元壩地區(qū)超深薄儲層提高地震分辨率處理方法探討

齊中山，李文成，袁茂林，蘇建龍，何 鑫

（中國石化勘探分公司，四川成都 610041）

元壩地區(qū)位于四川省北部，地形地貌主要為山地，局部為丘陵，海撥高程450～900 m，主要出露白堊系和侏羅系蓬萊組砂巖，構(gòu)造位置處于九龍山構(gòu)造南翼、通南巴背斜西南側(cè)，屬于川中低緩構(gòu)造帶的一部分，地層平緩，構(gòu)造相對簡單，斷裂不發(fā)育，侏羅系沙溪廟組-震旦系存在多套優(yōu)質(zhì)儲層，地震資料品質(zhì)總體較好。繼陸相三疊系須家河組、海相三疊系飛仙關(guān)組-二疊系長興組勘探突破之后，近兩年開始對更深層的二疊系吳家坪組-茅口組進(jìn)行勘探，吳家坪組、茅口組地層埋藏深大于6 000 m，儲層較薄（10～20 m），地質(zhì)研究需要較高的分辨率，而原始資料頻帶窄、主頻低，常規(guī)處理采用地表一致性反褶積（預(yù)測步長24 ms）和單道預(yù)測反褶積（預(yù)測步長20 ms），疊前時間偏移處理成果分辨率低，無法滿足地質(zhì)研究的要求。

為了明確吳家坪組-茅口組儲層地震響應(yīng)特征，開展精細(xì)目標(biāo)描述研究，深化吳家坪組-茅口組有利沉積相帶展布及淺灘儲層分布，進(jìn)行了提高分辨率處理攻關(guān)，疊前采用地表一致性反褶積、多道預(yù)測反褶積、Q體補(bǔ)償?shù)榷喾N方法串聯(lián)，逐步壓縮地震子波，拓寬頻帶[1]，處理成果分辨率有所提高，但仍然無法滿足吳家坪組和茅口組儲層預(yù)測的要求。為了進(jìn)一步提高分辨率，在疊前時間偏移成果上應(yīng)用了壓縮感知技術(shù)。壓縮感知理論早在2006年就由Donoho與Candes、陶哲軒等人提出，是一個充分利用信號稀疏性或可壓縮性的全新信號采集、編解碼理論，該理論表明：當(dāng)信號具有稀疏性或可壓縮性時，通過采集少量的信號投影值就可實現(xiàn)信號的準(zhǔn)確或近似重構(gòu)[2]。此后便受到信息論、圖像處理、地球科學(xué)、光學(xué)/微波成像、模式識別、無線通信、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的高度關(guān)注，國內(nèi)很多學(xué)者對壓縮感知的理論和應(yīng)用也非常重視，喬志洋等在圖像處理方面[3-5]，羅純哲等在方法優(yōu)化方面[6-7]，劉明等在雷達(dá)信號處理方面[8-9]，王華忠等在地震資料采集方面[10-12]都進(jìn)行了細(xì)致研究。近年來，霍守東、宋維琪[13-17]等已將該理論發(fā)展到地震資料處理中，元壩地區(qū)吳家坪組-茅口組提高分辨率處理中的實際應(yīng)用表明，其效果明顯。

1 提高地震分辨率技術(shù)

1.1 疊前提高分辨率技術(shù)

元壩地區(qū)地震資料采集時間為2006―2007年，采用12線240道正交觀測系統(tǒng)，面元25 m×25 m，覆蓋次數(shù)為72次，激發(fā)采用高密度銨銻成型炸藥，激發(fā)井深19～23 m，藥量16 kg，接收采用矩形面積組合，組合基距LX=2.5 m，LY=2.0 m。原始資料信噪比較高，但由于表層白堊系疏松砂巖大面積分布，原始資料頻帶窄，主頻低（圖1a），目的層二疊系吳家坪組-茅口組優(yōu)勢頻帶0～50 Hz，主頻只有25 Hz左右（如圖1b所示，以-24 db處為準(zhǔn)，綠線所示，下同，分析窗口為圖1a中紅框區(qū)），疊加結(jié)果目的層優(yōu)勢頻帶只有7～40 Hz。疊前處理在做好靜校正和去噪的基礎(chǔ)上，采取了逐步提高分辨率的方法。靜校正處理采用微測井約束的層析靜校正和多次地表一致性剩余靜校正方法；去噪采用多域聯(lián)合噪音壓制技術(shù)，重點壓制面波、聲波、線性干擾、異常振幅干擾等；提高分辨率處理在地表一致性預(yù)測反褶積之后進(jìn)行串聯(lián)單道預(yù)測反褶積、多道預(yù)測反褶積、寬帶子波反褶積、譜白化、調(diào)諧反褶積、穩(wěn)健反褶積、Q體補(bǔ)償?shù)确椒ㄒ约敖M合，經(jīng)過對比分析最終采用地表一致性預(yù)測反褶積（預(yù)測步長24 ms）、多道預(yù)測反褶積（預(yù)測步長18 ms）、Q體補(bǔ)償?shù)慕M合方法。經(jīng)過組合提高分辨率處理，子波不斷壓縮（圖2a～d），頻帶不斷拓寬（圖2e～h）。圖2f為經(jīng)過地表一致性預(yù)測反褶積后疊加目的層頻譜，優(yōu)勢頻帶達(dá)5～47 Hz，與圖2e相比，頻帶拓寬9 Hz；圖2g為經(jīng)過多道預(yù)測反褶積后疊加目的層頻譜，優(yōu)勢頻帶達(dá)0～55 Hz，與圖2f相比，頻帶拓寬13 Hz；圖2h為經(jīng)過Q體補(bǔ)償后疊加結(jié)果目的層頻譜，優(yōu)勢頻帶達(dá)0～67 Hz，與圖2g相比，頻帶拓寬12 Hz，與圖2e相比，頻帶拓寬34 Hz，主頻達(dá)到34 Hz左右。圖3為反褶積前疊加（圖3a）、地表一致性預(yù)測反褶積后疊加（圖3b）、多道預(yù)測反褶積后疊加（圖3c）和 Q體補(bǔ)償后疊加（圖3d）剖面，可以看出，隨著不同方法的應(yīng)用，疊加剖面分辨率逐步提高。

圖1 元壩地區(qū)典型原始記錄（a）及目的層頻譜（b）

圖2 疊前提高分辨率不同階段子波及頻譜分析

圖3 疊前提高分辨率不同階段疊加剖面

1.2 疊后壓縮感知處理技術(shù)

疊前通過提高分辨率處理，雖然分辨率得到較大程度的提高，但由于吳家坪組、茅口組儲層薄，厚度只有10～20 m，疊前時間偏移成果仍然無法分辨儲層，巖溶體刻畫不清，因此，在疊前提高分辨率和疊前時間偏移之后，疊后采用了壓縮感知提高分辨率處理技術(shù)，該技術(shù)通過稀疏反演獲得高精度反射系數(shù)與子波，通過連續(xù)小波變換與寬頻子波替換的途徑達(dá)到提高地震數(shù)據(jù)分辨率的目的。其實現(xiàn)步驟為：①薄層匹配追蹤，②疊后稀疏反演-L0 Norm，③子波提取-Shaping Regularization，④連續(xù)小波變換-正變換，⑤連續(xù)小波變換-Morlet小波替換，⑥連續(xù)小波變換-逆變換。該技術(shù)在大幅提高分辨率的同時，能夠保持地震數(shù)據(jù)原有的信噪比，其應(yīng)用前提是輸入資料具有一定的信噪比，關(guān)鍵參數(shù)是期望輸出高頻端頻率。實際處理中通過試驗并與合成記錄對比，最終選用期望輸出高頻端頻率為80 Hz。圖4a、圖4b分別為壓縮感知提高分辨率處理前后的剖面，可以看出，目的層（紅框內(nèi)）分辨率明顯提高。圖4c為壓縮感知提高分辨率處理前后的頻譜，可以看出，應(yīng)用壓縮感知提高分辨率處理后，優(yōu)勢頻帶達(dá)0～87 Hz（圖4c中蘭色曲線），較應(yīng)用壓縮感知提高分辨率處理前（圖4c中紅色曲線）拓寬了約20 Hz，主頻提高約10 Hz，達(dá)到44 Hz左右。圖4d為壓縮感知提高分辨率處理后與Yb井合成記錄的對比，兩者吻合較好（相關(guān)系數(shù)達(dá)0.85以上）。

圖4 壓縮感知提高分辨率前（a）后（b）剖面及頻譜（c）、提高分辨率處理后與合成記錄對比（d）

2 應(yīng)用效果分析

圖5為常規(guī)處理成果與新處理成果過Yc和Yb井連井剖面對比，可以清楚地看出，以往常規(guī)處理成果分辨率低，臺緣相帶內(nèi)僅能看出厚度變化，吳家坪組底界及茅三段灘底反射不清，層位追蹤及地震相刻畫均存在多解性，在地層增厚的臺緣相帶內(nèi)，地震波組特征變化不明顯，難以開展地震相精細(xì)刻畫（圖5a所示，圖中拉平了茅三段底層位）。新處理成果分辨率明顯提高，地震相刻畫清楚，其中，茅三段臺緣相帶內(nèi)可分為三類地震相（圖5b所示，圖中拉平了茅三段底層位）：第一類為丘灘微相，厚度最厚，外形呈丘形，內(nèi)部為復(fù)波響應(yīng)特征（圖5b紅色區(qū)）；第二類為灘間微相，厚度最薄，為低頻強(qiáng)峰、強(qiáng)谷反射特征（圖5b綠色區(qū)）；第三類為淺灘微相，厚度居中，為相對低頻中強(qiáng)波峰、波谷反射特征（圖5b黃色區(qū)）。吳一段臺緣相帶內(nèi)可分為兩類地震相：第一類為灘核微相，厚度最厚，吳二段底及吳一段內(nèi)部均為弱波峰反射（圖5b紅色區(qū)）；第二類為灘緣微相，吳二段底為相對弱波峰、吳一段內(nèi)部相對弱波谷反射特征（圖5b黃色區(qū)）。

圖5 過Yc和Yb井連井剖面常規(guī)處理成果與新處理成果

圖6為以往常規(guī)處理成果波阻抗反演與新成果波阻抗反演剖面，前者只能反映吳一段為低阻抗特征，難以識別吳一段薄儲層（圖6a紅色區(qū)），茅三段臺緣相帶內(nèi)為高阻抗特征，內(nèi)部細(xì)節(jié)不清（圖6a藍(lán)色區(qū)），后者分辨率得到大幅提升，吳一段兩套薄儲層均可有效識別（圖6b中藍(lán)色箭頭所示），茅三段灘相細(xì)節(jié)刻畫清楚（圖6b藍(lán)色區(qū)）。元壩地區(qū)茅三段-吳一段淺灘儲層疊合了巖溶作用的改造，尋找?guī)r溶目標(biāo)也是提高分辨率處理攻關(guān)的重點之一。圖7為以往常規(guī)處理成果與新處理成果巖溶特征對比剖面，前者巖溶特征不明顯（圖7a），而后者巖溶形成的溶溝清晰可見（圖7b中紅箭頭所指位置）。

圖6 以往常規(guī)處理成果波阻抗反演（a）與新處理成果波阻抗反演（b）剖面對比

圖7 以往常規(guī)處理成果與新處理成果巖溶特征對比

3 結(jié)論

在做好地震資料靜校正和噪聲壓制的基礎(chǔ)上，疊前采用地表一致性預(yù)測反褶積、多道預(yù)測反褶積、Q體補(bǔ)償，疊后采用壓縮感知技術(shù)組合能夠有效提高元壩地區(qū)吳家坪-茅口組超深、薄儲層的分辨率，處理成果不僅淺灘地震相刻畫清楚，薄儲層可分辨能力強(qiáng)，巖溶特征也非常明顯。