VSP井驱Q补偿在碳酸盐储层识别中的应用研究

赵锐锐， 孙成禹 ， 尚 帅

(1.中国石油大学(华东) 地球科学与技术学院，青岛 266580；2.中国石油塔里木油田分公司 勘探开发研究院，库尔勒 841000)

0 引言

吸收衰减因子Q是一个表征地下岩层对地震波吸收衰减特性的参数，它描述了不同频率的地震波在地下粘弹性介质中传播时对应的衰减力度，直接影响了地震子波的相位和分辨率。Q值越大，表示地层对地震波的吸收衰减能力越小，反之，表示地层对地震波的吸收衰减越严重[1]。提取Q值的方法很多，岩石物理实验测试、地震资料中通过数值算法等，国内、外可见到大量的文章[2-4]。由于问题比较复杂，一块岩石在不同频率、不同温度、压力、以及不同饱和度和不同应变条件下都会有不同的吸收衰减值，并且在实验室中同样一块岩样，采用不同的测定方法，也会得到不同的结果。因此，任何一种测定Q值的方法都不可能得到岩石的精确吸收衰减值，而只能得到一个粗略估算值。

通常Q因子的求取是通过地面地震资料来实现，塔里木盆地沙漠地区地表条件复杂、地下目标储层埋藏较深，地表巨厚的起伏沙丘对地震波的激发和接收造成很大地干扰，往往使得资料品质有限，直接利用地面地震资料求取Q的不确定性因素增大。垂直地震剖面(VSP)通常的观测方式是检波器在井中埋置，炮点在地面激发。与地面地震资料相比，VSP资料的信噪比高，一定程度上减少了近地表对地震波的影响，波场特征更加丰富、明显。VSP技术在近几年发展比较迅速，在提取地层地质参数、地层速度、地震子波与衰减因子等地震参数方面有很大的作用，越来越被人们所重视和利用。

基于此，在沙漠区重点井采集了零偏VSP资料，力图通过井中地震资料的优势，获取相对可靠的吸收衰减因子，辅助对地面地震资料的处理，为开发地震资料处理精度的提升和地震解释工作提供帮助。

1 基本原理

1.1 Q估计

VSP通过在井下不同深度埋置检波器，可以直接接收到地面震源的下行直达波，对准确测量地震波在不同深度地层传播时的衰减信息有很大帮助，减少了其他因素对波场的干扰。利用实际地层下行直达波的波场特征，可以得到相对准确的Q值，从而可对地面地震记录进行吸收衰减补偿。尽管计算Q因子的方法很多，但目前大家常用Q扫描和谱比法等[5-7]，① Q扫描法类似于速度扫描或频率扫描，属于一种定性分析方法；②谱比法是一种定量估算方法，假定地震信号的振幅谱是随时间按指数衰减，用公式(1)表示并求取品质因子Q。

(1)

其中：a1(f)为参考时窗内的振幅谱；a2(f)为滑动时窗内的振幅谱。

由式(1)得：

(2)

式(2)可以表示为线性关系式：

y(f)=k*f

(3)

利用VSP记录频谱通过谱比法可以获得较为准确的Q值，主要步骤如下：

1)零偏移距VSP初至拾取，获得直达波旅行时间t。

2)波场分离，去除下行波的调谐影响。

3)截取VSP初至时窗，通过FFT变换获得每个深度子波振幅谱A(f)。

4)对振幅谱取对数，求取ln(A(f))。

6)利用公式Q=-πτ/k得到对应层段的Q值，这里τ=tz-tz0。

VSP谱比法获得的Q值可以有效地指导地面地震的反Q滤波处理，并且地层Q值与平均Q值有如下关系：

(4)

1.2 Q补偿

对地震波吸收的补偿可采用反Q滤波法，该方法的目的是为了消除地震波在地层介质传播时的吸收衰减，提高地震资料分辨率的同时最大程度地恢复岩层的反射系数响应[8]。

Futterman[9]导出的振幅和相速度频散关系式为：

(5)

其中:A(ω,z)为距离震源z处的子波振幅谱;A(ω,0)为激发震源子波的振幅谱;Q是地层的品质因子;z为地震波传播的路径长度;υ(ω)是地震波在频率为ω时的相速;ωc为最大截止频率;υ(ωc)为地震波在截止频率ωc的相速度。根据式(5)可以得知反Q滤波的吸收因子B(t)的振幅谱B(f,t)和频谱F(f,t)分别为：

(6)

(7)

其中:t表示地震波传播时间;φ(f,t)是B(t)的相位谱;H+代表hilbert变换。由此可知，吸收因子的振幅谱B(f,t)随着传播时间t的不同而不同，使得地震波随着传播时间衰减程度也在变化。对于水平层状介质,假设而言，地面地震波传播到同一地层的t是一致的，因此可以认为各道同一地层的B(f,t)是基本不变的。

2 实例分析

2.1 VSP数据采集参数

塔里木盆地台盆区碳酸盐储层发育，埋藏深，一般在6 000m以上。地震资料的品质直接影响勘探开发的效果，为了提高深层的成像质量和成像精度，在重点井布置了零偏VSP资料采集，力图通过VSP资料Q因子的求取和补偿处理，提高深度储层成像分辨率。

零井源距VSP采集观测系统见表1。零井源距VSP采用单深井炸药震源激发，激发井深13m、药量1kg。

表1 零井源距VSP观测系统

2.2 初至拾取

零偏VSP初至拾取是后续一切工作的开始，它的拾取精度将影响后续的建模准确程度及整个VSP资料处理精度。由于是爆炸震源，初至拾取在起跳点，为了准确地拾取初至，采用人机交互放大拾取VSP直达波初至的方法，这样读取时间时人为误差可大大减小(图1)。

图1 零偏VSP初至拾取示意图Fig.1 The first arrival of zero-offset VSP

2.3 波场分离

因为提取Q因子是利用VSP的下行波场信息，所以需要比较精细的波场分离技术。波场分离常用的有F-K、中值滤波、拉冬变换等方法，为了保证波场分离过程中的保幅保真，通过参数试验和方法比较，最终选择先去背景干扰，利用初至得到的速度对VSP波场进行动校正，上行波基本拉平，然后用FK滤波方法得到上行波，从全波场中减去得到下行波场，再精细压制其他干扰，得到相对可靠的下行波波场信息(图2)。

图2 哈7-4井零偏VSP分离的上、下行波Fig.2 The up-going and down-going wave of zero-offset VSP for well Ha 7-4(a)上行波；(b)下行波

图3 VSP下行波场提取的等效Q因子Fig.3 Q estimated by using down-going wave

2.4 Q因子提取及补偿

利用波场分离得到的下行直达波场，根据谱比法得到深度域的等效吸收衰减因子Q(图3)所示。通过求取的Q因子建立空间域Q场，对偏移成像剖面进行反Q滤波处理，由图4、图5可以看到：经过等效Q因子补偿后的地震成像剖面分辨率明显得到提高(图4)；相干切片成像得到改善(图5)；满覆盖范围内(即图中蓝色框内)碳酸盐储层串珠成像更加清晰、能量更加聚焦，有利于钻探目标的优选和提高储层钻遇率。

图4 井驱Q补偿前后偏移成果Fig.4 The migration section of VSP data driven Q compensation(a)井驱Q补偿前偏移成像剖面； (b)井驱Q补偿后偏移成像剖面

图5 井驱Q补偿前后相干切片Fig.5 The coherence slice of VSP data driven Q compensation(a)补偿前;(b)补偿后

3 结论

通过VSP井驱提高分辨率处理，提高了地震资料的处理精度。利用VSP下行波场提取可靠的Q参数，通过井驱保幅处理保留了更多重要地质信息，许多构造细节及微小的异常地质体更容易解释，“串珠”储层的成像也更清楚、更丰富。VSP井驱Q补偿技术可以广泛应用于地震资料提高分辨率处理，具有较好的生产应用前景。

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