Q偏移技術(shù)在陵水凹陷氣云模糊區(qū)地震資料處理中的應(yīng)用研究

蔣亞洲

（中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部物探研究院，廣東 湛江 524057）

1 引言

深水區(qū)油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)具有高新技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高回報(bào)的“四高”特點(diǎn)［1－4］，因此進(jìn)行深水區(qū)油氣資源地質(zhì)目標(biāo)評(píng)價(jià)時(shí)需要更高品質(zhì)的地震成像資料，以降低風(fēng)險(xiǎn)。而當(dāng)淺層存在氣云區(qū)、氣煙囪等異常構(gòu)造時(shí)，異常吸收衰減效應(yīng)嚴(yán)重影響地震波在地下介質(zhì)的傳播，以致在地質(zhì)異常區(qū)采集到的地震數(shù)據(jù)波形強(qiáng)度和頻帶寬度損失嚴(yán)重，具有能量弱、主頻低、子波形態(tài)畸變的特點(diǎn)。由于基于彈性波理論的常規(guī)地震資料處理流程無(wú)法得到高信噪比、高分辨率的地震成果數(shù)據(jù)，繼而導(dǎo)致地震勘探精度降低，由此對(duì)該類地區(qū)采集得到的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，必須考慮地震信號(hào)在非彈性介質(zhì)傳播導(dǎo)致的能量衰減、頻率降低和相位畸變等因素［5－7］。

近年來(lái)，業(yè)界提出采用包括時(shí)頻分析吸收補(bǔ)償［8，9］、反Q（Geological Quality Factor，地質(zhì)品質(zhì)因子）濾波［10－12］及Q偏移［13，14］在內(nèi)的多種方法來(lái)解決此類難題，其中反Q濾波和時(shí)頻分析吸收補(bǔ)償方法主要作用在疊后地震資料上，是以一維（1 Dimensionality，1D）的處理思路在頻率域或時(shí)間域提升地震成果剖面分辨率。然而地震信號(hào)的吸收衰減和相位畸變伴隨著地震波的傳播而產(chǎn)生，因此在疊前偏移進(jìn)行中實(shí)現(xiàn)Q異常衰減補(bǔ)償，既可以恢復(fù)氣云區(qū)造成的頻率和振幅衰減，又可以改善氣云區(qū)下伏地層的相位扭曲現(xiàn)象，更加符合地球物理原則［15，16］。

本文首先介紹陵水凹陷云模糊區(qū)的地震資料特點(diǎn)，然后重處理時(shí)采用針對(duì)性的Q層析及Q偏移技術(shù)，有效補(bǔ)償?shù)卣鹦盘?hào)在氣云等低速異常體傳播過(guò)程中產(chǎn)生的能量和頻率衰減，大幅提升氣云區(qū)成像品質(zhì)，為該區(qū)深水淺層天然氣目標(biāo)評(píng)價(jià)提供更加保真可靠的地震數(shù)據(jù)。

2 工區(qū)概況和地震成像難點(diǎn)

陵水凹陷是新生代沉積凹陷，面積約104km2，整體厚度超10km，處于南海西部瓊東南盆地深水區(qū)，西側(cè)緊鄰樂(lè)東凹陷，其北部、東部、南部分別發(fā)育為陵水低凸起、松南低凸起及陵南低凸起［17，18］。近年來(lái)陸續(xù)在陵水凹陷深水區(qū)鉆探了多口探井，根據(jù)探井測(cè)井曲線及已鉆巖芯驗(yàn)證資料，該區(qū)天然氣為崖城組腐殖型烴源巖生成的凝析油伴生氣和煤成氣，天然氣成因與崖城13－1大氣田類似，證實(shí)該凹陷具備龐大的生烴潛力［19］。

目標(biāo)區(qū)淺層發(fā)育多個(gè)氣煙囪構(gòu)造，是當(dāng)今油氣勘探的重點(diǎn)新領(lǐng)域，然而淺層強(qiáng)振幅及氣云區(qū)吸收衰減給地震資料成像帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。本批次地震資料為2016年雙源12纜采集，道間距12.5m，炮間距25m，60次覆蓋次數(shù)，氣槍沉放深度6m，電纜沉放深度7m。如圖1所示，成果剖面淺層目標(biāo)構(gòu)造內(nèi)幕成像模糊，強(qiáng)反射屏蔽下地震振幅未恢復(fù)，同套地層振幅、頻率橫向變化劇烈，局部振幅失真，現(xiàn)有地震資料不滿足構(gòu)造落實(shí)及含氣性判斷需求；目標(biāo)區(qū)樂(lè)東組地層成像破碎、同相軸不連續(xù)，制約了目標(biāo)的精細(xì)研究。綜上所述，現(xiàn)有地震成果品質(zhì)嚴(yán)重制約了該區(qū)進(jìn)一步的目標(biāo)評(píng)價(jià)和圈閉落實(shí)工作。針對(duì)本工區(qū)資料特點(diǎn)，重處理采用Q偏移技術(shù)來(lái)補(bǔ)償氣云區(qū)異常吸收導(dǎo)致的地震記錄頻率、振幅衰減，進(jìn)而提高樂(lè)東組地層的分辨率，提升氣煙囪內(nèi)幕成像品質(zhì)。

圖1 工區(qū)典型地震剖面及頻譜分析Fig.1 Typical seismic profile and spectrum analysis diagram of the work area

3 Q偏移處理技術(shù)

Q偏移處理技術(shù)是一種保幅的地震成像方法，是基于克?；舴蛏渚€理論的偏移算法。優(yōu)點(diǎn)是在偏移過(guò)程中嚴(yán)格按照地震波場(chǎng)傳播路徑，對(duì)地震記錄的振幅能量及相位頻率進(jìn)行補(bǔ)償，以消除異常地質(zhì)體的吸收衰減效應(yīng)。與常規(guī)的Q補(bǔ)償方法相比，Q偏移結(jié)果更為準(zhǔn)確合理，能提升地震資料的分辨率和保真度，為后續(xù)的目標(biāo)評(píng)價(jià)和AVO反演提供更加可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。準(zhǔn)確求取地下介質(zhì)真實(shí)Q場(chǎng)是Q偏移處理過(guò)程的難點(diǎn)，近年來(lái)求取地下介質(zhì)品質(zhì)因子Q值的方法層見(jiàn)疊出，當(dāng)前工業(yè)界主流軟件主要基于兩種方法：①譜比法；②頻移法反演Q場(chǎng)。不少研究工作系統(tǒng)地分析峰值頻移法、質(zhì)心頻移法和譜比法的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)直達(dá)波正演模擬得出，從反演精度和穩(wěn)定性的角度出發(fā)來(lái)講，譜比法優(yōu)于質(zhì)心頻移法和峰值頻移法［20］。

本文Q偏移處理技術(shù)關(guān)鍵步驟如下：①基于走時(shí)層析原理的小網(wǎng)格層析技術(shù)建立高精度疊前深度偏移速度模型；②基于疊前道集數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率衰減分析，求取等效Q場(chǎng)；③基于不同偏移距求取得到的等效Q場(chǎng)進(jìn)行高精度Q層析反演，獲取地下介質(zhì)異常Q場(chǎng)；④由地下異常Q場(chǎng)結(jié)合各向異性場(chǎng)、速度場(chǎng)進(jìn)行Q偏移，在偏移過(guò)程中實(shí)現(xiàn)地層吸收衰減的準(zhǔn)確補(bǔ)償。

3.1 高精度速度場(chǎng)建立

高精度速度場(chǎng)是進(jìn)行Q－PSDM（Prestack Depth Migration，疊前深度偏移）的基礎(chǔ)，尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域，高精度速度模型可以指導(dǎo)Q層析反演區(qū)域，并更好地恢復(fù)復(fù)雜地質(zhì)條件下的地層真實(shí)構(gòu)造形態(tài)?；谧邥r(shí)層析反演的網(wǎng)格層析技術(shù)在偏移速度建模中被廣泛應(yīng)用［21］，以共成像點(diǎn)道集拉平與否作為速度反演過(guò)程中的判斷標(biāo)準(zhǔn)。本次速度反演為提高速度反演精度，特意采用50m×50m的小網(wǎng)格偏移后道集作為網(wǎng)格層析反演的基礎(chǔ)，并在層析過(guò)程中引入地層層位信息加以約束，進(jìn)行多輪迭代更新，得到分辨率更高的速度模型。

圖2為小網(wǎng)格速度更新前后的對(duì)比展示圖，圖2（a）為2016年處理時(shí)目標(biāo)線的PSDM速度場(chǎng)，圖2（b）為本次采用小網(wǎng)格加密更新得到的速度場(chǎng)。從圖2（a）和圖2（b）的對(duì)比可以看出，本次反演得到的氣煙囪速度更低，低速范圍更加聚焦，速度分辨率更高，有利于指導(dǎo)后續(xù)異常Q體精細(xì)刻畫。

圖2 高精度層析前后速度對(duì)比Fig.2 High－precision tomography before and after velocity comparison diagram

3.2 等效Q場(chǎng)的建立

地震波在地下真實(shí)介質(zhì)傳播時(shí)，不僅受地下介質(zhì)本身屬性的彈性衰減影響，還受非彈性衰減影響［22，23］，通常認(rèn)為與Q相關(guān)的衰減就是非彈性衰減。非彈性介質(zhì)物體在外力的作用下發(fā)生壓縮或拉伸的形變變化，受介質(zhì)本身特性影響，外力消失后，非彈性介質(zhì)的形變無(wú)法恢復(fù)，部分彈性能量磨滅，以致地震波振幅能量損失，因此考慮到地下介質(zhì)的衰減吸收效應(yīng)，地震波沿介質(zhì)傳播時(shí)地震子波的振幅譜可以用以下公式表示：

式（1）中，f表示頻率（Hz）；t表示（s）；B（f，t）表示t時(shí)刻的地震子波振幅譜；A（t）是與頻率無(wú)關(guān)的量；B（f，t0）是t0時(shí)刻的地震子波振幅譜。譜比法的基本原理就是基于相鄰窗口t1和t2的振幅譜估算地層間品質(zhì)因子Q，其表達(dá)式為：

式（2）中，const表示一個(gè)常數(shù)，假定與頻率無(wú)關(guān)，式（2）即為頻率的線性方程，斜率是，通過(guò)線性擬合方法求解此斜率后，即可解得Q值。而等效Q場(chǎng)可以定義為射線全路徑傳播過(guò)程中的Q累積量，等效Q場(chǎng)Qeff可用以下公式表示：

其中，

式（3）和式（4）中，i＝2nqsamp；nqsamp表示Q場(chǎng)采樣數(shù)；tqi是時(shí)窗中心時(shí)間，Qstarttime表示Q場(chǎng)起始時(shí)間，Qtimes表示Q場(chǎng)采樣率。

圖3 為本工區(qū)單偏移具體求取得到的等效Q場(chǎng)，圖中可以看出在相同位置處，由于地震波經(jīng)過(guò)氣云區(qū)的射線路徑不同，求取得到的等效Q場(chǎng)也有明顯差異，求取得到的等效Q場(chǎng)可以較好地顯示出氣云區(qū)的吸收衰減影響范圍，為后續(xù)的Q層析反演提供高精度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖3 不同偏移距估算等效Q場(chǎng)Fig.3 The effective Qfield estimated by different offsets

3.3 Q層析反演

Q層析反演工作流程與基于走時(shí)的速度層析反演工作流程類似，都是線性方程組的求解問(wèn)題。高精度Q層析是基于反射波衰減走時(shí)的反演，該方法是利用等效Q場(chǎng)建立初始Q模型，計(jì)算從實(shí)際地震數(shù)據(jù)得到的衰減旅行時(shí)和基于初始Q模型模擬得到的衰減旅行時(shí)之間的誤差。然后沿著射線對(duì)這些誤差方程進(jìn)行求解，更新Q模型使誤差最小。每條射線的表達(dá)公式如下所示：

式（4）中：t是射線追蹤求得的旅行時(shí)，其表達(dá)式t＝；tijk是網(wǎng)格點(diǎn)i，j，（）k的局部旅行時(shí)；是在t時(shí)刻實(shí)際地震數(shù)據(jù)測(cè)量得到的Q；是使用Q模型計(jì)算得到得有效Q；是每個(gè)網(wǎng)格單元i，j，（）k中更新的1／Q。

結(jié)合偏移后疊加求得的傾角信息，對(duì)地下網(wǎng)格反射點(diǎn)進(jìn)行射線追蹤，利用網(wǎng)格層析反演實(shí)現(xiàn)Q模型的迭代更新。圖4即本工區(qū)層析反演得到的異常Q場(chǎng)疊合地震剖面顯示圖，圖4（a）為主測(cè)線方向展示，圖4（b）為聯(lián)絡(luò)測(cè)線方向展示效果。從圖4可以看出，本次反演得到的異常Q場(chǎng)位于工區(qū)氣云模糊區(qū)范圍以內(nèi)，異常Q場(chǎng)分布符合地質(zhì)規(guī)律認(rèn)識(shí)。

圖4 主測(cè)線及聯(lián)絡(luò)測(cè)線異常Q場(chǎng)展示圖Fig.4 Display of abnormal Qfield in inline and xline

3.4 Q疊前深度偏移

Q偏移是根據(jù)地震波射線傳播理論衍生的偏移算法，基于Q網(wǎng)格層析反演求取空間Q模型，結(jié)合地下介質(zhì)的速度模型、各向異性模型，沿地震波的射線路徑和射線時(shí)間消除地層吸收衰減影響，從而實(shí)現(xiàn)振幅能量補(bǔ)償、頻率恢復(fù)及相位校正的目的［21］。

由聲波速度模型和Q模型構(gòu)造的復(fù)波速c（x，w）用以下公式表示：

式（6）中，c0（）x表示聲波速度模型；Q（x）表示地下品質(zhì)因子模型；w0為參考頻率。復(fù)走時(shí)Tc（x，w）表示為：

其中，T（）x是以聲波速度模型c0（）x得到的旅行時(shí)；T′（）x表示振幅吸收的補(bǔ)償項(xiàng)。式（7）中，T（）x表示偏移的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息，常規(guī)聲波介質(zhì)走時(shí)計(jì)算方法即可解得；iT′（）x表示對(duì)吸收頻散效應(yīng)中振幅損失的恢復(fù)；T′（x）表示實(shí)現(xiàn)吸收衰減引起的相位畸變校正。

圖5是地震數(shù)據(jù)相同速度模型不同偏移算法的成像對(duì)比圖，圖5（a）為克?；舴蛏疃绕瞥上衿拭?，圖5（b）為Q深度偏移成像剖面。由圖5（a）和圖5（b）的對(duì)比可得，與常規(guī)的克?；舴蛏疃绕瞥上窠Y(jié)果相比，Q深度偏移成像剖面中淺層氣異常吸收造成的模糊區(qū)能量衰減得到有效灰度，下覆地層能量一致，同時(shí)氣云下覆模糊帶內(nèi)的地層與圍巖地層的一致性、連續(xù)性及信噪比得到明顯改善。

圖5 常規(guī)深度偏移與Q偏移成像效果對(duì)比Fig.5 Comprison of imaging results between kirchhoff prestack depth migration and Qmigration

4 應(yīng)用效果

陵水凹陷目標(biāo)區(qū)受區(qū)域地質(zhì)活動(dòng)影響，淺層發(fā)育多個(gè)氣煙囪構(gòu)造，受淺層強(qiáng)振幅及氣云區(qū)屏蔽影響，目標(biāo)構(gòu)造內(nèi)幕成像模糊，強(qiáng)反射屏蔽下地震振幅未恢復(fù)，目標(biāo)地層構(gòu)造形態(tài)不落實(shí)，難以對(duì)工區(qū)目標(biāo)進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。針對(duì)工區(qū)內(nèi)已有拖纜地震數(shù)據(jù)資料，采用小網(wǎng)格地質(zhì)約束層析得到分辨率更高的PSDM速度場(chǎng)，采取Q層析反演獲取高精度異常Q模型，從而進(jìn)行基于克?；舴蛏渚€理論的Q疊前深度偏移，改善氣云模糊區(qū)內(nèi)部地層成像品質(zhì)。通過(guò)以上方法技術(shù)的有效組合應(yīng)用，本次處理得到的PSDM成果剖面氣云區(qū)下覆地層連續(xù)性及信噪比較之前成果改善明顯。

圖6 是以往處理和本次處理的成像效果和頻譜對(duì)比圖。其中圖6（a）是2016年處理的PSDM偏移成像結(jié)果比例到時(shí)間域，圖6（b）為本次處理的Q－PSDM偏移成像結(jié)果比例到時(shí)間域，圖6（c）為兩次處理結(jié)果不同區(qū)域的能量頻譜分析圖。從圖6（a）～圖6（c）的對(duì)比可以看出本次Q－PSDM處理成像結(jié)果的優(yōu)勢(shì)，由于氣層吸收衰減的影響，16年老資料同一深度不同區(qū)域的頻率和能量差異明顯；而本次Q－PSDM處理資料同一深度不同區(qū)域頻率和能量基本保持一致，目的層有效頻帶從老資料的15～80Hz拓展到現(xiàn)在的6～90Hz，目的層有效頻帶提升30%，分辨率明顯提升，更有利于后續(xù)目的層砂體橫向展布解釋工作。

圖6 以往處理與本次處理成像的效果和頻譜對(duì)比Fig.6 Comparison of spectrum analysis and imaging results between previous processing and this processing

5 結(jié)論

陵水凹陷陵南低凸起氣煙囪、氣云體等淺層異常體發(fā)育豐富，不僅引起速度異常，還對(duì)地震波傳播造成衰減異常，導(dǎo)致目的層成像模糊，同一套地層同相軸振幅能量橫向變化劇烈，難以落實(shí)目的層砂體展布情況，Q偏移技術(shù)是解決此類問(wèn)題行之有效的方法。本次處理流程采取了針對(duì)性措施：通過(guò)小網(wǎng)格層析獲得成像更好、分辨率更高的PSDM速度場(chǎng)；高精度Q層析精細(xì)刻畫氣云區(qū)異常Q值；利用Q－PSDM偏移技術(shù)改善模糊區(qū)目的層成像質(zhì)量。最終處理結(jié)果表明，新處理成果模糊區(qū)目的層成像改善較大，成果剖面目的砂體地層同相軸更加連續(xù)，剖面分辨率更高，不同地層波組特征更明顯，能為該區(qū)后續(xù)地質(zhì)綜合研究及有利目標(biāo)評(píng)價(jià)提供準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)資料。本文采用的針對(duì)性技術(shù)方法可以推廣到其他氣云發(fā)育海域的地震資料處理中。