塔河油田高精度三维地震采集参数优化研究

徐 颖

(中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院,江苏南京211103)

塔河油田奥陶系储层以溶孔、溶洞、裂隙为主,非均质性强[1]。缝洞型储层的预测识别对地震资料信噪比、分辨率以及成像质量的要求很高。而且,随着塔河老区开发难度不断加大,对于缝洞型储层预测的精度要求也越来越高。不断提高地震资料的分辨率和信噪比,提升资料对小规模缝洞体、微幅构造的识别能力,对于寻找和开发更多的剩余油藏具有重要意义。截至目前,塔河油田已经进行了两块高精度三维地震资料的采集。研究表明,高覆盖次数、小面元高精度采集可提高地震资料的信噪比和分辨率,增强地震资料对薄砂体及低幅构造的分辨能力,提高小缝洞体成像精度。但高覆盖次数、小面元高精度采集成本太高,在满足勘探开发需求的情况下,降低采集成本,实现利益最大化,是目前该区勘探开发人员努力追求的一个目标。

一般而言,面元大小根据最高无混叠频率、横向分辨率、目标地质体的大小等确定。面元覆盖次数及其均匀性、面元内炮检距分布及炮检线方位角分布的均匀性等,是评价三维观测系统优劣的主要指标,也是观测系统优化的技术目标[3-5]。对于地下结构复杂地区的勘探目标,应用照明分析和双聚焦分析等技术进行局部区域和局部目标的采集设计[5-7]。实际上,三维观测系统设计还应综合考虑采集成本、地质任务和数据处理方法等,不同的地质任务和处理要求,对应不同的采集参数[7-9]。就数据处理而言,不同处理环节对采集参数也有不同的要求。如速度分析和多次波压制,要求有足够大的炮检距和面元内炮检距分布的均匀性；层析静校正计算要求有足够的炮点、检波点密度；随机噪声压制、剩余静校正量计算和信噪比提高都要求有足够的覆盖次数；叠后偏移归位要求有足够小的空间采样；叠前偏移要求炮检距和方位角分布均匀等等。在不考虑采集成本的情况下,采集覆盖次数越高,面元越小,方位角越宽,空间分布越均匀,越有利于提高复杂小断块的刻画能力、岩性圈闭的预测能力和小尺度孔缝洞的描述精度[5]。正演模型已证实,采集面元越小,缝洞异常体反射能量越强[2]。小空间采样有利于提高溶洞成像精度,但是采样间隔并非越小越好,因为溶洞成像纵向分辨率与激发主频关系密切,与空间采样间隔无关。溶洞横向分辨率与空间采样间隔和子波主频有关[10],但塔河油田奥陶系埋深较大,面元小到一定程度后,资料品质的提高有限。考虑到地震勘探实际分辨能力和性价比,对采集参数进行优化是非常必要的。

我们以塔河油田重点油气生产区块的高精度三维采集试验区(以下简称试验区)实际资料为基础,进行不同面元和覆盖次数的室内组合处理试验与分析,提出主要针对塔河油田缝洞型储层的采集参数优化方案,为塔河油田大面积高精度采集以及类似地区采集方案设计提供参考。

1 理论基础

观测系统设计的关键参数包括面元大小、覆盖次数和炮检距等。面元大小主要根据纵、横向分辨率的要求,结合地质体大小来确定。高精度三维地震采集观测系统设计应遵循“四小、一大、一均衡”的原则,即小面元、小线距、小炮排距、小滚动线距，大纵横比及均衡的纵、横向覆盖次数[11-12]。理论上面元的设计要考虑目标地质体大小、最高无混叠频率以及横向分辨率要求,根据波场延拓偏移理论,要分辨横向尺度为L的地质异常体,成像面元大小应小于目标地质体尺度的1/2,同时满足偏移无假频条件。成像面元边长a要满足下列关系:

其中,fmax为最高有效频率,vint为地层速度。

塔河地区奥陶系速度在4400～4800m/s,最高有效频率在55～60Hz,成像面元在20m×20m以内比较好。

塔河油田实际资料证实,信噪比随覆盖次数的增大而提高,但是纵向分辨率与面元大小和覆盖次数无关,横向分辨率与面元大小和子波主频有关,小空间采样间隔有利于提高缝洞成像的精度,但是空间采样间隔并非越小越好,在满足一定条件后,减小空间采样间隔并不能无限提高缝洞成像的横向分辨率[10]。

2 试验与分析

对试验区现有三维高精度采集资料进行室内相同面元大小不同覆盖次数、不同面元大小相同覆盖次数的组合处理试验,研究其在满足勘探目标要求的前提下性价比较高的面元大小和覆盖次数,在勘探成本和开发效益之间找到一个平衡点,提出优化的观测系统方案。

2.1 原始观测系统分析

试验区高精度采集观测系统采用32线17炮374道面元可细分的观测方式(图1),最大非纵距为4192.5m,纵向最大偏移距5729.0m,横纵比为0.75。

该观测系统具有覆盖次数高、横纵比大、偏移距大、方位角均匀等特点,炮线距不等于道间距的整数倍数,接收线距不等于炮点距的整数倍数,是一种可细分为7.5m×7.5m面元的观测系统[11-12],能满足对覆盖次数和面元大小进行退化试验的要求。通过分析覆盖次数和面元大小的变化对叠加、叠后偏移、特别是叠前偏移等处理效果的影响,来寻求适合塔河地区的地震采集最佳面元大小和覆盖次数,在实现塔河地区高精度勘探目标的前提下,节约采集成本,提高性价比。

图1 观测系统模板(a)及玫瑰图属性(b)

2.2 试验观测系统构建

针对试验区高精度三维采集观测系统的特点,构建2组共5个试验观测系统(表1)。第1组观测系统由表1中的G0,G1和G2组成,用于覆盖次数试验,对比分析相同面元(15m×15m)、不同覆盖次数(352次、176次、88次等)的处理效果,确定塔河油田最佳覆盖次数。其中G0观测系统是原始观测系统,基本面元15m×15m。G1和G2观测系统是G0的子系统。G1是176次叠加的子系统,炮点纵向(炮排)二抽一,检波点不变,即将炮线距从255m变成510m。G2是在G1基础上继续抽稀,在炮点纵向(炮排)二抽一的基础上,检波点横向(接收线)二抽一,即构成炮线距和接收线距均为510m的观测系统。

表1 试验区原始观测系统和试验观测系统对比

第2组观测系统由表1中的G2,G3和G4构成,用于面元大小试验,对比分析不同面元(分别为7.5m×7.5m,15m×15m,30m×30m)、相同覆盖次数(88次)的处理效果,确定塔河油田最佳采集面元大小。G3与G0的观测参数完全相同,只是G3采用了细分面元7.5m×7.5m。G4以原始观测系统G0为基础,在炮点纵向(炮线)二抽一的基础上再在横向上二抽一,接收点在横向(接收线)二抽一的基础上再在纵向二抽一,即构成炮线距510m,炮点距60m,接收线距510m,接收点距60m的观测系统。

分析表明,和G0(原始)观测系统一样,各种试验观测系统(G1～G4)的主要属性参数,如覆盖次数、偏移距与方位角分布等，都具有很好的均匀性。各试验观测系统属性参数的均匀性保证了试验处理结果的说服力和现实意义。

2.3 试验处理与分析流程

试验处理与分析流程如图2所示,大致分成精细的预处理和观测系统试验两部分。预处理是针对G0观测系统(15m×15m面元、352次覆盖)全部数据进行详细的处理参数和流程测试。包括①精细的层析静校正,解决中长波长静校正问题；②分频迭代地表一致性剩余静校正,解决短波长静校正问题；③利用分频自适应面波压制技术压制面波；④十字交叉域3D-FKK技术,去除低频相干噪声；⑤利用AAA去噪技术剔除人文干扰和大钻干扰等；⑥球面扩散补偿和地表一致性能量补偿,解决能量不一致性问题；⑦地表一致性反褶积和预测反褶积等,拓宽频带,提高主频,解决由于激发、接收引起的频率不一致性问题；⑧剩余静校正与速度分析多次迭代,在提高高频剩余静校正精度的同时建立起用于叠加和叠后偏移试验的速度场。对经上述精细预处理后的全部叠前数据进行15m×15m面元的叠前时间偏移和速度分析多次迭代,建立准确的叠前时间偏移速度场,应用这个速度场对所有子观测系统数据进行叠前时间偏移。

图2 参数优化处理与分析流程

对预处理后的数据依据表1中的各种试验观测系统(G0,G1,G2,G3和G4)进行分选；对分选后的数据分别进行叠加、叠后偏移及叠前时间偏移处理与分析。

2.4 试验处理结果分析

2.4.1 相同面元、不同覆盖次数效果对比

利用面元均为15m×15m,不同覆盖次数(表1中的G0,G1,G2观测系统)的数据,从叠加、叠后偏移、叠前时间偏移3个方面进行分析对比。图3是不同覆盖次数(88次、176次、352次)、相同处理流程和参数的叠加结果,可以看出:随着叠加次数增大,信噪比有所提高,特别是奥陶系的绕射波能量有所增强。

为得到覆盖次数与信噪比的关系图,在表1的基础上增加覆盖次数为99,121,143,165等的子观测方式,其抽取方式是在G1的基础上,减少排列线条数。图4是奥陶系目的层段叠后偏移剖面信噪比与覆盖次数关系图。由图4可见:当覆盖次数低于88次时,信噪比较低；此后随着覆盖次数增大,信噪比增高,但当覆盖次数达到140次后,信噪比增速变缓。叠加和叠后偏移结果的信噪比随覆盖次数变化的特征基本一致。

图5为叠前时间偏移效果对比图。由图5可见:覆盖次数对信噪比有一定影响,总体上看,覆盖次数高则信噪比高。但是这些信噪比的差异不如叠加和叠后偏移那么大,主要原因是影响叠前偏移效果的主要因素是偏移距分布的均匀性与速度场精度,而在抽取的3种不同覆盖次数(88次、176次、352次)的子观测系统中,覆盖次数和偏移距分布都是均匀的,采用了准确的叠前时间偏移速度场。图6是叠前时间偏移水平切片对比图。由图6 可以看到,不同覆盖次数对河道和小断裂的刻画精度还是有所差异的,352次覆盖的叠前偏移对小断裂和河道的刻画最清晰,176次覆盖稍差但差距很小,而88次覆盖的差距则比较明显。

图3 15m×15m面元88次(a)、176次(b)和352次(c)叠加剖面对比

图4 15m×15m面元叠后偏移信噪比与覆盖次数的关系

2.4.2 相同覆盖次数不同面元处理效果对比

对覆盖次数均为88次,面元分别为7.5m×7.5m,15m×15m,30m×30m的3个观测系统数据(表1中G2,G3和G4观测系统),分别从叠加、叠后偏移、叠前偏移3个方面进行对比分析。

图5 15m×15m面元88次(a)、176次(b)和352次(c)覆盖叠前偏移剖面对比

图6 15m×15m面元88次(a)、176次(b)和352次(c)覆盖叠前偏移水平切片对比

从叠加效果看,7.5m×7.5m面元信噪比最高,30m×30m面元信噪比偏低。叠后偏移结果也表现出同样的差异。在对缝洞体表现能力方面,7.5m×7.5m面元的剖面上“串珠”反射能量强、聚焦性好；15m×15m面元与7.5m×7.5m面元的剖面上串珠数量基本相当,但能量稍弱；而30m×30m面元的剖面上“串珠”反射能量弱、数量少,剖面信噪比偏低,缝洞体成像精度差。在断面刻画能力方面,7.5m×7.5m面元与15m×15m面元基本相当,15m×15m面元的信噪比稍低；30m×30m面元的断面刻画不清,信噪比明显降低。不同大小面元、相同覆盖次数的叠加和叠后偏移结果对比表明,7.5m×7.5m面元效果最好,15m×15m面元稍次之,30m×30m面元最差。

叠前时间偏移效果是我们需要考虑的重点。图7是将不同面元的叠前时间偏移结果内插成15m×15m面元后的对比结果,其中7.5m×7.5m和15m×15m面元的剖面对小缝洞体的刻画能力差别不大,成像都较好,15m×15m面元的刻画能力稍弱,信噪比也低一些；30m×30m面元的信噪比非常低,奥陶系内部“蚯蚓化”严重,“串珠”反射能量弱、数量少。图8为相应的水平切片对比图,从图8可以清楚地看到:不同面元的叠前偏移对于河道以及小断裂的刻画有较大差异,7.5m×7.5m面元的河道清晰,15m×15m面元次之,30m×30m面元的河道很难追踪(图8中红色虚线圈内)；对于东南-西北方向的断裂,3种面元基本都能刻画,但是7.5m×7.5m面元最清晰；对于东北-西南方向的次级小断裂,30m×30m面元基本不能刻画,7.5m×7.5m面元刻画清晰,15m×15m面元可以大致看到基本分布情况,但如果把15m×15m面元的叠加次数增加到176次(图6b),则该组小断裂刻画非常清晰,与7.5m×7.5m面元相当。

图7 88次覆盖7.5m×7.5m(a)、15m×15m(b)、30m×30m(c)面元叠前偏移剖面对比

图8 88次覆盖7.5m×7.5m(a)、15m×15m(b)、30m×30m(c)面元叠前偏移水平切片对比

以上试验与分析结果表明,在覆盖次数相同的情况下,面元过大会降低信噪比及小地质体的成像精度。在信噪比方面,7.5m×7.5m和15m×15m面元信噪比较高,而30m×30m面元的信噪比明显偏低；在成像精度方面,7.5m×7.5m面元的成像精度最高,15m×15m面元次之但与7.5m×7.5m面元的差异不大,30m×30m面元较差；在作为缝洞标志的“串珠”反射数量方面,7.5m×7.5m和15m×15m面元的“串珠”反射数量基本相同但能量稍有差异,30m×30m面元的“串珠”反射能量弱、数量少、边界不清晰。

通过覆盖次数均为88次的不同面元大小、相同覆盖次数的试验分析,得出了整体处理效果(信噪比、分辨率、“串珠”反射数量与清晰度以及河道刻画能力等)随面元大小的变化规律,即15m×15m面元的效果稍逊于7.5m×7.5m面元,但远优于30m×30m面元。15m×15m面元88次覆盖的效果虽然稍逊于7.5m×7.5m面元88次覆盖,但在将覆盖次数增加到176次以后,15m×15m面元的效果和7.5m×7.5m面元相当。增加30m×30m面元的覆盖次数可以使偏移结果的信噪比有所提高,但是对小地质体的刻画能力还是有限,因为导致“串珠”反射数量与质量下降的首要原因是面元过大。

2.5 认识与建议

通过试验区高精度三维地震资料的不同观测系统参数退化处理试验分析,得出以下认识:

1) 根据相同面元、不同覆盖次数的试验结果,信噪比和缝洞体成像精度与覆盖次数皆呈正相关关系,两者皆随覆盖次数的增大而提高,但覆盖次数达到一定程度后,信噪比提高受限,且缝洞体响应的能量和数量也不再变化。从经济效益和目前的采集处理技术分析,如果只考虑偏移成像和叠后预测,本工区覆盖次数在120～160次即可达到要求。

2) 根据相同覆盖次数、不同面元的试验结果,采集面元越小,缝洞成像精度越高，但塔河油田奥陶系埋深较大,主频较低,面元小到15m×15m以后,资料品质的提高受限。成像结果虽然是7.5m×7.5m比15m×15m面元的信噪比高,但是“串珠”反射的数量并没有增多。当15m×15m面元的覆盖次数增大到176次时,其对小断块的刻画能力、岩性圈闭的预测能力和小尺度孔缝洞的描述精度都可以与7.5m×7.5m面元相当。

因此,建议塔河地区的高精度采集面元为15m×15m,覆盖次数为120～160次。考虑到叠前裂缝预测要求方位较宽,流体预测、AVO等要求偏移距较大,同时考虑技术发展需求,覆盖次数可适当增加到140～180次。

另外,在本次观测系统参数试验中,还对比分析了不同最大偏移距的影响。结果表明,塔河地区偏移距在6000m左右能满足奥陶系速度分析和叠前高精度成像的需要。

3 实际应用效果

在与塔河试验区相邻的一块高精度三维地震资料采集中，根据上述试验分析提出的覆盖次数，使用168次覆盖和15m×15m面元参数进行观测系统设计和采集，达到了与前期高精度采集试验区可细分面元采集相当的效果，大大节约了成本，提高了效率。对试验区和新采集资料重叠部位的成像效果进行了对比，在处理流程基本相同的情况下，新采集资料古近系—寒武系之间各地层顶、底界及其内幕反射具有较高的信噪比和分辨率，特别是奥陶系目的层成像结果信噪比更高(图9)，为圈闭的落实及油气预测提供了可靠的基础资料。

图9 高精度采集试验区资料(a)与新采集资料(b)叠前偏移剖面对比

4 结束语

理论上面元越小、覆盖次数越大,成像精度越高。考虑到实际地震地质条件和信号主频的限制,在面元大小和覆盖次数达到某一“门槛值”后,继续减小面元和增加覆盖次数对提高成像精度的作用不再明显。寻找这种“门槛值”是观测系统参数优化的重要目标之一。综合考虑奥陶系缝洞型储层的预测能力与勘探成本,建议塔河地区高精度三维地震勘探采用15m×15m面元,覆盖次数为140～180。与试验区相邻的一块三维地震资料采集验证了该建议参数的合理性。

进行高精度采集和退化处理试验是优化观测系统参数的有效手段之一。根据实际资料处理效果找到使投资成本与勘探效果达到最佳统一的观测系统参数,其前提是为退化处理试验而采集的地震数据所使用的观测系统的主要属性参数,如覆盖次数、偏移距与方位角分布等,具有很好的均匀性,而且在退化成各种试验观测系统后,这些参数还具有较好的均匀性。

参 考 文 献

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