基于對時變子波進(jìn)行分頻段處理的反褶積方法在薄層預(yù)測中的應(yīng)用

黃林軍， 郭 欣， 劉力輝， 張 寒

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院 西北分院，蘭州 730020; 2. 成都晶石石油科技有限公司， 成都 610041)

0 引言

應(yīng)用地震方法研究巖性、尋找地層巖性目標(biāo)依賴的因素(其中包括一套高品質(zhì)的適應(yīng)巖性解釋需求的三維地震數(shù)據(jù)體[1])。薄層的識別和厚度估計是當(dāng)前地震石油勘探領(lǐng)域的主要研究方向之一，提高地震資料分辨率一直是地震資料數(shù)字處理工作者的追求目標(biāo)。前人疊后研究采用的主要方法有頻譜分解法[2-4]、譜反演法[5-10]、以及鉆井資料約束下的高分辨率處理[11]等，在地震頻帶寬度不足以清晰識別譜峰和陷頻變化規(guī)律時，頻譜分解法對于分辯薄層存在困難。另外譜反演方法也存在確定反射系數(shù)的初始位置、噪聲對反演結(jié)果的影響，以及地震衰減對反演結(jié)果的影響等三個技術(shù)難點(diǎn)。鉆井資料約束下的高分辨率處理時受到鉆井資料質(zhì)量及數(shù)量的影響，也存在不確定性。常用的反褶積方法面臨提高分辨率的同時卻降低信噪比和求解不穩(wěn)定的問題。筆者在吸收前人對反演目標(biāo)函數(shù)奇偶分解[12-14]的思想，即對原始信號分解的思想基礎(chǔ)上，提出一種提高地震記錄分辨率的同時，壓制噪聲，以恢復(fù)反射系數(shù)為目標(biāo)的反褶積方法，該方法用高、中、低三個數(shù)據(jù)約束子波反褶積，在時域?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)譜白化作用，結(jié)果穩(wěn)定。運(yùn)算過程加入分頻去噪功能，實(shí)現(xiàn)分辨率和信噪比同時提高，在薄儲層預(yù)測過程中取得了較好的效果。

1 方法原理

方法的實(shí)施主要考慮地震資料與測井資料的有機(jī)結(jié)合，避免常規(guī)反褶積方法提取的不可控的反褶積因子，在壓制噪音的同時能有效提高分辨率，同時考慮了地震信號的衰減以及實(shí)現(xiàn)時域點(diǎn)譜白化的功能?；谝陨蠋c(diǎn)，時變子波分頻段處理的反褶積方法原理(圖1)主要包括：

1.1 提取時變地震子波

采用井控下多道統(tǒng)計自相關(guān)法提取時變地震子波[15-18]。首先提取井旁鄰近道，進(jìn)行多道均衡處理，等間隔取時窗中心。在各時窗信號逐次處理的具體步驟為：

圖1 時變子波分頻段處理的反褶積方法原理略圖Fig.1 The schematic sketch of time-varying wavelet sub-band deconvolution processing

1)采用式(1)進(jìn)行加窗處理。

i=0,1，…,n-1

(1)

式中:n為時窗信號長度。

2)求自相關(guān)。

3)該時窗信號處理，保證其中心點(diǎn)位最大振幅值。

4)采用式(2)進(jìn)行帶通濾波。

i=0,1，…,2n-1

(2)

式中:n為時窗長度；N為半子波長度。

5)濾波后的信號變換到頻率域，去噪處理。

6)反變換到時間域，再做一次帶通濾波，得到該時窗的子波。

1.2 井控提取濾波因子

井控提取低、高頻濾波因子PL、PH，構(gòu)造低、高頻信息SL、SH，主要是為了構(gòu)造反演約束條件。

(3)

(4)

(5)

(M+1為對應(yīng)道采樣點(diǎn)數(shù)；l為對應(yīng)半子波長度)。

圖2 建立時變合成記錄Fig.2 Establishment of time-varying synthetic seismogram(a)反射系數(shù)；(b) 不同主頻雷克子波；(c)合成地震記錄；(d)加入1%高斯噪聲的地震記錄

圖3 不同時窗提取的不同子波及其振幅譜Fig.3 Different wavelets and amplitude spectra extracted from different time windows(a)不同時窗提取的子波；(b)不同時窗子波的振幅譜

1.3 除隨機(jī)噪聲

對各頻段信息去除隨機(jī)噪聲。

1.4 求解提頻剖面

在去噪后的高、低頻數(shù)據(jù)體約束下做反褶積，求解提頻剖面(近似反射系數(shù)剖面)。

(6)

2 模型測試

1)建立時變合成記錄。模型采樣間隔為1 ms，采樣時長為1 s；模型分為三個時窗，分別是時窗1(0 ms～333 ms)、時窗2(334 ms～666 ms)及時窗3(667 ms～1 000 ms)，不同時窗與不同主頻雷克子波(分別為50 Hz、45 Hz、40 Hz)進(jìn)行褶積，得到合成地震記錄，加入1%高斯白噪聲，如圖2所示。

2)對每個時窗進(jìn)行加窗處理，提取不同時窗的子波，時窗1提取的子波處于淺層，子波主頻高(藍(lán)色曲線)；時窗2提取的子波處于中間層段，子波主頻居中(紅色曲線)；時窗3提取的子波處于深層，子波主頻較低(綠色曲線)，如圖3所示。

3)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，分別采用地震低頻、高頻進(jìn)行約束，同時對反射系數(shù)進(jìn)行稀疏約束，求解出反射系數(shù)，并與真實(shí)地震反射系數(shù)進(jìn)行對比，本文方法求取的反射系數(shù)與真實(shí)反射系數(shù)非常符合，證實(shí)了本文方法的有效性(圖4)。

圖4 單道模型方法測試Fig.4 Single channel model testing(a)實(shí)際反射系數(shù)；(b)本文方法反褶積得反射系數(shù)

圖5 多道模型測試Fig.5 Multichannel model testing(a)地震剖面；(b)本文方法反褶積結(jié)果

4)多道模型測試，建立多道模型數(shù)據(jù)，并合成其地震記錄，加入高斯噪聲，采用本文方法進(jìn)行處理，其結(jié)果如圖5所示，在稀疏系數(shù)較大時，可以較好地反演出地震反射系數(shù)，與真實(shí)反射系數(shù)比較證實(shí)了本文方法的有效性。

3 應(yīng)用實(shí)例

XIQ地區(qū)位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地東部BST凸起，儲層表現(xiàn)為“泥包砂”的溝谷充填式沉積特征，厚度小于10 m。地震資料分辨率較低導(dǎo)致的薄層預(yù)測不準(zhǔn)是該區(qū)鉆井失利的主要原因。

利用商業(yè)化軟件GEOSCOPE按照前面原理提取時變子波、分頻段處理及反褶積的研究方法，對該地震資料進(jìn)行了疊后處理，地震數(shù)據(jù)由淺到深主頻趨勢一般是由高到低變化的，為了保證結(jié)果的正確性，從目的層時間域2 300 ms到2 740 ms分時窗提取了一系列時變子波。由于時變地震子波帶有不同頻帶區(qū)域的兩種信號，而地震記錄的頻譜相對于反射系數(shù)的頻譜，只是缺少一部分低頻和高頻成分，因此，通過前面方法原理可增加反射系數(shù)的高頻信號和低頻信號比重。隨后對各頻段信息做擴(kuò)散濾波，目的是在去噪的同時增強(qiáng)同相軸的連續(xù)性，形成高信噪比和產(chǎn)狀保持良好的高、中、低頻三個數(shù)據(jù)體。筆者對XIQ地區(qū)的某一典型地震剖面進(jìn)行處理后，得到頻帶分別為15 Hz、25 Hz和50 Hz的地震剖面，利用高、低頻數(shù)據(jù)體約束做反褶積，求解提頻剖面然后線性相加。最終得到了提高分辨率之后的剖面(圖6(b))，同原始地震剖面(圖6(a))比較,地震剖面主頻從25 Hz提高到了40 Hz和頻寬也從70 Hz拓展到了90 Hz，且地震剖面振幅大小能夠保持相對穩(wěn)定。

圖6 處理前后地震對比剖面Fig.6 The seismic profiles of before and after treatment(a)原始地震剖面；(b)提高分辨率之后的剖面

圖7 處理前后地震資料阻抗反演對比剖面Fig.7 The impedance inversion profile of before and after treatment(a)處理前；(b)處理后

利用相同的反演方法分別針對處理前、后的兩套資料做波阻抗反演，從預(yù)測結(jié)果來對比分析，處理后的地震數(shù)據(jù)由于其分辨率得到明顯提高，其反演結(jié)果能將研究區(qū)XIQ014井梧一段3 m～5 m厚的薄砂層較為清楚地刻畫出來(圖7(b))，同時較原始地震資料反演結(jié)果(圖7(a))更為清晰地反映出砂體間的相互關(guān)系及變化，砂體在溝谷內(nèi)表現(xiàn)為兩端薄，中間較厚的沉積特征。依預(yù)測結(jié)果部署上鉆的XIQ020井從砂體發(fā)育程度及厚度較好地印證了方法的可靠性。相對于原始地震資料的儲層預(yù)測來，應(yīng)用此方法后鉆遇砂體的準(zhǔn)確率由之前的60%提高到了95%以上，鉆井統(tǒng)計在薄層厚度預(yù)測上誤差率由之前的20%減少到了5%左右。

4 認(rèn)識與展望

筆者構(gòu)造了一種新的以識別薄層為目的的提高分辨率算法-時變子波分頻段處理的反褶積方法。該方法考慮了地震信號的能量衰減問題，并在井控下精細(xì)提取時變子波,同時在井控下提取分頻濾波因子并做分頻去噪，有效壓制了噪聲的影響并有效地保持了高、低頻信息能量特征，具有更高的時間分辨率和橫向連續(xù)性。另外在高、低頻信息的約束下的分頻聯(lián)合反褶積，增加了求解問題的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了時域點(diǎn)譜白化的功能。從實(shí)際應(yīng)用可見，它可以作為一種新的疊后提高分辨率的技術(shù)，為薄層目標(biāo)體識別和預(yù)測提供借鑒。