寬方位寬頻帶保幅處理技術(shù)在頁巖油勘探中的應用

張麗艷，李 昂，黃一鳴，李 艦，李士超，姚玉來

1.中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽110034；

2.大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712

0 引言

隨著常規(guī)油氣產(chǎn)量的不斷下降，勘探理念逐漸由常規(guī)油氣勘探轉(zhuǎn)向非常規(guī)油氣勘探，非常規(guī)油氣資源已成為油氣勘探的重要目標之一［1-2］.非常規(guī)油氣勘探中的頁巖油、頁巖氣勘探開發(fā)是目前國內(nèi)各大油田增儲的熱點領(lǐng)域.國外進行頁巖油勘探相對較早，主要是美國和加拿大.美國頁巖油的勘探開發(fā)主要集中在Bakken、Eagle Ford和Barnett等海相頁巖層系內(nèi).其頁巖油產(chǎn)量從2005年開始迅猛增加，2011年達到了2 973×104t，2012年頁巖油產(chǎn)量達到頂峰，相當于其國內(nèi)石油產(chǎn)量的12.5%.中國對頁巖油的勘探開發(fā)相對較晚，在借鑒國外的頁巖油勘探開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國基礎(chǔ)地質(zhì)條件的差異進行了不斷的探索，取得了一些理論認識和實踐進展［3-4］.松遼盆地、渤海灣盆地、南襄盆地等中生代、新生代陸相盆地的泥頁巖層段中，相繼已不同程度地獲得了工業(yè)油流.遼河油田曙古165井沙河街組三段泥巖裂縫井段獲自噴性工業(yè)油流，產(chǎn)量最高達24 m3/d.渤海灣盆地的濟陽拗陷，在沙河街組一段、沙河街組四段頁巖中獲得低產(chǎn)油氣流.三塘湖盆地馬朗、條湖凹陷二疊系蘆草溝組4口井獲得工業(yè)油流［5-6］.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心2017年分別在松遼盆地北部齊家凹陷杏西地區(qū)和古龍凹陷巴彥查干地區(qū)部署實施了松頁油1井、松頁油2井鉆探工程.兩口井在青山口組一段泥巖儲層段直井壓裂均獲得了3 m3/d以上的頁巖油工業(yè)油流，實現(xiàn)了松遼盆地北部頁巖油調(diào)查的重大突破，隨即部署的兩口水平井松頁油1HF井和松頁油2HF井獲得了10 m3/d以上的高產(chǎn)工業(yè)油流，帶動了松遼盆地頁巖油勘探開發(fā)的步伐.

松遼盆地拗陷期地層自上而下發(fā)育有黑帝廟、薩爾圖、葡萄花、高臺子、扶余、楊大城子6套油層，是目前勘探的主體.青山口組是主要生油層，尤其是青一、二段暗色泥巖是主力生油層，有機質(zhì)豐度好，成熟度高，凹陷主體區(qū)Ro為1.0%～2.0%，青山口組一段成熟度高，是頁巖油勘探的重點層系.大慶油田在松遼盆地北部鉆遇青山口組的鉆井有1330口，主體區(qū)已被三維地震所覆蓋，面積約16 075 km2.青山口組泥巖見油氣顯示井77口，試油井40口，工業(yè)井9口.6口井位于古龍凹陷內(nèi)，3口井位于齊家凹陷內(nèi)，齊家－古龍凹陷是頁巖油勘探成果最好的地區(qū).

頁巖油儲層類型主要有兩種：一種是基質(zhì)孔隙為主要儲集空間的的泥頁巖儲集層，即基質(zhì)型；第二種是大規(guī)模天然裂縫十分發(fā)育的泥頁巖儲集層，即裂縫型.無論是哪種類型的儲層，地震勘探對于頁巖油儲層預測和甜點識別都非常重要，如何提高頁巖油儲層的成像精度是頁巖油地震勘探的重要環(huán)節(jié).寬方位三維地震技術(shù)是一種前緣性地震勘探技術(shù)，能夠提供高品質(zhì)地震資料，利用其解決相對較難的地質(zhì)問題.寬方位地震采集可以獲得較完整的地震波場信息.利用寬方位資料可以增強地層斷層、巖性及裂縫的識別能力，在解決各向異性問題方面也具有較大的優(yōu)勢［7-9］.本文以松遼盆地齊家－古龍凹陷Y88研究區(qū)為例，利用寬方位資料進行針對頁巖油儲層處理，分析了寬方位資料的波場特征、信噪比及頻率等特征，在此基礎(chǔ)上確定了寬方位資料的處理流程，并采用了寬方位、寬頻帶的高分辨率保幅特色處理技術(shù)提高成像精度，從而體現(xiàn)了寬方位地震勘探對頁巖油儲層刻畫的優(yōu)勢.

1 研究區(qū)地質(zhì)概況及原始資料分析

研究區(qū)位于松遼盆地北部長垣南齊家-古龍凹陷中，見圖1（藍色方框標注處）.研究區(qū)地勢總體較為平坦，呈現(xiàn)東部低、西部高的特征，高程范圍在海拔125.9～165.1 m.通過對研究區(qū)地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)地物主要以村鎮(zhèn)、皮革城、采油作業(yè)區(qū)，沼澤草地、林帶、稻田、耕地為主（圖2）.其中，農(nóng)田區(qū)主要位于研究區(qū)中、東部，海拔高程介于130.1～145.1 m，占全區(qū)面積的47.2%；沼澤草地區(qū)位于研究區(qū)西南部，海拔高程在128.1～130.1 m，占全區(qū)面積的15.4%；高崗耕地區(qū)位于研究區(qū)西部，呈南北向條帶狀分布，海拔高程145.1～165.1 m之間，占研究區(qū)總面積的28.6%.研究區(qū)表層結(jié)構(gòu)簡單，大部分為兩層結(jié)構(gòu)，低速層速度190.8～800 m/s，厚度1.4～15.7 m.研究區(qū)采集觀測系統(tǒng)參數(shù)如表1所示.從表1可以看出，本次地震采集的觀測系統(tǒng)類型正交觀測系統(tǒng)：面元大小為10 m（縱）×20 m（橫），覆蓋次數(shù)為192次，采樣間隔為1 ms，縱橫比為0.75，為寬方位采集.

圖3 為研究區(qū)不同位置的原始單炮記錄，從圖3中可以看出，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育面波（藍色方框）、折射波（綠色方框）等規(guī)則干擾，以及強機械、強環(huán)境產(chǎn)生的異常振幅值（紅色方框）和高頻隨機噪音等不規(guī)則干擾波.其中，面波的頻率較低，全區(qū)分布，扇形特征清楚，視速度在300～650 m/s之間，能量較強，對資料的品質(zhì)影響較大.高崗區(qū)低降速帶厚度不斷變化，折射波干擾嚴重，同時伴生大量低速線性噪音.線性噪音視頻率5～23 Hz，視速度100～300 m/s，折射波視頻率5～25 Hz，視速度1 500～2 500 m/s.全區(qū)的靜校正問題比較嚴重，尤其是高程變化劇烈區(qū)（高崗區(qū)）.從原始資料疊加剖面圖（圖4）可以看出，高崗區(qū)靜校正問題比較突出，而由于靜校正問題突出導致同相軸橫向連續(xù)性變差，成像困難.從整個研究區(qū)的信噪比（圖5）可以看出，研究區(qū)的信噪比為0.7～1.3.圖6有效信號頻譜圖中顯示出整個研究區(qū)有效信號的頻帶大約為5～65 Hz.

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Tectonic location of the study area

表1 Y88北三維地震采集觀測系統(tǒng)Table 1 3D seismic acquisition geometry in northern Y88 area

圖2 研究區(qū)衛(wèi)星圖像Fig.2 Satellite image of the study area

圖3 不同位置的原始單炮Fig.3 Original single shots in different locations

圖4 原始資料疊加剖面Fig.4 Stacked profile of original data

2 寬頻帶處理技術(shù)

結(jié)合上述原始資料特征和本研究區(qū)地質(zhì)任務(wù)，主要采用寬頻帶、寬方位地震處理技術(shù)進行提高分辨率處理，其具體處理技術(shù)流程如圖7所示.流程中綠色的部分是處理的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括模型約束的高靜校正技術(shù)、多域分步去噪技術(shù)、近地表吸收衰減補償技術(shù)及寬方位OVT（炮檢距向量片）域處理技術(shù).

2.1 模型約束的層析靜校正技術(shù)

由于本區(qū)地表條件復雜，低降速帶速度、厚度變化大，造成靜校正問題比較突出.僅依靠表層調(diào)查資料的靜校正方法不能有效地解決靜校正問題，而折射波靜校正又不能很好地解決中低頻靜校正量，所以需要綜合折射波信息和表層調(diào)查資料來解決.本文采用折射波層析靜校正與微測井靜校正相結(jié)合的方式計算靜校正量.首先將兩種方法求得的炮點、檢波點的靜校正量，分解成低頻分量和高頻分量，應用層析靜校正量的高頻分量和微測井靜校正量的低頻分量相結(jié)合求取全區(qū)統(tǒng)一靜校正量，解決研究區(qū)的靜校正問題，最終依靠精細速度分析與剩余靜校正迭代解決剩余靜校正量，保證地震低、中、高頻信號實現(xiàn)同相疊加.圖8是靜校正前后疊加剖面對比，可以看出，模型約束的層析靜校正能夠有效地解決靜校正問題，尤其是高崗地區(qū)的靜校正問題（圖中藍色方框標注處），靜校正后剖面的同相軸更連續(xù)，信噪比得到提高.

圖5 信噪比圖Fig.5 Signal-to-noise ratio map

圖6 有效信號頻譜Fig.6 Effective signal spectrum

圖7 寬方位寬頻帶地震資料處理技術(shù)流程Fig.7 Processing flowchart for wide-azimuth and broadband seismic data

2.2 多域分步去噪技術(shù)

該研究區(qū)地表條件復雜，地表障礙物多，信噪比差異較大，干擾波類型較多.且不同區(qū)域（耕地、草地、高崗、村鎮(zhèn)等）干擾波發(fā)育不同.在疊前去噪處理時，針對面波、淺層折射波、異常幅值等干擾波在頻率、能量和視速度等方面與有效波存在一定差異的特點，在疊前識別并去除，整體的原則就是在進行壓制噪音的同時，確保有效波的損失控制在最小，在相對保真的前提下提高資料的信噪比.

圖8 靜校正前后剖面對比Fig.8 Comparison of profiles before and after static correction

由于研究區(qū)普遍存在面波干擾，對近道產(chǎn)生嚴重的影響，其頻率主要在12 Hz以下，視速度在300～650 m/s之間.根據(jù)其低頻、強振幅的特點，采用區(qū)域異常噪音衰減技術(shù)對面波進行壓制，具體做法：首先對原始單炮進行分頻處理，利用低頻段面波能量較強的特點，與中高頻段有效信號較強的能量做比值處理，通過設(shè)置門閾參數(shù)，以此來識別面波的能量，并設(shè)計衰減因子，求出低頻段的有效信號并從低頻段減去，這樣就估計出了面波的能量，然后再從原始單炮中減去，求出的面波能量，即可完成對面波衰減.這種方法最大的特點是相對保幅性較好，在衰減面波的同時可以很好地保護低頻段的有效信號.針對折射波干擾，采用F－X域的信噪分離方法.由于其干擾能量較強，干涉頻帶較寬，壓制較為困難，且容易傷害到有效信號.同時由于折射干擾在炮域的線性特征比較明顯，因此采取在炮域?qū)ζ溥M行壓制，再根據(jù)折射波在不同區(qū)域的頻率、線性特征和發(fā)育程度不同，采取分區(qū)壓制折射波干擾.對于部分單炮上存在的幅值較大的異常振幅干擾，主要根據(jù)這些噪音的振幅能量與有效波振幅能量的明顯差異，采用地表一致性異常振幅壓制技術(shù)對其進行壓制.

圖9 去噪前后疊加剖面對比Fig.9 Comparison of stacked profiles before and after denoising

通過采取上述綜合性的處理方法對研究區(qū)噪音進行去除，對比疊前綜合去噪前后的疊加剖面（圖9）可以看出，疊前去噪有效地去除了面波、折射、異常振幅等干擾，剖面信噪比明顯提高，各反射層的連續(xù)性得到增強.從去噪前后的信噪比圖（圖10）可以看出，去噪前剖面的信噪比0.7～1.0（圖10a），而去噪后信噪比提高到1.3～3（圖10b），信噪比得到了大幅度的提高.

2.3 表層吸收補償技術(shù)

近地表吸收衰減了一部分有效地震信號.另外，由于近地表介質(zhì)的吸收和頻散作用的橫向變化，造成能量和相位的不一致，對成像也會產(chǎn)生很大影響.所以，要提高地震資料的分辨率，就必須解決地層的吸收衰減問題，特別是近地表的吸收問題.地表調(diào)查的微測井資料中包含了大量的表層信息，地面檢波器或井底檢波器接收的地震信號，其振幅及頻率變化規(guī)律能夠較好地反映表層吸收情況，因此，利用微測井資料獲得高精度近地表Q（品質(zhì)因子）值，通過反Q濾波處理，可以有效提高地震資料的分辨率.具體做法：首先，利用微測井資料求取表層絕對Q值.其次，利用地震資料求取相對Q值.用微測井井點的絕對Q值標定相對Q值，建立整個研究區(qū)的Q場，最后利用穩(wěn)健的反Q濾波方法進行近地表吸收衰減補償，使有效信號得到較好的恢復.將該方法應用于整個研究區(qū)進行近地表吸收衰減補償，使高頻端得到較好的恢復.圖11為近地表吸收衰減補償前后的剖面對比.從圖11可以看出，經(jīng)過近地表補償后，高頻端得到較好的恢復，弱信號的能量得到加強（圖中藍色方框標注處）.從圖12可以看出，近地表吸收衰減補償前剖面的頻帶寬度為3～36 Hz，補償后剖面的頻帶寬度為4～44 Hz，與近地表吸收衰減補償前相比經(jīng)過表層Q補償后的剖面頻帶拓寬7 Hz左右.

圖10 去噪前后信噪比對比Fig.10 Comparison of signal-to-noise ratios before and after denoising

圖11 近地表吸收衰減補償前后剖面對比Fig.11 Comparison of profiles before and after near-surface absorption attenuation compensation

圖12 近地表吸收衰減補償前后頻譜對比Fig.12 Comparison of spectrum before and after near-surface absorption attenuation compensation

3 寬方位處理技術(shù)

本研究區(qū)資料的縱橫比達到0.75，為寬方位采集，能夠更全面的刻畫地下的波場信息和彌補照明引起的不均現(xiàn)象，所以針對寬方位資料應該采取針對性的體現(xiàn)寬方位特征的處理技術(shù)，既OVT域的處理［10-12］，主要包括OVT域的去噪、規(guī)則化、偏移以及各向異性校正等處理.因為方位各向異性特征在寬方位資料上表現(xiàn)的更完整，通過方位各向異性校正處理，能夠消除各向異性的影響，提高地震資料的分辨率［13-16］.

OVT域疊前時間偏移與共炮檢距域疊前時間偏移均采用克?；舴虔B前時間偏移方法.由于受束狀觀測系統(tǒng)的影響，不同炮檢距的覆蓋次數(shù)存在差異，造成共炮檢距域疊前時間偏移后的CRP共反射點道集會存在能量不均衡現(xiàn)象，表現(xiàn)為道集的中炮檢距能量強，近、遠炮檢距能量弱，該能量關(guān)系不能真實反映地下地質(zhì)層位空間能量的變化［17-20］.而OVT域偏移后的“蝸牛”道集解決了由于觀測系統(tǒng)帶來的疊前時間偏移后近、遠炮檢距能量弱的問題，能夠更真實地反映AVO（振幅隨偏移距變化）響應，同時由于方位信息的保留還可以有利的開展AVA（振幅隨方位角變化）等流體檢測工作［21-23］.圖13為OVT域偏移后的道集進行方位各向異性校正前后的對比.圖13a的OVT域方位道集體現(xiàn)的是在360°范圍內(nèi)，地震波場的隨方位的變化，體現(xiàn)了地下方位各向異性的特征.其中紫色的線代表偏移距的變化，綠色的線代表方位角0～360°內(nèi)方位的變化.從圖13中可以看出，由于方位各向異性的影響，偏移后的方位道集存在波浪形曲線形狀，這種特征在圖中1.0～1.2 ms區(qū)間表現(xiàn)尤其明顯（圖中紅色方框標注處），波浪形曲線的頂點和底點分別代表各向異性的主方向和垂直方向（也就是裂縫的走向和垂直方向）.通過方位各向異性校正后，消除了這種方位各向異性的影響，同相軸校平（圖13所示）.圖14是方位各向異性校正前后成像剖面的對比，可以看出，校正后的剖面（圖14b）在成像精度和信噪比方面都要優(yōu)于校正前的剖面（圖14a），而且經(jīng)過方位各向異性校正后，層間的弱信號能量得到加強（圖中箭頭指示處）.

圖13 寬方位OVT域方位各向異性校正前后道集對比Fig.13 Comparison of gathers before and after OVT-domain wide-azimuthal anisotropy correction

4 應用效果分析

圖15 、16為采用圖7的處理技術(shù)流程進行處理的新老資料最終成像剖面及頻譜對比.從二者的剖面可以看出，新處理后的成果能夠使小斷層成像更清晰，斷點收斂更干脆，層間信息更豐富，整個剖面的信噪比相對較高（圖15a）.另外從二者的頻譜上也可以看出，新資料成果的有效頻寬為6～82 Hz（圖16中藍色曲線），老資料成果的有效頻寬為13～78 Hz（圖16中紅色曲線）.相比而言，新成果不但低頻信息豐富，高頻信息也遠高于老資料，整個資料的頻帶寬度比老資料成果高11 Hz，對后續(xù)頁巖油儲層識別和甜點提供了高質(zhì)量數(shù)據(jù).

圖14 寬方位OVT域方位各向異性校正前后成像剖面對比Fig.14 Comparison of imaging profiles before and after OVT-domain wide-azimuthal anisotropy correction

圖15 新老資料成果處理剖面對比圖Fig.15 Imaging profile comparison of new and old data results

圖16 新老資料成果頻譜對比Fig.16 Spectrum comparison of old and new data results

5 結(jié)論

松遼盆地齊家-古龍凹陷是頁巖油勘探的重點區(qū)域.利用寬方位、寬頻帶處理技術(shù)對松遼盆地齊家-古龍凹陷Y88研究區(qū)進行了高分辨率保幅處理，得出主要結(jié)論和認識如下.

（1）模型約束層析靜校正技術(shù)、多域分布去噪技術(shù)以及近地表吸收衰減補償?shù)葘掝l處理技術(shù)能夠有效地提高資料的信噪比、分辨率及成像精度.

（2）寬方位OVT域處理能夠充分利用寬方位資料的方位角優(yōu)勢，使偏移后的道集同時含有炮檢距和方位角的信息，通過方位各向異性校正能夠較好的解決方位各向異性問題.

（3）寬頻、寬方位保幅處理技術(shù)能夠有效地提高地震成像精度和分辨率，使較老資料頻帶拓寬11 Hz，為后續(xù)的儲層預測和甜點識別提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù).