四川桂花灰?guī)r地區(qū)低信噪比高陡構(gòu)造成像處理方法

楊小龍

(中國石化華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 南京 210007)

0 引 言

四川桂花三維頁巖氣地震勘探研究區(qū)地處四川東南部瀘州境內(nèi)，面積200 km2。該區(qū)位于四川盆地南緣，地表起伏較大，最低海拔521 m，最高海拔1 816 m，相對高差最大1 300 m，山地靜校正問題突出；表層巖性橫向變化快，地表出露巖性多樣，由北向南依次發(fā)育白堊紀砂泥巖、侏羅紀砂巖、三疊紀灰?guī)r、二疊紀灰?guī)r及志留紀頁巖。南部灰?guī)r占比大，采集資料信噪比較低；地下局部地層傾角大，速度場呈切割條帶狀變化，陡傾構(gòu)造精確成像難度較大。

區(qū)內(nèi)地震勘探程度較低，以前未進行三維地震勘探，周邊只與少數(shù)二維側(cè)線相交。二維地震數(shù)據(jù)由于采集方法和處理技術(shù)的限制，處理成果斷點不清，難以實現(xiàn)精細解釋。

針對區(qū)內(nèi)灰?guī)r區(qū)低信噪比、高陡構(gòu)造等特點，借鑒南方山地資料近幾年的處理方法研究成果，重點采用山地靜校正、弱信號保護技術(shù)、五維數(shù)據(jù)重構(gòu)技術(shù)及基于構(gòu)造約束網(wǎng)格層析建模的疊前深度偏移成像技術(shù)，提高資料處理品質(zhì)，為研究區(qū)地震資料的深度解釋和地震勘探提供可靠的基礎(chǔ)資料。

1 處理方法

1.1 技術(shù)路線

針對研究區(qū)采集密度低、南部灰?guī)r資料品質(zhì)低、地層傾角大等特點，通過大量測試和分析，提出適用于該區(qū)資料的處理方法和思路(圖1)。

圖1 桂花地區(qū)三維地震資料處理關(guān)鍵技術(shù)Fig.1 Key technology of 3D seismic data processing in Guihua area

1.2 山地靜校正

在靜校正方面，由于炮道密度低、研究區(qū)山地地形起伏大、地表出露巖性多變、灰?guī)r區(qū)原始地震資料信噪比低和一致性差等原因，影響了區(qū)內(nèi)的初至統(tǒng)計效應，進而影響靜校正的計算精度，因此需進行精細初至拾取及靜校正參數(shù)的全面測試，保證靜校正量的準確度。通過大量測試發(fā)現(xiàn)，桂花地區(qū)靜校正對替換速度較為敏感，4 000 m/s時南部灰?guī)r區(qū)成像效果最佳；不同軟件差異很大，采用ToModel軟件層析靜校正灰?guī)r區(qū)高陡構(gòu)造的成像效果最好(圖2)。

圖2 桂花地區(qū)靜校正前(a)后(b)剖面對比圖Fig.2 Profile comparison before (a)and after (b) static correction in Guihua area

1.3 灰?guī)r區(qū)弱信號保護處理

研究區(qū)南部出露巖性大部分為三疊紀及二疊紀灰?guī)r，激發(fā)接收條件較差，有效反射信號能量很弱、干擾嚴重，地震資料的信噪比較低，資料品質(zhì)較差，記錄的有效信息具有弱振幅、弱連續(xù)性等特點(曾梅，2003；李蘇光等，2013；鄧攻等，2015)。采用常規(guī)處理方法時，有效信號在數(shù)據(jù)處理中會隨干擾波一同被壓制，故采用子波極性重構(gòu)補償弱信號處理技術(shù)(圖3)，建立信噪比模型，保護弱小信號。通過對灰?guī)r區(qū)低信噪比單炮進行弱信號保護處理，噪音得到有效壓制，有效地震反射波組清晰可見，資料信噪比得到有效提升(圖4)。

圖3 灰?guī)r地區(qū)弱信號保護處理流程Fig.3 Weak signal protection process in limestone area

圖4 灰?guī)r地區(qū)弱信號保護處理前(a)后(b)效果圖Fig.4 Effect comparison before (a)and after (b) weak signal protection treatment in limestone area

1.4 五維數(shù)據(jù)重構(gòu)

桂花地區(qū)三維地震采集為變覆蓋次數(shù)觀測系統(tǒng)，覆蓋次數(shù)從72次至172次變化分布；北部與南部覆蓋次數(shù)存在差異，南部資料信噪比較低。為解決地震資料成像質(zhì)量問題，采用MPFI五維數(shù)據(jù)重構(gòu)等處理方法，提高南部灰?guī)r資料信噪比，確保成像效果。五維數(shù)據(jù)規(guī)則化通過調(diào)整橫向采樣間隔，提高地下復雜繞射波場及高陡傾角構(gòu)造的采樣密度，降低偏移成像產(chǎn)生的假頻信息和偏移噪聲。通過傅立葉變換將數(shù)據(jù)從時間空間域轉(zhuǎn)到空間頻率域，選擇不同維度信息進行數(shù)據(jù)插值重構(gòu)。五維插值充分利用主測線、聯(lián)絡(luò)線、時間、偏移距和方位角5個維度信息(崔永福等，2016；齊鵬等，2018)。時間軸上由于對地震資料采用基本均勻采樣，因此無需進行指定測試；主測線與聯(lián)絡(luò)線窗口參數(shù)分別定義主測線和聯(lián)絡(luò)線方向的炮點—檢波點長度，會影響每組迭代過程中映射到傅里葉域的系數(shù)數(shù)量和相應系數(shù)的計算結(jié)果，因此需進行測試。采用31×31窗口。

采用五維數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，重點提高砂巖區(qū)資料信噪比一致性，處理后的剖面(圖5)顯示，各波場信息更豐富，能量、信噪比一致性更好,該法適用于研究區(qū)不規(guī)則觀測系統(tǒng)、構(gòu)造復雜陡傾角的數(shù)據(jù)成像。

圖5 五維數(shù)據(jù)重構(gòu)處理前(a)后(b)剖面對比圖Fig.5 Profile comparison before (a)and after (b) five-dimensional data reconstruction processing

1.5 基于構(gòu)造約束網(wǎng)格層析建摸

研究區(qū)具有地下構(gòu)造簡單、斷裂不發(fā)育的特點，但傾角較陡；淺層資料信噪比及有效覆蓋次數(shù)較低，層析建模求解方程中多解性大，迭代速度較慢，獲取的速度模型不夠準確。以縱向速度變化明顯的地震標志層位為約束，由淺至深逐層進行速度反演，可以建立該區(qū)更加準確的速度模型(任俊興等，2020)。

1.5.1 初始速度建模 按照速度建模流程(圖6)，首先結(jié)合地質(zhì)認識和構(gòu)造解釋對時間域地震剖面進行層位標定，以區(qū)內(nèi)龍馬溪組、梁家店組等大套地層為框架建立構(gòu)造模型，同時進行平滑處理消除異常點，然后對速度進行時深轉(zhuǎn)化，形成深度域的速度場，結(jié)合構(gòu)造模型的約束生成初始深度域速度模型(任俊興等，2020)。圖7顯示，速度模型尚不能真實反映地下的速度場，因此需要后續(xù)速度迭代和優(yōu)化處理。

圖6 疊前深度偏移初始速度模型建立流程Fig.6 Flow chart of initial velocity model of pre-stack depth migration

圖7 構(gòu)造層位(a)和初始速度模型(b)(深度域)Fig.7 Structural horizon (a)and initial velocity model (b)(depth domain)

1.5.2 剩余曲率拾取 拾取反射波同相軸剩余曲率之前，在不改變反射同相軸剩余曲率的前提下對CRP道集進行凈化處理，以提高道集信噪比。分構(gòu)造區(qū)域?qū)Σ煌氖Ｓ嗲适叭?shù)進行優(yōu)化，例如根據(jù)不同的構(gòu)造類型設(shè)置不同的剩余曲率拾取范圍、地層傾角范圍、相似值等，以適應剩余曲率拾取的需求(袁剛等，2013；任俊興等，2020)。利用地質(zhì)層位和過井控制，選出適用于研究區(qū)的剩余曲率值(圖8)進行網(wǎng)格層析反演。

圖8 道集處理前(a)后(b)剩余曲率拾取對比圖Fig.8 Comparison of residual curvature picking before (a)and after (b)gather processing

1.5.3 速度模型優(yōu)化 首先采用無構(gòu)造約束的網(wǎng)格層析反演進行速度迭代，形成橫向速度變化較準確的速度模型；再進行構(gòu)造約束的網(wǎng)格層析反演，提高速度模型的縱向反演精度(李來林等，2004；胡英等，2006)；以此速度為疊前深度偏移的最終速度模型，進行最終疊前深度偏移成像處理。

研究區(qū)屬南方山地，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育中古生界地層，地質(zhì)原因?qū)е碌卣鸩ǚ瓷渌俣瓤v向變化快且產(chǎn)生速度倒轉(zhuǎn)，因此在速度反演過程中，首先以龍?zhí)督M底為界面，先反演上覆地層速度，直至以上地層的CRP道集同相軸拉平，然后以梁家組底為界面進行第二輪反演。按照逐層反演的思路，對4套標志層進行逐層反演，直至所有層的同相軸均被拉平，得到的速度模型會更準確(袁剛等，2013；任俊興等，2020)。構(gòu)造約束速度建模前后剖面對比圖(圖9)顯示，構(gòu)造約束速度剖面與地質(zhì)構(gòu)造吻合度更高，更能反映地下真實速度場，利于資料的精細解釋。

圖9 構(gòu)造約束前(a)后(b)速度剖面對比圖Fig.9 Velocity profile comparison before (a) and after (b)structural constraints

2 應用效果

通過山地靜校正、弱信號保護處理及五維數(shù)據(jù)重構(gòu)，有效改善了地震剖面有效頻段信噪比——從2提升到3(圖5、圖10)。采用基于構(gòu)造約束網(wǎng)格層析疊前深度偏移方法解析后，主要目的層龍馬溪組等的波組特征清晰連續(xù)、構(gòu)造完整、保真度高，能滿足區(qū)內(nèi)構(gòu)造解釋的需要。通過仁頁X井層位標定發(fā)現(xiàn)，目的層波組與實際地層對應良好(圖11)，實鉆與地震層位相差30 m(在2%誤差以內(nèi))，符合預期，可以支撐后續(xù)井位部署。茅口組底面地震異常反射波具上拱、下拉、扭動等特征，均方根振幅值中等—低(圖12)。結(jié)合振幅屬性及地震反射波形，初步圈定異常區(qū)域若干個，具有一定的勘探意義。

圖10 處理前后剖面有效頻段信噪比對比圖Fig.10 SNR comparison of effective frequency band profile before (red line)and after (blue line)processing

圖11 構(gòu)造約束疊前深度偏移剖面井位對比圖Fig.11 Well location comparison of pre-stack depth migration profile with structural constraints

圖12 三維地震反射異常點均方根振幅屬性圖Fig.12 Root mean square amplitude attribute diagram of three dimensional seismic reflection anomaly

3 結(jié) 論

(1)通過大量參數(shù)測試和軟件對比發(fā)現(xiàn)，ToModel軟件層析靜校正更適用于解析桂花地區(qū)山地資料，替換速度為4 000 m/s時灰?guī)r區(qū)成像效果最好。

(2)采用弱信號保護技術(shù)處理灰?guī)r區(qū)資料，更大程度地保留了原始地震有效反射波組信息，提高了資料的利用率；采用五維數(shù)據(jù)重構(gòu)處理方法解決因覆蓋次數(shù)較低和偏移距分配不均等引起的研究區(qū)南北資料品質(zhì)差異，信噪比及資料一致性得到改善，信噪比提高了1個點，避免了偏移剖面的畫弧現(xiàn)象。

(3)采用構(gòu)造約束速度建模和疊前深度偏移成像技術(shù)能夠保證成像效果，查明了桂花區(qū)塊的構(gòu)造細節(jié)、斷層分布及地層展布特征；獲得了區(qū)內(nèi)較連續(xù)的五峰組—龍馬溪組地震反射波組，滿足灰?guī)r高陡構(gòu)造準確成像的要求，實鉆和地震剖面深度誤差控制在2%內(nèi)。此次三維處理成果可進行構(gòu)造解釋和精細評價，為井位部署提供支撐。