高石梯—磨溪地区灯影组多次波控制因素及预测方法

戴晓峰 ，谢占安，杜本强，张 明，唐廷科，李 军，牟 川

（1.中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油西南油气田分公司蜀南气矿，四川泸州 646000）

0 引言

自2011 年四川盆地中部GS1 井在震旦系灯影组测试获得百万方高产天然气之后，相继多口钻井也获得高产，在安岳地区灯影组碳酸盐岩勘探获得重大突破，于2013 年发现了安岳特大型整装气田［1-3］。钻井表明，高石梯—磨溪—龙女寺地区灯影组大面积含气，并且储集层连续性好、储量规模大、气井产能高，是当前重要的上产区块。

勘探开发研究表明，灯影组在台缘带具有地层岩性复杂、储层非均质强的地质特征，依据地震储层预测结果部署的井位，产能相差很大［4］。其中主要原因是高石梯—磨溪（高磨）地区灯影组存在多次波干扰，降低了地震资料的信噪比，使灯影组地震波形畸变，影响了地震储层预测的精度［5-6］。如何减小多次波对储层预测的影响、并降低井位部署的风险是当前高磨地区灯影组开发建产过程中亟待解决的问题。

针对多次波的问题，一方面在地震处理阶段，可通过压制处理提高地震资料信噪比［6-8］。另一方面，在地震解释阶段，对地震资料中的多次波进行识别和平面发育程度预测，划分出多次波干扰严重的区域，提供风险提示，减小错误地震信息对勘探开发中井位部署的影响。针对后一种思路，本文开展预测方法研究，通过分析地震速度谱，预测灯四段多次波平面上的分布规律，以期确定多次波强干扰区的边界。

1 地质背景

高磨地区位于四川省安岳县境内，是在乐山—龙女寺古隆起背景上发育的大型潜伏背斜构造带。高磨构造属于继承性古隆起，构造幅度较小，形变相对较弱，断层规模小且数量少，整体呈北东—南西向展布，主体由北部的磨溪和南部的高石梯背斜组成（图1）。研究区已被多块三维地震连片覆盖，满覆盖面积4 300 km2。

图1 高磨地区震旦系顶界构造图Fig.1 Structural map of top Sinian in Gaoshiti-Moxi area

在高磨地区，灯影组主要发育灯四段和灯二段2 套岩溶型储层。其中，灯四段受岩溶剥蚀作用强烈，顶部发育优质储层，为目前该区天然气勘探开发的主要目的层段［9-13］。

在勘探阶段，南部的高石梯主体区主要依据构造、岩溶古地貌结合地震反射特征、储层预测、缝洞预测等成果开展井位论证［3-4］，取得了较好的效果。进入开发建产阶段后，对钻井成功率提出了更高的要求。由于灯影组具有地层岩性复杂、缝洞发育、储层纵横向非均质性强等地质特征，井位部署对地震储层预测结果具有较强的依赖性。随着勘探开发的深入和钻井数量的增加，在开展地震储层预测的研究过程中，逐渐出现了多口已钻井在灯影组合成地震记录和地震资料匹配不好的问题［8］。

造成以上问题的主要原因是深层存在较强的层间多次波影响［5-8］。高磨地区多次波成因复杂，周期性不明显、多次波速度和一次波速度接近，可分离性低，在资料处理中难以完全压制。当前地震资料仍然存在较多的多次波干扰，给灯影组油气勘探和开发带来很大的风险，因此，有必要对地震资料中多次波进行识别和预测，评价地震资料品质，划分出地震资料不可靠的区域，降低勘探开发井位部署的风险。

2 灯影组多次波预测方法

目前地震处理解释中，通常基于多次波的速度和周期性特征识别多次波或者评价压制效果。例如，在速度谱上，多次波表现为低速能量团、深层和浅层具有相似旅行周期；在叠前地震道集上，多次波剩余时差大，随偏移距增大具有下拉现象；在叠加地震剖面上，多次波和一次波具有相似旅行周期和构造形态等等。可见，现有多次波识别和预测方法都基于单个观测点和观测线，难以对地震工区平面上多次波的整体发育程度和分布情况进行分析［14-17］。

由于地下构造复杂和地层横向变化很快，多次波在平面上具有分布不均匀的特点，某个点和某个线的结果显然无法代表整个地震工区的情况。因此，当前的多次波识别和预测方法，还难以满足研究区地震资料中灯影组多次波分布预测的需要。

2.1 技术对策和流程

速度谱基于同相叠加能量最大原理，通过速度扫描计算正常时差和正常时差校正，对CMP 道集中各道进行叠加，通过能量团表示叠加成像质量。

如果地震资料没有多次波或多次波干扰较弱时，能量团单一，聚焦好，能量团横向较窄。如果地震资料存在多次波干扰，除了一次波反射能量团之外，多次波也能形成能量团。当多次波速度和一次波速度接近时，二者能量团会相互叠加，部分重叠在一起，能量团外形变得扁平，能量团的起始速度略微降低，对应叠加速度宽度增加。当多次波速度和一次波速度相差较大时，二者会分离出现2 个独立的能量团，能量团的起始速度更低，对应更大的叠加速度宽度。无论哪种情况，当某个时间存在多次波干扰时，速度谱上能量团对应的叠加速度范围会变宽，而且，多次波速度和一次波速度差异越大，叠加速度范围也越宽。

利用这个特点以及速度谱的三维空间覆盖性，通过求取速度谱上能量团对应的叠加速度横向宽度，可实现多次波的定量预测。为了方便说明，本文将速度谱上叠加能量团对应的起始速度和最终速度之间的速度间距定义为速度展度。

图2 为采用的速度展度预测多次波平面分布的工作流程。首先，获取叠前地震CMP 道集，对道集进行优化处理后，计算三维区地震速度谱；其次，对速度谱上能量团进行判别，进行类别分割，得到速度谱类别数据；统计计算有效能量团的速度范围，得到速度展度；最后，对速度展度提取沿层属性，获取展度切片用于分析多次波平面上发育程度。为了提高预测精度，中间利用已知井与地震标定的相关系数和井点处展度属性进行对比，检验展度的可靠性，通过迭代提高预测精度。

图2 多次波平面预测技术流程Fig.2 Workflow of multiples distribution prediction

2.2 求取速度谱

用于分析的速度谱采用高磨联片叠前时间偏移处理后的CRP 道集。该地震道集已经经过常规Radon 变换压制多次波的处理，通过和钻井正演对比仍然存在较强能量的多次波。由于联片三维面积较大，同时目的层构造和速度相对变化平缓，因此，选取1 000 m×1 000 m（地震数据道间距为20 m×20 m）的网格密度计算速度谱。

图3 为GS6 井附近某个CRP 点的速度谱。从速度谱上看，在1.8 s 以上的浅层多次波不发育，一次波能量团聚焦好、能量集中，其有效能量团对应的叠加速度宽度小。1.8 s 以下速度谱能量团逐渐发散，显示出有一定能量的多次波发育，符合该区寒武系—震旦系灯影组存在强能量多次波已有的认识，出现了分别代表多次波的低速速度趋势和一次波的高速速度趋势。

当多次波干扰较弱时，能量团单一，聚焦好，能量团横向较窄，如图3 中1.8 s 附近；当多次波速度和一次波速度接近时，二者能量团会相互叠加，部分重叠在一起，聚焦变差，其能量团的宽度增加，如图3中2.0 s 处，能量团对应的速度为4 300～4 900 m/s；当多次波的速度和一次波的速度相差较大时，二者会分离出现2 个能量团，如图3 中2.5 s 处，2 个能量团对应的速度分别为4 000 m/s 和5 150 m/s。

图3 GS6 井附近CRP 点的地震速度谱图Fig.3 Seismic velocity spectrum of CRP near well GS6

2.3 划分速度谱类别

将一个CRP 点的速度谱看作是一个二维灰度图像数据，通过大津图像分割算法，选择阈值对速度谱完成类别划分。大津算法根据图像的灰度特性使用目标和背景之间的类间差划分类别。计算以每个灰度值为阈值分割的类间方差，对应类间方差最大的分割即意味着错分概率最小，即为阈值［18-20］。将灰度大于或等于阈值的像素判定为目标，赋值为1，表示速度谱上地震反射形成了有效能量团；其他的像素点被排除在物体区域以外判定为背景，赋值为0，表示速度谱上的随机噪声、异常值等等背景数值。

单个CRP 点的速度谱类别划分的方法和计算步骤包括：

（1）首先进行数值排序。

将数值按照从小到大排序，并记为ci,i=1,2,...,N。其中N为总的网格点数，且N=m×n；m为时间采样点数；n为速度采样点数。

（2）其次求取阈值。

按照下式计算速度谱的类间差σk：

式中：σk表示类间方差；ci为灰度值；N为总的网格点数，个；k为序号。

计算每个灰度值的类间方差σk，当σk最大时对应的灰度值Ck为阈值。

（3）判断是否为有效能量团。

以Ck为阈值，将速度谱上大于Ck的点划分为有效能量团1，其他赋值为背景能量0。

按照以上方法和步骤对研究区所有速度谱进行类别划分，得到速度谱类别。

2.4 求取速度展度预测多次波

将速度谱类别按照时间顺序，分别搜寻数值1连续出现的初始相对速度和最终相对速度，二者相减得到有效叠加能量团对应的速度分布范围，即为该时间点的速度展度值。

沿灯四段顶、底时窗内求取速度展度均方根振幅，得到灯四段沿层展度切片。

3 多次波平面展布预测

3.1 多次波发育程度划分

按照大小，根据速度展度和多次波发育程度的关系，将灯四段多次波发育程度划分为3 个不同的级别：

（1）速度展度小于200 m/s 为多次波干扰弱区域，预测为地震资料Ⅰ类区。此类区域多次波干扰小，以一次波地震反射为主，地震资料信噪比高，地震和测井合成记录相关系数大于0.8，地震反射能真实地反映地层的波阻抗特征。

（2）速度展度200～300 m/s 为多次波干扰较强区域，预测为地震资料Ⅱ类区。Ⅱ类区一次波和多次波能量相当，地震资料信噪比中等，地震和测井合成记录相关系数为0.6～0.8。此时，地震反射基本能代表地下真实的反射，但干扰波能量较强，利用地震反射进行储层预测具有较强的多解性。

（3）速度展度大于300 m/s 为多次波干扰强区域，预测为地震资料Ⅲ类区。Ⅲ类区多次波干扰强，地震资料信噪比低，地震和测井合成记录相关系数小于0.6。地震反射已不能反映出地层的真实特征，严重时可能形成假构造或沉积假象，难以采用地震资料进行储层研究。

3.2 多次波分布预测

图4 为高磨地区灯四段速度展度均方根属性图。从属性平面特征分析，速度展度横向差异较大，说明多次波发育具有很强的平面非均质性。

图4 灯四段速度展度均方根属性和多次波分布预测图Fig.4 RMS attribute of velocity spread and multiples distribution prediction of Deng 4 member

首先，整体上看，该区北部速度展度普遍小于南部，以MX9—MX8 井为界大致可以划分为2 个大区。预测该界线以北的磨溪地区多次波影响较小，地震资料信噪比高；以南的高石梯地区多次波干扰严重，地震资料信噪比低。其次，在此宏观背景下，高石梯和磨溪等2 个地区内部，速度展度在局部范围上也存在较大差异。在磨溪地区，北部的MX22井区速度展度均方根属性平均值为120 m/s 左右，南部MX12 井区平均值为150 m/s，后者多次波干扰明显更强。在多次波整体发育较强的高石梯地区，其速度展度在400 m/s 以上，同时也存在局部多次波发育相对较弱的区域，从平面图上分析，相对较弱的区域主要位于GS1—GS10 井区以及GS7 井区，速度展度值由400 m/s 减小为150 m/s 左右。最终，根据速度展度均方根属性，预测了高磨三维地震资料不同级别对应的区域。

Ⅰ类区主要位于MX22 井区。Ⅱ类区域包括MX12 井区、GS1—GS10 井区以及GS7 井区。Ⅲ类区主要在GS2—GS3 井区，以及GS6 井区的小范围区域内（图4）。

3.3 可靠性分析

利用速度展度预测多次波的能力，通过井-震标定，得到灯影组测井合成地震记录和实际地震道的相关系数，对多次波预测的可靠性进行验证。如果井点处没有多次波干扰，地震资料信噪比高，该井测井合成地震记录和地震数据应该符合好，相关系数高；反之，如果多次波发育，井-震匹配差，相关系数低。

Ⅰ类区的MX22 井区，速度展度为120 m/s，该井井-震标定结果见［图5（a）］，测井合成地震记录和地震道匹配好，相关系数为0.81，地震反射同相轴均能有效对比，说明该井附近多次波干扰小，地震资料信噪比高，和预测结果一致。

图5 不同区域的典型井井-震标定图Fig.5 Synthetic seismogram calibrations of typical wells in different regions

Ⅱ类区为一次波和多次波能量相当、地震资料信噪比中等的区域。图5（b）为位于Ⅱ类区的GS1井的井-震标定图。可见，该井灯四段测井合成地震记录和地震道整体能够有效对比，相关系数为0.64，该井附近速度展度为270 m/s，预测局部存在较强能量的干扰波。

GS6 井位于Ⅲ类区，该井附近速度展度为460 m/s，表示多次波干扰强，地震资料信噪比低。［图5（c）］为GS6 井的井-震标定，该井井-震标定很差，相关系数很低，其真实的地震反射已大部分被强多次波干扰所掩盖，从过井地震剖面上看，灯四段地震资料中存在较多强能量多次波反射同相轴，很容易解释为假的地层界面，符合速度展度大的特征。

将三维区内全部10 口探井的井-震标定相关系数和速度展度进行交会分析，二者具有很好的负相关性，符合率高达89.5%。

以上对比验证了利用速度展度预测灯四段多次波发育程度和地震资料品质预测结果的可靠性。在部署开发井位时，借助多次波发育程度平面图，能够预判地震储层预测结果的可靠性，合理地避开多次波干扰强的Ⅲ类区域，或者采用非地震的方法进行储层研究，从而降低井位部署的风险。

4 灯影组多次波影响因素分析

4.1 奥陶系底界强反射的影响

陆地地震资料中，产生多次波的必要条件是在上覆地层中存在良好的反射界面。当反射界面的反射系数比较大时，一次反射波能量也比较大，经过多次反射之后的多次波能量仍然会有一定残留，当多次波出现在弱的一次波反射地震背景中，多次波干扰能量相对较强，更容易和一次波混淆、不易分辨。

根据钻井资料得知，在灯影组之上的中、浅层存在多个反射界面。以GS1 井为例，从浅到深主要包括4 个反射界面：上三叠统须家河组底的反射系数为0.23，下三叠统飞四段底的反射系数为0.17、上二叠统龙潭组底的反射系数为0.28、奥陶系底的反射系数为0.30。这些强反射界面是产生灯影组多次波的基本地质条件，尤其是奥陶系底是整套地层中反射系数最大的反射界面。

通过反射率法正演模拟分析，奥陶系强反射界面是控制灯四段多次波发育的主要界面。

反射率法正演模拟是假设水平层状介质、平面波入射、考虑多次波的条件下，基于褶积模型，计算合成地震记录的方法。它是在常规地层反射系数基础上，通过为反射界面加入了一个下行反射控制系数，获取同时包含多次波和一次波的反射系数系列，反射率法正演模拟方法原理和实现步骤详见文献［5］。

利用已钻井的波阻抗曲线，在时间层位约束下，反距离插值利用已钻井的波阻抗曲线，在时间层位约束下，反距离插值建立波阻抗模型，选取32 Hz 的雷克子波，利用反射率法分别进行仅包含一次反射以及同时包含一次和多次反射的地震正演，得到一次波地震正演剖面以及全波地震正演剖面（图6）。

图6 反射率法正演地震剖面［剖面位置见图7（a）］P1.下二叠统；O.奥陶系；∈1 c.下寒武统沧浪铺组；∈1 q.下寒武统筇竹寺组；Z2 d3.上震旦统灯三段；Z2 d1.上震旦统灯一段Fig.6 Seismic forward modeling by using reflectivity method

从一次波地震正演剖面［图6（a）］可见，一次波的地震反射振幅横向连续性好，纵向上强弱对比明显，深层灯影组顶面反射清晰，碳酸盐岩地层内部对应弱反射。

［图6（b）］为全波地震正演剖面。全波地震正演由于考虑了下行反射，地震剖面中除了一次反射还包含了多次波反射。相对一次波地震正演剖面，全波地震正演剖面整体信噪比降低、连续性变差。受多次波的干扰影响，深层灯影组顶面、灯三段泥岩底面等较强的反射均明显受到不同程度地减弱，例如Z2d3反射整体变得不易识别［图6（a）剖面右侧］。

通过对比2 个地震正演剖面，可以看出寒武系至震旦系的多次波干扰程度在横向上有所差异，存在一个明显分界线（图6 中蓝色箭头所指的位置）。在此分界线右侧全波地震正演剖面信噪比明显低于左侧，同相轴连续性更差，全波正演剖面和一次波正演剖面相差更大，说明包含有更强的多次波干扰。该分界线和奥陶系底界强反射范围基本一致，由于奥陶系底反射系数最大，且靠近灯影组，因此推测该界面是控制灯影组多次波发育程度的一个主要影响因素。

为此，笔者对奥陶系底的层位进行了解释，并勾画出地层尖灭线位置，叠合到灯四段速度展度属性图上对比，验证以上推测。图7 中红色虚线为奥陶系尖灭线，尖灭线以南发育奥陶系，以北则缺失奥陶系。平面上，有奥陶系的区域对应多次波相对发育，缺失奥陶系的区域多次波干扰小，地层尖灭线基本上和多次波南北分异界线一致。

图7 灯四段速度展度均方根属性综合分析图Fig.7 Comprehensive map of RMS attribute of velocity spread of Deng 4 member

由此说明，是否发育奥陶系是灯四段多次波发育的一个主要影响因素，控制了多次波发育的整体趋势。

4.2 构造

构造会对多次波能量产生聚焦和发散效应。反射界面构造形态的变化，例如局部的背斜或向斜，会对多次波的旅行时和反射振幅产生影响，这种影响随着多次波阶数增大而增大，在地震剖面上会出现反射能量聚焦或发散效应［21］。图8 为文献［21］中的一个包含背斜和向斜构造的地质模型及其零炮检距合成地震剖面，该图清楚说明，向斜构造的多次波能量被聚焦并被放大，背斜构造的多次波能量被发散而变弱。

图8 构造地质模型和正演地震剖面（据文献［21］）Fig.8 Tectonic geological model and seismic forward modeling

在高磨地区深层的地震资料中，也受到多次波的聚焦和发散效应的影响。

首先，宏观构造背景和预测的多次波平面发育程度具有明显的相关性。从寒武系底的构造图上看，高磨构造带包含了磨溪和高石梯等2 个大型低幅背斜构造，连接二者之间的是一个向斜区。将构造和速度展度属性对比（图7），背斜区普遍属于多次波较为发育区，而向斜区正处于GS2—GS3 井区多次波最为发育的位置。

图9 地震剖面中的多次波［剖面位置见图7（b）］Fig.9 Multiples on seismic section

其次，局部小的向斜构造，多次波聚焦效应更为明显。图9 为工区南部一条地震测线，灯四段碳酸盐岩地层内部出现了强振幅同相轴（红色箭头所示的位置），邻近钻井标定后证实为多次波，并且多次波横向展布的范围和向斜构造的范围一致。

综上所述，在高磨地区，灯影组多次波发育程度整体上受奥陶系分布范围控制，奥陶系残留的区域多次波相对发育，奥陶系被完全剥蚀的区域多次波相对影响较小。

在奥陶系分布范围的控制下，构造形态进一步控制了局部多次波发育的程度。同等地层情况下，构造斜坡部位多次波干扰最小；背斜构造多次波干扰较小；向斜构造多次波干扰最强。

5 结论

（1）通过求取地震速度谱上能量团的速度展度，可以实现对地震资料平面上多次波发育程度的预测。该方法预测的多次波平面发育程度和已钻井一致，证明其具有有效性和实用性，可广泛应用到多次波相对发育的川中地区。

（2）高磨地区灯影组多次波整体上具有南强北弱的规律，主要受其上的奥陶系强反射界面分布范围控制。南部奥陶系残留的区域多次波更发育，北部奥陶系缺失的区域多次波干扰小。

（3）灯影组多次波还具有较强的平面非均质性，局部的非均质性主要受构造形态影响。同等地质情况下，构造斜坡部位多次波干扰最小；正向构造多次波干扰较小；负向构造多次波干扰最强。

（4）高磨地区存在2 个强的多次波干扰区域。在这些区域，多次波干扰强，地震资料信噪比低，地震反射已不能反映出地层的真实特征。不同信噪比的地震资料，其储层预测结果的可靠性也不同，划分出多次波强干扰区，有助于降低开发勘探中井位部署的风险。