環(huán)瑪湖凹陷多次波成因機(jī)理分析和壓制

馬軍茂，李 靜，毛海波，潘 龍，丁國(guó)榮，李忠效

(新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，烏魯木齊 830013)

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地環(huán)瑪湖凹陷普遍發(fā)育的侏羅系煤層,為一套典型的多層系強(qiáng)波阻抗界面。地震波傳播至侏羅系時(shí)，在侏羅系多套強(qiáng)波阻抗界面之間及上覆地層界面間產(chǎn)生多次反射波，類型復(fù)雜，它與一次反射波相互干涉疊加，使有效波波形及構(gòu)造形態(tài)被模糊，降低了資料的信噪比，掩蓋了真實(shí)的地質(zhì)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到下覆勘探目標(biāo)三疊系、二疊系及石炭系的地震成像、反演和解釋結(jié)果。

目前，工業(yè)生產(chǎn)中多次波壓制方法大致可以分為兩大類：①基于信號(hào)分析的濾波類方法，利用多次波和一次波在時(shí)間和空間特征上存在的差異(如周期性、動(dòng)校時(shí)差、頻率等)，通過不同的變換方法，把一次波和多次波分離開，然后把多次波從原始數(shù)據(jù)中濾去，主要包括預(yù)測(cè)反褶積[1-2]、拉東變換[3-11]、聚束濾波[12-13]等；②基于波動(dòng)方程的預(yù)測(cè)減去法，通過波場(chǎng)模擬或者反演地震數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)多次波，然后把它從原始地震數(shù)據(jù)中減去[14]，主要有波場(chǎng)延拓法[15-19]、反饋迭代法[20]和逆散射級(jí)數(shù)法[21-22]。

由于層間多次波與一次波的動(dòng)校時(shí)差很小，所以常用的拉東變換等方法很難取得理想的效果。筆者通過正演模擬分析環(huán)瑪湖凹陷的多次波形成機(jī)理和特征，并提出了一種基于該區(qū)地質(zhì)層位的模型預(yù)測(cè)方法壓制多次波，主要做法是利用環(huán)瑪湖凹陷的兩套主力煤層模擬產(chǎn)生多次波的傳播路徑，模擬出來的多次波產(chǎn)狀與實(shí)際地震剖面同相軸進(jìn)行相似度對(duì)比分析，然后把剖面中相似度高的地震同相軸從原始數(shù)據(jù)中減去，得到最終壓制多次波后的地震剖面。該方法首次應(yīng)用在準(zhǔn)噶爾盆地環(huán)瑪湖凹陷地區(qū)，很好地壓制了二、三疊系層間多次波，取得了明顯的處理效果。

1 環(huán)瑪湖凹陷多次波發(fā)育機(jī)理特征分析

多次波的形成主要因?yàn)榈乇砘虻叵履承┓瓷湎禂?shù)較大的反射界面，使一次反射波重新折回地下形成的(例如海平面、地表、煤層、巖性物性突變等強(qiáng)波阻抗界面)。準(zhǔn)噶爾盆地環(huán)瑪湖凹陷普遍發(fā)育的侏羅系煤層，形成一套典型的多層系強(qiáng)波阻抗界面，所產(chǎn)生的層間多次波很難與一次波有效區(qū)分，所以一直無法取得理想的壓制效果。為更好地壓制這類層間多次波干擾，依據(jù)其地質(zhì)特點(diǎn)，建立準(zhǔn)確的正演模型來闡述多次波的發(fā)育機(jī)理和特征。

正演模型設(shè)計(jì)參考環(huán)瑪湖凹陷一條典型的過井地震剖面，經(jīng)過精細(xì)解釋獲得地質(zhì)層位，基本能代表該區(qū)的地層走向和構(gòu)造特征(圖1、圖2)?；诜治鲆蛩乇M量單一的原則，模型正演采用聲波方程8階，主頻為30 Hz的雷克子波，避免彈性波正演帶來的轉(zhuǎn)換波的影響。為了說明煤層的發(fā)育程度對(duì)產(chǎn)生多次波干擾強(qiáng)弱的影響，圖1、圖2設(shè)計(jì)了不同煤層厚度和范圍變化的模型，來闡述煤層和多次波的關(guān)系。

圖1 多層煤層的模型正演對(duì)比圖

圖2 變厚度煤層的模型正演對(duì)比圖

圖1是一個(gè)從環(huán)瑪湖凹陷連井地震地質(zhì)解釋剖面中提取出來的地質(zhì)模型。模型的地層速度和密度等彈性參均來自井資料。與圖1(c)自激自收的正演結(jié)果相比，圖1(d)的正演結(jié)果隨著煤層層數(shù)的增多，與煤層相關(guān)的全程多次波和層間多次波也同樣增多，多次波的影響也增強(qiáng)。隨著地層深度的增加，來自不同界面的各類多次波與一次波交織在一起。針對(duì)與一次波有一定夾角的多次波，很容易識(shí)別多次波及其產(chǎn)生源；針對(duì)與一次波平行或者重合的多次波，很難識(shí)別出多次波及其產(chǎn)生源。因此，煤系地層(產(chǎn)生多次波的源)傾角與下覆地層(有多次波存在的地層)傾角的差異，直接影響多次波的識(shí)別和壓制的難易程度。

圖2是設(shè)計(jì)的另一種地質(zhì)模型。比較兩種正演結(jié)果，其圖2(d)的正演結(jié)果隨著煤層厚度的增加(黑色箭頭所示)，多次波反射振幅也相應(yīng)增強(qiáng)(紅色箭頭所示)。

由以上多次波模型分析可知，環(huán)瑪湖凹陷多次波的發(fā)育程度與煤層的發(fā)育程度成正相關(guān)。只有充分了解該區(qū)煤層的分布規(guī)律，才能較好地識(shí)別和壓制本地區(qū)的多次波。根據(jù)井筒巖性資料中煤層層數(shù)和厚度統(tǒng)計(jì)，結(jié)合地震資料中的多次波表象，總結(jié)歸類了環(huán)瑪湖凹陷煤層分布和多次波發(fā)育具有分區(qū)分帶規(guī)律，如圖3所示。紅色區(qū)域?yàn)槎啻尾▏?yán)重區(qū)，主要分布緩坡帶瑪東、瑪中、瑪南地區(qū)。黃色區(qū)域?yàn)槎啻尾ㄝ^嚴(yán)重區(qū)，主要分布在陡坡帶瑪南地區(qū)。藍(lán)色區(qū)域?yàn)槎啻尾ú粐?yán)重區(qū)域，主要分布在陡坡帶瑪西、瑪北地區(qū)。

圖3 環(huán)瑪湖凹陷多次波發(fā)育程度分布圖

從地震資料上識(shí)別和壓制多次波的難易程度分析：在陡坡區(qū)，多次波與一次波同相軸夾角大，多次波較容易識(shí)別和壓制；在緩坡區(qū)，多次波與一次波同相軸夾角小或者近似平行，多次波較難識(shí)別和壓制。

2 多次波壓制方法

基于上述環(huán)瑪湖凹陷多次波發(fā)育機(jī)理及特征分析，提出了一種基于煤系地層的多次波路徑模擬和壓制方法。與業(yè)界常用高精度拉東變換方法相比，該方法無需知道多次波和一次波的速度差異，極大地避免了層間多次波和一次波在近偏移距重疊范圍較大，壓制效果不好，容易損傷近偏移距的有效信號(hào)等問題。該方法主要利用自由地表面、侏羅系西山窯煤層、侏羅系八道灣煤層的強(qiáng)波阻抗界面,來模擬層間多次波或者全程多次波的傳播路徑，然后將模擬出的多次波同相軸通過相似性對(duì)比方法從地震數(shù)據(jù)中減去，得到壓制多次波后的地震剖面。本方法可以在疊后剖面上實(shí)施，也可以在OVT域單次覆蓋的COV體上實(shí)施。其具體實(shí)現(xiàn)思路如下：

1)基于一次波速度建立多次波傳播路徑的地質(zhì)層位。該方法的重點(diǎn)是要找出產(chǎn)生多次波的地質(zhì)層位，并把它準(zhǔn)確地拾取出來，以模擬多次波傳播路徑。環(huán)瑪湖凹陷產(chǎn)生多次波的主要地質(zhì)層位是侏羅系西山窯和八道灣的多組強(qiáng)波阻抗界面，在地震剖面上表象為穩(wěn)定的強(qiáng)能量同相軸，且連續(xù)性好，容易追蹤層位。西山窯和八道灣兩套地層在地震資料速度譜上是兩個(gè)很強(qiáng)的能量團(tuán)，且不受多次波的干擾，故這兩套地層的一次波速度很容易準(zhǔn)確得到，從而可以獲得準(zhǔn)確的產(chǎn)生多次波的地震地質(zhì)層位。

2)基于多次波速度建立多次波的地質(zhì)層位。通過一次波成像的地質(zhì)層位模擬出的多次波同相軸形態(tài)需要與實(shí)際地震資料上存在的多次波同相軸進(jìn)行相似性對(duì)比。為了保證多次波反射的成像質(zhì)量，最好的方法是采用多次波速度來進(jìn)行地震成像處理，這樣更容易解釋和刻畫多次波的構(gòu)造形態(tài)，從而精確地控制多次波的分布范圍，最大程度地保護(hù)有效信號(hào)。

3)建立多次波路徑模型。該方法的關(guān)鍵是通過地質(zhì)層位建立正確的多次波傳播路徑，所得的結(jié)果與實(shí)際地震資料的多次波形態(tài)進(jìn)行相似性對(duì)比分析，最后將模擬出的多次波的同相軸從原始數(shù)據(jù)中減去,所以正確的多次波路徑模擬是壓制多次波的關(guān)鍵。圖4是多次波路徑模擬圖。在圖4中，地震波傳播路徑S1-A-B-C-R1產(chǎn)生的多次波同相軸multiple1與地震波傳播路徑S2-D-E-F-R2產(chǎn)生的多次波同相軸multiple2完全處于不同深度位置。所以在建立多次波路徑模型時(shí)，要根據(jù)多次波的走時(shí)和地層產(chǎn)狀，充分試驗(yàn)預(yù)測(cè)多次波的路徑模型，才是本方法壓制多次波的關(guān)鍵。

圖4 多次波傳播路徑模擬示意圖

4)時(shí)空域內(nèi)壓制多次波。時(shí)空域內(nèi)壓制多次波，是通過對(duì)比多次波路徑模型模擬的同相軸(圖4)和給定時(shí)窗范圍內(nèi)地震資料的同相軸的相似度，確定是否壓制多次波同相軸，如果多次波路徑模擬出的同相軸信息(頻率、振幅、相位)，與定義的空間時(shí)窗描述的同相軸信息相似度高，模擬出的多次波同相軸就能夠從原始數(shù)據(jù)中減去。當(dāng)一次波與多次波非常接近時(shí)，需要通過定義一個(gè)大的空間窗口和較小的時(shí)間窗口，使得一次波和多次波能夠有效地分離，從而保證壓制多次波的同時(shí)不損傷有效信號(hào)。

3 應(yīng)用效果

圖5是基于本區(qū)地質(zhì)特征的多次波壓制方法在環(huán)瑪湖凹陷瑪湖1井區(qū)三維的應(yīng)用效果。圖5(a)是多次波壓制前地震剖面，一次波反射與多次波反射同相軸交叉在一起，上、下烏爾禾組之間的不整合面接觸關(guān)系不清；圖5(b)是采用其他方法壓制多次波后的地震剖面，盡管多次波得到一定的壓制，地震剖面得到改善，但還殘留一些多次波能量；圖5(c)是采用本文提出的多次波壓制方法后的地震剖面，多次波基本上被壓制，上、下烏爾禾組之間不整合面接觸關(guān)系清楚，不整合面上、下地層波組特征、反射結(jié)構(gòu)合理清晰，不整合面下伏地層逐層削截、上覆地層低角度上超現(xiàn)象明顯。

圖5 多次波壓制前后剖面對(duì)比圖

4 結(jié)論

基于本區(qū)地質(zhì)特征的多次波壓制技術(shù)，很好地解決了環(huán)瑪湖凹陷層間多次波對(duì)勘探目的層二疊系成像質(zhì)量的影響。該方法主要利用了工區(qū)的強(qiáng)反射煤層，進(jìn)行精細(xì)的多次波路徑模擬和設(shè)計(jì)，壓制二疊系多次波，使得地層反射結(jié)構(gòu)清楚。該方法針對(duì)與一次波有一定夾角的多次波能很好地壓制，針對(duì)與一次波同相軸平行或者重合的多次波，需謹(jǐn)慎，需要與解釋人員充分溝通，或者通過VSP資料準(zhǔn)確識(shí)別出多次波，然后精確地控制壓制層位，避免損傷有效信號(hào)。