VSP多次波研究与应用_蔡志东.pdf

蔡志东，王赟，王冲，等 多次波研究与应用 石油物探，（）：，（）：收稿日期：。第一作者简介：蔡志东（），男，博士，高级工程师，主要从事井中地震方法研究工作。：基金项目：中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目（，）和中国石油天然气股份有限公司重大工程技术现场试验项目（）共同资助。（，）（）多次波研究与应用蔡志东，王赟，王冲，王勇，管延斌，刘国（中国石油集团东方地球物理公司新兴物探开发处，河北涿州 ；中油奥博（成都）科技有限公司，四川成都 ；中国地质大学（北京）地球探测与信息技术学院，北京 ；中国石油集团东方地球物理公司研究院，河北涿州 ；东营同邦石油科技有限公司，山东东营 ）摘要：地震资料中包含的多种多次波往往会引起地层结构的假象，给油气藏勘探开发造成了严重的影响。针对地震资料中多次波难以识别和压制的问题，提出了基于 资料的多次波特征分析及其应用方法。首先对 多次波产生的原因进行了理论分析，从实际地震资料中的多次波出发，深入讨论了多次波的产生条件以及井中和地面地震资料中多次波的异同点，归纳了多次波的分类方法，认为 多次波具有全程可追踪、易于识别等特点，这对于地震波传播规律分析、地震资料处理方法研究具有重要的指导意义；然后对 多次波特征进行了分析，建立了多次波地震地质模型，并利用正、反演模拟结果分析 多次波特征，进而讨论了 多次波的识别方法；在此基础上，综合评价了 多次波在地震数据处理解释中的应用方法和效果，包括用于指导地面地震多次波识别、对多次波污染程度进行分析、表层结构静校正量计算及表层因子评估、多次波成像、井地联合多次波压制等方面；最后展望了下一步多次波研究的发展方向，预计随着井地联合采集试验的增多，多次波成像将有更大的发展和应用空间，此外，井地联合多次波压制方法也将是未来的重点研究方向。关键词：多次波；井地联合；多次波特征分析；多次波识别；多次波压制处理；多次波成像中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：，（.，.，；.（）.，；.，（），；.，.，；.，.，）：，第 卷第期 年月石油物探 ，：，地震资料中常常包含有各种各样的多次波，其识别和压制方法一直受到地球物理工作者的广泛关注。由于地表和地下地层结构的变化，造成多次波的周期、频率、振幅等复杂多变，且常常与有效反射波相互干涉，影响地震成像结果的可靠性，为地震解释和地质认识带来困难和挑战。因此，多次波通常被认为是地震数据中主要的噪声波场之一，如何准确有效地识别多次波对于精细地震数据处理十分重要，在这一领域许多学者已进行了较为深入的研究。地面地震资料中的多次波通常被归为噪声波场，而 资料中的多次波具有全程可追踪、易于识别和压制处理等特点，并且携带有大量有用的地震地质信息，因此具有较高的研究与利用价值。资料与地面地震资料的一个重要区别在于前者同时包含上行和下行波场，其下行直达波可以用于提取地震子波和计算地层速度，进而获得反褶积因子、衰减系数等地球物理参数，而下行多次波可以用于辅助地面地震多次波识别，分析多次波的来源和传播过程，进而可以用于评估多次波污染程度以及指导地面地震多次波压制等。目前，下行多次波成像方法研究取得了较大进展。本文从 多次波产生的机理出发，分析多次波的特征和分类方法，并结合实际生产数据讨论 多次波在指导地面地震多次波识别、多次波污染分析、下行多次波成像、表层结构静校正量计算及表层因子评估等方面的应用效果。多次波理论分析 多次波现象分析通常地震波在传播过程中遇到地层界面后反射回地表被检波器接收，地面地震勘探方法中，我们利用接收的地震记录反演地下地质构造。当地震波在地下界面仅发生一次反射并向上传播时，被称为一次反射地震波。目前绝大多数的地震勘探中，都是利用一次反射地震波进行数据处理与解释分析。实际的地下地层情况非常复杂，往往速度、密度、厚度、产状不同的多层介质共存，地震波在传播过程中可能反复遇到强波阻抗界面，形成复杂的多次反射地震波，这类地震波通常被称为多次波。多次波与地面地震多次波的产生机理相同，不同的是 检波器置于井中，所记录的数据中包含了上行多次波和下行多次波等，波场成分更为复杂。图展示了种 波场一次波和多次波传播路径。其中，图 为未发生多次反射情况下的下行图 波场一次波和多次波传播路径上行一次波和下行一次波的传播路径；下行多次波的传播路径；上行多次波的传播路径；层间上行多次波、层间下行多次波的传播路径石油物探第 卷一次波（直达波，图中以虚线示意）和上行一次波的传播路径，图 为下行多次波的传播路径，图 为上行多次波的传播路径，图 为层间上行多次波、层间下行多次波的传播路径。多次波的产生条件 多次波产生的基本条件是存在不少于个波阻抗界面。由于地表与空气的分界面是一个良好的波阻抗界面，理论上地层中只要存在一个地层界面就可能产生多次波。因此，实际地震数据采集中只要地震波入射角不大于临界角度，总会产生多次波。不同界面的反射系数大小决定了多次波的强弱，较强的反射界面通常会伴随清晰可见的多次波现象。常见的强反射界面包括火成岩界面、煤层界面、基岩顶面、不整合面等。资料中下行多次波被观测到的条件是检波器位于反射地层下方。需要指出的是，地震波传播过程中所产生的多次波中，仅少数能量较强的部分可被地震记录仪器记录，后文中将进一步讨论这一问题。与地面地震多次波异同点分析 资料中的多次波和地面地震资料中的多次波既有相同点也有不同之处。相同点在于：一是产生多次波的强反射界面相同，二是在成像剖面或动校正后的剖面上多次波的双程时间相同，三是多次波的重复规律和形态特征相同。不同点在于：一是地面地震通常不产生下行波，多次波的产生与传播路径不清晰，资料中含有下行多次波，波场全程可追踪；二是 资料包含深度信息，可以与测井、录井解释的地层深度和岩性信息直接对应。这两点重要的差异使得我们可以利用 独有的观测方式准确识别多次波，进而指导地面地震识别以及压制多次波，以提高地震资料处理成果的精度和可靠性，并且有效降低地震资料的多解性。多次波的分类广义上讲，地震波在水平地层中传播的过程中，地面或井中检波器所记录的任何反射次数多于次的地震波场都是多次波。复杂的实际地层中，多次波的传播路径非常复杂，地震记录中的多次波特征也各不相同。通常根据多次波的形成原因，将地面地震多次波划分为全程多次反射波短程多次反射波微屈多次反射波和虚反射等类型。对于 资料中的多次波，除了根据多次波成因分类，还可以根据反射界面类型、记录入射角方向等将其分类。）根据多次波的形成原因分类时，多次波与地面地震多次波分类方法相近，可分为全程、短程、微屈多次波和虚反射等。其中，全程多次波是指上行反射波返至地面后再次向下传播，到达同一反射界面后再次发生一次或多次反射，被浅部检波器记录到的上行多次波或深部检波器记录到的下行多次波；短程多次波与全程多次波相对应，指地震波下传过程中未达到原反射界面深度的多次波；微屈多次波和虚反射虽来源于浅地层，但不同深度的 检波器仍可以观测到，且在共检波点道集中特征明显。）根据反射界面的不同，可以划分为自由界面多次波和层间反射多次波。自由界面多次波是指在自由界面至少一次向下或向上传播的地震波。层间多次波是指地震波在传播过程中，在两个反射界面间多次反射时所记录到的上行和下行多次波。其中存在一种特殊的情况，即当检波器位于两个反射界面之间时，可以记录到被两个界面所束缚、不会传出的层间多次波。）根据井中检波器接收方向不同，可以划分为下行多次波和上行多次波，其中下行多次波是采用 观测方法得到的特有波场，综合利用上、下行波场可以分析 多次波产生的原因、传播路径，并指导多次波压制、多次波成像处理等。多次波特征分析利用地质模型进行正演模拟可以更好地分析 多次波特征，将其与地面地震资料进行对比，可以分析多次波形成机制，识别产生多次波的地层界面，为多次波压制处理提供依据。多次波正演建立水平层状地质模型，并设计了一个容易产生多次波的浅地层界面，为了使该界面所产生的多次波在地面和 波场中清晰可辨，反复试验，定义该地层界面厚度为、地层速度为 。图 为该模型及二维地震观测系统，图 为该模型及零井源距 观测系统，图中蓝色点代表地震波激发点位，红色点代表接收点位。根据图所示的观测系统，分别模拟得到了不含多次波和含有多次波的二维地震记录和 地震记录，其中不含多次波和含多次波的地面地震模拟记录如图 和图 所示，不含多次波和含多次波的 模拟记录如图 和图 所示。对比可知，图 和第期蔡志东等 多次波研究与应用图水平层状地质模型二维地震观测系统（）和零井源距 观测系统（）图地面地震和 模拟地震记录不含多次波的地面地震模拟记录；含多次波的地面地震模拟记录；不含多次波的 模拟记录；含多次波的 模拟记录图 中多次波均清晰可见、周期特征明显，严重地干扰了一次反射波。采用相同的处理参数，对图中的正演模拟记录进行处理，且处理流程均未包括反褶积处理步骤，得到了如图所示的处理结果，为便于对比分析，个剖面均选用双程时间剖面。其中，图 为不含多次波的地面地震成像剖面，图 为含多次波的地面地震成像剖面，对比可知，图 存在一些由多次波产生的地层界面“假象”，与真实的地层信息混淆，给地震资料解释带来困难。图 为不含多次波的 动校拉平剖面，图 为含多次波的 动校拉平剖面，因多次波产生的位置较深，造成的影响比较直观，图地面地震成像剖面和 动校拉平剖面不含多次波的地面地震成像剖面；含多次波的地面地震成像剖面；不含多次波的 动校拉平剖面；含多次波的 动校拉平剖面石油物探第 卷故将图 与图 对比分析，准确地识别出图 中的多次波成分，用于指导多次波的压制处理。模拟数据多次波分析综合 和地面地震数据进行地震层位对比分析，结果如图所示。其中，图 为含多次波的地面地震成像剖面，图 为含多次波的 动校拉平剖面，图 左侧与图 的同相轴一一对应，图 右侧黑色虚线表示 的初至位置，产生于井筒附近，该位置的上行波为一次反射波，与图 中不含多次波的地面地震成像剖面同相轴一一对应。分析可知，号同相轴为地震一次反射波，反映了真实的地层界面，而，号同相轴则为不同地层产生的多次波反射，分析结果可以用于指导地面地震多次波的识别和压制。图 动校正剖面多次波分析结果含多次波的地面地震成像剖面；含多次波的 动校拉平剖面；不含多次波的地面地震成像剖面 多次波识别方法地 面地震 中多次波 识别 方法 通 常 包括：根 据多次波的速度特 征在 速度 谱上识 别 多 次波、根 据区域研究经验在单炮 道集 上识别 多 次 波、根 据 成像结果在 时 间 剖 面 上 识 别 多 次 波 等，上 述 方法均为间接的多 次波 识别 方法，存 在 一 定 的 不 确定性，因此研究如何利用 资料进行多次波识别十分重要。）下行多次波识别。在 激发点或接收点道集中首先识别下行初至波，进而根据道集中波场特征，将所有与初至下行波性质相同、同相轴接近平行的波场判定为下行多次波。下行多次波是分析多次波产生原因的关键，也是多次波成像的基础数据。有学者将旅行时随着观测点深度增加而增大作为判别下行初至波和下行多次波的依据之一并不严谨。此外，个别 资料中会出现横波转换为纵波的情况，在这种情况下与初至相平行的下行波也不能定义为下行多次波。）上行多次波识别。在 激发点道集中可以依据以下个特征判别上行多次波，一是多次波与对应的一次波视速度接近，多次波的旅行时大于对应一次波的旅行时，并表现出一定的周期规律；二是上行一次波与初至波相交，而多次波与初至波不相交，这也是利用 资料直观判断多次波的一个重要标志；三是多次波同相轴终止的深度位置通常指示着形成多次波的反射界面，由此可判断多次波的产生深度，将其与测井、岩性录井等深度域数据进行综合分析，还可以得到多次波在各个界面上来回反射的传播过程。）层间多次波识别。层间多次波在激发点道集中更容易判断，一是满足前面所述下行多次波和上行多次波的判别标准，二是具有在两个深度界面之间反复传播的特征。需要指出的是，在对国内外不同地区 余口井的 资料进行多次波分析时发现，清晰可见的层间多次波的案例较少，塔里木盆地西南部、准噶尔盆地