子波干涉研究在地震解释中的应用

2013-12-01冯小英

长江大学学报(自科版) 2013年16期

关键词：波谷薄层振幅

冯小英

（长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉430100）

（中石油华北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘062552）

秦凤启，刘浩强，王孟华

王亚，邢福松（中石油华北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘062552）

子波干涉是指当来自不同界面反射的地震波相遇时，按照叠加原理，发生能量的增强或减弱的现象，称之为地震反射的子波干涉现象［1］。通过离散合成记录标定和正演模拟方法，可剖析干涉现象的产生机理和解释陷阱，并通过在渤海湾盆地饶阳凹陷蠡县斜坡沙一二段砂泥薄互层、二连盆地阿尔、乌里雅斯太、洪浩尔舒特凹陷及沁水盆地郑庄3＃煤层等工区开展实际应用，有效地提高了地震的解释精度。

1 干涉现象实例

1.1 乌里雅斯太楔状体

在二连盆地区乌里雅斯太凹陷地震剖面（见图1）上，从地震相外部结构，3条虚线所组成楔状体，中间的地震轴呈上倾尖灭现象，在该轴最高点设计并钻探了太41井，结果出人意料，楔状体对应为没有夹层的101m的厚层砾岩，中间那个呈上倾尖灭的地震轴，不仅没有对应的物理界面，尖灭点的位置也明显不符，存在明显的解释陷阱。

1.2 二连地区高连续强反射地震轴干涉现象

在二连盆地洪浩尔舒特凹陷的连井地震剖面（见图2）上，可观察到一个强反射高连续的地震反射轴，低部位的洪25井，揭示岩性为砂砾岩，沿着强反射高连续地震轴向高部位部署并钻探了洪25－10井，结果既不是所希望的砂砾岩，也不是所推测钙质粉砂岩或白云质泥岩，而是火山岩。表明强反射高连续的地震反射同样存在解释陷阱。

图1 乌里雅斯太楔状体地震剖面

图2 洪特浩尔舒工区连井剖面

2 干涉研究

2.1 层状地层干涉剖析

依据地震反射原理［2］，地震波在不同波阻抗界面会产生反射，波阻抗差值越大反射越强。根据这一原理，利用成像射线追踪法开展正演模拟，这种方法射线在地表面开始沿90度方向向下传播，在相交边界处按照Snell定律产生绕射，并穿过地下界面传播，可以克服煤层的屏蔽作用，得到完整的成像结果。由浅及深，剖析干涉现象产生机理［3］。

1）模型1：低速层进入高速层当地震波由低速层进入高速层，假设在20Hz零相位雷克子波环境下，正演模拟结果表现为单轨记录，波阻抗界面位于最大波峰处（见图3）。

图3 低速层进入高速层正演模拟

2）模型2：高速层进入低速层当地震波由高速层进入低速层，假设在20Hz零相位雷克子波环境下，正演模拟结果表现为双轨记录，波阻抗界面位于最大波谷处（图4）。

图4 高速层进入低速层正演模拟

3）模型3：高速夹层当地震波通过厚层高速夹层时，同样假设在20Hz零相位雷克子波环境下，正演模拟结果表现为三轨记录（图5中100m情况），未出现干涉现象。但当夹层减薄为80m、50m、20m、5m时，中轨与上轨均发生干涉加强，表现出上强下弱的双轨记录（见图5）。同理，当地震波通过低速夹层，如煤层时，不难想象，干涉结果为下强上弱的双轨记录。

然而，多层层位的地震波干涉现象，或增强，或消弱，极为复杂，需要具体问题具体分析，通过离散合成记录标定和正演模拟等技术手段，剖析其实际干涉现象。

如沁水盆地郑庄3＃煤层为低速薄层，由井震标定与离散合成记录标定可以看出（见图6）：3＃煤层干涉结果表现为上弱下强的双轨，符合前面的结论。同时上面的弱轨及中间的波谷与3＃煤层的顶板层砂岩薄层发生二次干涉，得到干涉加强。

4）特殊模型图7为洪浩尔舒特凹陷高连续强反射干涉正演模型，砂砾岩薄层与火山岩薄层彼此叠置，在20Hz零相位雷克子波环境下，发生干涉，地震记录不能分辨砂砾岩薄层与火山岩薄层的界线，这也很好地解释了是薄层干涉造成。当在40Hz零相位雷克子波环境下，地震记录方可分辨，这说明，提高地震的主频可消弱干涉现象。

图5 不同厚度高速夹层干涉正演模型及结果

图6 沁水盆地郑庄某井井震标定与离散合成记录标定

图7 洪浩尔舒特凹陷高连续强反射干涉正演模型

2.3 楔状地层干涉剖析

针对楔状地层，首先建立较为简单的单嵌式楔状体的地质模型（见图8），开展正演模拟。在泥岩中嵌入一个厚度从0～100m变化的单一砂岩楔状体。同样假设在20Hz零相位雷克子波环境下，正演模拟结果显示：当砂岩厚度大于60m时，呈现出3个地震轴，受干涉影响较小。当砂层继续减薄时，出现干涉，变成双轴。减薄至44m时，出现干涉调谐，振幅达到最强。继续减薄，振幅逐渐减弱，但仍是双轴。小于2m时，20hz地震剖面则无法识别。值得一提的是，正演结果中间的上倾尖灭轴，没有对应的物理界面，这种尖灭并非岩性尖灭，而是子波干涉产生的尖灭，可称之为干涉型尖灭。1.1节中的实例就是一个干涉型尖灭。

对上面的单嵌式楔状体内部嵌入一定厚度变化的泥岩（见图9），同样假设在20Hz零相位雷克子波环境下，正演模拟结果与前者一样呈现出上倾尖灭轴，但这种尖灭为泥岩型尖灭，也不砂岩尖灭，这又是一个解释陷阱。

通过以上若干干涉现象的剖析，在实践中，发现了2个有效的消弱干涉现象，提高解释精度的方法。一个是拓频法，另一个是振幅比法。下面用实例加以说明。

3 消弱干涉实例

3.1 拓频法识别蠡县沙二段砂岩薄层

通过上述薄层干涉研究，认为饶阳凹陷蠡县斜坡其尾砂岩薄层的地震反射表现为上强下弱的双轨，同时，双轨的下轨与沙二段的薄砂层发生二次干涉，会减弱沙二段薄砂岩的反射，如图10显示，沙二段多为空白弱反射，就是二次干涉造成的。针对这种情况，提高地震分辨率可消弱干涉现象，图7中20、40Hz正演模拟结果对比也说明了这一点。

地震资料叠后提高分辨率处理方法有很多方法，如叠后谱白化方法、叠后反Q方法、最小熵反褶积方法等［4］。笔者采用了叠后反Q方法，该方法在提高分辨率的同时，能满足相对保幅的处理要求。

图8 单嵌式楔状体正演模型及结果

图9 双嵌式楔状体正演模型及结果

通过对目的层段使用了叠后反Q方法拓频处理，将地震资料主频从20Hz提高到30Hz，有效频带从10～45Hz拓展到8～60Hz。沙二段空白弱反射得到加强，高频井震标定表明，经过拓频处理的地震反射同相轴与合成地震记录吻合较好，并且原构造形态保持不变，说明经过叠后反Q方法拓频处理的地震资料真实可靠，能客观反映地下地质情况，可用于地震解释，有利于研究区沙二段砂层的识别。

从拓频前后研究区沙二段均方根振幅属性平面图（见图11）对比也能够看出，拓频后的均方根振幅平面图，其西北物源方向的空白反射得到加强，能够更加准确的反映沙二段砂体的分布情况。

图10 拓频前后地震剖面

图11 拓频前后的均方根振幅平面图

3.2 振幅比法在煤层气研究中的应用

由图6的井震标定与离散合成记录标定可以看出：沁水盆地郑庄3＃煤层是低速薄层，对应于地震强波谷处，实践与正演模拟均表明，煤层含气后，由于速度变得更低，加大了负反射系数，使得最大波谷变得更强，因此可用3＃煤对应的最大波谷振幅属性来预测其含气性。定义含气量大于15m3／t、日产气大于1000m3为高含气；含气量在8～15m3／t之间、日产气在500～1000m3为之间为低含气；含气量在小于8m3／t、日产气小于500m3为干层，用107口评价井、生产井的平均日产气量进行标定检验之后，符合率为56%。

由图6的井震标定与离散合成记录标定还可以看出：由于3＃煤层的顶板层砂岩薄层的二次干涉，使得3＃煤层对应的双轨中的的弱轨及中间的波谷与均得到干涉加强。因此在使用最大波谷振幅属性预测煤层含气性时，还应该消弱3＃煤层的顶板层砂岩薄层的干涉影响，以提高含气预测精度。

通过提取3＃煤层的顶板层最大波谷振幅基本确定顶板层砂岩的分布情况，注意由于干涉影响较重，不能用顶板层最大波峰振幅确定顶板层砂岩的分布情况。然后用3＃煤最大波谷振幅／3＃煤层的顶板层最大波谷振幅来消弱干涉影响。通过用107口评价井、生产井的平均日产气量进行标定检验之后，吻合率提高为72%。提高了针对沁水3＃煤储层预测含气的准确率。