基于實(shí)際數(shù)據(jù)地震屬性的觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法

許銀坡,白志宏,潘英杰,倪宇東,鄒雪峰,伊鴻斌,劉麗麗

(中國(guó)石油 東方地球物理公司，涿州 072751)

0 前言

地震勘探是油氣發(fā)現(xiàn)和增儲(chǔ)上產(chǎn)的最主要技術(shù)手段，地震采集設(shè)計(jì)是能否實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)有效探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著勘探程度的不斷提高，很多探區(qū)已經(jīng)進(jìn)入了二、三次等多期次勘探階段，發(fā)現(xiàn)大油田、新油田的難度越來(lái)越大，隱蔽油氣藏已成為地球物理勘探工作者的主要目標(biāo)。對(duì)于隱蔽油氣藏探區(qū)的老資料，由于受早期采集技術(shù)和地震資料品質(zhì)等的影響，雖然通過(guò)各種處理方法使原有地震資料的品質(zhì)有所改善，但不能從根本上滿足現(xiàn)階段地質(zhì)目標(biāo)的任務(wù)。

地震采集中觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)、外的主流地震采集設(shè)計(jì)軟件(包括KLSeis、GMG、OMNI、Mesa)基本上都是基于參數(shù)驅(qū)動(dòng)或模型驅(qū)動(dòng)，主要以CMP面元屬性分析為主，按照炮檢距、覆蓋次數(shù)、方位角的分布均勻性進(jìn)行分析；CRP面元屬性分析、地震照明分析、疊前分析作為輔助性分析手段[1-14]。

為了提高觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，近年來(lái)許多學(xué)者在基于地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上提出了觀測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案[15-24]，其中一些學(xué)者提出了不同的炮點(diǎn)變觀設(shè)計(jì)思路：董良國(guó)等[25]利用地震波照明分析得到CRP意義上的能量分布，綜合分析目的層照明能量分布曲線，確定最佳排列長(zhǎng)度和加密炮范圍；朱金平等[26]將該方法進(jìn)一步發(fā)展到了三維模型;趙虎等[27-28]提出了采用最小值法和加炮前后目的層能量均勻性( 方差)為標(biāo)準(zhǔn)加密炮點(diǎn)，提高目的層陰影區(qū)成像質(zhì)量；許銀坡等[29]針對(duì)地表和地下地質(zhì)條件欠佳的復(fù)雜地區(qū)的目的層能量分布不均勻問(wèn)題，提出利用均值能量比系數(shù)和距離能量比系數(shù)計(jì)算備選激發(fā)點(diǎn)對(duì)能量最小區(qū)域的照明能量選擇加密炮點(diǎn)。上述方法均是采用建立地質(zhì)模型，利用射線追蹤或波動(dòng)方程計(jì)算目的層照明能量，但是由于地質(zhì)現(xiàn)象的復(fù)雜性，特別是一些特殊的地質(zhì)現(xiàn)象(高陡傾角、逆掩推覆、斷層、裂縫等)，準(zhǔn)確構(gòu)造建模難度大，不能有效地刻畫(huà)復(fù)雜構(gòu)造目的層照明能量和加密設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)的炮點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中都存在著一定的不足。

對(duì)于簡(jiǎn)單構(gòu)造勘探，上述的基于理論公式計(jì)算或地質(zhì)模型驅(qū)動(dòng)的參數(shù)設(shè)計(jì)基本能滿足勘探的要求，但對(duì)當(dāng)前的巖性、復(fù)雜構(gòu)造、剩余油氣等隱蔽性油氣藏的勘探已無(wú)法滿足，迫切需要采集設(shè)計(jì)方法能夠分析不同采集參數(shù)與觀測(cè)系統(tǒng)方案對(duì)隱蔽性地質(zhì)目標(biāo)體的成像效果，提高復(fù)雜構(gòu)造和小斷層成像清晰度和精度。

目前各油田多為勘探開(kāi)發(fā)的高成熟區(qū)，基本上為三維所覆蓋，具有豐富的以往2D、3D地震數(shù)據(jù)，但這些資料在實(shí)際的采集設(shè)計(jì)過(guò)程中往往很少被采用，可以說(shuō)以往不同年度的地震資料包含眾多的野外采集信息，因此充分利用已有資料(大量二維、三維地震數(shù)據(jù)和表層調(diào)查資料)，優(yōu)化二次或三次三維地震采集方案是非常必要的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采集參數(shù)的精細(xì)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)方案和采集參數(shù)的科學(xué)性、合理性和針對(duì)性，改善目的層陰影區(qū)的成像質(zhì)量，提高新采集項(xiàng)目的勘探精度，為面向目標(biāo)勘探、油藏開(kāi)發(fā)的二次和三次地震資料采集提供技術(shù)支撐和分析工具。為此，筆者提出了基于實(shí)際地震數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的地震屬性觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，在不同道集數(shù)據(jù)上建立時(shí)-空變的能量、頻率等地震屬性與炮檢距的關(guān)系曲線(量板)，通過(guò)量板定量分析不同觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的采集“腳印”分布規(guī)律，提高復(fù)雜地區(qū)地震資料的信噪比和保真度。

1 方法原理

通過(guò)利用探區(qū)已有的實(shí)際地震數(shù)據(jù)計(jì)算新設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)中每個(gè)共成像點(diǎn)的地震屬性值，根據(jù)共成像點(diǎn)屬性值的分布選擇最優(yōu)的觀測(cè)系統(tǒng)。本方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

1)收集探區(qū)已有的原始地震資料，根據(jù)探區(qū)地質(zhì)任務(wù)設(shè)計(jì)幾種觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)模擬放炮得到每一個(gè)共成像點(diǎn)的炮檢距分布。

2)對(duì)探區(qū)根據(jù)地表特征(山地、丘陵、河流、湖泊、平原、海洋、濕地、沙漠、城鎮(zhèn)等)進(jìn)行劃分，每個(gè)區(qū)塊從原始資料中選取能代表區(qū)塊特征的炮集或者共成像點(diǎn)道集，該炮集或者共成像點(diǎn)道集應(yīng)包括最大的炮檢距，且炮檢距分布均勻。

3)在地震記錄上用時(shí)窗選定所要研究的地震波(反射波、面波、折射波或者多次波),計(jì)算每一道在選定時(shí)窗內(nèi)的地震屬性值(能量、主頻或者信噪比等屬性)。

4)利用中值濾波對(duì)步驟3)中求出的屬性值進(jìn)行濾波，對(duì)濾波后的屬性值根據(jù)炮檢距擬合，求取地震屬性擬合公式，建立不同炮檢距與分析的地震波(反射波、面波、折射波、多次波等)屬性(能量、頻率、信噪比等)的關(guān)系曲線(量板)。

5)對(duì)步驟1)設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)模擬放炮得到的每個(gè)共成像點(diǎn)，按步驟4)的擬合公式計(jì)算每個(gè)炮檢距對(duì)應(yīng)的地震屬性值，將每個(gè)共成像點(diǎn)所有的地震屬性值求其均值，即為每個(gè)共成像點(diǎn)的地震屬性值。

6)計(jì)算步驟1)設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)的地震屬性值分布的標(biāo)準(zhǔn)方差，如果新設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)屬性值分布的標(biāo)準(zhǔn)方差越小，表明該觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)的地震屬性值波動(dòng)范圍越小，分布越均勻，為最合理的觀測(cè)系統(tǒng)。

本方法在觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中充分與探區(qū)以往的地震數(shù)據(jù)相融合，根據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)屬性值的分布選擇最優(yōu)的觀測(cè)系統(tǒng)，為觀測(cè)系統(tǒng)評(píng)價(jià)提供了一種更科學(xué)、定量的評(píng)價(jià)方法，減少了觀測(cè)系統(tǒng)選取不合理產(chǎn)生的“采集腳印”，提高了復(fù)雜地區(qū)地震資料的采集效果。

2 實(shí)例

2.1 實(shí)例1

收集某探區(qū)已有的原始資料，根據(jù)探區(qū)的地質(zhì)任務(wù)初步設(shè)計(jì)了兩個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)(圖1、圖2)，對(duì)設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)模擬放炮，得到每一個(gè)共成像點(diǎn)的炮檢距分布。

該探區(qū)為平原，從原始資料中選取能代表整個(gè)工區(qū)特征的炮集，如圖3所示，中間放炮，接收線上480道，道距為20 m。拾取目的層反射波(紅色雙曲線)，如圖4所示。

圖1 探區(qū)設(shè)計(jì)的12線4炮120道正交觀測(cè)系統(tǒng)1Fig.1 12 lines 4 shots 120 channels orthogonal survey 1 designed in exploration area

圖2 探區(qū)設(shè)計(jì)的12線24炮120道正交觀測(cè)系統(tǒng)2Fig.2 12 lines 24 shots 120 channels orthogonal survey 2 designed in exploration area

圖3 選取的炮集記錄Fig.3 Select shot records

圖4 拾取反射波Fig.4 Pick up reflected waves

圖5 時(shí)窗內(nèi)炮點(diǎn)右邊接收道均方根能量擬合曲線Fig.5 Mean square energy fitting curve on the right receives of shot point in the window

圖6 時(shí)窗內(nèi)炮點(diǎn)右邊接收道主頻擬合曲線Fig.6 Main frequency fitting curve on the right receives of shot point in the window

圖7 探區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)1和觀測(cè)系統(tǒng)2共成像點(diǎn)均方根能量疊加平面圖Fig.7 Co-imaging point root mean square energy superposition plan of survey 1 and survey 2(a)觀測(cè)系統(tǒng)1;(b)觀測(cè)系統(tǒng)2

圖8 探區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)1和觀測(cè)系統(tǒng)2共成像點(diǎn)主頻疊加平面圖Fig.8 Co-imaging point main frequency superposition plan of survey 1 and survey 2(a)觀測(cè)系統(tǒng)1;(b)觀測(cè)系統(tǒng)2

圖9 選擇的炮集記錄和拾取反射波Fig.9 Select shot records and pick up reflected waves(a)炮集記錄;(b)拾取反射波

圖10 炮檢距與能量的關(guān)系曲線Fig.10 Curve of the relationship between offsets and energy

圖11 方案1和方案2共成像點(diǎn)能量分布Fig.11 Scheme 1and Scheme 2 co-imaging point energy distribution(a)均值0.051 8，方差0.023;(b)均值0.007 3，方差0.008 2

計(jì)算炮點(diǎn)右邊接收道每一道在選定時(shí)窗內(nèi)的均方根能量和主頻，利用三點(diǎn)中值濾波對(duì)求出的均方根能量和主頻進(jìn)行濾波，濾波后均方根能量和主頻分別如圖5和圖6中“·”所示，對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)擬合，最大炮檢距為4 780 m。對(duì)設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)模擬放炮得到每個(gè)共成像點(diǎn)炮檢距的分布，按上述的擬合公式抽取對(duì)應(yīng)的均方根能量(或主頻)，求取每個(gè)共成像點(diǎn)均方根能量(或主頻)的均值，即為每個(gè)共成像點(diǎn)的均方根能量(或主頻)。

觀測(cè)系統(tǒng)1和觀測(cè)系統(tǒng)2的共成像點(diǎn)均方根能量疊加見(jiàn)圖7，共成像點(diǎn)主頻疊加見(jiàn)圖8。

比較設(shè)計(jì)的兩個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)均方根能量和主頻的分布，觀測(cè)系統(tǒng)2中的均方根能量分布圖7(b)和主頻分布圖8(b)，比觀測(cè)系統(tǒng)1中對(duì)應(yīng)的圖7(a)和圖8(a)中出現(xiàn)的采集“腳印”強(qiáng)。計(jì)算兩種觀測(cè)系統(tǒng)地震共成像點(diǎn)屬性值分布的標(biāo)準(zhǔn)方差，觀測(cè)系統(tǒng)1對(duì)應(yīng)的共成像點(diǎn)均方根能量標(biāo)準(zhǔn)方差為0.186 3，主頻的標(biāo)準(zhǔn)方差為0.293 2，觀測(cè)系統(tǒng)2對(duì)應(yīng)的共成像點(diǎn)均方根能量標(biāo)準(zhǔn)方差為0.236 1，主頻的標(biāo)準(zhǔn)方差為0.312 4。觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)屬性值分布的標(biāo)準(zhǔn)方差越小，表明該觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)的地震屬性值波動(dòng)范圍越小，觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)屬性值分布越均勻，則該觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更合理。觀測(cè)系統(tǒng)1對(duì)應(yīng)的共成像點(diǎn)均方根能量和主頻的標(biāo)準(zhǔn)方差，分別比觀測(cè)系統(tǒng)2對(duì)應(yīng)的共成像點(diǎn)均方根能量和主頻的標(biāo)準(zhǔn)方差小，因此使用觀測(cè)系統(tǒng)1采集更合理?；诖?，該探區(qū)最終采用了觀測(cè)系統(tǒng)1的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)野外生產(chǎn)試驗(yàn)效果良好。

2.2 實(shí)例2

在原始炮集數(shù)據(jù)目的層上拾取反射波，如圖9所示，在給定的時(shí)窗內(nèi)計(jì)算每一道均方根振幅，建立炮檢距與均方根振幅的關(guān)系曲線，如圖10所示，顏色代表對(duì)應(yīng)道的均方根振幅。探區(qū)設(shè)計(jì)的兩種觀測(cè)系統(tǒng)，方案1為28線3炮234道正交觀測(cè)系統(tǒng)，覆蓋次數(shù)為182次，最大炮檢距為5 721.71 m，方案2為30線3炮240道正交觀測(cè)系統(tǒng)，覆蓋次數(shù)為300次，最大炮檢距為5 960.03 m，對(duì)設(shè)計(jì)的觀測(cè)系統(tǒng)模擬放炮，得到每一個(gè)共成像點(diǎn)的炮檢距分布。

利用圖10所示的能量曲線量板，分別對(duì)設(shè)計(jì)的兩種觀測(cè)系統(tǒng)方案共成像點(diǎn)各炮檢對(duì)取值并疊加，得到每一個(gè)共成像點(diǎn)的屬性值，方案1和方案2共成像點(diǎn)能量分布如圖11所示，顏色代表共成像點(diǎn)的能量均值，紅色能量均值大，藍(lán)色能量均值小。

圖12為工區(qū)的地形圖，工區(qū)地勢(shì)東南、西北高，中間低，總體呈兩山夾一河的地勢(shì)，在中條山和仙公山，目的層的能量較弱，覆蓋次數(shù)較低，在沁河區(qū)域，容易激發(fā)和接收，覆蓋次數(shù)較高，目的層能量較強(qiáng)，根據(jù)探區(qū)已有資料進(jìn)行分析，圖13為該工區(qū)觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)覆蓋次數(shù)，由圖13可以看出，在中條山和仙公山，覆蓋次數(shù)較低，在沁河區(qū)域，覆蓋次數(shù)較高。圖14為觀測(cè)系統(tǒng)共成像點(diǎn)能量分布，在中條山和仙公山，目的層的能量較弱，在沁河區(qū)域，目的層能量較強(qiáng)。因此該方法能充分利用探區(qū)已有資料，對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的屬性值分布進(jìn)行評(píng)估,以選擇合理的觀測(cè)系統(tǒng)。

3 結(jié)論

筆者提出了基于實(shí)際地震數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的地震屬性的觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法，主要方法為：選擇不同類型的地震波，建立時(shí)-空變的能量、頻率等地震屬性與炮檢距的關(guān)系曲線(量板)，通過(guò)量板定量分析不同觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的采集“腳印”分布規(guī)律，提高復(fù)雜地區(qū)地震資料的信噪比和保真度。該方法在遼河油田、大港油田、華北油田等地區(qū)的高精度地震勘探中的應(yīng)用表明，顯著提高了觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性，獲得了較好的地震資料。

圖12 工區(qū)地形Fig.12 Area topography

新方法無(wú)需構(gòu)建地質(zhì)模型，可用于地表障礙區(qū)地震資料缺失評(píng)價(jià)、加密方案優(yōu)化設(shè)計(jì)等，有效地優(yōu)化了三維觀測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，針對(duì)巖性、復(fù)雜構(gòu)造、深潛山、縫洞儲(chǔ)集體等油氣藏的預(yù)測(cè)符合率均得到明顯提高，為面向目標(biāo)勘探、油藏開(kāi)發(fā)的二次和三次地震資料采集，提供技術(shù)支撐和分析工具。

圖13 覆蓋次數(shù)Fig.13 Folds

圖14 共成像點(diǎn)能量分布Fig.14 Co-imaging point energy distribution