疊前道集優(yōu)化處理及其在AVO分析中的應(yīng)用

李遠娟，王澤勝，閻建國，吳　杰，閆小偉，徐　松

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疊前道集優(yōu)化處理及其在AVO分析中的應(yīng)用

李遠娟1，王澤勝2，閻建國1，吳杰1，閆小偉1，徐松1

（1.成都理工大學地球物理學院，成都610059；2.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

以疊前道集的保幅處理為核心，建立了一個針對實際地震資料的道集優(yōu)化處理流程，對疊前共反射點道集進行優(yōu)化處理，利用反Q濾波方法補償能量損失、譜均衡法校正子波拉伸畸變以及波形匹配法消除剩余時差。將所建立的道集優(yōu)化處理流程應(yīng)用于渤海灣盆地某碳酸鹽巖潛山儲集層的AVO分析中，取得了良好的效果。表明道集優(yōu)化處理技術(shù)可以更好地突顯地下地層的AVO響應(yīng)特征。

共反射點道集；優(yōu)化處理；保幅處理；AVO異常；能量補償；子波拉伸畸變；剩余時差

共反射點道集的質(zhì)量直接影響到AVO（振幅隨偏移距的變化）異常識別及疊前彈性參數(shù)反演的精度。目前地震成像是以構(gòu)造成像為主，在常規(guī)處理流程中，很少對儲集層進行保持地震波的波形、振幅及相位特性等動力學特征的處理。因此，常規(guī)處理得到的共反射點道集品質(zhì)不能滿足AVO分析及疊前彈性參數(shù)反演的要求，即使運用先進的反演算法，由于地震資料品質(zhì)不高，也會嚴重影響最終的反演精度和儲集層描述效果。因此，在進行AVO分析及疊前彈性參數(shù)反演之前，必須對實際地震資料特征以及共反射點道集的質(zhì)量，采取以保幅處理為核心的道集優(yōu)化處理［1-4］。

針對共反射點道集中的能量缺失現(xiàn)象，文獻［5］提出了一種沿射線濾波的反Q濾波算法；針對同相軸存在剩余時差現(xiàn)象，文獻［6］提出一種道集同相軸橫向追蹤技術(shù)計算時移量的剩余時差校正方法；針對中遠道子波拉伸畸變現(xiàn)象，文獻［7］提出一種在角道集數(shù)據(jù)上靜態(tài)校正的方法，文獻［8］將文獻［7］的方法推廣到任意地層。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，針對渤海盆地某碳酸鹽巖潛山儲集層預(yù)測需求及目的層埋藏較深和實際地震資料主頻低的特征［9］，提出了一種適合研究區(qū)地震資料的疊前道集優(yōu)化處理方法，并在實際資料的應(yīng)用中取得良好效果。

1　道集優(yōu)化處理的方法原理

對實際地震資料分析后發(fā)現(xiàn)，在進行AVO分析或疊前彈性參數(shù)反演之前的共反射點道集中，普遍存在著能量缺失、中遠道子波拉伸畸變以及同相軸存在剩余時差等現(xiàn)象，嚴重影響后續(xù)AVO分析及疊前彈性參數(shù)反演效果。由圖1可看出，常規(guī)道集處理流程缺少為儲集層描述而進行的保幅處理方法，從而很難滿足AVO分析及疊前彈性參數(shù)反演的需求。

針對疊前共反射點道集中能量缺失嚴重、中遠道子波拉伸畸變和同相軸存在剩余時差的問題，筆者提出以保幅為核心，根據(jù)目的層埋藏較深和實際地震資料主頻低的特征，對共反射點道集進行一系列優(yōu)化處理（圖2），依次對其利用反Q濾波方法補償能量損失、譜均衡法校正中遠道子波拉伸畸變以及波形匹配法消除剩余時差。

圖1　常規(guī)道集處理流程

1.1能量補償

地震波在地下傳播時受大地濾波作用的影響發(fā)生能量衰減［10］。地層較深時，地震波高頻成分大量損失，相位發(fā)生畸變。常規(guī)道集處理中的振幅補償手段得到的反射同相軸，不能很好地反映地下的信息。因此，提出通過基于疊前道集的沿射線濾波的反Q濾波補償高頻信息，提高地震資料中深層的能量，同時改善相位畸變，在保證信噪比的前提下提高分辨率。

圖2　道集優(yōu)化處理流程

平面波U（x，ω）傳播距離Δx后可表示為

引入品質(zhì)因子Q來表達地層的衰減效應(yīng)，將其引入

用旅行時間τ代替旅行距離x，從地表τ0=0至時間τ作波場向下延拓，得到波場反Q濾波的表達式

為了保證反Q濾波補償?shù)姆€(wěn)定性，在（3）式中引入穩(wěn)定因子σ2，得到波場反Q濾波的穩(wěn)定式

把不同頻率ω代入（4）式，并對所得到的平面波進行求和，得到τ時刻反Q濾波后的波場

反射波記錄的每一個時間采樣間隔點重復(fù)（5）式就能夠得到反Q濾波后的地震記錄。

對某一地震記錄的τ時刻，估算出地震波在傳播到各地層的下行旅行時間td，j和上行旅行時間tu，j，由（5）式可以推導(dǎo)出τ時刻能量補償?shù)谋磉_式

式中

1.2子波拉伸校正

在疊前地震資料處理中，動校正和偏移處理都會使子波拉伸，產(chǎn)生畸變，頻譜向低頻移動［11］，嚴重影響AVO分析的可靠性。用文獻［6］中提出的譜均衡法進行子波拉伸校正。

當入射角為0時，子波未拉伸，地震記錄的頻譜為

子波被拉伸，地震記錄的頻譜為

當入射角為β時，要校正到的目標為

由（8）式和（9）式可以得到校正公式

1.3剩余時差校正

對反射記錄利用波形匹配法在偏移距方向進行追蹤，求取各個反射記錄隨偏移距方向變化的時移量，利用求得的時移量進行道集的拉平。筆者對其做了2個方面的改進。

（1）波形匹配運算中，地震資料的噪聲可能導(dǎo)致出現(xiàn)較大的時移量［12］，造成校平的地震同相軸出現(xiàn)明顯不合理的拉伸或壓縮。設(shè)置適當?shù)南嚓P(guān)系數(shù)門檻值，拒絕低相關(guān)系數(shù)所對應(yīng)的時移量參加運算。

（2）對相位反轉(zhuǎn)的地震記錄，采用絕對值最大相關(guān)算法計算每個反射記錄的時移量，使其在消除剩余時差后相位反轉(zhuǎn)特征不變。

求時移量時主要應(yīng)用了互相關(guān)公式，設(shè)有兩個地震信號x（n）和y（n），其互相關(guān)函數(shù)［13］為

剩余時差校正的步驟：①根據(jù)地震資料品質(zhì)選取合適的滑動時窗長度，確定參考道集；②逐道與參考道集互相關(guān)求取每個反射記錄的時移量，剔除時移量異常值，并對時移量進行平滑；③用時移量對反射記錄進行校正；④重復(fù)步驟①—③，直到各個同相軸校平時結(jié)束運算。

2　實例應(yīng)用

此次研究的地震資料來自渤海灣盆地某碳酸鹽巖潛山油氣藏。根據(jù)目前的勘探成果，碳酸鹽巖潛山風化殼儲集層為含氣主力層。為提高儲集層預(yù)測的精度和效果，采用AVO分析技術(shù)進行含氣性預(yù)測［14］。

對共反射點道集進行分析發(fā)現(xiàn)，含氣層并沒有明顯的AVO異常。對共反射點道集進行優(yōu)化處理后，出現(xiàn)了AVO異常，并且與實際鉆井情況較為吻合，從而證實了道集優(yōu)化處理對AVO分析預(yù)測氣藏的重要性。

研究區(qū)BZ1井古生界頂部是氣層（圖3）。此次分析的目標層段為古生界頂部的氣層，其對應(yīng)的雙程旅行時間為3 290～3 305 ms（圖4），對應(yīng)的深度為4 864～4 889 m.

抽取井旁地震道分析道集優(yōu)化處理前、后振幅變化趨勢、頻譜的變化以及AVO響應(yīng)特征的變化趨勢。從圖5可以看出，道集優(yōu)化處理前井旁地震道振幅無明顯衰減（圖5a），道集優(yōu)化處理后井旁地震道振幅出現(xiàn)明顯的衰減（圖5b）。道集優(yōu)化處理前井旁地震道AVO響應(yīng)特征變化不夠明顯，近似于一條直線；道集優(yōu)化處理后井旁地震道的AVO響應(yīng)特征變化明顯呈下降趨勢（圖5c）。由于反Q濾波可以改善相位畸變的作用，其主頻也由原來的11 Hz提高到了16 Hz（圖5d）。因此，對道集進行優(yōu)化處理可以改善道集的AVO響應(yīng)特征，同時提高地震資料的主頻。

圖3　 BZ1井測井解釋結(jié)果

圖4　渤海灣盆地某碳酸鹽巖潛山油氣藏疊后地震剖面

為了更好地說明道集優(yōu)化處理的作用，筆者提取了截距屬性（P）和梯度屬性（G）進行交會分析。截距屬性（P）和梯度屬性（G）可通過以下公式求取［15］:

選取BZ1井周圍30道地震記錄做PG（截距—梯度）屬性交會分布圖，分析道集優(yōu)化處理后井旁地震道的AVO響應(yīng)特征與合成地震記錄（圖6a中黑框所包含的5道地震記錄）的AVO響應(yīng)特征是否一致。圖6a中粉紅色區(qū)域是圖6b中粉紅色區(qū)域在截距屬性剖面上的投影（AVO異常的投影區(qū)域），可以看到AVO異常在合成地震記錄上的投影位置跟井旁地震道（圖6黑框以外的地震記錄）上的投影在同一個反射軸上，說明兩者的AVO響應(yīng)特征是相符的，且AVO異常出現(xiàn)的位置跟古生界頂部氣層的位置是吻合的。

圖5　 BZ1井井旁地震道、AVO和頻譜響應(yīng)特征

圖6　AVO異常在截距屬性剖面上的投影（a）及PG屬性交會分布（b）

同時分析了道集優(yōu)化處理前后AVO異常在截距屬性剖面上的投影（圖7）。道集優(yōu)化處理前AVO響應(yīng)的PG屬性交會分布集中，沒有明顯異常（圖7a）；而道集優(yōu)化處理后AVO響應(yīng)的PG屬性交會出現(xiàn)明顯異常（圖7b）。選取PG屬性交會圖上AVO異常較明顯的地方，即偏離背景趨勢的地方（圖7b中粉紅色框所在的區(qū)域），并將其投影到截距屬性剖面上，可以看到道集優(yōu)化處理前沒有AVO異常投影區(qū)域（圖7c），經(jīng)過道集優(yōu)化處理后出現(xiàn)了AVO異常（圖7d）。AVO異常的位置跟古生界頂部氣層的位置是吻合的，同時發(fā)現(xiàn)了新的AVO異常區(qū)（圖7d左下橢圓區(qū)域）。

圖7　 PG屬性交會分布及AVO異常在截距屬性剖面上的投影

3　結(jié)論

（1）對道集進行優(yōu)化處理有利于突出AVO異常，使原本不易辨別的AVO響應(yīng)特征，變得更容易辨別，更好地突顯深層的AVO響應(yīng)特征。

（2）AVO分析技術(shù)在渤海盆地某碳酸鹽巖潛山油氣藏中有較好的應(yīng)用效果，在原本沒有AVO異常的截距屬性剖面出現(xiàn)了AVO異常，有利于后續(xù)的氣藏預(yù)測。

（3）基于實際地震資料，并考慮了能量缺失、中遠道子波拉伸畸變以及同相軸存在剩余時差的影響，本文提出的疊前道集優(yōu)化處理技術(shù)能在盡可能保真、保幅的前提下得到高質(zhì)量的疊前共反射點道集，為AVO分析及疊前彈性參數(shù)反演提供更為準確的地震資料。

符號注釋

D0（f）——入射角為0時地震記錄的頻譜，V；

Dβ（f）——入射角為β時地震記錄的頻譜，V；

Dβ（f）——入射角為β時要校正到的地震記錄的頻譜，V；

G——梯度屬性；

i——虛數(shù)單位，無量綱；

k（ω）——波數(shù)，rad/m；

m——地層層數(shù)；

P——截距屬性；

Q——品質(zhì)因子；

Qj——第j層的品質(zhì)因子，無量綱；

Qτ——任意頻率時的品質(zhì)因子，無量綱；

R0（f）——入射角為0時反射系數(shù)的頻譜，V；

Rβ（f）——入射角為β時反射系數(shù)的頻譜，V；

td，j——下行旅行時，ms；

tu，j——上行旅行時，ms；

U（x，ω）——平面波；

vτ——任意頻率時的相速度，m/s；

v1，v2——分別為上層和下層介質(zhì)傳播速度，m/s；

Wβ（f）——入射角為β時的子波的頻譜，V；

W0（f）——入射角為0時的子波的頻譜，V；

x——旅行距離，m；

Δx——傳播距離，m；

τ——旅行時間，ms；

τ'——時間采樣間隔，ms；

σ2——穩(wěn)定因子；

ω——角頻率，rad/s；

ρ1，ρ2——分別為上層和下層介質(zhì)密度，g/cm3；

Δσ——上、下地層泊松比之差。

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（編輯潘曉慧楊新玲）

Optimized Processing of Pre-Stack Gathers and Its Application in AVO Analysis

LI Yuanjuan1，WANG Zesheng2，YAN Jianguo1，WU Jie1，YAN Xiaowei1，XU Song1
（1.School of Geophysics，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China；2.Research Institute of Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

Focusing on amplitude-preserving processing，the authors establish a gather optimization processing procedure of actual seismic data to optimize pre-stack common-reflection-point（CRP）gathers，by which energy loss compensition can be made using inverse Q filtering，wavelet stretch distortion correction can be made by spectrum equilibrium，and residual moveout removing will be realized by waveform matching approach，and good effects have been gained after the optimized procedure was applied to AVO analysis of carbonate buriedhill reservoirs in Bohai Bay basin.This paper indicates that the optimized gather processing technology can better highlight the AVO response characteristics of subsurface strata.

common-reflection-point gather；optimized processing；amplitude-preserving processing；AVO anomaly；energy compensation；wavelet stretch distortion；residual moveout

P631.443

A

1001-3873（2016）04-0479-05

10.7657/XJPG20160418

2015-12-01

2016-04-25

國家自然科學基金（41174114）

李遠娟（1991-），男，江西萍鄉(xiāng)人，碩士研究生，地質(zhì)工程，（Tel）13982086542（E-mail）1544182424@qq.com