渤海海域地震振幅影響因素分析

姜本厚，蔡越釬，王玉英

（中海石油（中國）天津分公司勘探開發研究院，天津塘沽 300452）

地震振幅包含豐富的地質信息，廣泛應用于構造解釋、儲層反演和屬性提取等方面，在油氣藏勘探開發中發揮著重要作用，特別是在海上鉆井少的情況下，地震資料具有更加重要的意義。地震振幅進行巖性識別和流體檢測，在渤海海域淺層新近系勘探中取得了可喜的成果，但在中深層和隱蔽油氣藏勘探中，單純依靠地震振幅很難有效地判斷巖性和含油氣性，這給中深層儲層和含油氣性預測帶來了困難。查明和分析地震振幅的影響因素對于中深層及隱蔽油氣藏勘探及預測具有重要的意義，通過地震振幅影響因素分析，可提高中深層和隱蔽油氣藏儲層及含油氣性預測的可靠程度。

1 采集因素影響

采集因素決定地震波的初始振幅，采集效果好壞直接影響地震資料品質，雖然有些因素可通過處理環節進行彌補，但有些因素卻難以有效補償，需要通過采集前合理的設計和試驗來避免對地震振幅的影響。

1.1 激發接收條件影響成像質量

不同的激發、接收條件對振幅造成明顯影響。就海上資料而言，拖纜和海底電纜的接收、激發條件存在較大差異，會導致地震資料的較大差別。圖1說明的是震源強弱和電纜長短對成像效果的影響情況，大震源可有效改善深層成像質量，長電纜有利于陡傾角成像，也利于深層振幅保持。

1.2 觀測系統設計不合理造成采集腳印

采集腳印是與震源和檢波器密切相關的周期性振幅假象［1］，它的存在會掩蓋有效信號的振幅。處理中采用的去除采集腳印方法，在減弱采集腳印影響的同時，也消弱了有效信號。減少采集腳印的影響，應盡量采用高密度均勻空間采樣、寬方位角采集、提高覆蓋次數、減少炮檢點移動等［2］。

1.3 采集數據不規則產生偏移噪聲

疊前偏移成像對空間采樣有很高的要求，炮、道密度和均勻對稱性直接影響偏移效果和偏移噪聲的產生。當炮、道密度較小時，會產生空間假頻，對假頻的偏移不能正確歸位，會以偏移噪聲的形式出現［3］。不規則處理無法從根本上解決不規則化帶來的影響，因此，杜絕這類問題的最佳方法就是均勻、對稱采集。

1.4 照明度差異形成能量不均衡

呂公河等將地震波的照明度分為震源對界面的照明和界面對檢波器的照明［4］。利用震源對界面的照明度可確定采集數據的信噪比；利用界面對檢波器的照明度可確定偏移成像的分辨率和可靠性。地下照明不均勻或缺少會使損失部分頻率成份、引起波組特征變差、造成非地質原因的振幅橫向變化、降低速度分析的精度及產生層速度誤差。減少照明不均勻或缺失的最好方法是盡量在采集前進行合理的設計和試驗。

圖1 激發、接收條件對地震振幅的影響

2 振幅補償等處理因素影響

地震波在傳播過程中存在傳播衰減和吸收衰減［5］。由于地震波受到衰減和吸收作用的影響，深、淺層能量存在明顯的差異，振幅補償是為了消除能量差異，使地震振幅真正反映地下介質的變化。但振幅補償等處理因素對地震振幅的影響也是顯而易見的，下面就處理過程中的主要影響因素進行闡述。

2.1 振幅補償技術局限性［3］的影響

目前的振幅補償技術主要是針對地震波擴散和吸收進行補償，其補償方法也不能完全解決深層振幅補償的問題［6］，且每種補償方法都有一定局限性。如球面擴散補償，只對振幅隨時間的衰減進行了補償，頻率的衰減依然存在；常規反褶積，是一種平均補償；反Q補償，在速度異常帶存在明顯不足，而且Q因子的求取困難；地表一致性補償，不能做時變處理，未考慮頻率造成的振幅損失，易使低頻補償過重，高頻補償不足。對于振幅補償而言，應加強振幅衰減特性研究，把握其衰減規律并尋找合適的振幅補償方法，處理過程盡量做到保幅，真正消除深、淺層的能量差異，特別是頻率衰減，使地震振幅能真正反映地下介質的變化。

2.2 噪聲去除不徹底的影響

噪聲直接會影響地震資料的信噪比、波組特征和成像效果。而噪聲的種類繁多，且各種噪聲的總體頻帶較寬，有些噪聲與有效信號的頻帶重疊，不利于去噪。特別是深層，去噪難度更大，故其信噪比普遍較低。要減少噪聲的影響，應該杜絕濾波的使用，因為濾波不是保幅處理過程，它在去噪的同時也濾掉了有效信號，同時，對于不同的噪聲應選擇有針對性的噪聲衰減方法，以便提高深層信噪比和成像質量。

2.3 速度拾取不準確的影響

合適的速度模型是高質量構造成像的前提，同時速度也是地震屬性（彈性參數）與地質屬性（儲層參數）銜接的重要紐帶，很多儲層參數都與速度有關［3］。速度解釋精度對資料保幅性非常重要，不準確的速度會產生水平剩余時差，在數據體上易形成較強的振幅和相位畸變。如圖2所示，在疊前時間偏移剖面上可見明顯的振幅畸變，同時偏移噪聲也掩蓋了有效信號的振幅。深度偏移剖面的成像質量有了明顯的改善，但在構造復雜、地層傾角較大的位置，由于速度準確拾取難度較大，成像效果也不理想。

3 地質因素影響

采集和處理因素對地震振幅的影響都有人為因素的成分，而地質因素對地震振幅的影響主要是客觀問題的反映，可劃分為反射系數、單層厚度變化、多層干涉及其它因素等幾類。

3.1 反射系數的影響

反射系數是影響地震振幅最主要的因素。反射系數越大，地震振幅越強。而反射系數取決于界面兩邊地層的阻抗（包括密度和速度）和入射角的變化。在地震波法向入射時，反射系數是界面兩邊地層的阻抗差與阻抗和之比。

（1）巖性差異的影響。如表1所示［5］，不同地層的阻抗存在差異，使不同地層界面處產生反射，反射系數大小由界面兩邊地層的阻抗所決定。

圖2 疊前時間、深度偏移對比圖

表1 幾種巖石的波阻抗統計表

（2）物性及流體性質的影響。物性和流體的影響主要通過孔隙度和孔隙中流體性質表現出來，它們通過影響地層速度和密度來影響反射系數和地震振幅。如表2所示，假定圍巖（泥巖）阻抗和砂巖骨架密度已知，砂巖速度用密度通過gardner公式換算，分析孔隙度變化對反射系數的影響。然后在孔隙中分別充滿鹽水、油、氣時，分析流體性質變化對反射系數的影響情況。通過圖3的對比發現，當孔隙度較大時（大于25%），流體變化對反射系數的影響是顯著的，含氣時的反射系數甚至會達到含油時的兩倍以上，容易在地震剖面上形成“亮點”特征，可以利用振幅的異常特征進行流體識別。隨著孔隙度減少，反射系數逐漸減小，當降到一定范圍時，孔隙度甚至會影響反射系數的正負，此時難以用振幅特征有效地識別流體。

表2 物性及流體變化對反射系數影響統計

圖3 流體變化對反射系數的影響

（3）年代、深度的影響。年代、深度主要是通過膠結作用、壓實作用、溶蝕作用和成巖作用的變化影響巖石速度和密度的變化，進而影響反射系數和地震振幅。

（4）低速泥巖（超壓）的影響。在渤海地區的古近系地層，經常會出現振幅異常現象。鉆前認為是砂、泥巖的阻抗差異引起的，但鉆井結果往往是大套泥巖，為何泥巖間會產生如此強的反射。如圖4所示，從鉆井結果看，強反射界面的上下部地層都為泥巖沉積，但聲波曲線上可見明顯的速度降低，也就是說，低速泥巖與上覆正常壓實泥巖存在明顯的速度界面，可以產生較強的反射振幅。研究表明，泥巖低速特征是由于欠壓實引起的，巨厚的泥巖在壓實過程中產生局部超壓，超壓形成的局部“封存箱”阻止了泥巖進一步壓實，孔隙度不再隨上覆載荷的增加而減小，速度明顯偏低，故該處泥巖表現為低速特征。統計結果表明，在渤海地區的東營組（主要是東二下段、東三段）和沙河街組（主要是沙三段）廣泛發育大套低速泥巖，由于低速泥巖與正常壓實泥巖間的反射振幅接近甚至會超過砂泥巖界面的反射振幅，極易造成強振幅位置有儲層的認識假象。所以，在少井或無井情況下，當鉆遇低速泥巖發育的東營組和沙河街組地層時，需要引起足夠的重視。由于低速泥巖與正常壓實泥巖的接觸面單一，產生的強反射也較明顯，可以利用地震剖面上的這一特征進行有效識別。

圖4 低速泥巖對地震振幅的影響

（5）入射角的影響。以上探討的是在法向入射時反射系數的影響因素，事實上，當入射角非法向入射時，反射系數也會隨入射角（偏移距）變化而變化，即AVO效應。入射角對地震振幅的影響可以通過Zoeppritz方程來表示，Shuey近似方程更直觀的反映了振幅與入射角的關系［7］。

3.2 單層厚度變化的影響

如圖5所示，地震振幅隨單層厚度增大，先呈近似線性增加，后呈曲線增加，并在調諧厚度處達到最大，再逐漸下降到一個相對穩定的振幅。

不同的子波和相位變化也影響振幅的響應特征。如圖6所示，簡諧波產生調諧的最大調諧振幅是常振幅的2倍，而零相位雷克子波產生調諧的最大調諧振幅為常振幅的1.446倍。當雷克子波的相位發生變化時，其振幅特征也隨之改變。如90°相位雷克子波的調諧振幅特征類似于簡諧波的調諧振幅特征，卻與零相位雷克子波的調諧振幅特征有著顯著的差異。

圖5 地震振幅隨單層厚度變化圖

圖6 不同子波及相位變化對地震振幅的影響

3.3 多層干涉的影響

如圖7所示，在渤海海域的沙河街組經常可見低頻連續強反射，鉆井結果表明，這種強反射往往對應大套單層厚度較薄的砂泥巖互層段。分析認為低頻連續強反射是由于多層間相互干涉造成的。

圖7 低頻連續的強振幅反射

為了驗證這種認識，采用正演方法進行了證實。對于給定的模型，當頻率較高（等同于厚度較大）時，各層之間不存在干擾，地震剖面上的最大振幅與地層界面嚴格對應。當頻率較低（等同于厚度較小）時，各層之間不能嚴格分開，彼此產生干涉現象，最大振幅不再與地層界面嚴格對應，反射特征表現為低頻、連續強反射，與真實地震資料有很好的相似性，間接證實了這種反射特征是由多層干涉引起的。

為了明確多層干涉對振幅的影響，以砂泥巖互層和雷克子波為例進行研究。如圖8所示，假設有四層地層，速度密度分別為ρ1、ν1，ρ2、ν2，ρ1、ν1，ρ2、ν2。砂泥互層的地層達到調諧厚度時，干涉產生的最大理論振幅為常振幅的1.892倍。當地層層數和地層厚度變化時，砂泥巖互層干涉的振幅比值在－1.892～1.892之間變化。因此，多層干涉對地震振幅的影響也是顯著的。

圖8 砂泥巖互層的干涉對地震振幅的影響

對于深層時深標定而言，由于頻率降低，地震分辨能力下降，多層之間易產生干涉，最大振幅不再與界面嚴格對應，因此，標定時不應刻意追求最大振幅與某一界面的嚴格對應。

4 其它因素影響

界面光滑度的影響屬于地震波衰減中的散射問題。由于振幅補償并未就散射問題進行專門補償，所以這一遺留問題依然會影響地震振幅。即反射系數相同的界面，當其光滑度不同時，檢波器接收到的信號強度有差異，造成地震振幅強度差異。反射系數小，但地震振幅較強的界面，可能是界面光滑程度差異造成的。如最大湖泛面，該處泥巖較純，粒度較細，易形成光滑界面，產生較強的反射振幅。可以利用這種振幅特征確定最大湖泛面。

5 結論和認識

（1）激發接收條件、觀測系統不合理、采集不規則、照明存在差異等采集因素都會引起地震振幅的變化。要減少采集因素的影響，需要在采集前進行合理的設計和試驗。

（2）振幅補償技術存在局限性，去噪不徹底、速度拾取不準等處理因素對地震振幅有著顯著影響，特別是深層。對于儲層研究而言，應加強地震保幅處理。

（3）渤海地區東營組（主要是東二下段、東三段）和沙河街組（主要是沙三段）廣泛發育大套低速泥巖，由于低速泥巖與上覆正常壓實泥巖的反射振幅接近甚至超過砂泥巖界面的反射振幅，極易造成陷阱，需要引起足夠重視。

（4）地震振幅受單層厚度變化影響明顯，并在調諧厚度處達到最大，其振幅特征還明顯受子波和相位變化的影響。

（5）多層干涉時最大振幅不再與地層界面對應。標定時不要刻意追求界面與最大振幅的對應。

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