车排子地区近地表多次波特征及压制方法

徐照营

(中国石油化工集团公司石油工程地球物理有限公司河南分公司，河南南阳473132)

春光油田位于准噶尔盆地车排子凸起上。车排子凸起为准噶尔盆地西部隆起的次一级正向构造单元，其西北以扎伊尔山为界，东以红车断裂带与昌吉凹陷相接，南面为四棵树凹陷及伊林黑比尔根山，长期处于隆起状态。车排子凸起自下而上发育地层依次为石炭系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系沙湾组、塔西河组、独山子组、第四系西域组[1]。其中，发现油气的新近系沙湾组内部划分为3段，岩性主要为砂泥岩互层。春光油田油气勘探始于20世纪50年代初，近年来持续在沙湾组发现了一批典型亮点型岩性稀油油藏，同时发现了一些非典型亮点的岩性油藏、断层-岩性油藏等，其中岩性类油藏在春光油田占据重要地位。春光油田砂岩储层厚度薄、砂泥岩互层叠置结构复杂，单个砂体及油层的分布情况预测难度大，需要高保真、高分辨率、高信噪比的地震资料。而由于受表层低速层的影响，该区存在强低频线性干扰，严重影响了地震资料的信噪比和分辨精度。前人一般是通过双向预测法、噪声减去法和各种滤波方法来压制这种线性干扰波[2-8]，但这些方法，特别是滤波方法，在线性干扰波能量较强，频谱特征与有效波相近时，会对有效波造成损伤。为了从根本上有效压制线性干扰，达到改善原始单炮记录品质的目的，有必要在地震资料采集过程中对这种表层低频多次波进行压制。

我们在春光油田车排子地区进行了系统试验，在分析该区低频线性干扰特点的基础上，研究了在野外采集过程中压制低频线性干扰的方法，提出了野外采集方法和室内处理方法相结合的解决方案。

1 表层多次波形成机理

根据以往研究，当地震波进入近地表低速层或在其中激发时，会在低速层的两个界面之间形成多次反射/折射，从而形成表层多次波，导致地震记录上出现强能量、多相位低频线性干扰[9-11]。Horn等[12-13]在水平层状介质中的多次波射线路径研究中，假设多次波总的最大反射次数为M，地层总层数为J，第j层中上行波入射至第j层顶界面时，反射次数为μj，第j层中下行波入射至第j层底界面时，反射次数为mj；约定如果一次上行波不再向下反射，则不会有任何多次波，如果一次上行波向下反射产生一次多次波后不再向下反射，则将有一次多次波。于是有

(1)

且有

(2)

0≤μj,mj0≤μJ

(3)

所有满足公式(1)到公式(3)的解{μ1,…,μJ;m1,…,mJ}的个数即为多次反射波射线类型组数。

春光油田车排子地区表层由低速层、降速层和高速层3层结构组成。低速带厚度一般为4.0～15.0m，全区比较稳定;降速带厚度南北薄，中部厚，其中南部厚度在4.7～13.0m，中部在12.0～17.0m，北部在3.0～15.0m(图1)。低速层、高速层速度相对稳定，其中低速层速度较低，为134～355m/s，高速层速度为1600～2088m/s;降速层速度变化较大，为345～1212m/s。从各层速度可以看出，高速层顶界面及地面均为强波阻抗界面，具备了产生表层多次波的客观条件，图2为春光油田车排子地区表层的3层结构和地震波在高速层顶界面与地面之间的多次反射机理示意图。

图1 春光油田车排子地区低、降速带厚度(S1点为降速带较厚区单炮位置;S2点为过渡带单炮位置;S3点为降速带较薄区单炮位置)

图2 春光油田车排子地区表层3层结构及多次波反射机理a 多次波①; b 多次波②; c 多次波③; d 多次波④

2 表层多次波的特点

2.1 低、降速层较厚区线性干扰的特点

研究区低、降速带较厚区低频线性干扰最为发育。在图1中S1点(低、降速带厚度为17.0m)处选取典型单炮记录(高速层下1m激发)，如图3a所示，可见低频线性干扰能量比较强，有效反射波完全被淹没。根据线性干扰波与有效波之间在视速度、位置和能量上的差异，在t-x域采用多道识别、单道处理方法识别出低频线性干扰，将低频线性干扰与有效波进行了分离，结果如图3b所示，可见分离出的线性干扰频率低，能量强。图3c是分离后的单炮记录，有效反射清晰可见，连续性强;但在深层反射记录上，低频线性干扰与有效波同相轴曲率相近，不能完全分离。

对分离出的低频线性干扰进行500～700ms，700～900ms，1050～1250ms 3个时窗的频谱分析，结果如图4所示，可以看出3个时窗的频率特性几乎完全一致，主频在11Hz左右，且不随时间而变化。选取连续4道低频线性干扰进行振幅谱分析，结果如图5所示，可以看出，1700ms以前振幅随时间变化不大，1700ms以后振幅才随时间增加出现较明显衰减。

图3 低、降速层较厚区低频线性干扰分离a 原始单炮记录; b 分离出的低频线性干扰; c 分离后的单炮记录

图4 低、降速层较厚区低频线性干扰分时窗频谱分析a 500～700ms; b 700～900ms; c 1050～1250ms

2.2 低、降速层过渡带与较薄区线性干扰的特点

在低、降速层过渡带和较薄区域分别选取不同单炮记录进行分析(图1中的S2和S3点处，低、降速带厚度分别是9m和4m)，将低频线性干扰与有效波进行了分离，结果如图6和图7所示。对分离后的低频线性干扰进行频谱和振幅谱分析，结果如图8，图9，图10所示。

由图7b可见，尽管低、降速层较薄区分离出的线性干扰并不明显，但依然存在一定的强度，而且其频率在目的层有效波优势频带内，对其进行压制处理会对有效波造成一定的损伤。

图5 低、降速层较厚区低频线性干扰振幅谱分析

图6 低、降速层过渡带(S2点处)低频线性干扰分离a 分离前原始单炮记录; b 分离出的低频线性干扰; c 分离后的单炮记录

图7 低、降速层较薄区(S3点处)低频线性干扰分离a 分离前原始单炮记录; b 分离出的低频线性干扰; c 分离后的单炮记录

图8 低、降速层过渡带(S2点处)低频线性干扰分时窗频谱分析a 500～700ms; b 800～900ms; c 1000～1200ms

图9 低、降速层较薄区(S3点处)低频线性干扰分时窗频谱分析a 600～700ms; b 900～1100ms; c 1300～1400ms

图10 低、降速层过渡带和较薄区低频线性干扰振幅谱分析a 低、降速层过渡带(S2点处); b 低、降速层较薄区(S3点处)

从图8，图9可以看出，不管是低、降速层过渡带还是较薄区，3个时窗的频率特性几乎一致，过渡带线性干扰主频在15Hz左右，厚度较薄区线性干扰主频接近20Hz。从振幅谱(图10)可见低、降速层过渡带和较薄区同样存在一个振幅相对稳定的时间段。从图8至图10中可以看出，随着低、降速层厚度的逐渐减小，低频线性干扰的主频有所提高，振幅稳定区逐渐缩短，开始衰减时间逐渐提前，衰减逐渐加快。

2.3 低频线性干扰的震荡特性

图11为S1点处近地表结构图。在高速层顶界面下1m激发时，地震波在低、降速层中的双层旅行时为(3.10÷225+13.80÷482)×1000×2=84.82ms，与其产生的低频线性干扰的周期T=1/12=83.33ms接近一致。同时，低、降速层过渡带和较薄区线性干扰的周期也与低、降速层的厚度和速度之比相吻合，说明低频线性干扰出现的周期是低、降速层厚度和速度之比的两倍，进一步证明地震波在低、降速层中的振荡是产生低频线性干扰的主要原因。

图11 S1点近地表结构

3 井深和药量对低频线性干扰的影响

3.1 激发井深对低频线性干扰的影响

在研究区中部低、降速层较厚区的同一位置上，采用相同药量(3kg)，进行了井深分别为20m(图12a)，26m(图12b)，30m(图12c)的激发试验。对比3个原始单炮记录发现，井深为20m时，线性干扰十分明显，有效波几乎被全部淹没；随着井深的加大，这种低频线性干扰越来越弱。通过试验点的低、降速层厚度与炸药爆炸半径分析可知：井深20m时，炸药部分在高速层以下激发，部分直接在低、降速层中激发，产生低频信号，且在低、降速层中长时间震荡，导致地震记录出现强能量低频线性干扰;井深26m时，炸药药柱顶端在高速层顶面，激发能量会部分进入产生低频线性干扰的低、降速层，出现相对较弱的低频线性干扰;井深30m时，炸药药柱距高速层顶面较远，激发时击穿不了高速层顶面，激发能量只有一部分通过高速层顶面透射(能量已明显衰减)进入低、降速层，因此记录上的低频线性干扰十分微弱。

图12 相同药量(3kg)不同深度激发效果对比a 20m; b 26m; c 30m

3.2 药量对低频线性干扰的影响

在研究区南部低、降速层较薄区的同一位置，采用相同井深(20m)，进行药量分别为4kg(图13a)，3kg(图13b)和2kg(图13c)的激发试验。对比3个原始单炮记录发现，药量为4kg时，线性干扰十分明显;随着药量的减少，低频线性干扰明显减弱，但药量从3kg减少到2kg时，低频线性干扰减弱不明显。这是因为随着激发药量的减小，激发的地震波主频向高频方向移动，低频能量相对较弱，产生的低频线性干扰也较弱。

图13 相同井深(20m)不同药量激发效果对比a 4kg; b 3kg; c 2kg

4 表层多次波压制方法及效果

4.1 野外采集压制

根据试验结果，低频线性干扰的强弱对于激发井深变化较为敏感，对于药量变化的敏感性相对要差些。因此，野外采集中加大激发井深并适当减少药量可以压制低频线性干扰。图14为加大激发井深取得的效果，井深从3m加大到7m后低频线性干扰能量明显减弱，有效反射波清晰可见。

图14 高速层下3m激发(a)和高速层下7m激发(b)效果对比

4.2 室内处理压制

春光油田车排子地区线性干扰波速度约1700m/s，面波发育区线性干扰速度范围在300～700m/s。根据低频线性干扰的频率和衰减特点，在野外压制的基础上，室内处理时利用滤波及预测反褶积等保真去噪手段压制低频线性干扰，得到的剖面信噪比明显提高，低频线性干扰得到较好压制，可以清晰地分辨出有效反射波(图15)。

图15 保真去噪处理前(a)、后(b)效果对比

4.3 最终剖面效果

研究区应用野外采集和室内处理相结合的方法压制低频线性干扰后，得到的最终偏移剖面如图16 所示，其分辨率和信噪比都较高，石炭系-二叠系界面清晰，内幕小断块和岩性尖灭可见，达到了岩性勘探的要求。

图16 车排子地区最终偏移剖面

5 结束语

通过对春光油田车排子地区近地表多次波的特性分析和压制方法研究，取得了以下认识：①该地区低频线性干扰不仅存在于低、降速层较厚区，而且普遍存在于过渡带以及低、降速层较薄区，只是随着低、降速层厚度的减小，这种低频线性干扰的能量逐渐减弱，在单炮记录上显示不明显;②随着激发井深的增加和激发药量的减小，低频线性干扰减弱;③对于表层低频线性干扰，采取野外和室内联合压制的方法才能取得满意的效果。

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