引用本文
甘利灯, 肖富森, 戴晓峰, 杨昊, 徐右平, 冉崎, 魏超, 谢占安, 张旋, 刘卫东, 张明, 宋建勇, 李艳东. 层间多次波辨识与压制技术的突破及意义——以四川盆地GS1井区震旦系灯影组为例[J]. 石油勘探与开发, 2018,45(6): 960-971.
GAN Lideng, XIAO Fusen, DAI Xiaofeng, YANG Hao, XU Youping, RAN Qi, WEI Chao, XIE Zhan#cod#x02019;an, ZHANG Xuan, LIU Weidong, ZHANG Ming, SONG Jianyong, LI Yandong. Breakthrough and significance of technology on internal multiple recognition and suppression: A case study of Ordovician Dengying Formation in Central Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2018,45(6): 960-971.  
Doi: 10.11698/PED.2018.06.04
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层间多次波辨识与压制技术的突破及意义——以四川盆地GS1井区震旦系灯影组为例
甘利灯1, 肖富森2, 戴晓峰1, 杨昊1, 徐右平1, 冉崎2, 魏超1, 谢占安1, 张旋2, 刘卫东1, 张明1, 宋建勇1, 李艳东1
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公司勘探开发研究院,成都 610041

第一作者简介：甘利灯（1964-）,男,福建闽侯人,博士,中国石油勘探开发研究院教授级高级工程师,主要从事地震资料解释和油藏地球物理技术研究与应用。地址：北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院油气地球物理研究所,邮政编码：100083。E-mail：gld@petrochina.com.cn

收稿日期: 2018-09-04
基金项目: 中国石油天然气集团公司物探重大技术现场试验与集成配套项目（2017D-3503）; 中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目（kt2018-10-02）
摘要

针对四川盆地GS1井区震旦系灯影组及下寒武统筇竹寺组的地震合成记录与实际记录严重不匹配现象,开展层间多次波辨识与压制技术研究。①研发了基于反射率法的多次波正演模拟方法,通过叠后和叠前多次波正演模拟等8种手段,结合VSP资料论证了该区井震不匹配主要是由层间多次波造成的。②利用剥层法井点和联井剖面多次波正演模拟结果,结合多次波周期性分析,明确了上覆4组速度反转层是灯影组层间多次波的主要来源。③在层间多次波准确识别和来源分析的基础上,通过传统Radon方法创新应用,结合基于模式识别的压制技术,突破了由于层间多次波与一次波速度差异小使得现有方法难以奏效的困境,结合基于模式识别的压制技术,形成了适用、有效、可复制的压制处理方案。④提出了一种多次波发育强度评价指标,编制了高石梯—磨溪地区灯四段多次波发育强度分布图。该方案提高了井震匹配程度,压制后剖面结构特征更加符合沉积规律,横向分辨率更高,小断裂与小异常体特征更清晰,并在灯影组发现了串珠反射。基于地震波形分类的储集层预测符合率从60%提高到90%,基于双相介质的烃类检测符合率从70%提高到100%。图13表2参16

关键词: 多次波; 反射率法正演模拟; 井震匹配; 速度反转; 波形分类; 烃类检测; 四川盆地; 震旦系灯影组
中图分类号:TE122.1 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2018)06-0960-12
Breakthrough and significance of technology on internal multiple recognition and suppression: A case study of Ordovician Dengying Formation in Central Sichuan Basin, SW China
GAN Lideng1, XIAO Fusen2, DAI Xiaofeng1, YANG Hao1, XU Youping1, RAN Qi2, WEI Chao1, XIE Zhan’an1, ZHANG Xuan2, LIU Weidong1, ZHANG Ming1, SONG Jianyong1, LI Yandong1
1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083, China;
2. Exploration and Development Research Institute, Southwest Oil & Gas Field Company, PetroChina, Chengdu 610041, China;
Abstract

Aimed at the serious mismatch between the synthetic record and the real data of the Sinian Dengying Formation and the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation in the GS1 well area, Sichuan Basin, four aspects of internal multiples identification and suppression were studied. Firstly, a forward modeling method of internal multiple based on reflectivity method was developed. Through eight means such as post-stack and pre-stack forward modeling of internal multiple, and combined with VSP data, it was demonstrated that well-seismic mismatching in this area is mainly caused by the internal multiples. Secondly, the simulation results of interbed multiple forward modeling using the stripping method combined with the internal multiple periodicity analysis showed that four groups of overburden layers with velocity inversion were the main sources of the internal multiples. Thirdly, by identifying internal multiples accurately and using suppression technology based on pattern recognition, an effective and replicable suppression scheme suitable for these formations was established, overcoming the difficulty of the small difference between internal multiple and primary reflection wave which makes the current methods ineffective. Fourthly, an evaluation index of internal multiple intensity was proposed, and the internal multiple intensity distribution diagram of the fourth member of Dengying Formation in Gaoshiti-Moxi area was compiled. This scheme greatly improved the well-seismic match, and the strata sedimentary features are clearer on the new seismic profiles with higher lateral resolution, with which smaller faults and geological anomalies can be identified and a series of the bead reflections in the Dengying Formation are first discovered. The coincidence rate of reservoir prediction based on seismic waveform classification was increased from 60% to 90%, and that of hydrocarbon detection based on dual phase medium theory was increased from 70% to 100%.

Keyword: internal multiple; reflectivity method forward modeling; well-seismic match; velocity inversion; seismic waveform classification; hydrocarbon detection; Sichuan Basin; Sinian Dengying Formation
1 研究区概况及问题提出

四川盆地川中古隆起GS1井区震旦系灯影组为低孔低渗白云岩岩溶储集层, 埋深约5 000 m左右, 厚度为200~300 m, 现已进入开发试验阶段。研究区内大多数井的地震合成记录与实际地震记录存在严重不匹配现象（主要指合成记录与实际地震记录之间相位、振幅和随偏移距变化规律等的不一致性）, 主要表现为：灯影组顶界实际地震资料反射振幅较合成记录弱, 筇竹寺组和灯影组内部地震资料上的强反射在合成记录上没有强反射与之对应, 而且多家单位处理的地震资料都存在这种现象（见图1虚线框区域）。由此造成高产井地震响应不明确, 地震储集层预测难以开展, 直接影响气藏有效开发。

图1 GS1井合成记录与3个单位不同年份处理的实际地震记录对比图

研究区中深层以海相碳酸盐岩沉积为主, 在高速地层背景下存在4组厚度较大的低速地层（见图1）, 分别是下三叠统飞仙关组泥岩及灰质泥岩地层, 上二叠统龙潭组页岩及灰质页岩地层, 下奥陶统南津关组泥岩、页岩夹粉砂岩地层, 以及下寒武统筇竹寺组泥页岩, 这些低速层的存在为多次波的产生创造了地震地质条件。所谓多次波是指发生过一次或者多次下行反射的地震波, 可以分为表层相关多次波和层间多次波。在自由表层以下地层发生下行反射的多次波称之为层间多次波。层间多次波的存在会带来许多负面影响, 首先是传统地震资料处理和解释技术都假设输入数据中没有多次波, 只有一次波, 多次波的存在使得绝大数地震资料处理和解释技术由于不满足前提假设而失效; 由于多次波的聚焦和散焦效应使得其下同相轴形态复杂化, 从而影响构造解释; 多次波的存在还会造成合成记录与实际地震记录严重不匹配, 阻碍储集层预测技术, 特别是地震反演技术的应用; 当目的层反射振幅较弱时, 多次波的影响更加严重, 甚至还会影响地质认识, 从而影响勘探决策部署。

目前, 压制多次波的方法主要可分为两大类[1]：滤波法和基于波动方程的预测法。滤波法主要利用多次波的周期性和可分离性来区分有效波和多次波, 通常要求多次波和一次波具有较好的可区分性。波动方程预测法利用波动方程或数据驱动方法预测多次波, 并将预测到的多次波通过自适应相减的方法从地震记录中减去以达到压制多次波的目的。由于层间多次波与一次波的旅行时和速度差异更小, 识别和压制更加困难。现阶段主要应用基于旅行时差异的方法进行压制[2], 这种方法浅层适用性较好, 深层效果差。扩展的SRME方法[3]是将波场延拓至产生层间多次波的界面后, 再利用SRME方法衰减多次波。Berkhout等[4]、Verschuur等[5]在SRME方法的基础上, 用共聚焦点（CFP）道集, 将表层多次波压制技术应用到了地下散射点, 从而实现层间多次波的预测, 但是该方法依赖于速度模型, 并且需要复杂的基准面重建。Weglein等[6]提出了基于逆散射级数（ISS）层间多次波去除方法, 其主要优势是不需要任何先验地下信息, 但计算量非常大; 金德刚等[7]推导了1.5维时间-空间域ISS层间多次波预测算法, 提高了计算效率, 但仍难以用于三维工区。Jakubowicz[8]利用一次反射的逆时数据和地震数据预测出相关的层间多次波, 吴静等[9]将这种方法扩展到多个界面的层间多次波压制。

本文在上述学者研究的基础上, 从井震不匹配入手, 首先排除了不匹配是由测井资料问题和地震资料处理严重失误, 以及AVO（Amplitude Variation with Offset）现象所造成的, 然后从上覆地层存在速度反转, 叠前道集和速度谱具有多次波特征, 含多次波声波方程和反射率法正演合成记录与实际记录更加吻合论证了不匹配是由于层间多次波造成的, 最后通过GS1井和GS6井VSP（Vertical Seismic Profiling）资料证实了该结论。在此基础上通过剥层正演模拟和层间多次波旅行时周期性分析了多次波来源, 指出研究区灯影组上覆4组速度反转层是层间多次波的主要来源。在多次波识别和来源分析的指导下, 通过井控、层控高精度速度谱拾取, 传统Radon变换创新应用, 结合基于模式识别的层间多次波压制技术, 形成了一套适用、有效、可复制的多次波压制处理方案, 大幅提高了研究区井震匹配程度和地震资料横向分辨, 并首次在灯影组发现了串珠反射, 波形分类和含气性检测结果与已知井的符合率大幅提高, 为开发井位部署提供了有力支持。

2 反射率法层间多次波正演模拟

地震波正演模拟是了解地震波传播特点、识别复杂地震波场（转换波、多次波等）信息、明确地质异常体地震响应特征的有效手段。其主要方法有射线追踪法、有限差分法和反射率法。反射率法精度高于射线追踪法和有限差分法, 可分为频率域和时间域反射率法, 频率域反射率法是一种数值变换法, 是实现层状半空间介质中全波场模拟的最有效方法; 时间域反射率法则具有简单直观的特点, 更适合于叠后层间多次波正演模拟。

2.1 叠后正演模拟

叠后正演模拟可以利用时间域一维反射率法实现[10], 这种方法以时间域一次波反射系数序列为基础, 逐层递推计算上、下行波的反射系数与透射系数, 进而得到包含多次波的时间域反射系数序列, 再与地震子波褶积得到叠后正演记录。杨昊等[11]人针对复杂地层多次波识别问题, 改进了时间域一维反射率法正演模拟方法; 为每个反射界面加入了一个下行反射控制系数, 用于控制最终正演记录中是否包含源于当前界面下行反射的多次波, 为查找多次波、识别其产生源头提供了有效手段。

2.2 叠前正演模拟

类似地, 考虑到P波与SV波的相互转换, 在层状介质中非垂直入射在界面两侧一共会产生16种反射及透射[12]波, 公式（1）为对应的反射与透射系数矩阵：

\[\left[ \begin{matrix} {{\mathbf{R}}_{\text{D}}} & {{\mathbf{T}}_{\text{U}}} \\ {{\mathbf{T}}_{\text{D}}} & {{\mathbf{R}}_{\text{U}}} \\ \end{matrix} \right]=\left[ \begin{matrix} {{r}_{\text{Pp}}} & {{r}_{\text{Sp}}} & {{t}_{\text{pp}}} & {{t}_{\text{sp}}} \\ {{r}_{\text{Ps}}} & {{r}_{\text{Ss}}} & {{t}_{\text{ps}}} & {{t}_{\text{ss}}} \\ {{t}_{\text{pp}}} & {{t}_{\text{sp}}} & {{r}_{\text{pP}}} & {{r}_{\text{sP}}} \\ {{t}_{\text{ps}}} & {{t}_{\text{ss}}} & {{r}_{\text{pS}}} & {{r}_{\text{sS}}} \\ \end{matrix} \right]\ \ （1）\]

某个界面k与它下面所有层的总反射响应可以利用公式（2）递推求解[13]：

${{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{-})=\mathbf{R}_{\text{D}}
{k}+\mathbf{T}_{\text{U}}
{k}{{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{+}){{\left( \mathbf{I}-\mathbf{R}_{\text{U}}
{k}{{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{+}) \right)}
{-1}}\mathbf{T}_{\text{D}}
{k} （2）$

当不考虑层间多次波时, 公式（2）可以简化为：

${{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{-})=\mathbf{R}_{\text{D}}
{k}+\mathbf{T}_{\text{U}}
{k}{{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{+})\mathbf{T}_{\text{D}}
{k} （3）$

当仅考虑一阶多次波时, 利用级数展开和截断, 公式（2）可以简化为：

${{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{-})=\mathbf{R}_{\text{D}}
{k}+\mathbf{T}_{\text{U}}
{k}{{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{+})\left( \mathbf{I}\text{+}\mathbf{R}_{\text{U}}
{k}{{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{+}) \right)\mathbf{T}_{\text{D}}
{k} （4）$

实际应用中可以根据需要对公式（2）进行简化。利用波的传播算子, 可以建立第k个反射界面的总反射系数与第（k+1）个反射界面的总反射系数之间的关系：

${{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k}
{+})=\mathbf{E}{{\mathbf{R}}_{\text{D}}}(z_{k+1}
{-})\mathbf{E}$ （5）

其中, E为频率域P波和S波的相位延迟：

$\mathbf{E}=\left[ \begin{matrix} {{e} {i\omega \sqrt{{{\alpha } {2}}-{{m} {2}}}z}} & {} \\ {} & {{e} {i\omega \sqrt{{{\beta } {2}}-{{m} {2}}}z}} \\ \end{matrix} \right] （6）$

为了求取第1个反射界面以上的总反射系数, 需要从最底层开始, 依次利用公式（5）和公式（2）不断递推。求取了第1个反射界面以上的总PP波反射系数和总PS波反射系数以后, 就可利用柱坐标系下的平面波解计算垂向和径向位移分量的频率域脉冲响应：

${{u}_{\text{z}}}=A{{\omega }
{2}}\exp \left( -i\omega t \right)\int\limits_{0}
{\infty }{{{J}_{0}}\left( \omega mr \right)\left\{ m{{r}_{\text{Pp}}}\left( z_{1}
{-} \right)\exp \left( i2\omega \xi z \right)+{{m}
{2}}\frac{\beta }{\alpha }\frac{1}{\xi }{{r}_{\text{Ps}}}\left( z_{1}
{-} \right)\exp \left[ i\omega \left( \xi z+\eta z \right) \right] \right\}\text{d}m} （7）$

\[{{u}_{\text{r}}}=-Ai{{\omega }
{2}}\exp \left( -i\omega t \right)\int\limits_{0}
{\infty }{{{J}_{1}}\left( \omega mr \right)\left\{ \frac{{{m}
{2}}}{\xi }{{r}_{\text{Pp}}}\left( z_{1}
{-} \right)\exp \left( i2\omega \xi z \right)-m\frac{\beta }{\alpha }\frac{\eta }{\xi }{{r}_{\text{Ps}}}\left( z_{1}
{-} \right)\exp \left[ i\omega \left( \xi z+\eta z \right) \right] \right\}\text{d}m}\ \ \ （8）\]

最后将${{u}_{\text{z}}}$与${{u}_{\text{r}}}$变换回时间域, 再与地震子波进行褶积, 就可以合成得到相应的叠前正演道集记录了。

3 井震不匹配成因辨识

井震匹配质量与测井和地震资料都有关系, 从井径曲线看（见图1）, 测井资料质量较高, 由于影响地震资料时间和振幅信息的因素很多, 因此要分析井震不配的成因, 要首先排除处理因素造成的影响, 图1为3家单位处理结果井震标定图, 由图可见, 3家单位处理结果大体一致, 在井点处均存在井震匹配程度低的现象（见图1虚线框区域）。这说明灯影组和筇竹寺组井震不匹配问题并非某次处理严重失误所致。此外, 如果某些界面的反射振幅随偏移距增加而增加, 即存在AVO现象, 那么叠加后的振幅会比一次波合成记录的振幅强, 从而造成井震不匹配, 通过实际地震道集与波动方程正演道集的近、远道部分叠加对比发现, 无论是近道部分叠加, 还是远道部分叠加都存在井震不匹配问题, 因此本次排除了AVO响应的影响。

图2是GS1井区典型道集和速度谱, 由图可见, 1.5 s以浅地层一次波能量团十分清晰, 道集同相轴没有下拉现象; 1.5 s以深地层速度谱能量团开始发散; 到了灯影组（2.15~2.45 s）, 道集存在微弱下拉现象,

图2 GS1井区典型地震道集及其速度谱特征

速度谱上能量团更加发散, 且存在低速能量团; 2.8 s以深震旦系, 低速能量团更加明显, 有些强度与一次波差不多, 道集下拉现象更加明显。即在灯影组道集和速度谱上虽然有多次波特征, 但一次波与层间多次波能量和速度差异小, 压制难度大。

图3为过GS11井— GS1井— GS9井实际地震剖面与基于反射率法的一次波和多次波正演模拟剖面对比图, 由图可见, 一次波加多次波正演模拟剖面与一次波正演模拟剖面差异很大, 但与实际剖面更加接近, 而且多次波的存在使得其下覆地层反射同相轴复杂化（见图3虚线框区域）, 可能影响构造解释。基于声波波动方程的正演模拟也得出相似的结论, 证实了目的层段实际地震资料中包含有多次波。类似地, 图4为GS1井叠前正演道集与实际道集对比图, 可以看出, 包含多次波的正演道集与实际道集特征十分相似, 灯影组以下的远道反射同相轴都有下拉现象, 而且地层越深, 下拉现象越明显。值得注意的是, GS1井灯影组底界以下没有测井资料, 因此, 一次波合成道集记录上基本没有同相轴, 都是噪声, 但是在包含多次波的合成道集上有许多下拉同相轴, 与实际道集上下拉同相轴几乎一致, 应该都是由于其上部多次波造成的, 因此, 可以推断该区深层受多次波的影响将更加严重。

图3 过GS11井— GS1井— GS9井反射率法正演模拟剖面与实际剖面对比图

图4 GS1井反射率法合成道集与实际道集对比图

由于VSP资料在地面激发, 井中接收, 更接近目的层, 可以更好地分析波场特征。上行波场中对于某一个界面的响应是由下行的入射波场和这个界面的反射系数决定的, 在数学上可以通过褶积的方式来表示。因此, 通过上下行入射波场之间的反褶积可以得到该界面的反射系数。首先对VSP数据做波场分离, 基于此理论, 用分离得到的上下行波场做反褶积运算, 可以达到压制多次波的目的。图5左右两边分别为GS1井反褶积前后VSP道集和走廊叠加, 中间是一次波合成记录。为了尽可能地保持原始资料的特征, 反褶积处理前, 仅对VSP原始资料做了能量均衡和拉平。反褶积前走廊叠加与一次波合成记录对比可见, VSP资料在筇竹寺组和灯影组也存在不匹配问题（见图5箭头所示）, 而反褶积后筇竹寺组和灯影组的地震反射强能量得到了压制, VSP走廊叠加与一次波合成记录匹配程度得到大幅提高, 这也得到工区内GS6井VSP资料的证实。而反褶积处理是VSP资料消除层间多次波的经典技术, 进一步验证了目的层段井震不匹配是由于层间多次波造成的。

图5 GS1井反褶积前（a）后（c）VSP走廊叠加与一次波合成记录（b）对比图

4 层间多次波来源分析

为了分析层间多次波的来源, 采用了下行波可控反射率法多次波正演模拟[11], 其关键就是为每个反射界面加入了一个下行波控制系数, 当某个目的层以上所有界面的控制系数都为零时, 该目的层以上地层都不产生层间多次波, 只有该目的层以下地层产生多次波, 这样从浅到深进行多次正演模拟, 并将每一次正演模拟结果与只含一次波合成记录进行互相关, 就可以知道层间多次波的来源。图6a为GS1井15次多次波正演模拟结果, 每一列图上部没有合成记录段表示该段地层不产生层间多次波, 最后一列图表示灯影组顶界以上都不产生层间多次波, 也即此列图中灯影组合成记录不含多次波, 只有一次波。图6b为图6a灯影组部分放大图, 图6c分别为灯四段、灯二段和整个灯影组含多次波合成记录与只含一次波合成记录最大互相关系数分布图, 由此可见, 左面9列图合成记录变化不大, 对应的互相关系数变化也比较小, 但从第10到13列图对应的互相关系数增加较快, 由于图中第9到第13列图分别对应是从三叠系嘉陵江组一段（T1j1）、飞仙关组三段（T1f3）、飞仙关组一段（T1f1）、二叠系龙潭组（P2l）和下奥陶统南津关组（O1n）底界以上不产生多次波的合成记录, 由此可以得到如下结论, 即嘉陵江组以上地层产生的层间多次波对灯影组影响不大, 但飞仙关组、龙潭组和奥陶系产生的层间多次波对灯影组影响比较大, 这刚好与前面提到的4组低速层段中的前3组相对应, 第4组是筇竹寺组泥岩段, 由于与灯影组相距近, 对灯影组地震响应影响小, 对其下部地层影响大。这些多次波来源分析结论也可以通过多次波周期性得到验证, 即从灯影组井震不匹配的同相轴出发, 依据周期性原则, 很容易找到多次波发生的同相轴, 这些同相轴都与上覆低速层段反射有关。

图6 GS1井基于反射率法剥层正演模拟分析层间多次波来源

5 层间多次波压制技术

为了制定多次波压制处理流程, 对当前常用的多次波压制技术进行试验研究, 包括预测反褶积、Radon变换、3DSRME、逆散射和SPLAT（Specified Peg Legs Attenuation）等技术。其中预测反褶积能一定程度压制短程多次波, 但长周期多次波压制效果不明显, 且压制的能量有限; 3DSRME压制长程多次波有效, 但层间多次波压制效果差; Radon变换压制多次波在道集和速度谱上效果明显, 但在叠加剖面上效果不明显, 这可能与近道多次波速度与一次波差异更小有关, 要提高近道多次波压制效果, 需要进一步提高速度精度; 基于逆散射序列的多次波压制方法理论基础扎实, 方法先进, 效果佳, 但运算巨大、时效性低, 目前不具备三维应用条件; SPLAT技术压制多次波能力强, 但应用时需要知道产生多次波的准确层位信息。可见, 由于层间多次波与一次波的旅行时和速度差异更小, 压制更加困难, 而且绝大数方法是针对海上地震资料研发的, 应用到陆上三维地震资料效果均不理想。针对这个关键问题, 笔者转变技术思路, 提出了先准确识别, 再仔细压制的技术对策, 形成了在多次波识别和来源分析的指导下, 通过叠前与叠后方法相结合、顺序渐进、多次迭代的压制方案, 其处理流程见图7。

图7 GS1井区灯影组多次波压制处理流程和关键技术

本文采用的关键技术是叠前Radon变换技术和叠后SPLAT多次波压制技术。叠前Radon变换技术分别在偏移前、后的地震道集上使用。在叠前时间偏移前的共中心点（CMP）道集上, Radon变换仅对多次波进行适度压制, 主要目的是消除与一次波存在明显速度差异的多次波, 提高速度谱质量, 为高精度速度拾取奠定基础, 以不损伤有效波为原则。在叠前时间偏移后的共反射点（CRP）道集上, 进行了高精度剩余速度分析与多次波压制迭代处理, 尽可能多地压制多次波, 其核心是高精度速度分析, 因为能否准确拾取一次波的速度是多次波压制成败的关键, 只有一次波的速度准确, 才能够选择更小的时差参数, 尽可能多地压制与一次波速度差异小的多次波[14]。采用技术对策有两个方面, ①加密了速度分析网格, 从以往的1 km× 1 km细化到400 m× 400 m, 以减小横向速度插值误差; ②采用处理解释一体化的研究思路, 在地震速度拾取中以构造解释的时间层位为约束, 沿构造层位拾取速度, 减小多次波干扰。通常, 深层多次波都来自浅层强反射, 因此, 多次波和浅层强反射之间具有一定的内在相关性, 会表现出相似的旅行时、振幅、频率特征。基于这些相似性, 在已知多次波来源时窗时, 能够利用模式识别、主成分分析或最大相似性方法来预测和压制多次波, SPLAT技术就是基于这种原理的多次波压制技术, 它需要已知多次波产生的层位, 前面多次波识别和来源分析为此奠定了基础。

由于研究区一次波和多次波差异小, 压制多次波的同时有可能损伤有效波, 因此在多次波压制处理过程中采用了多种方式进行质控。特别是对于关键处理步骤, 通过点、线、面对比分析, 借助质量监控图件, 监控处理过程中的振幅变化, 有效评价多次波压制效果。点的质控包括过关键井的地震叠前道集、叠加速度谱和井震标定等。线的质控包括过关键井的地震叠加剖面、残差剖面对比等。面的质控包括关键层位（灯影组顶界, 灯四段内部）的沿层属性图等。

6 层间多次波压制效果分析

一般而言, 测井合成地震记录和井旁道越相似, 则说明地震资料品质越高。表1为工区内10口井合成记录与2012年、2017年联片处理以及多次波压制后实际资料互相关系数统计结果, 由表可见, 多次波压制后研究区内所有井实际地震记录与合成记录的相关系数都得到改善, 全部10口井相关系数都大于0.55, 其中5口井超过0.8, 平均相关系数从2012年的0.57和2017年的0.62, 提高到0.74, 井震匹配程度得到了大幅度提高。

表1 研究区内10口井目的层段附近实际记录与合成记录相关系数统计表

图8为研究区典型剖面新老地震资料对比图, 在2012年联片处理地震资料上纵向上地震反射振幅能量基本一样, 灯影组反射特征与上覆碎屑岩地层反射特征基本相似, 灯影组和筇竹寺组内部强反射很多, 碳酸盐岩地震反射特征不明显[15]（见图8a）。2017年联片处理资料上灯影组顶底界反射得到增强, 内部反射变弱, 但与上覆碎屑岩地层反射特征差异不明显, 碳酸盐岩地层反射特征仍然不明显。多次波处理压制后剖面上灯影组整体表现为3强2弱（灯影组顶界、灯三段底界和灯影组底界地震反射强, 灯四段白云岩和灯二段白云岩地层地震反射较弱）、内部反射连续性差的地震反射特征。灯影组整体反射特征与上覆碎屑岩差异较大（见图8c）。多次波压制后地震资料横向分辨率也得到提高, 小断裂更加清晰, 工区内共识别出断层28条, 而在2012年联片数据上只识别出8条断层（见图9）; 而且过去能量微弱、很容易被忽略的“ 串珠状” 反射得到增强, 在新处理的剖面上很容易识别（见图8c）, 具备了典型碳酸盐岩地层反射特征, 说明处理取得了良好的地质效果。通过GS9井附近“ 串珠状” 反射与钻井、录井资料对比分析表明, 这种“ 串珠状” 反射可能是由于大段裂缝-孔洞型储集层造成的, 是下一步勘探开发需要重点关注的领域。

图8 研究区典型剖面新老地震资料对比图

图9 2012年联片数据（a）与多次波压制后（b）断层解释结果对比图

为进一步评价层间多次波压制效果, 分别利用该区2012年联片处理和多次波压制后地震资料开展了波形分类和烃类检测研究, 并对比分析其结果。波形分类技术只利用目的层段的地震波形资料, 不受人为因素干扰, 是一项非常客观、绿色的技术。它首先对部分地震数据利用KOHONEN自组织神经网络技术抽取具有代表性的典型地震道, 这些道能够代表整个工区的总体变化, 对所有典型地震道按波形渐变顺序排列, 对每一个典型道指定一个值或一种颜色, 就形成了模型道, 模型道的个数可以根据实际地震资料的复杂程度由用户确定, 然后把工区内每一道与模型道内所有典型地震道进行互相关, 并把具有最大互相关值对应的典型地震道的数值或颜色赋给该实际地震道, 这样相似波形的地震道具有相同或相近的值或颜色, 就形成了地震相分布图, 实际上它是实际地震道与典型地震道的相似性图。结合储集层厚度、岩性、物性和含油气性替代后的正演模拟结果, 可以赋予这些典型地震道储集层和流体变化的信息。该区地震相图上褐色与黄色为好储集层, 绿色和浅蓝色为差储集层（见图10）。

图10 灯四上段2012年联片数据（a）和多次波压制后数据（b）波形分类结果对比图

工区内10口井测试结果大致可分为3类（见表2）：第3类为日产气量小于20× 104 m3井; 第2类为日产气量为（20~50）× 104 m3井; 第1类为日产气量大于50× 104 m3井。第1、2类井统称为高效井, 3类属于低效井。两者对比分析表明, 2012年资料波形分类结果中有4口井与试气结果不吻合（见图10a）, 分别是GS2井、GS8井、GS10井和GS11井, 符合率为60%（见表2）, 其中GS2井和GS8井正好处于多次波发育带的中心部位, 而在多次波压制后波形分类结果中只有GS1井不吻合（见图10b）, 符合率为90%（见表2）。

表2 2012年联片数据和多次波压制后数据灯四上储集层波形分类和烃类检测符合率统计表

图11 GS1井区高效井与低效井井旁道灯四段上部频谱对比图

另外, 笔者使用双相介质烃类检测技术预测了含气富集区[16]。双相介质是指由具有孔隙的固体骨架（即固相）和孔隙中所充填的流体（即流相）所组成的介质。Biot理论认为, 当地震波穿过双相介质时, 固相和流相之间产生相对位移, 从而产生频散与衰减。研究表明, 当储集层中含油气, 特别是含气时, 地震反射具有“ 低频共振、高频衰减” 的特征[16], 即储集层含气时, 低频能量增强, 高频减弱, 与不含油气时特征完全不同。图11是已知井井旁地震道灯四上段储集层频谱分布图, 从图中可以看出, 高效井GS2井和GS6井低频段振幅谱能量远高于高频段振幅谱能量, 而低效井GS10井和GS11井在高频段振幅谱能量高于低频段振幅谱能量, 因此可以利用分频技术分析高低频能量差异, 通过模式识别方法识别含油气性。图12是2012年联片数据与多次波压制后数据灯四段上部含气性识别结果对比图, 图中红色为高产区, 浅蓝色为低产区, 通过与试气结果对比可知, 2012年联片数据预测结果有3口井不吻合, 其中GS11井测试为低产井, 但预测为高产井, GS12井和GS102井测试为高产井, 预测为低产井, 总体符合率70%。多次波压制后含气性检测结果全部吻合, 符合率100%。将两套数据井点处烃类检测值与已知井产气量对比表明（见表2）, 多次波压制后烃类检测值与产气量之间的关系是单调递增的, 即随着产气量增加检测值亦增加, 相关系数高达0.91; 而2012年联片数据烃类检测值与产气量关系比较分散, 规律性差, 随产气量增加检测值先降低再增加, 相关系数只有0.63。

图12 2012年联片数据（a）和多次波压制后数据（b）灯四上段烃类检测结果对比图

7 高石梯— 磨溪地区多次波发育强度预测

由图2可见, 多次波越发有, 目的层段内最大与最小速度谱能量团差异越大。通过统计灯影组内部能量团对应的速度差异, 可以定量反映多次波发育程度, 根据这个原理, 利用联片处理的速度谱资料预测了高石梯— 磨溪地区7个三维联片工区（约4 000 km2）的多次波发育程度（见图13）, 由图可见, GS1井区多次波比较发育, 而MX22井区多次波不发育, 这与已有地震资料认识是一致的, 而且多次波发育强度与典型井合成记录和实际记录相关系数成正相关（相关系数达0.84）佐证了该评价指标的有效性。这为高石梯— 磨溪地区地震资料评价, 处理技术优选, 以及地震解释结果可靠性和灯影组开发井位风险评估等提供了重要依据, 具有重要应用价值。

图13 高石梯— 磨溪地区灯四段多次波发育强度分布图

8 结论

基于反射率法的多次波正演模拟是层间多次波识别的核心技术, 结合其他7种手段论证了川中震旦系灯影组井震不匹配主要是由层间多次波造成的, 明确了上覆4组速度反转层是灯影组层间多次波的主要来源。在层间多次波准确识别和来源分析指导下, 通过层位约束速度分析和精细拾取, 以及传统Radon变换法的创新应用, 突破了由于层间多次波与一次波差异小使得现有叠前方法难以奏效的困境, 结合基于模式识别的叠后多次波压制技术, 形成了适用、有效、可复制的多次波压制处理方案。该方案大幅提高了井震匹配程度, 剖面地质结构特征更加符合沉积规律, 横向分辨率更高, 小断裂与小异常体特征更清晰, 并在研究区灯影组发现了串珠反射。基于地震波形分类的储集层预测符合率从60%提高到90%, 基于双相介质的烃类检测符合率从70%提高到100%。

符号注释：

E— — 频率域P波和S波的相位延迟矩阵; I— — 单位矩阵; J0— — 0阶贝塞尔函数; J1— — 1阶贝塞尔函数; m— — 射线参数; r— — 反射系数; $\mathbf{R}_{\text{D}}
{{}}$— — 下行波反射矩阵; $\mathbf{R}_{\text{D}}
{k}$— — 第k个反射界面上的下行波反射矩阵; $\mathbf{R}_{\text{U}}
{{}}$— — 上行波反射矩阵; $\mathbf{R}_{\text{U}}
{k}$— — 第k个反射界面上的上行波反射矩阵; ${{R}_{\text{D}}}(z_{k}
{-})$— — 第k个反射界面以上地层总的反射系数; ${{R}_{\text{D}}}(z_{k}
{+})$— — 第k个反射界面以下地层总的反射系数; t— — 透射系数; $\mathbf{T}_{\text{D}}
{{}}$— — 下行波透射矩阵; $\mathbf{T}_{\text{D}}
{k}$— — 第k个反射界面上的下行波透射矩阵; $\mathbf{T}_{\text{U}}
{{}}$— — 上行波透射矩阵; $\mathbf{T}_{\text{U}} {k}$— — 第k个反射界面上的上行波透射矩阵; ${{u}_{\text{r}}}$— — 径向位移分量; ${{u}_{\text{z}}}$— — 垂向位移分量; α — — 纵波速度; β — — 横波速度; ξ — — 垂向空间波数; η — — 径向空间波数; ω — — 圆频率。下标：p— — 上行纵波, P— — 下行纵波; s— — 上行横波, S— — 下行横波; z— — 垂向; r— — 径向。

The authors have declared that no competing interests exist.

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