1 概况

随着长庆油田“二次加快发展”战略实施，庆城页岩油勘探不断取得进展，展现了巨大潜力，成为增储上产、高效勘探的重要接替领域^[1]。庆城页岩油主要储层为长7₁、长7₂，整体厚度虽然较大，但夹层发育，单砂体薄、砂体厚度横向变化大、含油气机理复杂，为甜点区优选、水平井部署及轨迹导向带来挑战。该区黄土塬上激发的地震波需穿越黄土层和一套煤层才能到达目的层(图 1)。地层的吸收衰减导致地震波速度频散和高频衰减，地震资料的分辨率和信噪比较低，目的层的成像品质差，反射同相轴连续性差，导致薄储层及含油性预测精度低，无法满足油田实际需求。

Q补偿方法在振幅和相位校正时可取得较好效果，能提高地震资料分辨率^[2]。Traynin等^[3]首次将Q吸收补偿技术用于叠前Kirchhoff深度偏移，在偏移过程中对地层吸收造成的振幅衰减和频散效应进行振幅补偿和相位校正，可改善地层吸收对成像的影响。Zhang等^[4-6]提出一种基于均方根速度和等效Q值的黏弹性叠前偏移方法，在时间域依据等效Q值补偿地震波传播时的衰减，恢复高频成分，该类时间域方法在非复杂构造油气勘探中获得了应用。

庆城页岩油水平井轨迹设计中除了需要高分辨率的成像资料外，还需对储层的裂缝进行描述。OVT域偏移可提供带方位角信息的道集，所以将Q叠前时间偏移技术推广到OVT域。但首先需解决两个问题：一是提供满足OVT域偏移的地震数据，而黄土塬三维地震因炮点根据地形布设，数据极其不规则，导致OVT片空洞较多，偏移画弧严重，因此无法直接进行偏移处理；二是时间域Q模型建立的问题，这也是限制Q叠前时间偏移技术在实际中应用的关键。

针对上述影响Q偏移技术应用的因素，提出利用五维插值方法解决黄土塬地形造成地震资料中OVT片空洞多的问题，利用多信息约束构建时间域Q模型，然后将Q偏移技术推广到OVT域。

2 OVT域Q叠前时间偏移

OVT域处理可保留方位角信息，为后续裂缝预测提供可能。通过五维插值方法构建用于叠前偏移的完整地震数据，利用多信息约束构建时间域Q模型，最终在OVT域进行叠前Q时间偏移。

2.1 五维插值

地震数据可以用炮点、检波点的x、y坐标这四个空间维度加上时间维度来描述，即可以把地震数据看作是五维的数据体。在不同的坐标系下，这五个维度可以有不同的含义。前四个空间维度也可以是CMP的x、y坐标加上炮检距在x、y方向的投影，或者是CMP的x、y坐标加上绝对炮检距和炮检方位角。

基于傅里叶变换的数据重构是目前最常用的地震数据插值方法^[7]。五维插值方法是基于傅里叶变换对五个维度的输入数据利用展开式系数在任何期望的空间位置重建数据。五维插值算法实质上是求解方程

$ \boldsymbol{P}=\boldsymbol{R X} $

(1)

式中：X为规则充分采样的五维数据体；P为实际采集的地震数据；R为采样算子。采样算子R将规则充分采样的五维数据体映射到实际地震数据。插值的过程就是由P重构X

$\boldsymbol{X}=\boldsymbol{R}^{-1} \boldsymbol{P} $

(2)

经过五维插值处理后，地震数据炮点、检波点在时空域内能够达到重构缺失空道的效果。可用来加密炮、检线以及炮、检点，模拟野外采集，达到提高空间采样密度、增加数据覆盖次数、改善面元均匀性、减少偏移画弧的目的。近年来在页岩油开发区采集了多块宽方位三维地震，但是因该区地表属于典型的黄土塬区，沟壑纵横，炮点分布极不规则，导致OVT片内空洞较多，影响OVT域偏移结果。同时OVT域的每一个OVT子集具有相同的炮检距和方位角，相当于整个工区单次覆盖的三维数据体，这种OVT子集的地震道相似度高，对该OVT子集缺失的地震道进行插值处理，可减少其他炮检距和方位角的影响。本文先将数据进行OVT划分处理，然后在CMP点的x、y坐标、绝对炮检距、炮检方位角和时间五个方向进行插值处理，弥补采集的不足，为后续的地震资料处理提供均匀数据。

2.2 多信息约束Q建模方法

品质因子Q描述了地层介质对地震波的能量吸收衰减程度。求取Q的方法可分为基于时空域频谱分析的和基于层析的两大类^[8-11]。实际地震资料处理中，应用反射信息进行层Q值建模是目前常用的方法。多信息约束Q模型建立步骤如下。

(1) 建立初始Q模型计算。通过目标工区VSP记录的下行波初至计算井点处的Q值(图 2)；然后与井点的速度拟合Q-v关系；最后利用求取的Q-v关系将速度场转换为初始Q模型。

(2) 基于实际地震资料的Q层析反演。Q层析反演方法基于衰减旅行时层析理论^[6]，将地下介质三维网格化后，Q模型的更新量由射线理论可表示为沿不同射线路径的大型衰减旅行时线性矩阵方程

$ \min \Delta t^*=\frac{t}{Q_{\text {eff }}}-\sum\limits_{(i, j, k) \in l} \frac{t_{i, j, k}}{Q_{i, j, k}}=\sum\limits_{(i, j, k) \in l} \frac{t_{i, j, k}}{\delta_{i, j, k}} $

(3)

式中：Q_eff为等效Q场，表示叠前给定射线l路径中Q效应的累积量；Q_{i, j, k}为射线l穿过的地下网格单元(i, j, k)的Q值；t_{i, j, k}为射线经过网格单元(i, j, k)的旅行时；δ_{i, j, k}为初始Q模型网格单元(i, j, k)的更新量；t为沿射线的总旅行时。利用OVT域常规叠前时间偏移的地震数据，通过在目标线多个CDP处不同时窗拾取时差，采用最小二乘共轭梯度法求解式(3)，更新Q值模型，获得最终Q模型。

2.3 Kirchhoff Q偏移

Kirchhoff Q偏移是一种基于射线追踪理论的偏移方法^[12-14]。三维叠前Q时间偏移可表示为

$ \begin{aligned} & I(x, y, T)=\left(\frac{\tau_{\mathrm{s}}}{\tau_{\mathrm{g}}}\right)^2 \int F(\omega) \omega \exp \left(-\mathrm{i} \frac{{\rm{\mathsf{π}}}}{2}\right) \times \\ & \exp \left[-\mathrm{i} \omega\left(\tau_{\mathrm{s}}+\tau_{\mathrm{g}}\right)\left(1-\frac{\ln \frac{\omega}{\omega_0}}{{\rm{\mathsf{π}}} Q_{\text {eff }}}\right)\right] \exp \left[\frac{\omega\left(\tau_{\mathrm{s}}+\tau_{\mathrm{g}}\right)}{2 Q_{\text {eff }}}\right] \mathrm{d} \omega \end{aligned} $

(4)

式中：T为成像时间；ω为角频率；ω₀为地震记录主频；F(ω) 为地震道的傅里叶变换；τ_g和τ_s是由均方根速度计算的从检波点(x_g，y_g)和炮点(x_s，y_s)到成像点(x，y)的旅行时。

OVT域叠前Q时间偏移是将地震数据分选到OVT域，然后对每个OVT片的地震数据利用式(4)进行成像。

3 应用效果

为分析OVT域叠前Q时间偏移技术在庆城页岩油开发区的应用效果，在X工区选定一块三维地震资料^[15-17]。该资料采用井炮和可控震源(占比为18.3%)混合激发，道间距为40m，炮点距为80m，515次覆盖，单点接收。将数据分选到OVT域后，因黄土塬地形的影响，炮点分布不均，单片OVT空洞较多(图 3)，无法在OVT域进行偏移处理；对数据进行五维插值后，单片OVT片空洞明显减少(图 4)，标志层同相轴连续，为后续OVT域处理准备好道集数据。然后利用工区内VSP信息获得井点处Q值，通过插值建立Q模型(图 5)。

最后对插值后的数据进行OVT域叠前Q时间偏移处理。偏移后的道集如图 6所示，与OVT域常规叠前时间偏移道集(图 7)相比，弱反射信号的振幅和相位在偏移后得到补偿，尤其是1600ms强同相轴下的弱同相轴的成像明显变好，为后续叠前裂缝预测提供了高品质道集资料。

对比OVT域Q叠前时间偏移后的剖面(图 8)与常规叠前时间偏移剖面(图 9)可见：常规Kirchhoff叠前时间偏移剖面的中生界薄储层(1600ms左右)成像能量较弱，分辨率也较低；OVT域叠前Q时间偏移剖面的中生界薄储层的振幅和相位都得到了有效恢复，同相轴的连续性得到明显提高；对比二者的频谱(图 10)可见，OVT域Q偏移处理后，剖面的主频提升了2~3Hz，频带拓宽了6~8Hz。

应用该处理成果资料对页岩油水平井(井2)的随钻进行了指导，如图 11所示。井1是已钻井，目的层位于长7₂，新的水平井(井2)在入靶(图中①所示)后，在第四靶点(图中④所示)钻遇较差储层，地质人员计划提前完钻，但OVT域叠前Q时间偏移地震剖面显示在第五靶点(图中⑤位置)后储层物性变好；根据地震成果建议实际再钻进500m后，储层变好。最终水平段钻进1000m，完钻后利用测井信息解释水平段岩性情况如图 11所示，结果与地震剖面预测基本一致。

4 结束语

针对庆城页岩油开发区三维地震资料数据均匀性差、常规偏移后分辨率低的问题，本文首先对数据做了五维插值处理，然后利用OVT域叠前Q时间偏移处理技术，有效补偿了巨厚黄土层对地震信号的吸收作用，提高了偏移后地震资料的分辨率；同时获得高质量带方位角信息的道集，为该区目标层的裂缝预测提供数据基础，指导了水平井钻进，为页岩油的高效开发提供了助力。