勘探地球物理技术最新进展--2002年SEG年会综述I采集与处理.pdf

书书书 第 卷第 期 年 月 勘探地球物理进展 勘探地球物理技术最新进展 年A 4年会综述B 采集与处理 孙建国 中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所 江苏南京 C 摘要 根据 年A 4年会部分论文编译而成 包括采集和处理新技术 概要性地介绍了针对目标的观测系 统设计技术 高密度采集提高地震数据信噪比和分辨率技术 改进震源以提高地震数据信噪比和分辨率技术 小 波分析去噪技术 层析成像静校正技术 特殊处理技术 属性表征技术 裂缝识别技术和边缘检测技术 关键词 高密度采集 信噪比 分辨率 去噪 静校正 属性表征 裂缝检测 边缘检测 中图分类号 5 8 3 0 A E F 2 E B 3 3 E 3 G4 0 5 6 7 2 1 0 7 3 A B H IJ 2 7 5 B 3 3 E 3 G 3 1 E K 0 1 2 3 2 LM N 1 0 K 3 2 O C I 5 2 7 5 8 P 5 2 N Q G A 42 E 2 1K 3 7 3 G 3 Q 0 2 3 9 P 5 0 2 3Q 1 1K 2 1 6 G 7 E 2 L N 2 7 L 2 3 22 7 R E 3 2 L0 7 9S Q 1 1 G 1 6 3 L E 7 3 5 3 L1 2 6 E 3L 5 5 L K 7 L 2 3 2 2 7 R E 3 2 L N 2 3 K 7 E 7 3 K 0 N 2 1 3 2 3 2 L K 7 1 E 3 E 0 0 Q 3 5Q 2 N 1 3 2 2 1 6 3 K 3 2 3 7 0 7 2 1 0 7 2 L 3 7 5 R E G 2 3 3 3 T 2 3 G 2 7 3 E L 3 7 3 2 L L L 3 7 3 9 3 5 5 5 L 2 7 R E 3 2 1 3 2 3 1 E 3 E 0 0 3 2 3 7 2 3 3 3 T 2 3 G 2 7 3 E L 3 7 3 L L 3 7 3 采集技术 9 针对目标的观测系统设计 9 9 地下覆盖模拟法 应用三维射线追踪法针对地 下模型 特别是目的层 进行模 拟 该法可用于资料解释和观测 系统设计 解释 对已经采集处理 过的三维数据 针对目的层进行 射线追踪 计算每一个面元内的 最小偏移距 最大偏移距 覆盖次 数 偏移距分布 方位角分布 反 射振幅 最大入射角 反射点与 I U 点距等属性 并以彩图形式 展示出来 用于指导解释 避免解 释陷阱 观测系统设计 特别是 针对复杂目的层 研究其照明情 况 质量 特别关注阴影区和相应的叠加次数 指出有照明问题的区域 和相应的改进办法或追加辅助采集的措施 图 说明 剖面上能量弱的地方不是岩性造成的 而是实际叠加次 数不够造成的 图 三维地震数据的椅状显示 2 和目标模型及上覆地震剖面 收稿日期 作者简介 孙建国 V C 男 教授级高级工程师 V 年获长春地质学院学士学位 V V 年获同济大学硕士学位 V V 年获同济大学博士学位 长期从事勘探地球物理研究工作 万方数据 图 是四维地震两次采集不同方位角上的叠 加次数分布图 属同一个目的层 方向只展示了 两个面元 方位角为 W W 两次采集的方向不 一样 但保证了各方位角上叠加次数的高度一致性 图 叠加次数分布图 9 9 用花型图做目标采集设计 常规三维在复杂构造区往往留下阴影区 图 为弥补之 设计了一种花型图 图C 用于补充 信息时的地震设计 图C为花型图 代表过图中的一对炮X检对做 射线追踪时的情况 图中指明了代表反射点反射角 在地面的投影等值线 反射点在地面的投影 过反 图 盐丘模型 2 与振幅图 C 为阴影区 射点的方位在地面的投影 过反射点的走向以及用 颜色表示的振幅图 利用其可以确定要照明地下 特定区域的最佳地面排列方向和偏移距 图C 花型图 图 为一个目的层的三维振幅显示 可以看到 明显的阴影区和低振幅区 图 的右边标明点处说明盐丘翼部存在阴影 第 期孙建国Y勘探地球物理技术最新进展 万方数据 图 常规观测系统下一个目的层的三维振幅显示 图 阴影区炮点振幅 区 左图为对该区域做的花型图 从图中可以看出 S A 方向的采集可以照亮阴影区 图 表明 按照图示的两个方向补充采集后 阴影部分的照明 提高了 倍 盐丘下方低振幅区也得到了改善 图 三维加补充采集 箭头代表花型图指导下的两个小的补充采集方向 9 高密度采集可以提高地震数据信噪比和 分辨率 9 9 二维高密度采集提高地震信噪比和分辨率 二维地震排列上道数的多少对费用的影响不 是很大 因此 在资料质量不是很好的地区 建议采 用 K道距和炮距的高密度采样是合适的 从浅 层到深层都能得到满意的数据 图 是水平叠加速度图 上部对应 K道距 下部对应 K道距 显然后者精度要高的多 图V为高频折射静校正之后的两张图 图V 2 为几个相邻的单炮记录先静校后叠加的结果 图 V 为先叠加后静校的记录 显然叠加之后再怎么 做工作都无法恢复被异变了的信号 图 为一个密集采集观测系统 图 为一张单炮记录 是横向上C条线直接 叠加的结果 形成的实际线距为 K 该单炮记 图 水平叠加速度图 勘探地球物理进展第 卷 万方数据 录表明该区的噪音非常严重 因此首要的问题是提 高信噪比 图 为单点震源 A 7Z 单条接 收线 J 7 NZ 的常规叠加时间剖面 图 是 单点震源 A 7Z C条接收线直接加起来后 J 7 NZ C 所做的常规叠加时间剖 面 显然 信噪比大大增加 图V 高频折射静校正剖面图 图 密集采集观测系统 图 一张单炮记录 图 单点震源 单条接收线的常规叠加时间剖面 图 单点震源C条接收线直接相加后 所做的常规叠加时间剖面 9 9 高密度采集改善分辨率和成像质量 减少 脚印 海上数据采集要增加拖缆数目 提高放炮次 数 图 C 2 图 C 分别为常规部分和加密部分的 横向剖面 图 C 7为二者的叠加 显然质量得到改 善 图 是三维切片显示 图 2和图 分别 V 第 期孙建国Y勘探地球物理技术最新进展 万方数据 为常规部分和加密部分的切片 K 图 7 为二者的叠加 特征更加清晰 图 是窄带 2 和宽带 叠加剖面的比较 显然宽带结果明显改善 图 C 常规部分 2 加密部分的横向剖面 和二者的叠加 7 图 M切片显示 图 窄带 2 和宽带 叠加剖面比较图 9 9 高频地震采集方法及实例 核心是利用单个检波器接收提高地震频率成 分 以解决深部薄层的高分辨率问题 英国北海U E 7 5 油田 V 年开始采油 主要目的层在 G 3 G 3 9 K 后来发现 其下 G 3处有大量的最大达 K宽的小断 勘探地球物理进展第 卷 万方数据 裂 可能含油 但由于 年前的地震数据在那 个深度的优势频率只有 T 只能有很模糊 的成像 无法用于确定井位 因此 决定于 年 重新进行地震采集 模拟表明 采集频带宽度必须 在 T以上 但如果用传统的地震方法采集 很难达到这一要求 因此 想到了单个检波器接收 技术 只有单个检波器才有可能满足这一要求 过去用的是 9 K道距 这次用 9 K道 距 这有两个优点 一是可实现常规方法无法涉及 的高 低频噪声衰减 二是可以让拖缆深度浅一些 从 K变化到 K 把陷波从 T提高 到 T 避开有效频带 采集完后先去噪 然后 再按 9 K组合 用 条间隔 K 长度为C 9 K 的拖缆 炮距为 K 叠加次数可达V 次 对 9 K的目的层而言 入射角可达C W 图 为原采集数据和 年采集数据的频 谱对比图 前者的主频为 T 无法用于储层内 细节的解释 因为储层的整个厚度还不到一个波长 G 3 调协厚度为 C G 3 新数据的峰值频率在 C T左右 峰值能量波长为 G 3 调协厚度为 G 3 图 原采集数据和 年采集数据的频谱对比图 实际上 新数据的频带相当宽 对储层所在的 9 C 9 C 数据进行分析发现 从 T到 T 的衰减为X L 从C T到 T的衰减为 X L 这种带宽特征使得能分辨出更薄的储层 而不会受到峰值频率对应调谐厚度的限制 图 是现场处理的结果 可以分辨出 G 3厚的层 图 V为两种数据反演结果的比较 注意 新采集数据 的反演结果与电性测井对应得非常好 而原地震数 据的反演结果则有一定的偏差 由图 可见 用 新数据解释的结果使断层比原解释结果移动了高 图 现场处理剖面 图 V 用两种数据反演的结果 图 用新数据解释的结果 第 期孙建国Y勘探地球物理技术最新进展 万方数据 达 K的距离 原来认为在一个断块中央的钻井 实际上位于断块的边缘 这对注水方案的设计是非 常关键的 9 改进震源以提高地震数据信噪比和分辨率 9 9 加金炸药提高信噪比和分辨率 通常认为要想在采集中提高地震数据的质量 即信噪比 频率成分 子波稳定性 必需做到 炸药应该是高爆速炸药 爆炸生成的气体应该少 炸药与井壁耦合要好 C 爆炸总能量要高 能量释放时间要短 初始能量向下传播 模拟和野外实践证明 如果按照上述原则生 产 大约只有 9 的化学能量转换为有用的地震 波能量 在某些近地表环境下 这点能量对高质 量 高分辨率地震成像而言是不够的 V V 年 S 3 4 7 和A 7 5 1 E K 为了在地表为花岗 岩的地区获得 以下的有效信号 作了大量的炸 药震源试验 其中包括炸药类型 尺寸 爆炸深度 等 加金炸药是这次试验的重要内容 加金炸药是指一组在炸药中添加易氧化金属 的混合炸药 这些金属包括镁 硼 钙及其他的混 合物和合金 炸药反应一开始 爆炸震动波通过炸药 压缩 炸药中的孔隙 给其中的金属造成压力 金属受压 之后产生热量 促使燃料和氧化剂开始化学燃烧反 应 其中的金属起到敏感剂的作用 大大提高其周 围这种化学反应开始的点数 一旦化学反应开始 金属的反应又形成金属氧化物 在反应的炸药混合 物中产生更多的热量 从而增加了反应的速度 提 高了爆炸的能量 等量加金炸药比不加金的炸药产生的能量要 大得多 此外 从燃料 氧化物反应中产生的大部 分氧气都用于金属氧化以形成金属氧化物 所以从 反应中产生的气体副产品也少 这次试验的结果非常令人鼓舞 根据这些结 果 作了一系列的试验来确定各种最佳的炸药参 数 以获得最大的有用地震信号能量 对试验结果的定性和定量分析可知 如果炸药 参数组合合适 存在特殊的炸药特征 可以改变产 生的信号能量 在目的层附近的有效频带范围内 信号能量可以提高 L 图 为常规炸药单炮记录 图 为加金炸药 单炮记录 且与图 在同一激发点 有相同的显示 参数 将两张图进行对比后可以看出 后者的信噪 比 穿透能量和频带宽度都比前者要好 特别是浅 层改善更加明显 针对复杂目标体的采集设计 强调的是对地下 目标体的实际覆盖次数 而不是地下反射面元的覆 盖次数 提高空间上的采集密度 不会增加多少成 本 但所得采集数据的信噪比和分辨率都将提高一 个档次 通过震源的改进 例如在炸药中加入金属 颗粒以及改进可控震源的扫描方式都可以提高地 震数据的信噪比和分辨率 图 常规炸药单炮记录 图 加金炸药单炮记录 勘探地球物理进展第 卷 万方数据 处理技术 9 小波分析去噪技术 用二维小波变换 滤波器消除地滚波 图 为一单炮记录 地滚波非常严重 图 C 2 为用一维小波变换滤波的结果 因为它没有考虑空 间方向关系 仍有部分地滚波没有消除掉 图 C 为用二维小波变换滤波的结果 地滚波滤得相当干 净 有效波非常清晰 图 单炮记录 地滚波非常严重 图 C 一维小波变换滤波 2 和二维小波变换滤波 9 层析成像静校正技术 表层高速层时间 校正 当表层存在高速层时 常规地表一致性静校正 难以达到预期目的 因为射线不是近似垂直于地表 的 在这种情况下用反演的办法求取的地表一致性 校正函数进行校正 可以大大提高校正的精度 图 为常规地表一致性静校正后的叠加剖面 图 为用反演法求得地表一致性校正函数后校正的结 果 目的层的连续性得到明显改善 图 常规地表一致性静校正后的叠加剖面 图 用反演法求得地表一致性校正函数后校正的结果 第 期孙建国Y勘探地球物理技术最新进展 万方数据 9 特殊处理技术 9 9 属性表征技术 属性表征技术是用不同 角度的射线照明法显示三维 时间切片或属性 其目的是突 出垂直照明方向的特征 压制 平行照明方向的特征 图 2是一张三维时间 切片 图 是对 个样点厚 度的结果按箭头方向照明的 结果 图 2仅是换了个方向 照明的结果 图 减少了样 点数 显然 这种显示方法可 以帮助解释人员从三维数据 体中提取更多有关地层和岩 性等的信息 9 9 裂缝识别技术 对碳酸岩盐 裂缝性砂岩 等裂缝性油气藏 目前用得最 多的仍是从 波中提取信 息 主要是其统计效应 例如 裂缝密度分析 发展的方向 单个裂缝的识别和成像 在 成图方面主要是断层的自动 追踪和成图 9 9 9 裂缝的地震特征 裂缝的地震特征主要表 现为裂缝末端的绕射波 除此 之外还有裂缝的首波和导波 图 三维时间切片 2 和对 个样点厚度按箭头方向照明的结果 图 换个方向照明的结果 2 及减少了样点数 压制地震数据中反射波可采用下列 种方法 方法 用倾角滤波去掉反传地震信号 可以 得到纯反射信号 然后从总信号中减之 即得其他 信号 方法 先做 UH校正 然后用倾角滤波的 办法去掉水平层即反射信号 再反 UH即可 方法 利用MUH加大反射与绕射信号差的 原理去掉反射信号 方法C 对地震剖面做奇异值分解 大的奇异 值对应诸如反射波的稳定信号 去掉后 反变换回 去 即得要求的波场 方法 把反射波当作信号 其他当作噪声 用 2 1 2 信噪分离技术分离后取噪声即得所要求的 信号 进一步的研究将是利用绕射波 首波和导波的 裂缝成像 其成像结果比目前利用地震属性预测 的精度要高得多 目前的方法只适用于大范围裂 缝带的预测和排列方向一致的裂缝带的预测 图 V为裂缝模型 图 2为用有限元法求得的 正演模型 反射信号很强 图 图 2和图 图 V 裂缝模型 C 勘探地球物理进展第 卷 万方数据 图 2和图 分别为方法 分离的结果 可 见奇异值分解法结果比较理想 实际应用中可以把几种方法结合起来 以达到 最好的结果 对应的三维方法正在研究中 图 有限元法求得的正演模型 2 及倾角滤波法 分离的结果 图 UH倾角滤波法 2 及 UH MUH倾角滤波法 分离的结果 图 奇异值分解法 2 及 2 1 2 信噪分离技术 分离的结果 第 期孙建国Y勘探地球物理技术最新进展 万方数据 图 裂缝密度图与地震剖面图的叠合显示 当裂缝引起的波场提取出来后 今后的任务就 是裂缝本身的成像了 9 9 9 地震裂缝分析 利用D 8 D DK 0 1 3 E L 8 E D 1 2 L D T K E 3 5 预测致密地层中的含油气裂缝 图 是裂缝密度图与地震剖面图的叠后显 示 可以清楚地看出 裂缝高密度区与高应力区 即西边背斜斜坡断层附近 背斜轴部和背斜的右翼 部相关 9 9 9 应用神经网络和倾角驱动在三维数据体 内同时对地层和断层追踪成图 应用的是地震目标检测技术 包括基于神经网 络的可视化交互图像识别技术 与倾角有关的属性 和滤波器等 图 C是倾角驱动技术的原理图 图 C 2为无 驱动时的局部解释线段 图 C 为应用局部倾角和 方位解释的线段 图 C 7为应用倾角驱动改进的局 部倾角和方位的解释结果 实际处理是在三维中 进行的 图 C 倾角驱动技术 的原理图 图 为自动解释的结果 在此基础上再做人 工解释 编辑和修改就容易得多了 图 三维地震数据体 2 与对应的自动解释的结果 9 9 9 C 应用人工蚂蚁实现断层自动追踪 第 步计算地震数据中的不连续性 断层属性 计算 第 步用的是一个叫做 蚂蚁跟踪 的专利 技术压制噪声和保留非断层同相轴 然后把断层分 成不相交的子系统 第 步是形成断层面 图 说明了这个过程 图 2为三维数据 体 图 0 N A K 3 5 技术 在断层和裂缝附近 地震数 据的信噪比都比较低 因此 在做边缘检