子波干涉研究在地震解釋中的應用

馮小英

（長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢430100）

（中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北 任丘062552）

秦鳳啟，劉浩強，王孟華

王 亞，邢福松 （中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北 任丘062552）

子波干涉是指當來自不同界面反射的地震波相遇時，按照疊加原理，發生能量的增強或減弱的現象，稱之為地震反射的子波干涉現象［1］。通過離散合成記錄標定和正演模擬方法，可剖析干涉現象的產生機理和解釋陷阱，并通過在渤海灣盆地饒陽凹陷蠡縣斜坡沙一二段砂泥薄互層、二連盆地阿爾、烏里雅斯太、洪浩爾舒特凹陷及沁水盆地鄭莊3＃煤層等工區開展實際應用，有效地提高了地震的解釋精度。

1 干涉現象實例

1.1 烏里雅斯太楔狀體

在二連盆地區烏里雅斯太凹陷地震剖面 （見圖1）上，從地震相外部結構，3條虛線所組成楔狀體，中間的地震軸呈上傾尖滅現象，在該軸最高點設計并鉆探了太41井，結果出人意料，楔狀體對應為沒有夾層的101m的厚層礫巖，中間那個呈上傾尖滅的地震軸，不僅沒有對應的物理界面，尖滅點的位置也明顯不符，存在明顯的解釋陷阱。

1.2 二連地區高連續強反射地震軸干涉現象

在二連盆地洪浩爾舒特凹陷的連井地震剖面 （見圖2）上，可觀察到一個強反射高連續的地震反射軸，低部位的洪25井，揭示巖性為砂礫巖，沿著強反射高連續地震軸向高部位部署并鉆探了洪25－10井，結果既不是所希望的砂礫巖，也不是所推測鈣質粉砂巖或白云質泥巖，而是火山巖。表明強反射高連續的地震反射同樣存在解釋陷阱。

圖1 烏里雅斯太楔狀體地震剖面

圖2 洪特浩爾舒工區連井剖面

2 干涉研究

2.1 層狀地層干涉剖析

依據地震反射原理［2］，地震波在不同波阻抗界面會產生反射，波阻抗差值越大反射越強。根據這一原理，利用成像射線追蹤法開展正演模擬，這種方法射線在地表面開始沿90度方向向下傳播，在相交邊界處按照Snell定律產生繞射，并穿過地下界面傳播，可以克服煤層的屏蔽作用，得到完整的成像結果。由淺及深，剖析干涉現象產生機理［3］。

1）模型1：低速層進入高速層 當地震波由低速層進入高速層，假設在20Hz零相位雷克子波環境下，正演模擬結果表現為單軌記錄，波阻抗界面位于最大波峰處 （見圖3）。

圖3 低速層進入高速層正演模擬

2）模型2：高速層進入低速層 當地震波由高速層進入低速層，假設在20Hz零相位雷克子波環境下，正演模擬結果表現為雙軌記錄，波阻抗界面位于最大波谷處 （圖4）。

圖4 高速層進入低速層正演模擬

3）模型3：高速夾層 當地震波通過厚層高速夾層時，同樣假設在20Hz零相位雷克子波環境下，正演模擬結果表現為三軌記錄 （圖5中100m情況），未出現干涉現象。但當夾層減薄為80m、50m、20m、5m時，中軌與上軌均發生干涉加強，表現出上強下弱的雙軌記錄 （見圖5）。同理，當地震波通過低速夾層，如煤層時，不難想象，干涉結果為下強上弱的雙軌記錄。

然而，多層層位的地震波干涉現象，或增強，或消弱，極為復雜，需要具體問題具體分析，通過離散合成記錄標定和正演模擬等技術手段，剖析其實際干涉現象。

如沁水盆地鄭莊3＃煤層為低速薄層，由井震標定與離散合成記錄標定可以看出 （見圖6）：3＃煤層干涉結果表現為上弱下強的雙軌，符合前面的結論。同時上面的弱軌及中間的波谷與3＃煤層的頂板層砂巖薄層發生二次干涉，得到干涉加強。

4）特殊模型 圖7為洪浩爾舒特凹陷高連續強反射干涉正演模型，砂礫巖薄層與火山巖薄層彼此疊置，在20Hz零相位雷克子波環境下，發生干涉，地震記錄不能分辨砂礫巖薄層與火山巖薄層的界線，這也很好地解釋了是薄層干涉造成。當在40Hz零相位雷克子波環境下，地震記錄方可分辨，這說明，提高地震的主頻可消弱干涉現象。

圖5 不同厚度高速夾層干涉正演模型及結果

圖6 沁水盆地鄭莊某井井震標定與離散合成記錄標定

圖7 洪浩爾舒特凹陷高連續強反射干涉正演模型

2.3 楔狀地層干涉剖析

針對楔狀地層，首先建立較為簡單的單嵌式楔狀體的地質模型 （見圖8），開展正演模擬。在泥巖中嵌入一個厚度從0～100m變化的單一砂巖楔狀體。同樣假設在20Hz零相位雷克子波環境下，正演模擬結果顯示：當砂巖厚度大于60m時，呈現出3個地震軸，受干涉影響較小。當砂層繼續減薄時，出現干涉，變成雙軸。減薄至44m時，出現干涉調諧，振幅達到最強。繼續減薄，振幅逐漸減弱，但仍是雙軸。小于2m時，20hz地震剖面則無法識別。值得一提的是，正演結果中間的上傾尖滅軸，沒有對應的物理界面，這種尖滅并非巖性尖滅，而是子波干涉產生的尖滅，可稱之為干涉型尖滅。1.1節中的實例就是一個干涉型尖滅。

對上面的單嵌式楔狀體內部嵌入一定厚度變化的泥巖 （見圖9），同樣假設在20Hz零相位雷克子波環境下，正演模擬結果與前者一樣呈現出上傾尖滅軸，但這種尖滅為泥巖型尖滅，也不砂巖尖滅，這又是一個解釋陷阱。

通過以上若干干涉現象的剖析，在實踐中，發現了2個有效的消弱干涉現象，提高解釋精度的方法。一個是拓頻法，另一個是振幅比法。下面用實例加以說明。

3 消弱干涉實例

3.1 拓頻法識別蠡縣沙二段砂巖薄層

通過上述薄層干涉研究，認為饒陽凹陷蠡縣斜坡其尾砂巖薄層的地震反射表現為上強下弱的雙軌，同時，雙軌的下軌與沙二段的薄砂層發生二次干涉，會減弱沙二段薄砂巖的反射，如圖10顯示，沙二段多為空白弱反射，就是二次干涉造成的。針對這種情況，提高地震分辨率可消弱干涉現象，圖7中20、40Hz正演模擬結果對比也說明了這一點。

地震資料疊后提高分辨率處理方法有很多方法，如疊后譜白化方法、疊后反Q方法、最小熵反褶積方法等［4］。筆者采用了疊后反Q方法，該方法在提高分辨率的同時，能滿足相對保幅的處理要求。

圖8 單嵌式楔狀體正演模型及結果

圖9 雙嵌式楔狀體正演模型及結果

通過對目的層段使用了疊后反Q方法拓頻處理，將地震資料主頻從20Hz提高到30Hz，有效頻帶從10～45Hz拓展到8～60Hz。沙二段空白弱反射得到加強，高頻井震標定表明，經過拓頻處理的地震反射同相軸與合成地震記錄吻合較好，并且原構造形態保持不變，說明經過疊后反Q方法拓頻處理的地震資料真實可靠，能客觀反映地下地質情況，可用于地震解釋，有利于研究區沙二段砂層的識別。

從拓頻前后研究區沙二段均方根振幅屬性平面圖 （見圖11）對比也能夠看出，拓頻后的均方根振幅平面圖，其西北物源方向的空白反射得到加強，能夠更加準確的反映沙二段砂體的分布情況。

圖10 拓頻前后地震剖面

圖11 拓頻前后的均方根振幅平面圖

3.2 振幅比法在煤層氣研究中的應用

由圖6的井震標定與離散合成記錄標定可以看出：沁水盆地鄭莊3＃煤層是低速薄層，對應于地震強波谷處，實踐與正演模擬均表明，煤層含氣后，由于速度變得更低，加大了負反射系數，使得最大波谷變得更強，因此可用3＃煤對應的最大波谷振幅屬性來預測其含氣性。定義含氣量大于15m3／t、日產氣大于1000m3為高含氣；含氣量在8～15m3／t之間、日產氣在500～1000m3為之間為低含氣；含氣量在小于8m3／t、日產氣小于500m3為干層，用107口評價井、生產井的平均日產氣量進行標定檢驗之后，符合率為56%。

由圖6的井震標定與離散合成記錄標定還可以看出：由于3＃煤層的頂板層砂巖薄層的二次干涉，使得3＃煤層對應的雙軌中的的弱軌及中間的波谷與均得到干涉加強。因此在使用最大波谷振幅屬性預測煤層含氣性時，還應該消弱3＃煤層的頂板層砂巖薄層的干涉影響，以提高含氣預測精度。

通過提取3＃煤層的頂板層最大波谷振幅基本確定頂板層砂巖的分布情況，注意由于干涉影響較重，不能用頂板層最大波峰振幅確定頂板層砂巖的分布情況。然后用3＃煤最大波谷振幅／3＃煤層的頂板層最大波谷振幅來消弱干涉影響。通過用107口評價井、生產井的平均日產氣量進行標定檢驗之后，吻合率提高為72%。提高了針對沁水3＃煤儲層預測含氣的準確率。

4 結論與體會

（1）正演模擬技術與離散合成記錄標定技術可剖析干涉現象，為正確地解釋地震資料提供幫助。

（2）地震資料分辨率越低，干涉情況就越嚴重，提高分辨率，可消弱干涉影響。

（3）振幅比方法消弱干涉現象也是一個有效的技術手段。