川中地区北斜坡二叠系碳酸盐岩储层弱反射信号处理技术

何宗强 何青林 韩 嵩 曾 鸣 刘晓兵 戴隽成 屠志慧 孔令霞

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

碳酸盐岩储层的主要特点是埋藏深、缝洞发育、非均质性强，较碎屑岩储层更复杂。受成岩后期的白云化和溶蚀等次生作用以及构造运动控制，其内幕具有断续、弱能量的地震反射特征。储层与上下围岩的波阻抗差异小，难以形成强的反射界面，造成储层的地震响应弱，影响储层预测成功率。这给深层碳酸盐岩储层地震勘探造成很大的困扰。

国内对碳酸盐岩储层的研究也比较多，但大都注重解释[1-2]，对资料处理研究得不多[3-4]，主要集中在去噪、反Q滤波和偏移上[5-7]。2018 年，周衍[8]运用稳定化反Q滤波方法对塔河、塔中地区的三维地震资料进行了提高分辨率处理；张波[9]等在辽河雷家地区湖相碳酸盐岩勘探中，应用独立同步扫描邻炮干扰压制、聚束滤波多次波衰减、混合震源资料匹配、地表一致性反褶积、零相位反褶积、经验模态分解高分辨率处理等技术对碳酸盐岩储层地震资料进行了处理研究；2019 年，戴晓峰[10]等在四川盆地安岳气田灯影组的优质储层研究中运用了深层弱信号恢复处理技术。这些处理技术的运用在一定程度上对深层碳酸盐岩弱反射信号的恢复和保护起到了较好的作用，并为深层碳酸盐岩储层油气勘探提供了一定的技术支撑。但依然存在一些不足：①采用传统的去噪技术对信号的保真度不够。②虽然深层弱反射信号的恢复都采用了Q补偿处理，但对Q场的合理性没有进行深入探讨，而且对Q补偿的算法也没有进行比选。③对偏移叠加方法和叠后拓频保真问题没有进行太多研究，这直接影响了储层预测的成功率。

通过对大量文献资料的分析和在四川盆地北斜坡地震资料（目的层二叠系）的大量处理实践研究，笔者认为，深层碳酸盐岩资料处理的关键点是：①在信号处理中如何尽量保护来自深层的弱反射信号，提高深层地震资料的信噪比；②如何求取比较准确的三维Q场数据体、采用什么Q补偿方法来对深层弱反射信号进行恢复；③对叠后资料处理采用什么技术，才能既拓宽频带，又能让信号保真，突出储层亮点显示。围绕上述目标，笔者分别采取了以下针对措施：①在去噪处理中尽量保护来自深层的弱反射信号；②采用处理层速度数据体，获取地下Q体数据，并进行波动方程Q吸收补偿处理；③叠后采用优势道集叠加，并采用子波整形的保真拓频技术对叠后资料进行拓宽频带，突出薄层气藏显示，结合地质认识综合判断储层的准确位置，满足储层精细预测的需求。

1 深层弱反射信号处理

川中北斜坡地区中二叠统茅口组发育沉积型台缘带控制的滩相孔隙型白云岩储层，近期在该地区完钻探井6 口、开发井2 口，相继有5 口井测试获超百万方工业气流，展示了该套储层巨大的勘探潜力。茅口组白云岩储层具有埋藏深、与围岩阻抗差异小、反射信号微弱等特点，造成地震预测困难。因此，笔者从深层储层弱反射信号的保护、恢复以及叠后资料处理3 个关键点入手，进行了重点处理步骤攻关研究。

1.1 保真去噪

规则噪音的压制较为简单，即先预测，然后再直接从原始记录中减去。目前的主流压制技术是同时考虑频率和空间分布特点的F-X滤波、F-K滤波、Tau P 变换域滤波等。这些滤波方法都是基于面波频率和视速度特点来进行的，没有考虑面波能量强弱的问题，不可避免地产生一些假频，同时削弱了和面波频带重叠的有效波[11-12]。而 KL 变换本征滤波技术不但考虑了面波频率低、视速度低的特点，还考虑了面波能量强的特点[13]。因此，笔者在川中北斜坡地震资料（目的层二叠系）的处理中采用了该技术，较好地消除了面波，而且最大限度地保护了有效信号。

在异常干扰去噪中，先用叠加速度把炮集数据拉平后再进行分频去噪，这样更利于噪声的识别，最大限度地保护有效信号。去完异常噪声后再用同样的速度进行反动校还原双曲线同相轴。

针对浅层近偏移距的强能量，用一般的异常干扰去噪方法很难去除干净，而且容易损伤到有效信号。为此，笔者将强能量干扰三角带数据分成若干个频带的数据，对每个频带数据的强干扰进行单独压制，然后再把各频带数据加起来得到干扰压制后的数据。该方法很好地解决了浅层近偏移距的强能量剔除问题。笔者采用的保真去噪技术和常规去噪技术对比如表1 所示。

表1 去噪技术对比表

通过川中北斜坡地区单炮去噪新老技术效果对比（图1），可以看出，保低频保真去噪技术获得的单炮保真度较高，深层弱信号的保留也更为完整。

图1 去噪效果对比图

去噪前后的振幅谱对比图显示，去噪后，除了低频端因为去掉了低频面波有所变化外，振幅谱并没有什么变化（图2a）；而去噪前后炮集数据的纵向振幅曲线显示，去噪前后的振幅纵向相对关系保持得很好（图2b）。充分说明本去噪技术很好地保留了原有信号的振幅、频率信息。

从去噪剖面（图3）对比可以看出，深层反射信号几乎原封不动地保留了下来，保真度高，噪声得到了最大程度的压制。

图3 去噪前后及噪声水平叠加剖面对比图

1.2 波动方程Q 吸收补偿技术

大地吸收（Q滤波）使地震波产生能量衰减和速度频散，导致接收到的地震信号频带变窄，地震纵向分辨率变低，同时由于吸收引起速度频散造成地震波的相位差异，使井旁地震道和合成记录产生时差。Q补偿面临两个问题，一个是Q场的求取问题，一个是Q补偿算法问题。关于Q值的求取问题，反射波振幅比值法和上升时间法精度最差[14-15]；频谱比法和子波模型法较好[16-17]，但也存在不少问题。在一个点上求取Q值都存在这样的困难，那在一个空间体上求取一个相对正确的Q场就更加困难了。笔者采用李庆忠的Q值计算经验公式[18]，将地震资料处理得到的最终均方根速度转换为层速度，进而转换为时空变的Q场数据体。补偿算法如下。

一维双程波频率域波动方程为：

式中P表示波场函数；z表示深度，m；ω表示角频率，无量纲；k表示波数，无量纲。

将地震波吸收效应引入到方程（1），得到的解为：

式中T表示时间，s；r表示波长，m；Q表示吸收衰减品质因子，无量纲。

对所有这些单频波求和可得到时间域的波场为：

根据得到的Q场，利用公式（2），（3），就可以对地震信号振幅和相位同时进行补偿。在四川盆地北斜坡二叠系地震资料处理中，补偿后深层能量和反射波相位都得到了明显的改善（图4）。

图4 波动方程Q 补偿前后剖面对比图

1.3 优势道集叠加

原始资料经过静校正、保真去噪、地表一致性处理后，再进行克西霍夫叠前时间偏移，就得到共反射点道集，即CRP 道集。对CRP 道集进行叠加，就得到叠前时间偏移剖面。理论上，一个CRP 道集内各偏移距道都来自地下同一个反射点的信息，它们的振幅、频率信息应该差别不大，这样叠加起来信号应该更强，信噪比更高。而实际上，对于来自同一反射层同一反射点的信号，因为各偏移距信号所传播的路径完全不同，大偏移距的信号传播的路径远，信号衰减比小偏移距信号多。另外，对于来自同一反射层的信号，具有AVO 响应，不同偏移距的反射信号强弱也不一样，如图5 中红线位置所示。

图5 PS2 井旁CRP 道集图

对道集进行全偏移距和小中偏移距叠加对比（图6）。可以看出，小中偏移距剖面上储层亮点成像明显，准确地预测了储层位置。但在某些地区，优势道集叠加还是没有储层响应，于是又在叠后资料上开发了保真拓频技术。

图6 过PS2 井优势偏移距叠加剖面对比图

1.4 叠后子波整形保真拓频

1.4.1 子波提取

地震勘探原理假设地震子波主频和波形从浅到深是时不变的，这样地震记录形成过程就可以用公式（4）表示：

式中X（t）为地震记录，R（t）为地层反射系数序列，W（t）为地震子波，N（t）为噪声。在川中地区，地震资料信噪比较高，偏移叠加数据上噪声更少，所以N（t）项可以近似等于0，于是公式（4）就可以近似写成：

式中，X（t）已知，已测井的附近资料R（t）也已知，就只剩一项未知项W（t）。虽然地震子波是时变的，越深子波主频越低，延续时间越长，但是，如果把计算时窗卡在目的层上下一定长度的时窗内，就可以近似认为在这个时窗内子波是时不变的。于是利用公式（5）和测井曲线就可以反算出井附近的地震子波序列W（t），它就是井旁地震资料实际子波。

1.4.2 子波整形拓频

在每口已知井都可以提取井旁地震子波，理论上同一工区每口井提取地震子波应该完全一致。但是，由于受到采集、处理诸多因素的影响，实际上每口井提取子波总会有一定的差异，采用对多口井子波平均的方式来获得整个工区的平均子波，代表整个工区二叠系地层的稳定地震平均子波。有了地震子波就可以把它整形到需要的不同主频的雷克子波，获得整形因子（图7）。

图7 子波整形因子示意图

用整形因子对地震资料进行褶积运算，就可以把地震资料整形到不同频率需求的雷克子波地震资料，这样既拓宽了频带，又提高了地震资料薄储层分辨能力，资料保真度较高。在中小偏移距叠加剖面上，通过提取地震资料子波，并对子波进行整形拓频处理，可以让二叠系储层响应特征得以凸显（图8）。

图8 PY3 井中小偏移距地震资料整形前后对比图

2 实际应用

采用以上一系列深层碳酸盐岩储层弱反射信号处理技术对川中射洪、西充地区地震资料进行了弱信号保护去噪、振幅和相位恢复、优势道集叠加以及叠后的子波整形保真拓频处理，得到的地震成果剖面和已钻井合成地震记录匹配程度更高，而且二叠系储层底界的地震响应明显增强（图9）。

图9 PY3 井旁资料新处理技术运用前后与合成记录对比图

通过提取储层亮点反射振幅属性得到的茅口组储层预测平面分布图（图10）。统计实钻结果，储层发育情况吻合率达到89%（表2）。

图10 新处理成果茅二a 亚段储层亮点振幅平面图

表2 储层地震预测与实钻吻合数据统计表

3 结论

1）KL 变换本征滤波去除线性噪声、拉平同相轴分域分频去除随机噪声等保真组合去噪技术能有效保护二叠系储层弱反射信号。

2）利用地震处理获得的层速度，按照经验公式建立地层Q场数据体，并进行波动方程Q吸收补偿，能对二叠系储层弱反射损失信号进行有效恢复。

3）偏移叠加采用优势道集叠加，并对偏移叠加数据体进行子波整形保真拓频，能凸显二叠系储层的地震响应特征。

4）这套处理技术在川中射洪、西充地区的应用中获得了较好的深层弱反射地震信号成像资料。后期在茅口组储层地震预测成果的指导下，与部署井钻后吻合度达到了89%。