴(yán)重和復(fù)雜。根據(jù)以往的處理經(jīng)驗(yàn)，層析靜校正技術(shù)先進(jìn)，能夠適應(yīng)研究區(qū)復(fù)雜地表?xiàng)l件，較好地解決了靜校正問題。層析靜校正是基于射線理論，以地震記錄的初至信息作為反演對象，利用全炮檢距范圍內(nèi)初至資料進(jìn)行速度模型反演[4]。這種方法兼具延時(shí)法的穩(wěn)定性和層析法的靈活性。

(2)干擾波的壓制。主要目的層的反射信號較弱，頻率組成主要為低頻成分；而干擾波的能量較強(qiáng)，且和有效波的頻率有很大的交集。疊前去噪要有針對性，在壓制干擾波的同時(shí)，必須保護(hù)好低頻弱反射信息，應(yīng)采用多參數(shù)約束方法減少，對有效波的傷害。根據(jù)面波的能量在頻率域比較集中以及視速度相對較低的特點(diǎn)，采用自適應(yīng)面波衰減技術(shù)對面波進(jìn)行壓制。

對于線性干擾波，采用非線性相干濾波壓制線性噪音的新方法。其基本思路是：假設(shè)信號和干擾波滿足可加性，干擾波傳播方向和振幅具有線性特征，干擾波與有效波的平均視速度有一定差別。通過空間重采樣，利用噪聲方向上有效信號呈現(xiàn)隨機(jī)性而線性干擾保持較好相關(guān)性的特點(diǎn)，使用非線性技術(shù)求解線性噪音模型[5]，通過模型校正和相干性約束，對它做進(jìn)一步振幅波形校正處理，精確求取線性噪音波場；最后利用減去法從原始記錄中剔除。

(3)速度分析。疊加速度是資料處理中非常重要的一個(gè)參數(shù)，主要目的層的反射特征為低頻弱反射，對速度的敏感性很高，不精確的速度值將嚴(yán)重影響疊加效果。先分析強(qiáng)反射地層的速度，確定T54，T74，T81等強(qiáng)反射地層的速度并根據(jù)疊加效果進(jìn)行迭代修正，形成基準(zhǔn)的疊加速度模型；再利用基準(zhǔn)速度模型的約束，速度譜結(jié)合速度掃描來拾取弱反射地層的疊加速度。對于構(gòu)造部位，適當(dāng)加密速度譜點(diǎn)，結(jié)合疊加剖面效果，進(jìn)行多次迭代修正，得到最佳的疊加速度。

2　地震資料處理效果分析

對研究區(qū)內(nèi)影響弱反射成像的主要因素進(jìn)行分析以及相應(yīng)處理技術(shù)的反復(fù)試驗(yàn)，取得了較好的效果。采用層析靜校正加上剩余靜校正技術(shù)解決了研究區(qū)復(fù)雜地表所引起的嚴(yán)重靜校正問題。靜校正處理后的單炮記錄連續(xù)光滑，疊加剖面上弱反射層成像效果有了明顯改善。

疊前去噪采用了多條件約束模式，在去除疊前噪聲的同時(shí)，有效保留了低頻弱反射信息。經(jīng)過疊前噪聲衰減后的疊加剖面，深層弱反射成像效果得到了明顯改善。

研究區(qū)跨度大，地表?xiàng)l件以及地下構(gòu)造差異較大，從試驗(yàn)處理的測線效果看，西邊地形平坦，處理疊加剖面信噪比較高，淺、中、深層波組齊全，同相軸連續(xù)性好，波組特征清楚，不整合接觸關(guān)系較清晰，各種地質(zhì)信息豐富，較常規(guī)處理剖面在弱反射成像方面有了很大改善(圖1)。 東邊地形變化劇烈，巨厚低速帶的存在對地震波有強(qiáng)烈的吸收作用并產(chǎn)生散射和噪聲[5]，剖面品質(zhì)較東邊測線略差，但從處理疊加剖面來看，剖面淺、中、深層反射較為齊全，T54，T74以及T81同相軸連續(xù)性好，信噪比較高， T54與T81波組間的弱反射層也能得到較好的成像(圖2)。

圖1　常規(guī)處理疊加剖面(左)與本次處理疊加剖面(右)對比

圖2　研究區(qū)東邊測線(高大沙丘區(qū))的疊加剖面

選定處理流程后，對野外采集參數(shù)進(jìn)行了對比試驗(yàn)和分析，對比不同炮檢距對弱反射地層成像效果的影響。從對比試驗(yàn)看出，炮檢距小于4 000 m的疊加道對深層弱反射的成像貢獻(xiàn)較小，隨著大炮檢距的加入，深層弱反射成像效果明顯變好，6 000 m以后，這種增強(qiáng)效果開始減弱。

覆蓋次數(shù)也是影響深層弱反射成像效果的重要因素。為了驗(yàn)證覆蓋次數(shù)對成像效果的影響程度，以滿覆蓋200次為基準(zhǔn)，分別做了以下的覆蓋次數(shù)對比：100次(剔除1/2的道)、150次(剔除1/4的道)。當(dāng)覆蓋次數(shù)降到150次時(shí)，可以看到深層的弱反射成像存在細(xì)微差別；覆蓋次數(shù)降到100次時(shí)，可以看到疊加剖面有較大的差別。覆蓋次數(shù)對比說明，不改變施工方式，僅增加覆蓋次數(shù)，到150次覆蓋以上，效果并不明顯。在研究區(qū)還進(jìn)行了寬線的采集方式施工，從試驗(yàn)效果看，寬線采集方式對提高深層弱反射地層成像效果有較好的作用。

3　結(jié)論與認(rèn)識

通過對原始資料的精確分析，制定了符合研究區(qū)地震資料的處理流程，得到以下結(jié)論和認(rèn)識：

(1)由于采用的激發(fā)方式是在潛水面下7 m激發(fā)，原始記錄的品質(zhì)差異、干擾波的發(fā)育情況主要與檢波點(diǎn)的地表?xiàng)l件相關(guān)聯(lián)。

(2)研究區(qū)主要目的層的反射表現(xiàn)為低頻弱反射特征，在資料處理中應(yīng)做好靜校正處理、疊前噪聲衰減以及精細(xì)速度分析等工作。

(3)高覆蓋次數(shù)以及大排列是提高深層弱反射成像的有效途徑，覆蓋次數(shù)要滿足150次以上，最大炮檢距要滿足6 000 m以上才能獲得滿意的成像結(jié)果。

(4)采用寬線施工比單純提高覆蓋次數(shù)更有效，能改善深層弱反射成像效果。

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編輯：趙川喜

1673-8217(2016)04-0014-04

2016-01-20

劉劍鷹，工程師，1967年生，1989年畢業(yè)于成都地質(zhì)學(xué)院物探專業(yè)，現(xiàn)從事地震資料采集監(jiān)督工作。

P631.443

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