散射成像在小尺度縫洞體識別中的應(yīng)用
——以川中古隆起燈影組為例

姜曉宇 宋 濤 甘利燈 戴曉峰 丁 騫 周曉越

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

0 引言

2011年高石梯1井取得突破，掀起了川中古隆起燈影組氣藏勘探開發(fā)的熱潮。受沉積及巖溶作用共同控制的燈影組縫洞型儲層具有非均質(zhì)性強、縫洞體尺度小的特點。儲層原生基質(zhì)孔隙欠發(fā)育，次生溶蝕縫洞發(fā)育是氣井高產(chǎn)的主要因素[1]。受埋藏深、短時期風(fēng)化巖溶作用影響，燈影組主要發(fā)育小尺度巖溶縫洞單元，地震剖面響應(yīng)特征不明顯，是燈影組氣藏縫洞單元地震刻畫的主要困難。

目前，國內(nèi)、外學(xué)者在對塔里木盆地奧陶系的研究中積累了大量利用地震資料預(yù)測碳酸鹽巖巖溶縫洞體的經(jīng)驗[2-6]。大多以應(yīng)用常規(guī)疊后地震資料的方法為主，對大尺度縫洞體取得了較好的預(yù)測效果，對于小尺度縫洞，則受到限制。當(dāng)?shù)叵麓嬖谌芏?、裂縫、地層尖滅點等不連續(xù)體時，將會產(chǎn)生散射波(繞射波)[7]。散射成像利用散射波信息，能夠突出不連續(xù)地質(zhì)體，增強小尺度縫洞體的地震響應(yīng)，對于洞穴、裂縫等不連續(xù)地質(zhì)體的準(zhǔn)確成像具有重要意義。然而，常規(guī)的地震處理技術(shù)把反射波作為主要的研究對象，而能量較弱的散射波通常被視為噪聲被去除。即使對散射波進(jìn)行偏移歸位，也常被能量較強的反射波掩蓋，導(dǎo)致目標(biāo)繞射體的成像分辨率較低。為此要充分利用地震資料中的散射波信息，需要應(yīng)用專門針對散射波的處理流程，或者將散射波從全波場中分離出來實現(xiàn)單獨成像。

全方位局部角度域成像技術(shù)是在地下局部角度域(Local Angle Domian，LAD)實現(xiàn)Kirchhoff偏移。LAD成像的概念[8]最早提出時，由于炮檢距域成像方法的流行并未受到重視。之后，Audebert[9]完善了LAD系統(tǒng)，給出了LAD的4個角度參數(shù)[9]；Xu等[10]提出了針對復(fù)雜介質(zhì)的共散射角成像方法；Brandsberg-Dahl等[11]總結(jié)了散射角、方位角域地震速度分析方法，并用于地震成像和速度建模。Koren等[12]在全方位角成像技術(shù)的理論研究和應(yīng)用推廣方面首次將共反射角偏移引入LAD；受散射成像方法的影響，Koren等[13]在LAD全方位成像理論框架下闡述了傾角道集和反射角道集的產(chǎn)生方法及其用途；Koren等[14]系統(tǒng)闡述了全方位LAD成像技術(shù)的原理，并展示了其在縫洞成像和儲層描述的顯著優(yōu)勢。中國學(xué)者對LAD成像方法研究也做了很多工作。Cheng等[15]基于對地震波局部方向特征的分析，介紹了方位保真局部角度域Kirchhoff疊前時間偏移成像方法以及在各向同性、方位各向異性分析中的應(yīng)用；段鵬飛等[16]研究了基于射線的LAD偏移算法，用TI介質(zhì)對比分析了兩種不同的射線追蹤方法，并進(jìn)一步發(fā)展了LAD高斯束疊前深度偏移方法。

為了增強燈影組氣藏小尺度縫洞體地震反射特征、預(yù)測小尺度縫洞體的分布，本文基于全方位LAD深度偏移處理方法，對全方位共傾角道集進(jìn)行散射加權(quán)處理，得到散射成像數(shù)據(jù)體，能夠突出小尺度縫洞體的地震反射特征。根據(jù)小尺度縫洞體在散射成像數(shù)據(jù)剖面上表現(xiàn)的強能量特征，提取散射成像數(shù)據(jù)的能量體屬性，刻畫縫洞體儲層的分布特征。

1 全方位LAD成像方法

全方位LAD成像方法將地表記錄地震數(shù)據(jù)映射到地下成像點的LAD，從成像點向地面進(jìn)行射線追蹤成像，所有的射線都參與成像，避免了散射能量的損失，同時記錄了地下介質(zhì)成像點的真正角度域信息(方位、方向、能量、傾角等)，產(chǎn)生兩個互補的全方位、三維的角度域道集：共反射角道集和共傾角道集。

全方位LAD處理方法有如下優(yōu)點：①該方法能克服共炮檢距道集中存在的假象，提高地震成像精度； ②由于成像的優(yōu)勢，該方法得到的道集包含了地層全部真實的方位角信息，并且能夠得到真實的振幅異常，繼而反映出地下速度和巖性變化[17-18]； ③全方位共傾角道集能夠根據(jù)地下不同反射波場區(qū)分出反映連續(xù)界面反射特征的鏡像能量和反映不連續(xù)反射特征的散射能量，通過加權(quán)疊加得到散射成像數(shù)據(jù)體，突出洞穴等非連續(xù)地質(zhì)體的幾何特征。

對于地下連續(xù)界面上的反射點，在傾角道集上表現(xiàn)為“碗狀”結(jié)構(gòu)，把連續(xù)界面上反射點所產(chǎn)生的能量叫做鏡像能量；對于地下獨立繞射點，在傾角道集上顯示為近似的一條直線，而對于斷層所對應(yīng)的棱鏡波，會在傾角道集固定的方位角上表現(xiàn)為能量的規(guī)則分布特征，它們所對應(yīng)的能量統(tǒng)稱為散射能量，反映的是地下溶洞、特殊巖性體、斷裂等地質(zhì)異常信息。將這些信息分離出來進(jìn)行分析和應(yīng)用，對于研究區(qū)小尺度縫洞體的刻畫有重要意義。

鏡像成像是垂直法線的鏡像反射能量的疊加體，是一個將真實反映地層傾角的共反射點道集進(jìn)行疊加的過程，與常規(guī)克希霍夫偏移法得到的疊后地震資料相比，全方位LAD的偏移成像方法得到的鏡像成像數(shù)據(jù)體能夠顯著提高資料的信噪比(圖1)。

圖1 常規(guī)克?；舴?a)與全方位LAD(b)偏移剖面對比

散射成像體是在壓制鏡像能量后的疊加剖面，主要體現(xiàn)非連續(xù)地質(zhì)特征的成像。一般情況下，為了加強儲層界面的成像質(zhì)量，會適當(dāng)增大鏡像疊加權(quán)重，壓制散射能量，本文為了反映小尺度縫洞體等不連續(xù)現(xiàn)象，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏p小鏡像權(quán)重進(jìn)行散射能量加權(quán)疊加，得到散射成像體。如圖2所示，gs9井鉆井存在鉆具放空、鉆井液大量漏失現(xiàn)象，顯示該段縫洞體發(fā)育。常規(guī)疊后成像突出了層界面的成像連續(xù)性，而層內(nèi)小尺度縫洞體沒有明顯的地震響應(yīng)。散射成像去除了頂面強反射的影響，突出了內(nèi)部縫洞等不連續(xù)體的地震反射特征，在gs9井處，可見類似串珠狀的地震反射特征(圖2b橢圓圈所示)，為小尺度縫洞體的識別及預(yù)測奠定了基礎(chǔ)。

圖2 常規(guī)疊后(a)與散射成像(b)剖面對比

2 散射成像數(shù)據(jù)的應(yīng)用及效果

2.1 井旁地震道頻譜分析

通過井旁地震道的頻譜成像，可幫助建立儲層特征與振幅譜和相位譜的定量關(guān)系，使對頻譜成像處理結(jié)果的解釋更具物理意義和地質(zhì)意義。本文首先通過井點模擬方法確定儲層頻譜成像技術(shù)能夠識別研究區(qū)的縫洞體儲層。如圖3所示，在縫洞體發(fā)育的鉆井液漏失段，散射成像頻譜分解結(jié)果表現(xiàn)為在15～45Hz頻帶內(nèi)的強能量譜特征，因此為了突出縫洞體的能量特征，提取此頻帶內(nèi)的總能量屬性對縫洞體進(jìn)行描述。

圖3 井旁地震道的頻譜成像分析

總能量體屬性用地震數(shù)據(jù)有效頻帶范圍內(nèi)振幅譜的積分來表征，相當(dāng)于低截頻到高截頻之間的振幅譜的總面積(圖4)。能量體屬性的計算公式為

圖4 能量體屬性示意圖

(1)

式中：A為振幅；f為頻率；fH為高截頻；fL為低截頻。

根據(jù)上述公式計算井旁道的能量體，可以看到，能量體屬性高值與鉆井液漏失段位置十分吻合(圖3)，表征了研究區(qū)小尺度縫洞體的發(fā)育位置。

2.2 應(yīng)用效果分析

利用上述能量體計算公式，計算整個工區(qū)內(nèi)散射成像數(shù)據(jù)的能量體屬性。從過gs9井地震和能量體剖面(圖2b、圖5)可以看出，散射數(shù)據(jù)提取的能量體屬性清晰地刻畫了散射成像剖面上縫洞體的串珠狀反射特征。分別對常規(guī)疊后數(shù)據(jù)和散射成像數(shù)據(jù)提取能量體屬性，常規(guī)疊后數(shù)據(jù)計算的能量體屬性反映了常規(guī)疊后地震數(shù)據(jù)剖面的儲層界面的連續(xù)、強反射特征，無論是常規(guī)疊后地震數(shù)據(jù)還是由此計算出來的能量體屬性都與不能反映縫洞體的特征(圖2a、圖6)。散射成像計算的能量體屬性與井上漏失段位置相符，能夠反映縫洞體的分布特征(圖5、圖7)。

圖5 過gs9井散射成像能量體剖面

圖6 過gs001-H33井常規(guī)疊后剖面(a)及其能量體剖面(b)

圖7 過gs001-H33井散射成像剖面(a)及其能量體剖面(b)

平面上，散射成像能量體屬性預(yù)測的縫洞體成分散的點狀分布，符合巖溶作用控制的縫洞體分布地質(zhì)特征，而常規(guī)疊后數(shù)據(jù)計算的能量體屬性在工區(qū)邊界呈塊狀分布，沒有明確的地質(zhì)意義(圖8)。

圖8 散射成像(a)與常規(guī)疊后(b)目的層能量體切片對比

3 結(jié)論

本文針對川中燈影組儲層小尺度縫洞體預(yù)測難題，從處理解釋一體化研究著手，通過全方位局部角度域處理方法得到全方位共傾角道集，對其進(jìn)行散射加權(quán)處理，得到散射成像數(shù)據(jù)體，突出了小尺度縫洞體的地震反射特征，根據(jù)小尺度洞穴體在散射成像數(shù)據(jù)剖面上表現(xiàn)的強能量特征，提取散射成像數(shù)據(jù)的能量體屬性，刻畫了縫洞體儲層的分布特征。得到以下結(jié)論：

(1)相比于常規(guī)Kirchhoff偏移成像方法，全方位局部角度域偏移方法成像效果更好；

(2)散射成像數(shù)據(jù)體能夠提高地震數(shù)據(jù)對不連續(xù)地質(zhì)體的分辨能力，反映小尺度縫洞體等地質(zhì)現(xiàn)象；

(3)以川中燈影組儲層為例，運用散射成像數(shù)據(jù)體提取的屬性特征比常規(guī)的疊后地震數(shù)據(jù)提取的屬性特征更能反映縫洞體等不連續(xù)地質(zhì)體的分布特征。