三维地震资料拼接处理及在渤海油田浅层砂体的应用

doi:10.11720/wtyht.2025.1299

三维地震资料拼接处理及在渤海油田浅层砂体的应用

罗腾腾^,, 段新意, 张金辉, 马振

中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300459

3D seismic data splicing and its application to shallow sand bodies in the Bohai oilfield

LUO Teng-Teng^,, DUAN Xin-Yi, ZHANG Jin-Hui, MA Zhen

Tianjin Branch of CNOOC(China) Limited,Tianjin 300459, China

第一作者: 罗腾腾(1995-),女,物探工程师,主要从事地震资料处理与评估工作。Email:luott3@cnooc.com.cn

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2024-12-9 修回日期: 2025-02-13

基金资助:

国家自然科学基金项目“渤海海域中生界火山岩有利相带地震响应机理及高精度成像方法研究”(U24B2022)

Received: 2024-12-9 Revised: 2025-02-13

摘要

常规拼接处理方法以满足构造解释为目的,更多是基于地震数据本身使大套地层反射能量、频率趋于一致为目标,尤其在处理重叠区数据时仅采用其中一个工区的地震资料,无法充分利用各个工区地震资料的有效信息,导致重叠区地震资料保真度低,严重影响后续储层连通性及含油气性的判别。本文提出一种基于加权融合的重叠区数据拼接方法,在重叠区将不同工区的地震数据与相应的权值进行加权融合输出为一道地震数据。实际地震资料应用结果表明,基于重叠区数据融合拼接的处理结果能够有效改善地震资料品质,剖面上同相轴连续性变好,更有利于浅层砂体连通性的判别。

关键词： 地震资料拼接; 重叠区; 反距离加权; 浅层砂体; 连通性

Abstract

Conventional splicing methods aim to serve structural interpretation and align the reflection energy and frequency of large strata based on seismic data themselves.They adopt seismic data only from one study area in processing data of overlap zones,failing to fully utilize the effective information in seismic data of all study areas.Consequently,the resulting low-fidelity seismic data in overlap zones severely affect subsequent discrimination of reservoir connectivity and hydrocarbon-bearing properties.This study proposed a weighted fusion-based data spicing method for overlap zones,where seismic data from different study areas are fused with corresponding weights to generate a trace of seismic data.The application of the proposed method to actual seismic data shows that the processing results based on the fusion and splicing of data in overlap zones can effectively improve the quality of seismic data,with high continuity of seismic events on the profile, contributing significantly to the discrimination of the connectivity of shallow sand bodies.

Keywords： seismic data splicing; overlap zone; inverse distance weighting; shallow sand body; connectivity

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本文引用格式

罗腾腾, 段新意, 张金辉, 马振. 三维地震资料拼接处理及在渤海油田浅层砂体的应用[J]. 物探与化探, 2025, 49(2): 340-348 doi:10.11720/wtyht.2025.1299

LUO Teng-Teng, DUAN Xin-Yi, ZHANG Jin-Hui, MA Zhen. 3D seismic data splicing and its application to shallow sand bodies in the Bohai oilfield[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(2): 340-348 doi:10.11720/wtyht.2025.1299

0 引言

随着勘探和开发的不断深入,大型构造圈闭的发现难度越来越大,为寻求勘探新突破,渤海油田将浅层勘探方向逐渐从构造勘探转向岩性勘探。现阶段,渤海部分岩性勘探目标经常跨越多个采集工区,利用单一区块的地震资料难以刻画出整个岩性圈闭,亟需开展面向跨界目标的连片拼接处理研究。常规拼接处理方法以满足构造解释为目的,更多的是基于地震数据本身使大套地层反射能量、频率趋于一致为目标,资料保真度低,严重影响后续储层连通性及含油气性判别。

渤海M构造位于渤中凹陷西南环,被渤中、黄河口凹陷包围,具有凹中隆构造背景,成藏背景有利,具有复式成藏条件,主要含油目的层是明化镇组下段,在明化镇下段主要发育曲流河河道砂体,储层物性好,为特高孔、特高渗储层。油藏主要受河道砂体控制,为构造—岩性油藏。M区块累计发现探明地质储量为4 524.64×10⁴ t,其中明化镇下段Ⅲ-2号油组探明地质储量为1 872.89×10⁴ t。面临的主要问题包括:不同批次采集、处理参数及流程差异大,尤其在不同工区的重叠区,地震资料无法满足大型连片复合砂体精细刻画需求;其次,叠前拼接处理虽然能够最大限度地挖掘拼接工区新老资料的潜力,解决叠后拼接导致的数据不一致的问题,但是现有叠前拼接方法在处理重叠区数据时仅采用其中一个工区的地震资料,无法充分利用各个工区地震资料的有效信息。

渤海油田采用拖缆、OBC或OBN采集设备,历经近十年的三维地震资料持续大面积采集,实现了三维全覆盖。不同工区的三维地震资料采集参数差异大,如采集方式、震源容量、覆盖次数等参数不同,造成各工区地震数据的振幅、频率、相位以及信噪比存在差异。在处理地震资料时,不同工区的处理流程及处理参数不同,导致处理成果之间也存在较大差异。如果多个工区的三维地震资料连片拼接处理不能很好地解决工区之间资料的差异,将会对后续的地震反演和储层预测带来很大挑战。近些年来,国内外众多学者对地震资料拼接处理方法展开研究,包括基于小波变换的三维地震资料拼接方法^[1⇓-3],利用叠后地震记录求取整形算子的叠前资料拼接技术^[4],通过计算匹配滤波算子、进行时差、相位差、频率的匹配、异常能量压制、振幅补偿等联合处理方法消除不同工区地震资料的不一致性^[5],基于地震信号运动学和动力学特征的拼接一致性处理技术^[6],精确求取匹配算子实现海上复杂区块三维叠前精细拼接^[7],将五维匹配追踪傅立叶插值数据规则化技术成功应用于三维地震资料拼接数据^[8]等。以此同时,不同连片拼接处理的方法和技术在国内的众多油田中得到广泛推广和应用^{[9⇓⇓⇓⇓⇓-15]}。

笔者查阅文献得知,目前关于如何处理拼接重叠区地震资料的相关研究较少,而重叠区的过渡是影响拼接资料一致性的关键因素之一。针对以上问题,本文提出采用单个工区的面元规则化,在完成两个工区之间振幅、相位、频率的匹配处理基础上,采用反距离加权法,以地震道与工区边界间的距离为权重进行加权计算,进而实现不同工区地震数据在重叠区的融合。实际资料应用结果表明,在拼接重叠区应用两区块的融合资料进行叠前时间偏移处理得到的结果具有更丰富的频率成分,同相轴连续性变好。相比应用单块地震资料提取出的属性切片,应用融合资料所提取出的渤海M构造Ⅲ-2号砂体属性切片能够得到更好地刻画出单砂体的展布细节,验证了本文方法的合理性和有效性。

1 工区概况及技术路线

拼接区块由A工区和B工区组成,其中C为两工区的重叠区,如图1所示。两区块资料主要采集参数见表1,从表1中可以看出,A区块为常规拖缆采集,B区块为海底电缆采集。

图1

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图1 拼接工区示意

Fig.1 Schematic diagram of splicing work area

表1 拼接工区资料主要采集参数对照

Table 1 Comparison of main collection parameters of data in splicing work area

区块名	A	B
采集方式	拖缆	Swath
震源容量/(cu·in)	2250	5090
电缆长度/m	3600	16500
覆盖次数/次	36	1200

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在采集参数方面,两区块的震源容量、电缆长度以及覆盖次数均存在差异,其中覆盖次数存在严重差异,A区块的满覆盖次数仅为36次,而B区块的满覆盖次数高达1 200次。

传统上认为B区块的宽方位资料比A区块拖缆资料的信噪比高、资料品质好,但是在拼接前的规则化处理时,宽方位资料会牺牲掉方位角信息进行降维处理转换到偏移距面上,在降维的过程中对于地震资料品质改变机理认识不清楚。常规拼接方法在处理重叠区数据时一般仅选用主体区或者信噪比高的工区资料而丢弃掉另一区块的地震资料信息,这种做法无法充分利用各个工区地震资料的有效信息,同时也无法发挥各个工区地震资料的优势。

针对以上问题,采用叠前资料的拼接处理方法对A区块和B区块重叠区资料的拼接选取展开研究,提出3种重叠区处理方案。其中,方案1为在重叠区仅选用A区块的常规拖缆资料;方案2为在重叠区仅选用B区块的宽方位资料;方案3则为在重叠区选用A区块和B区块加权融合处理后的资料,如图2所示为重叠区选取方案示意,其中红色虚线框表示两区块的重叠区。通过对比3套拼接方案对应的叠加剖面、连井剖面以及提取出的Ⅲ-2砂体的最小振幅属性,认为在重叠区采用反距离加权法可以实现地震数据的有效融合,融合后的数据充分利用了各个区块地震资料的特征,验证了本文方法的可行性与有效性。

图2

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图2 3种不同重叠区的选取方案示意

Fig.2 Schematic of three different selection schemes for overlapping areas

2 关键技术及应用效果分析

2.1 振幅匹配技术

振幅不仅可以反映地层岩性的变化,而且可以反映岩层中流体的性质,因此,在处理地震资料时要尽量保持振幅的真实性。然而,在实际资料采集过程中,激发和接收条件存在差异,采集设计和各种干扰因素等都会对振幅产生影响,造成同一工区内和不同工区之间的振幅存在较大的差异^[16],在进行不同工区的拼接处理时首先需要进行振幅匹配。一般情况下,采用常规的振幅补偿方法能够解决掉大的能量差异,对于剩余的振幅差异,可以选择振幅匹配技术^[6,11]加以消除。以A区块(匹配区)与B区块(目标区)数据的振幅匹配为例,具体实现流程如下:

1)选取A区块和B区块之间重叠部分满覆盖区域的数据;

2)计算A区块和B区块数据的均方根振幅S_A和均方根振幅S_B;

3)开展剩余振幅补偿,设定A、B两个区块的剩余振幅补偿值分别为R_A和R_B,使A区块和B区块数据的振幅达到一致并假设两区块振幅值达到一致时数值为1 000,即:

(1)

S_{A} R_{A} = 1000

(区块A),

(2)

S_{B} R_{B} = 1000

(区块B),

根据:

(3)

S_{A} R_{A} = S_{B} R_{B}

则可以得到:

(4)

R_{A} = \frac{S_{B} R_{B}}{S_{A}}

。

利用上述处理流程,可以使不同区块数据的振幅趋于一致。图3为经过振幅匹配前后的叠加剖面对比,可以看出振幅匹配技术能够有效消除A、B两区块地震资料之间明显的振幅差异,保证两区块振幅强弱基本保持一致。

图3

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图3 振幅匹配前(a)、后(b)的拼接剖面对比

Fig.3 Comparison of spliced sections before(a) and after(b) amplitude matching

2.2 匹配滤波技术

匹配滤波技术是利用不同区块重叠区域的地震道来求取滤波算子,然后将算子应用于需要整形的叠前地震数据进行匹配滤波,使得相邻区块的资料品质最大限度的趋于一致。

为了保证匹配算子的稳定性和代表性,在采用匹配滤波技术前需要将不同区块的重叠区数据进行水平叠加,利用叠加剖面求取滤波算子,然后将滤波算子应用到叠前地震数据中。经过此项处理,不同区块拼接处的叠前地震数据的频率和相位均能获得较好的匹配效果^{[17⇓⇓⇓⇓⇓-23]},可以有效消除资料间的特征差异。

假设X_i(t)是匹配区A叠加剖面中的模型道,Y_i(t)是目标区B叠加剖面的模型道,其中i为构建模型地震道数。设计一个整形滤波器算子m_i(t)并将其应用于地震道X_i(t),使X_i(t)趋近于目标区地震道Y_i(t),设计滤波器的实际输出和期望输出的误差为e_i(t),则可以得到:

(5)

e_{i} (t) = X_{i} (t) m_{i} (t) - Y_{i} (t)

设定E为误差总能量,则有:

(6)

E = \sum e_{i}^{2} (t)

即:

(7)

E = \sum e_{i}^{2} = \sum [X_{i} (t) m_{i} (t) - Z_{i} {(t)]}^{2} 。

为了求取合适的滤波算子m_i(t),应用最小二乘原理,将误差总能量E对滤波算子m_i(t)求取的偏导数置为0,即:

(8)

\frac{\partial E}{\partial m_{i}} = \frac{\partial}{\partial m_{i}} \sum e_{i}^{2} (t) = 0

化简后得到求解整形算子的托普里兹矩阵方程:

(9)

R_{X X} \times M = R_{Y X}

式中:R_XX为X(t)的自相关矩阵;M为整形滤波算子向量;R_YX为Y(t)与X(t)互相关矩阵。求解上述托普里兹矩阵方程即可得到整形滤波算子m_i(t),将m_i(t)和X_i(t)进行褶积运算即可得到匹配滤波后的最佳输出,即完成了匹配区地震道X_i(t)的子波匹配处理。

图4为匹配滤波前、后的拼接剖面,从图中可以看出,匹配滤波前的拼接剖面中存在明显的频率、相位以及同相轴时差等两区块资料不一致的问题,经过匹配滤波后,拼接区的地震数据在频率和相位各方面都得到较好的匹配,使得拼接剖面中的同相轴可以连续追踪, 有利于后续构造及储层解释工作的开展。

图4

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图4 匹配滤波前(a)、后(b)的拼接剖面对比

Fig.4 Comparison of spliced profiles before(a) and after(b) matched filtering

2.3 反距离加权法

在应用反距离加权法开展重叠区地震数据融合前,首先对拼接区块进行地震资料频谱分析,如图5所示。从图5中频谱可以看出,A区块所对应的拖缆资料高频信息相对丰富,而B区块所对应的宽方位资料低频信息更加丰富。在分析出两区块资料均具有各自优势的前提下,开展重叠区地震数据的融合处理工作。

图5

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图5 拼接工区地震资料频率特征

Fig.5 Frequency characteristics of seismic data in spliced work area

在进行反距离加权前,首先分别对匹配后的A、B区块地震资料进行单独的数据规则化处理,保证每个网格中心点均有两道地震数据,然后根据重叠区和网格大小计算出与工区边界距离成反比的权值,最后将A、B区块的两道地震数据与相应的权值进行加权融合输出为一道地震数据。以地震道与工区边界间的距离为权重进行加权计算, 离A工区距离近的地震道被赋予较大权重, 离A工区距离越远的地震道则被赋予较小权重。同理,B工区内的地震道也通过上述方式计算。

常规反距离加权插值公式为:

(10)

Z (x, y) = \overset{N}{\sum_{i = 1}} λ_{i} Z (x_{i}, y_{i})

式中: $Z (x, y)$ 代表插值点的计算值; $Z (x_{i}, y_{i})$ 代表窗口内样本点的值;N代表插值过程中所选取的窗口内样本点的数量;λ_i代表计算过程中各样本点对应的权重, 其大小随着距离的增加而减小, 所有样本点对应权重的和为1。

权重的计算公式为:

(11)

λ_{i} = \frac{d_{i}^{- p}}{\overset{N}{\sum_{j = 1}} d_{j}^{- p}},

(12)

\overset{N}{\sum_{i = 1}} λ_{i} = 1,

式中:p为指数值,经典指数值取2;d为插值点与各已知样本点之间的距离。

为了提高计算效率,节省运算时间,本文在常规反距离加权插值公式的基础上进行拓展,得到更加适用于大量地震数据运算的公式:

(13)

C = A \times A_{W} + B \times B_{W},

式中:A_W和B_W分别表示A与B工区的权重。重叠区加权融合处理具体求解步骤如下:

1)对A、B两区块地震数据进行规则化处理;

2)确定重叠区中间位置,以中间位置为基准,设置A_W和B_W的权重值均为0.5;

3)同一条Inline线采用相同的权重系数,根据网格中心点到工区边界的距离分别求解两个工区的权重值;

4)利用式(11),将步骤3)中求解出的权重系数与A、B两工区的两道地震数据进行加权,融合输出为一道地震数据;

5)完成重叠区地震数据融合处理。

针对重叠区地震资料,采用本文方法拼接后的地震资料有效消除了不同工区资料间振幅、频率、相位的差异(图6),同相轴更加连续,为后续勘探评价和储层研究提供资料支撑。

图6

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图6 本文方法对融合区地震资料拼接前(a)、后(b)的剖面对比

Fig.6 This method compares the sections before(a) and after(b) seismic data splicing in the fusion area

3 实际地震资料应用

为进一步验证本文方法的有效性,选取渤海油田M工区实际地震资料进行试算,该工区浅层砂体连通性的刻画对于储层含油气性判别至关重要。将3种重叠区资料选取方案的最终处理成果用于提取Ⅲ-2号砂体的最小振幅属性进行对比分析。

首先对比分析了3种拼接方案所对应的叠加剖面,从图7未直接观察出三者的明显差距。下面从频谱和信噪比两方面分析论证3种重叠区选取方案的差异。图8中蓝线、绿线、红线分别表示仅使用A区块资料、仅使用B区块资料以及选用融合资料时的频谱。从频谱可以看出,选用融合资料时的频带宽度略微优于使用单块资料时的情况。

图7

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图7 3种拼接方案叠加剖面对比

a—仅应用A区块资料; b—仅应用B区块资料;c—应用两区块融合资料

Fig. 7 Comparison of stacked profiles corresponding to three splicing schemes

a—only apply data from Block A;b—only apply data from Block B;c—application of two Block fusion data

图8

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图8 3种拼接方案的频谱对比

Fig.8 Spectrum comparison of three splicing schemes

从信噪比统计(图9)可以看出,融合资料的信噪比和仅使用B区块数据做拼接的信噪比差异不大,但总体优于仅选用A区块数据时的拼接。

图9

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图9 3种拼接方案的信噪比对比

Fig.9 Comparison of signal-to-noise ratio of three splicing schemes

砂体的空间连通规模是决定可形成岩性圈闭的大小和丰度的重要因素。为了分析重叠区不同选择方案对砂体连通性的影响,分别提取渤海M工区Ⅲ-2号砂体的最小振幅属性展开对比分析。其中图10a、图10b和图10c分别为重叠区数据仅选用A区块常规拖缆资料、重叠区数据仅选用B区块宽方位资料以及重叠区选用两工区重叠区融合后的资料。对比图10a、10b、10c可以看出,在拼接区应用两区块的融合资料相比于应用单块地震资料所提取出的属性切片能够得到更好的刻画单砂体的展布细节。融合资料对于明化镇组下段河道砂体边界识别能力提高,砂体展布细节更加清晰,尤其在河道交切处改善明显。

图10

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图10 渤海某砂体最小振幅值属性

a—仅应用A区块资料; b—仅应用B区块资料;c—应用两区块融合资料

Fig.10 Attribute map of minimum amplitude values of a sand body in Bohai Sea

a—only apply data from Block A;b—only apply data from Block B;c—application of two Block fusion data

图11是3套资料的连井剖面对比,其中图11a为仅选用A区块常规拖缆资料,图11b为仅选用B区块海底电缆资料,图11c为在重叠区选用两区块融合后的资料。通过对比图11a、11b和11c可以看出,应用融合资料的连井剖面相比于选用单块资料的连井剖面信噪比变高,同相轴连续性变好。

图11

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图11 3套资料连井剖面对比

a—仅应用A区块资料; b—仅应用B区块资料;c—应用两区块融合资料

Fig.11 Comparison of three sets of data connected wells

a—only apply data from Block A;b—only apply data from Block B;c—application of two Block Fusion data

4 结论

本文基于重叠区数据加权融合技术提出了3种拼接重叠区的处理方案,进一步将3套资料的最终处理成果用于提取Ⅲ-2号砂体的最小振幅属性,通过对比重叠区的不同选取方案对砂体带来的影响,得到如下认识:

1)与重叠区仅选用其中一个工区的地震资料相比,选用基于加权融合技术处理后的重叠区数据做拼接,可以使拼接后工区间的能量、频率、相位得到统一,信噪比得到增强,资料整体质量得到提高。

2)渤海M构造区实际数据处理结果表明,融合资料对于明化镇组下段河道砂体边界识别能力提高,砂体展布细节更加清晰,尤其在在河道交切处改善明显。

3)基于加权融合的重叠区数据处理方法具有一定的局限性,在实际拼接处理过程中要根据不同地震资料的特征选取合理的拼接方案。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

王西文, 刘全新, 高静怀, 等.

地震资料在小波域的分频处理与重构

[J]. 石油地球物理勘探, 2001, 36(1):78-85.