柴達木盆地尖頂山地區(qū)低頻可控震源“兩寬一高”地震資料處理關鍵技術應用研究

周錦鐘,張金海,牛全兵,張惠瑜,王海峰,朱波,李麗，尹思,王娜

(1.中國石油青海油田分公司 勘探開發(fā)研究院,甘肅 敦煌 736202;2.中國石油測井有限公司生產測井中心,陜西 西安 710200)

0 引言

隨著油氣勘探開發(fā)節(jié)奏的加快，近年來地球物理勘探技術得到了長足的進步。但隨著勘探開發(fā)工作的進一步深入，油氣勘探開發(fā)面臨的地質目標更加復雜、對象更加隱蔽，需要開展針對復雜油氣藏的新一輪地震勘探技術攻關。地震勘探技術也由原來的常規(guī)三維發(fā)展到低頻可控震源“兩寬一高”三維[1-4]。“兩寬一高”地震指寬方位、寬頻帶和高密度的地震采集。其中寬方位觀測，可以提高成像精度，有利于識別小斷裂；寬頻地震，低頻穿透能力較強，衰減慢，有利于深層和基底資料成像；高密度地震，炮道密度加大，資料覆蓋次數(shù)增加，信噪比提高[5-7]。

尖頂山位于柴達木盆地阿爾金山前帶油氣有利帶，東為東坪鼻隆構造，西鄰南翼山、小梁山，北靠阿爾金山，南接大風山構造，工區(qū)整體地勢比較平坦。但尖北構造主體部位資料品質相對較差，基底反射不清，基巖等主要目的層圈閉無法準確落實，侏羅系地層不能精細追蹤，制約了勘探部署。2016年尖北鉆探的尖探1井獲得高產工業(yè)氣流，油氣來源于高—過成熟階段的侏羅系煤型氣，揭示了該區(qū)良好的勘探前景。為了進一步擴大阿爾金山前帶勘探成果，2017年在柴達木盆地部署了采集史上最大的尖頂山三維，滿覆蓋面積501 km2。

前期尖頂山采集的地震資料覆蓋次數(shù)低，組合大，排列短，造成中深層資料品質差，基底反射不清。隨著“兩寬一高”采集技術的不斷成熟和推廣，接收道數(shù)和排列增長，道距和面元縮小，覆蓋次數(shù)增加，低頻信息豐富，空間假頻少，記錄的波場信息更加完整。針對該區(qū)的特點以及目前技術的發(fā)展現(xiàn)狀，為解決該區(qū)的地質問題，2017年采用了低頻可控震源激發(fā)的三維地震勘探技術，獲得了“兩寬一高”的地震采集數(shù)據(jù)。本文以此為基礎，分析了可控震源資料固有的特征和處理難點，采用了低頻可控震源噪聲壓制技術、寬頻處理技術以及偏移距矢量片(offset vector tile,OVT)域寬方位處理技術，基巖成像效果較好，為后續(xù)的高精度儲層預測和含氣性檢測奠定了基礎。

1 原始資料分析

2017年尖頂山三維可控震源采集參數(shù)為6炮28線，單只檢波器接收，覆蓋次數(shù)728次，面元尺寸為15 m×15 m，炮道密度大；鄰區(qū)2007年采用常規(guī)的三維觀測系統(tǒng)，炸藥激發(fā)，組合檢波器接收，8個排列接收，覆蓋次數(shù)88次，面元尺寸為15 m×30 m。表1為常規(guī)觀測系統(tǒng)和“兩寬一高”觀測系統(tǒng)具體采集參數(shù)的對比。

圖1是低頻可控震源“兩寬一高”和常規(guī)三維地震采集的原始資料對比，從單炮和頻譜圖可以分析。

表1 “兩寬一高”和常規(guī)三維地震觀測系統(tǒng)對比Table 1 “Two-wide and one-high” and conventional three-dimensional seismic observation system comparison

a—常規(guī)三維原始單炮;b—“兩寬一高”三維原始單炮;c—常規(guī)三維地震資料頻譜;d—“兩寬一高”三維地震資料頻譜a—conventional three-dimensional original single shot;b—"two-wide and one-high" three-dimensional original single shot;c—conventional 3D seismic data spectrum;d—"two-wide and one-high" 3D seismic data spectrum圖1 常規(guī)三維地震采集與“兩寬一高”三維地震采集單炮及頻譜對比Fig.1 Conventional 3D seismic data and “two-wide and one-high” 3D seismic data single shot and spectrum comparison

1)信噪比：從圖1a和圖1b單炮記錄可以看出，鄰區(qū)常規(guī)三維地震資料整體信噪比較高，僅發(fā)育面波及淺層折射，干擾波比較單一；而該區(qū)“兩寬一高”的資料整體信噪比較低，除了發(fā)育面波及淺層折射外，還可見強能量異常振幅、強諧振干擾以及滑動掃描所導致的外源干擾，干擾波比較復雜。

2)頻率：在1 500～2 000 ms的時窗范圍內，針對原始資料單炮記錄有效波頻帶范圍進行了頻譜分析。從圖1c和圖1d二者的頻譜分析可以看出，在14 dB范圍內，常規(guī)采集的單炮記錄有效波頻寬在7～23 Hz，低頻可控震源采集的單炮記錄有效波頻寬在6～49 Hz。低頻段兩種方法采集的單炮記錄相當，而高頻段低頻可控震源采集的資料有效頻帶更寬一些。

2 “兩寬一高”地震數(shù)據(jù)處理關鍵技術及思路

針對“兩寬一高”地震資料的特點和優(yōu)勢[8]，在處理中主要從低頻保幅去噪、低頻補償及OVT域寬方位處理三方面考慮?；舅悸肥窃诒７?、保真、保護低頻信號前提下，采用多域及串聯(lián)去噪方法，對噪聲逐步壓制，提高信噪比；利用地表一致性反褶積盡可能消除子波的差異，預測反褶積拓寬頻帶、提高主頻，在疊前時間偏移后進行低頻補償；開展OVT域寬方位處理，消除方位各向異性所引起的剩余時差，使波組特征成像更清晰，小斷裂識別更清楚。

2.1 低頻可控震源噪聲壓制技術

由于低頻可控震源噪聲異常發(fā)育，采用分頻、分域的去噪[9-11]思路，利用疊前去噪與振幅處理合理搭配，反復迭代，保護低頻有效信息不受損害。

該區(qū)主要存在低頻低速的面波及淺層折射等線性相干噪聲。三維地震數(shù)據(jù)相干噪聲的衰減需要通過非縱距校正處理，消除非縱距對地震數(shù)據(jù)傳播時差的影響，處理后的三維遠排列相干噪聲同相軸就變成了線性分布，類似于近排列相干噪聲的分布。

三維地震數(shù)據(jù)由于遠排列相干噪聲同相軸大部分成拋物線分布，有效信號和相干噪聲傾角很難準確選取。在去噪的過程中，首先，要分析不同類型相干噪音的波形特征，對去噪前地震數(shù)據(jù)進行分頻處理，確定相干噪聲的頻率范圍；然后，根據(jù)相干噪聲在時間和空間上的分布范圍，確定最大、最小炮檢距及其對應的時間；最后，判斷相干噪聲的最小和最大視速度范圍。經過反復試驗，在保護去噪范圍以外的地震數(shù)據(jù)波形特征前提下，確定了地震數(shù)據(jù)相干噪聲的主頻和視速度大小及范圍。

從圖2a和圖2b噪聲壓制前后剖面對比可以看出，面波、線性干擾及異常振幅得到了很好地壓制，信噪比明顯提高，同相軸更加連續(xù)。在1 600～2 200 ms的時窗范圍內，針對噪聲壓制前、后疊加剖面有效波頻帶范圍進行了頻譜分析。從圖2c噪聲壓制前后頻譜(其中藍線代表噪聲壓制前頻譜，紅線代表噪聲壓制后頻譜)對比可以看出，高低頻曲線吻合較好，有效波頻帶范圍在6～72 Hz，有效信號頻率基本沒有損失，噪聲的能量得到了削減，較好地保護低頻。

2.2 “兩寬一高”資料的寬頻處理

由于受激發(fā)接收及地層吸收衰減等因素的影響，盡管低頻穿透能力強，但是反射的低頻能量在接收過程中難免會有不同程度的損失，這不利于中深層及基底成像。對該區(qū)原始資料進行頻率掃描分析，有效頻帶范圍內，低頻成分在3 Hz左右。而低頻信息對后續(xù)的地震綜合解釋儲層預測與含氣性檢測起到至關重要作用，因此，需對低頻能量進行合理的補償[12-13]。

本文寬頻處理[14-15]主要體現(xiàn)對疊前時間偏移資料進行低頻補償。采用地震子波估計的地震數(shù)據(jù)驅動自適應補償方法，該低頻補償方法可以保持高頻成分不變，僅對低頻信號進行拓寬。其補償原理是：在進行低頻補償之前，需要先對疊前時間偏移資料做頻譜分析，以確定低頻補償?shù)钠鹗碱l率和結束頻率。起始頻率一般為有效信號的最低頻率，結束頻率一般應大于地震數(shù)據(jù)的峰值頻率。在資料信噪比較高的區(qū)域選取大時窗，以此來估算補償算子。通過估算地震數(shù)據(jù)的地震子波、并拓寬其低頻范圍，達到補償?shù)卣饠?shù)據(jù)低頻信號的目的。

圖3a和圖3b是對疊前時間偏移剖面進行低頻補償前后對比剖面；圖3c和圖3d是對疊前時間偏移數(shù)據(jù)進行低頻補償前后的頻譜曲線。從低頻補償前后頻譜曲線來看，低頻補償前的有效信號最小頻率在6 Hz左右，低頻補償后，有效信號低頻信息拓展到3 Hz。

2.3 OVT域寬方位處理

OVT是十字排列道集的自然延伸，是十字排列道集中的一個數(shù)據(jù)子集。每個OVT都有限定范圍的偏移距和方位角[16-17]，能夠得到更準確的方位速度，有利于方位各向異性分析、裂縫檢測及方位相關的屬性提取。在不考慮速度各向異性的情況下，各向同性OVT域疊前時間偏移就是限制了炮檢距和方位角的常規(guī)疊前時間偏移，而這種常規(guī)的疊前時間偏移方法，分扇區(qū)處理沒有方位信息，容易引起方位速度分析的不確定性，從而導致偏移后歸位的不準確，小斷層不能很好地刻畫出來。另外OVT域疊前時間偏移形成的CRP道集道數(shù)多，整體能量比較均衡，近、中、遠道能量趨于一致， 能夠真實地反映AVO響應；而常規(guī)疊前時間偏移共反射點CRP道集道數(shù)少，中間能量強，近、遠道能量弱，不能真實地反映地下反射能量的空間變化，這與炮檢距分組有關，這是共炮檢距方法固有的弊端。

經過OVT域疊前時間偏移后的CRP道集反射同相軸基本上是平的，但還存在一些波動或擾動扭曲(參考圖4)，這種擾動是方位各向異性造成的剩余時差。通過求取剩余時差、相關系數(shù)及疊前時間偏移速度場，來估算方位各向異性參數(shù)，包括快波速度場、慢波速度場和慢波方位3個參數(shù)。

由方位各向異性反演出的快波速度場、慢波速度場以及慢波方位和成像速度，來消除同一共中心點道集內由于炮檢方位角差異所造成的反射波剩余旅行時差，即將包含有方位各向異性剩余時差的地震道反射波旅行時校正為零炮檢距處的反射波旅行時，完成方位各向異性剩余時差校正[18-20]。OVT域疊前時間偏移完成后所形成的道集即為蝸牛道集。因為這種道集按螺旋方式排列，每一圈都具有相同的偏移距，每旋轉一周，方位角360°循環(huán)一次。因其形似蝸牛，因此將排序后的道集稱為蝸牛道集。 圖4a和圖4b是OVT域疊前時間偏移后的方位各向異性校正前后蝸牛道集的對比。

圖4中深藍粗線表示偏移距的變化，淺藍細線表示方位角的變化，偏移距從左到右依次遞增，方位角在0～360°范圍內變化。由于受方位各向異性的影響，在信噪比比較高的區(qū)域，校正前的蝸牛道集存在波浪形曲線形狀，這種波浪形曲線的頂點和底點分別代表裂縫的走向和垂直方向。不同方位傳播速度不一樣，地震波平行裂縫傳播速度最快，垂直裂縫傳播速度最慢。在此，對裂縫的判斷在處理上只能通過快慢波傳播的方位定性判斷。如果要對裂縫進行定量判斷的話，還需通過頻率、振幅等地震屬性進行詳細分析。 通過方位各向異性校正后，蝸牛道集扭曲抖動現(xiàn)象得到了消除，同相軸得到了校平，連續(xù)性明顯改善。

a—噪聲壓制前疊加剖面;b—噪聲壓制后疊加剖面;c—噪聲壓制前后疊加剖面頻譜對比分析a—stacking profile before noise attenuation;b—stacking profile after noise attenuation;c—comparative analysis of stacking profile spectrum before and after noise attenuation圖2 噪聲壓制前后疊加剖面及頻譜對比Fig.2 Stacking profile and spectrum comparison before and after noise attenuation

a—低頻補償前疊前時間偏移剖面;b—低頻補償后疊前時間偏移剖面;c—低頻補償前疊前時間偏移頻譜;d—低頻補償后疊前時間偏移頻譜a—prestack time migration profile before low frequency compensation;b—prestack time migration profile after low frequency compensation;c—prestack time migration spectrum before low frequency compensation;d—prestack time migration spectrum after low frequency compensation圖3 低頻補償前后疊前時間偏移剖面及頻譜對比Fig.3 Prestack time migration profile and spectrum comparison before and after low frequency compensation

a—方位各向異性校正前蝸牛道集;b—方位各向異性校正后蝸牛道集a—snail gather before azimuth anisotropy correction;b—snail gather after azimuth anisotropy correction圖4 方位各向異性校正前后蝸牛道集Fig.4 Snail gather before and after azimuth anisotropy correction

3 “兩寬一高”資料成像效果對比

圖5a和圖5b是該區(qū)常規(guī)疊前時間偏移剖面和OVT域疊前時間偏移剖面效果對比，圖5c和圖5d是該區(qū)常規(guī)疊前時間偏移切片和OVT域疊前時間偏移切片效果對比。從圖5可以看出，OVT域疊前時間偏移成像效果在以下幾方面得到提高，淺層反射波組特征明顯改善，斷裂面成像清晰，地層接觸關系清楚。

a—常規(guī)疊前時間偏移剖面;b—OVT域疊前時間偏移剖面;c—常規(guī)疊前時間偏移切片;d—OVT域疊前時間偏移切片a—conventional prestack time migration profile;b—OVT domain prestack time migration profile;c—conventional prestack time migration slice;d—OVT domain prestack time migration slice圖5 常規(guī)疊前時間偏移與OVT域疊前時間偏移剖面及切片對比Fig.5 Conventional prestack time migration and OVT domain prestack time migration profile and slice comparison

4 結論和認識

1)低頻可控震源“兩寬一高”采集的地震資料低頻信息豐富，通過疊前保幅去噪技術、低頻補償?shù)膶掝l帶處理技術，有效頻帶得到拓寬，有利于提高疊前含氣檢測的準確率，提高了資料的縱向分辨率。

2)OVT域寬方位處理技術保留了偏移距和方位角信息，不但豐富了方位各向異性的屬性分析，而且為后續(xù)的裂縫預測和AVO分析提供了基礎數(shù)據(jù)。

3)采用了OVT域疊前時間偏移成像方法，提高了繞射波歸位效果。尖頂山和尖北構造主體形態(tài)落實，構造細節(jié)較清楚，基底斷點接觸關系較合理，斷裂展布明確。