地震資料信噪比在K油田潛山內(nèi)幕時(shí)深轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用研究

高文博, 劉 歡， 鄔 靜， 薛明星

(中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司 天津 300459)

0 引言

時(shí)深轉(zhuǎn)換是地震-地質(zhì)解釋的必經(jīng)環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確度和精度直接影響到地震解釋結(jié)果的優(yōu)劣[1]。雖然古潛山是油田地質(zhì)基礎(chǔ)研究的重要內(nèi)容，但古潛山埋深大、鉆遇井少，為鉆井所揭示的層段厚度較薄[2]，造成古潛山速度研究資料不足。這些都給古潛山時(shí)深轉(zhuǎn)換造成了難以克服的困難[3]。

圖1 K油田區(qū)域位置圖Fig.1 The regional position of K oilfield

渤海K油田古潛山位于L凸起邊界斷層上升盤(pán)(圖1)，緊鄰LZ凹陷，該潛山古生界、太古界地層直接與L凹陷沙三段烴源巖廣泛接觸，具有較大的供烴窗口，油氣運(yùn)移通暢。區(qū)域綜合地質(zhì)研究表明，渤海K油田潛山古生界灰?guī)r在長(zhǎng)期風(fēng)化淋濾作用下，容易在斷面附近形成溶蝕孔洞發(fā)育帶，而變質(zhì)花崗巖的斷面附近則容易形成構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū)，因此，認(rèn)為渤海K油田潛山具有較好的儲(chǔ)層條件。渤海K油田潛山勘探程度低，無(wú)井鉆穿中生界，該區(qū)域古生界頂面時(shí)深轉(zhuǎn)換存在較大不確定性。

1 不同時(shí)深轉(zhuǎn)換方法存在的問(wèn)題

由圖2可以看出，邊界斷層兩側(cè)地層沉積年代不同、巖性不同，邊界斷層下降盤(pán)主要沉積的是古近系時(shí)期形成的砂泥巖；上升盤(pán)為中生界和古生界形成的花崗巖。兩者速度差異較大，造成橫向上地層速度差異大。縱向上中生界地層與上覆地層及古生界地層速度差異也較大，為時(shí)深轉(zhuǎn)換造成了較大難題。

圖2 K油田潛山典型地震剖面圖Fig.2 Typical seismic profiles of buried hill in K oilfield

1.1 地震波速度

地震勘探是以研究地震波在巖層中的傳播為基礎(chǔ)的，地震波是彈性波，它分為體波和面波。面波是在兩種介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生的，在地表衰減快。體波又包括縱波P波(壓縮波)和橫波S波(剪切波)2種,目前的油氣地震勘探主要利用縱波[4]。

一般情況下，巖石的彈性性質(zhì)不同，地震波在其中傳播速度也就不相同。該傳播速度與巖石的埋深、地質(zhì)年代、巖性以及巖石密度、孔隙度和所含流體性質(zhì)因素有關(guān)。巖石越致密，密度越大，地質(zhì)年代越老，埋藏深度越深，則地震波在其中傳播的速度越高。

地震波的傳播速度精確地表示應(yīng)當(dāng)是地層中各點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)，即V=V(x，y，z)，可分為平均速度、層速度、疊加速度、均方根速度等。

在應(yīng)用地震資料進(jìn)行油氣勘探研究工作時(shí)，特別是在構(gòu)造解釋及油藏描述方面，最常用的速度是平均速度、層速度和疊加速度。根據(jù)不同速度和方法進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到構(gòu)造圖[5]。

1.2 K油田潛山時(shí)深轉(zhuǎn)換

根據(jù)現(xiàn)有疊加速度場(chǎng)和已鉆井速度資料，結(jié)合兩種速度資料對(duì)應(yīng)的時(shí)深轉(zhuǎn)換方法，對(duì)渤海K油田潛山地震層位進(jìn)行了如下兩種時(shí)深轉(zhuǎn)換。

圖3 K油田潛山地震速度場(chǎng)剖面Fig.3 Seismic velocity profile of buried hill in K oilfield

圖4 K油田潛山變速成圖法轉(zhuǎn)換構(gòu)造圖Fig.4 Variable velocity mapping of buried hill in K oilfield

1.2.1 疊加速度場(chǎng)重建法構(gòu)造成圖

利用疊加速度反演并建立空間速度場(chǎng)(圖3)，通過(guò)空間變速偏移來(lái)消除速度變化引起的時(shí)間剖面畸變，其核心問(wèn)題是空間速度場(chǎng)的求取[5]。但該方法對(duì)空間速度場(chǎng)精度要求高，在井少或者無(wú)井條件下，無(wú)法對(duì)速度場(chǎng)精度進(jìn)行有效判斷。

1.2.2 層剝離時(shí)深轉(zhuǎn)換方法

層剝離法時(shí)深轉(zhuǎn)換分為兩部分：

1)利用已鉆井?dāng)M合古生界頂面之上時(shí)深關(guān)系得到中生界頂面構(gòu)造。渤海K油田周邊區(qū)塊中生界構(gòu)造沉積穩(wěn)定，速度變化不大。如圖5所示，根據(jù)中生界已鉆井速度統(tǒng)計(jì)來(lái)看中生界層速度在4 100 m/s左右。

圖5 K油田周邊構(gòu)造已鉆井中生界統(tǒng)計(jì)速度圖Fig.5 Velocity in mesozoic of drilled well around K oilfield

圖6 K油田潛山層剝離法轉(zhuǎn)換構(gòu)造圖Fig.6 Layer stripped mapping of buried hill in K oilfield

2)根據(jù)中生界厚度時(shí)間域與統(tǒng)計(jì)的層速度相乘，求取中生界厚度。中生界厚度與頂面深度相加即得到上古生界頂面構(gòu)造圖(圖6)。但該方法忽略了中生界地層橫向變化問(wèn)題，同樣無(wú)井驗(yàn)證中生界厚度的準(zhǔn)確性。

1.3 不同時(shí)深轉(zhuǎn)換方法結(jié)果存在的矛盾

對(duì)比圖4、圖6可知，兩者構(gòu)造轉(zhuǎn)換結(jié)果差異較大。從構(gòu)造圖上來(lái)看，變速成圖法最終得到的是斷背斜構(gòu)造形態(tài)(圖4)，而層剝離法得到的是斷塊山構(gòu)造形態(tài)(圖6)。兩者構(gòu)造高點(diǎn)位置不一致，同時(shí)渤海K油田潛山無(wú)井鉆穿古生界，無(wú)法通過(guò)井資料驗(yàn)證變速成圖中的速度場(chǎng)和層剝離法中中生界厚度的準(zhǔn)確性,所以只能通過(guò)其他方法評(píng)價(jià)、優(yōu)選合適的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

2 正演分析

根據(jù)兩種不同時(shí)深轉(zhuǎn)換結(jié)果，過(guò)構(gòu)造高部位建立斷背斜(圖7)和斷塊山模型(圖8)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的地層信息建立模型，選取古近系地層速度取3 500 m/s,中生界地層速度取4 000 m/s，古生界地層速度取4 500 m/s。根據(jù)實(shí)際地震資料采集參數(shù)建立采集參數(shù)模型。其中炮間距為25 m，道間距為12.5 m，排列長(zhǎng)度為4 600 m。

圖7 斷背斜模型射線追蹤圖Fig.7 Faulted anticline model ray tracing

圖8 斷塊山模型射線追蹤圖Fig.8 Fault block mountain model ray tracing

利用Tesseral軟件進(jìn)行射線追蹤分析。從圖7、圖8中可以看出：對(duì)于斷背斜，射線在邊界斷層下面的地層反射射線分布零散、不均勻；而對(duì)于斷塊山模型，潛山界面射線分布均勻。在兩種地質(zhì)條件下，在地震采集過(guò)程中邊界斷層下方地層的實(shí)際覆蓋次數(shù)存在較大差異，覆蓋次數(shù)的不同會(huì)造成地震資料信噪比的差異：覆蓋次數(shù)增加N次時(shí)，有效信號(hào)能量會(huì)增加N倍，而噪音存在不相關(guān)性，噪音能量只增加倍，最終信噪比增加倍[6]。

對(duì)于斷背斜，構(gòu)造高部位與構(gòu)造低部位覆蓋次數(shù)差異大，信噪比相差大；對(duì)于斷塊山模型，構(gòu)造高部位與構(gòu)造低部位覆蓋次數(shù)差異小，信噪比相差小。所以根據(jù)目的層段地震資料信噪比分析地層的構(gòu)造類(lèi)型，從而選擇最優(yōu)的時(shí)深轉(zhuǎn)換結(jié)果。

3 地震資料信噪比

信噪比的估算方法主要有①能量疊加法；②頻譜估算法；③互相關(guān)法；④功率譜法；⑤特征值法。我們采用頻譜估算法進(jìn)行信噪比分析[7]。

頻譜估算法是物理意義非常明確的信噪比計(jì)算方法。該方法假定地震信號(hào)有一定的頻帶范圍，過(guò)高和過(guò)低的頻率是噪聲；對(duì)于隨機(jī)噪聲，可認(rèn)為其幅值較小、在頻帶內(nèi)分布均勻。如果能確定信號(hào)頻帶范圍，就能估算信號(hào)和噪聲的能量[8]。

若主要考慮低頻和高頻噪聲，不考慮有效頻帶內(nèi)的噪聲，信噪比(R1)計(jì)算可表示為：

式中：f1和f2分別為隨機(jī)噪聲的低截頻和高截頻[9]。

3.1 正演分析不同構(gòu)造模式地震資料信噪比變化

通過(guò)建立不同觀察系統(tǒng)下的水平層狀模型(圖9)，進(jìn)行波動(dòng)方程正演模擬并加入噪音，得到含噪音的模擬疊后地震剖面(圖10)，得到不同覆蓋次數(shù)條件下的信噪比剖面(圖11)。

圖9 水平層狀模型Fig.9 Horizontal layered model

圖10 加入噪音的波動(dòng)方程模擬地震剖面Fig.10 Wave equation simulation of seismic profiles with noise

圖11 水平層狀模型估算信噪比剖面Fig.11 Estimation of SNR profile of horizontal layered model

圖12 信噪比與噪音百分比含量關(guān)系圖Fig.12 Relation between SNR and percentage of noise

圖13 覆蓋次數(shù)與信噪比關(guān)系圖Fig.13 Relation between coverage times and signal to noise ratio

分析不同噪音百分比含量下，頻譜估算法計(jì)算信噪比(圖12)。從圖12中可以看到，隨著噪音含量的增加計(jì)算信噪比降低，結(jié)果與理論一直，說(shuō)明頻譜估算法計(jì)算可靠。

通過(guò)建立水平層狀模型，分析在相同噪音百分比含量下，不同覆蓋次數(shù)與計(jì)算信噪比的關(guān)系(圖13)。從圖13中可以看到，隨著覆蓋次數(shù)的增加，計(jì)算信噪比增加；當(dāng)覆蓋次數(shù)低時(shí)，計(jì)算信噪比增加快；當(dāng)覆蓋次數(shù)高時(shí)，計(jì)算信噪比增加慢；覆蓋次數(shù)增加到一定次數(shù)后，計(jì)算信噪比增加不明顯。

圖14 斷塊山模型模擬地震剖面與估算信噪比剖面Fig.14 Simulated seismic profile and estimated signal-to-noise ratio of fault block mountain model(a)斷塊山偏移剖面；(b)斷塊山信噪比剖面

圖15 斷背斜模型模擬地震剖面與估算信噪比剖面Fig.15 Simulated seismic profile and estimated signal-to-noise ratio of faulted anticline model(a)斷背斜偏移剖面；(b)斷背斜信噪比剖面

3.2 不同構(gòu)造模式對(duì)地震資料覆蓋次數(shù)的影響

通過(guò)K油田實(shí)際資料，建立斷背斜和斷背山模型。分別分析在實(shí)際采集后地震資料信噪比。圖14為斷塊山信噪比剖面，圖15為斷背斜信噪比剖面。從圖15中可以看到，對(duì)于斷背斜信噪比剖面，由于背斜兩側(cè)覆蓋次數(shù)不同，造成兩側(cè)信噪比差異大；而斷塊山信噪比剖面，覆蓋次數(shù)差別不大，信噪比差別不大，可以根據(jù)信噪比剖面的不同選擇正確的時(shí)深關(guān)系轉(zhuǎn)換方法。

3.3 偏移速度對(duì)估算信噪比的影響

以上分析是基于偏移速度是完全準(zhǔn)確的情況下進(jìn)行的研究，但在實(shí)際情況中，疊后地震資料會(huì)結(jié)果偏移處理，在處理中，偏移速度時(shí)帶有多解性的。偏移速度的拾取、尤其是潛山的偏移速度拾取不可能完全準(zhǔn)確，這對(duì)信噪比會(huì)造成影響。

圖17 斷塊山模型不同偏移速度估算信噪比剖面Fig.17 Estimated signal-to-noise ratio profile with different migration velocity by fault block mountain model(a)0.6倍偏移速度；(b)0.8倍偏移速度；(c)1.2倍偏移速度；(d)1.4倍偏移速度

圖18 斷背斜模型不同偏移速度估算信噪比剖面Fig.18 Estimated signal-to-noise ratio profile with different migration velocity by faulted anticline model(a)0.6倍偏移速度；(b)0.8倍偏移速度；(c)1.2倍偏移速度；(d)1.4倍偏移速度

從圖16中可以看到，偏移速度變化將對(duì)信噪比估算結(jié)果造成影響。當(dāng)噪音含量較小時(shí)，隨著偏移速度的變化，信噪比波動(dòng)較大；噪音含量較大時(shí)，隨著偏移速度的變化，信噪比波動(dòng)較小。在噪音含量為10%、偏移速度在0.5倍～1.9倍的準(zhǔn)確速度之間(除準(zhǔn)確偏移速度)，信噪比值差異在1 db～2 db之間，信噪比波動(dòng)較小。當(dāng)?shù)貙訛樗綄訝钅Ｐ蜁r(shí)，和覆蓋次數(shù)相比，偏移速度對(duì)估算信噪比影響小。

實(shí)際地層特別是潛山地層產(chǎn)狀并不是水平層狀。根據(jù)分析，由于斷塊山和斷背斜模型高部位覆蓋次數(shù)存在較大差異，斷塊山和斷背斜高部位估算信噪比也應(yīng)存在較大差異。

圖17為斷塊山模型不同偏移速度估算信噪比剖面圖，可以看到不管偏移速度如何變化，高部位和低部位估算信噪比差異??；而對(duì)于斷背斜模型(圖18)，可以發(fā)現(xiàn)不同偏移速度條件下，高部位和低部位估算信噪比剖面差異依然較大。

所以實(shí)際地震資料的疊加速度差異對(duì)潛山地層的信噪比影響不大，而潛山地層產(chǎn)狀的不同，會(huì)造成地震資料的實(shí)際覆蓋次數(shù)差異。覆蓋次數(shù)的差異又會(huì)影響到地震資料的信噪比。潛山的不同信噪比情況，我們可以推斷出實(shí)際的地層產(chǎn)狀，進(jìn)而選擇合適的時(shí)深轉(zhuǎn)換方法。

4 應(yīng)用分析

利用頻譜估算法求取地震資料信噪比，選取時(shí)窗較寬，計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定，能真實(shí)有效反映地震資料不同部位信噪比的相對(duì)關(guān)系。根據(jù)地震資料子波頻帶統(tǒng)計(jì)結(jié)果，K油田潛山有效信號(hào)頻帶寬度在5 Hz～16 Hz之間(圖19)。將2 Hz～16 Hz頻帶范圍內(nèi)作為有效信號(hào)，其他范圍視為噪音信號(hào)。

利用頻譜估算法求取的實(shí)際地震資料信噪比。圖20為過(guò)潛山構(gòu)造高部位的信噪比剖面圖。從圖20可以看出，在邊界斷層上升盤(pán)，上古生界頂面信噪比差異小，其構(gòu)造類(lèi)型為斷塊山可能性較大，在選取時(shí)深轉(zhuǎn)換方法時(shí)應(yīng)利用層剝離法。而下古生界頂面兩側(cè)信噪比差異大，其構(gòu)造類(lèi)型為斷背斜的可能性較大，在選取時(shí)深轉(zhuǎn)換方法時(shí)應(yīng)利用變速成圖法。

圖19 K油田潛山地震資料頻帶圖Fig.19 Seismic data frequency band map of burced hill data in K oilfiele

圖20 K油田潛山信噪比剖面Fig.20 Signal-to-noise ratio profile by buried hill in K oilfield

根據(jù)以上分析，古潛山地震資料信噪比能有效反映潛山頂面的構(gòu)造類(lèi)型?？梢岳眠@一特征對(duì)渤海K油田潛山頂面時(shí)深轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

分別采用疊加速度場(chǎng)重構(gòu)法和層剝離法對(duì)K油田中生界頂面和古生界頂面進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。其中利用疊加速度場(chǎng)重構(gòu)法以地震資料的疊加速度為基礎(chǔ)，并根據(jù)圍區(qū)速度變化情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整得到速度場(chǎng)，從而進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。由于K油田中生界地層之上已鉆遇多口探井，層剝離法在中生界之上速度場(chǎng)主要參考這些已鉆井的速度。而在中生界之下，考慮到圍區(qū)中生界和古生界速度相對(duì)穩(wěn)定，主要參考已鉆井中生界和古生界地層平均速度，其中上古生界地層平均速度取4 500 m/s，下古生界地層平均速度取4 800 m/s。根據(jù)已鉆的唯一一口鉆至古生界地層的地層實(shí)際界面分析該方法的預(yù)測(cè)精度。如表1所示，上古生界頂面時(shí)深轉(zhuǎn)換利用層剝離法誤差小，而下古生界頂面利用疊加速度場(chǎng)時(shí)深轉(zhuǎn)換誤差小。與利用地震資料信噪比選取相應(yīng)時(shí)深轉(zhuǎn)換方法結(jié)論一致。

表1 K油田潛山構(gòu)造圖與鉆井分層誤差統(tǒng)計(jì)Tab.1 The difference between depth map and geological depth in K oilfield

在K油田潛山鉆遇井沒(méi)有的情況下，該方法能對(duì)不同轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)，減少時(shí)深轉(zhuǎn)換的多解性，取得了滿意的效果。

5 結(jié)論

根據(jù)通過(guò)對(duì)渤海K油田潛山內(nèi)幕時(shí)深轉(zhuǎn)換方法的研究得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1)斷背斜與斷背山在地震資料采集時(shí)，局部覆蓋次數(shù)有差異。斷背山覆蓋次數(shù)均勻，斷背斜覆蓋次數(shù)不均勻。

2)覆蓋次數(shù)與信噪比呈非線性遞增關(guān)系，當(dāng)覆蓋次數(shù)低時(shí)，隨著覆蓋次數(shù)的增加，信噪比增加快；覆蓋次數(shù)到一定數(shù)值之后，信噪比增加緩慢。

3)在渤海K油田潛山內(nèi)幕時(shí)深轉(zhuǎn)換過(guò)程中，估算的地震資料信噪比可作為潛山構(gòu)造的評(píng)判依據(jù)之一，能減少時(shí)深轉(zhuǎn)換結(jié)果的多解性，對(duì)選擇時(shí)深轉(zhuǎn)換結(jié)果和方法具有一定的借鑒作用。