0 引言

随着准噶尔盆地油气勘探的不断发展，勘探目标日趋转向更复杂、更隐蔽的油气藏，相带精细划分、薄储层识别、小断裂刻画等均对地震资料分辨率提出了更高要求。然而，准噶尔盆地山前带近地表条件复杂，普遍存在较厚的未成岩地层。当地震波在疏松介质中传播时，高频成分迅速衰减，导致地震资料分辨率降低，严重影响了最终的岩性解释和储层描述。目前常用的消除近地表吸收影响的方法包括地表一致性反褶积、Q补偿等。

地表一致性反褶积是地震资料处理的常规流程。该方法将地震道分解为震源项、检波器项、炮检距项和地层脉冲响应项的褶积。通过消除震源项、检波器项、炮检距项的影响，即可得到地层脉冲响应。地表一致性反褶积属于一种统计方法，可解决近地表因素引起的地震子波横向变化问题。该方法存在一系列假设，例如假设地震子波为最小相位, 反射系数具有白噪特征，地震子波形态只与震源和检波器位置有关，而与地震波具体传播路径无关等。在实际生产中，这些假设均难以满足，因此该方法的保真度一直存在争议^[1]。

与地表一致性反褶积方法相比，近地表Q补偿属于一种确定性的补偿技术，通过炮点Q值、检波点Q值、地震波旅行时计算得到空变的补偿因子，完成对地震数据的补偿。Q补偿的关键在于建立准确的Q场，目前计算Q值方法有许多。于承业等^[2]利用双井微测井资料估算近地表Q值；武银婷等^[3]利用VSP资料反演近地表Q值；裴江云等^[4]利用面波衰减计算近地表Q值；蒋立等^[5]通过谱比法计算炮、检点Q值并完成Q补偿；李庆忠^[6]通过纵波速度与Q值的经验关系计算Q值；叶秋焱等^[7]使用广义S变换求取Q值；许李囡等^[8]使用S变换与变分法克服Q值计算对地震子波类型及窗函数长度的依赖；杨登锋等^[9]使用加权谱比法提升Q值计算的稳定性。经验公式法Q值计算存在区域限制，不同区域参数差异较大；微测井实测Q值虽然精度很高，但受成本因素影响，测点过于稀疏；通过地震资料计算Q值要求地震资料具有较的高信噪比。

本文采用双井微测井获取实测Q值和频移法计算相对Q值，建立准确Q场并进行Q补偿。在准噶尔盆地南缘山前带的实际应用效果表明，本文的近地表Q补偿技术可以有效消除近地表差异吸收对地震资料的影响，提高地震资料的分辨率。

1 原理 1.1 双井微测井Q值计算

常规基于微测井的表层Q调查方式包括三类：井中激发井中接收、井中激发地表接收、地表激发井中接收。在获得初至信息后，采用谱比法或频移法计算Q值。但在实际应用中，发现这三类调查方式存在如下问题：①当表层较厚时，井中的震源、检波器难以有效耦合；②在进行Q值计算时，未考虑地震波的传播路径。

针对以上问题，本文采用了一种新的微测井调查方式，即炮、检点对称的双激发微测井，如图 1所示。在野外施工时，采取双井激发、地面接收的采集方式，其关键在于激发点、接收点呈对称分布。

实际地震信号可以看作理想地震信号、激发点耦合效应、接收点耦合效应的综合结果。在频率域，有

$ y_{11}(f)=x_{11}(f) \times s_1(f) \times r_1(f) $

(1)

$ y_{12}(f)=x_{12}(f) \times s_1(f) \times r_2(f) $

(2)

$ y_{21}(f)=x_{21}(f) \times s_2(f) \times r_1(f) $

(3)

$ y_{22}(f)=x_{22}(f) \times s_2(f) \times r_2(f) $

(4)

式中：s₁(f)、s₂(f)分别表示激发点1和激发点2的耦合响应，其中f为频率；r₁(f)、r₂(f)分别表示接收点1和接收点2的耦合响应；x_ij表示i点激发、j点接收的理想地震信号；y_ij表示受炮、检点耦合响应影响的地震信号。

通过对来自相同炮点、不同检波点的信号进行谱比运算，可以消除检波点耦合因素的影响，即

$ \begin{aligned} A_1(f)= & \ln \frac{y_{11}(f)}{y_{12}(f)}=\ln x_{11}(f)-\ln x_{12}(f)+ \\ & \ln r_1(f)-\ln r_2(f) \end{aligned} $

(5)

$ \begin{aligned} A_2(f)= & \ln \frac{y_{22}(f)}{y_{21}(f)}=\ln x_{22}(f)-\ln x_{21}(f)+ \\ & \ln r_2(f)-\ln r_1(f) \end{aligned} $

(6)

式中：A₁(f)为针对激发点1的两个接收点的谱比对数；A₂(f)为针对激发点2的两个接收点的谱比对数。对式(5)、式(6)取平均，即可消除检波点耦合因素的影响

$ \begin{aligned} & A(f)=\frac{A_1(f)+A_2(f)}{2}= \\ & \quad \frac{\ln x_{11}(f)-\ln x_{12}(f)+\ln x_{22}(f)-\ln x_{21}(f)}{2} \end{aligned} $

(7)

式中A(f)为消除炮、检点耦合影响的谱比对数。

在获得A(f)后，对多组数据点(A(f), f)使用线性回归分析获得谱比对数的斜率，再计算近地表Q值

$ A(f)=a f+b $

(8)

$ Q=\pi \times \tau / a $

(9)

式中：a为斜率；b为截距；τ为地震波从激发点到两个接收点的传播时间差。

1.2 频移法Q值计算

近地表Q补偿的前提是建立精确Q场。通过比较现有Q场的计算方法，本文选用准确度和稳定性都较高的质心频移法。质心频移法主要包括三步：①计算各地震道质心频率；②计算各炮集、检波点道集内所有地震道的质心频率平均值；③计算各炮、检点Q值。

在计算地面各地震道质心频率时，首先需要选取适当的时窗，该时窗可根据初始叠加剖面上稳定反射层所对应的时间进行确定；其次对所选时窗内的数据进行傅里叶变换，将数据转换到频率域；最后计算各地震道的质心频率f_c

$ f_{\mathrm{c}}=\frac{\int_0^{\infty} f S(f) \mathrm{d} f}{\int_0^{\infty} S(f) \mathrm{d} f} $

(10)

式中S(f)为地震道的振幅谱。

在完成各地震道质心频率计算后，对各炮集、检波点集所包含的地震道计算质心频率平均值，将其作为该炮、检点的主频

$ f_1=\frac{1}{n} \sum\limits_{k=1}^n f_{\mathrm{c}}(k) $

(11)

式中n为道数。

再根据频移法求取每个炮、检点的品质因子

$ Q=\frac{\pi f_1 \Delta t f_{\mathrm{m}}^2}{2\left(f_{\mathrm{m}}^2-f_1^2\right)} $

(12)

式中：f₁为炮检点主频值；f_m为期望输出主频，该值由处理人员自行确定，一般在炮检点主频最大值的基础上增加3~5Hz；Δt为近地表旅行时，即地震波从近地表模型表面传播到模型底界的单程旅行时，该近地表模型可通过层析反演等方法进行构建。

通过地震资料获取的相对Q值精度相对较低，因此用实测Q值对相对Q值进行约束，提高Q场精度，具体做法为：首先获取微测井处实测Q值与相对Q值的差值；其次，根据这些差值，使用插值方法建立整个工区范围内的差值分布趋势；最后根据该分布趋势对相对Q值进行校正。

1.3 表层Q补偿

本文采用Wang等^[10-12]所提方法完成表层Q补偿。其振幅补偿因子和相位校正因子分别为

$ A(\omega)=\frac{\beta(\omega)+\sigma^2}{\beta^2(\omega)+\sigma^2} $

(13)

$ \varPhi(\omega)=\exp \left[\mathrm{i}\left(\frac{\omega}{\omega_{\mathrm{h}}}\right)^{-\gamma} \omega \Delta t-\mathrm{i} \omega \Delta t\right] $

(14)

$ \sigma^2=\exp [-(0.23 G+1.63)] $

(15)

$ \beta(\omega)=\exp \left[-\left(\frac{\omega}{\omega_{\mathrm{h}}}\right)^{-\gamma} \frac{\omega}{2 Q} \Delta t\right] $

(16)

$ \gamma=\frac{2}{\pi} \tan ^{-1} \frac{1}{2 Q} $

(17)

式中：ω为圆频率；ω_h为相位校正参考频率；G为振幅增益控制参数。

由Q补偿原理可知，该方法可避免地表一致性反褶积所需要的一系列假设，如地震子波最小相位、反射系数具有白噪特征等假设，因此其保真度较高。

2 应用实例

以准噶尔盆地南缘X工区为例。该工区地表环境复杂，有农田、山地、河流、城镇等多种地形；工区整体地势较为平坦，但山区地表起伏较大(图 2)。

在工区内共布设四对Q表层调查微测井(图 1红圈所示)。对采集的四对微测井数据应用式(5)~式(7)进行处理，可获得各微测井的谱比对数曲线，其中第④对井的谱比对数曲线如图 3所示。由图可知，在谱比对数取平均后，曲线的线性关系明显改善，炮、检点耦合效应得到有效消除，Q值计算精度得到提升。

针对该工区，采用频移法计算相对Q值，再使用实测Q值对相对Q值进行约束。约束前、后的近地表Q场如图 4所示，可见约束后Q异常值显著减少，平面分布整体更趋平缓；同时Q值整体增大，Q值范围从0.1~10上升为0.1~13，与实测Q值更接近。

在获得近地表Q场后，即可对地震资料进行Q补偿。对比补偿前、后的质心频率分布(图 5)可知，经过表层Q补偿以后，炮点质心频率分布更加均衡，同时主频整体抬升2~3Hz。对比补偿前、后的叠加剖面(图 6)可知，经过表层Q补偿以后，叠加剖面整体分辨率明显提升，同相轴更加连续，剖面质量大幅改善，其中尤以箭头所指处效果最为明显。

3 结论

通过对准噶尔盆地南缘工区的地震资料的分析，结合实测Q值对相对Q值进行约束，并完成Q补偿，得到以下结论。

(1) 当近地表地层较厚时，井中震源、检波器难以有效耦合，严重影响实测Q值的计算精度；通过采用炮、检点对称的双井激发微测井测量Q值，可有效消除耦合因素的影响。

(2) 微测井实测Q值精度很高，但限于成本因素井位稀疏；而地震资料计算得到的相对Q值精度较低，通过使用实测Q值对相对Q值进行约束，可以有效提高近地表Q场的精度。

(3) 通过采用近地表Q补偿技术，可以有效消除近地表差异吸收对地震资料的影响，提高地震资料的分辨率。