环玛湖凹陷多次波成因机理分析和压制

马军茂，李 静，毛海波，潘 龙，丁国荣，李忠效

(新疆油田分公司 勘探开发研究院地球物理研究所，乌鲁木齐 830013)

0 引言

准噶尔盆地环玛湖凹陷普遍发育的侏罗系煤层,为一套典型的多层系强波阻抗界面。地震波传播至侏罗系时，在侏罗系多套强波阻抗界面之间及上覆地层界面间产生多次反射波，类型复杂，它与一次反射波相互干涉叠加，使有效波波形及构造形态被模糊，降低了资料的信噪比，掩盖了真实的地质现象，严重影响到下覆勘探目标三叠系、二叠系及石炭系的地震成像、反演和解释结果。

目前，工业生产中多次波压制方法大致可以分为两大类：①基于信号分析的滤波类方法，利用多次波和一次波在时间和空间特征上存在的差异(如周期性、动校时差、频率等)，通过不同的变换方法，把一次波和多次波分离开，然后把多次波从原始数据中滤去，主要包括预测反褶积[1-2]、拉东变换[3-11]、聚束滤波[12-13]等；②基于波动方程的预测减去法，通过波场模拟或者反演地震数据来预测多次波，然后把它从原始地震数据中减去[14]，主要有波场延拓法[15-19]、反馈迭代法[20]和逆散射级数法[21-22]。

由于层间多次波与一次波的动校时差很小，所以常用的拉东变换等方法很难取得理想的效果。笔者通过正演模拟分析环玛湖凹陷的多次波形成机理和特征，并提出了一种基于该区地质层位的模型预测方法压制多次波，主要做法是利用环玛湖凹陷的两套主力煤层模拟产生多次波的传播路径，模拟出来的多次波产状与实际地震剖面同相轴进行相似度对比分析，然后把剖面中相似度高的地震同相轴从原始数据中减去，得到最终压制多次波后的地震剖面。该方法首次应用在准噶尔盆地环玛湖凹陷地区，很好地压制了二、三叠系层间多次波，取得了明显的处理效果。

1 环玛湖凹陷多次波发育机理特征分析

多次波的形成主要因为地表或地下某些反射系数较大的反射界面，使一次反射波重新折回地下形成的(例如海平面、地表、煤层、岩性物性突变等强波阻抗界面)。准噶尔盆地环玛湖凹陷普遍发育的侏罗系煤层，形成一套典型的多层系强波阻抗界面，所产生的层间多次波很难与一次波有效区分，所以一直无法取得理想的压制效果。为更好地压制这类层间多次波干扰，依据其地质特点，建立准确的正演模型来阐述多次波的发育机理和特征。

正演模型设计参考环玛湖凹陷一条典型的过井地震剖面，经过精细解释获得地质层位，基本能代表该区的地层走向和构造特征(图1、图2)。基于分析因素尽量单一的原则，模型正演采用声波方程8阶，主频为30 Hz的雷克子波，避免弹性波正演带来的转换波的影响。为了说明煤层的发育程度对产生多次波干扰强弱的影响，图1、图2设计了不同煤层厚度和范围变化的模型，来阐述煤层和多次波的关系。

图1 多层煤层的模型正演对比图

图2 变厚度煤层的模型正演对比图

图1是一个从环玛湖凹陷连井地震地质解释剖面中提取出来的地质模型。模型的地层速度和密度等弹性参均来自井资料。与图1(c)自激自收的正演结果相比，图1(d)的正演结果随着煤层层数的增多，与煤层相关的全程多次波和层间多次波也同样增多，多次波的影响也增强。随着地层深度的增加，来自不同界面的各类多次波与一次波交织在一起。针对与一次波有一定夹角的多次波，很容易识别多次波及其产生源；针对与一次波平行或者重合的多次波，很难识别出多次波及其产生源。因此，煤系地层(产生多次波的源)倾角与下覆地层(有多次波存在的地层)倾角的差异，直接影响多次波的识别和压制的难易程度。

图2是设计的另一种地质模型。比较两种正演结果，其图2(d)的正演结果随着煤层厚度的增加(黑色箭头所示)，多次波反射振幅也相应增强(红色箭头所示)。

由以上多次波模型分析可知，环玛湖凹陷多次波的发育程度与煤层的发育程度成正相关。只有充分了解该区煤层的分布规律，才能较好地识别和压制本地区的多次波。根据井筒岩性资料中煤层层数和厚度统计，结合地震资料中的多次波表象，总结归类了环玛湖凹陷煤层分布和多次波发育具有分区分带规律，如图3所示。红色区域为多次波严重区，主要分布缓坡带玛东、玛中、玛南地区。黄色区域为多次波较严重区，主要分布在陡坡带玛南地区。蓝色区域为多次波不严重区域，主要分布在陡坡带玛西、玛北地区。

图3 环玛湖凹陷多次波发育程度分布图

从地震资料上识别和压制多次波的难易程度分析：在陡坡区，多次波与一次波同相轴夹角大，多次波较容易识别和压制；在缓坡区，多次波与一次波同相轴夹角小或者近似平行，多次波较难识别和压制。

2 多次波压制方法

基于上述环玛湖凹陷多次波发育机理及特征分析，提出了一种基于煤系地层的多次波路径模拟和压制方法。与业界常用高精度拉东变换方法相比，该方法无需知道多次波和一次波的速度差异，极大地避免了层间多次波和一次波在近偏移距重叠范围较大，压制效果不好，容易损伤近偏移距的有效信号等问题。该方法主要利用自由地表面、侏罗系西山窑煤层、侏罗系八道湾煤层的强波阻抗界面,来模拟层间多次波或者全程多次波的传播路径，然后将模拟出的多次波同相轴通过相似性对比方法从地震数据中减去，得到压制多次波后的地震剖面。本方法可以在叠后剖面上实施，也可以在OVT域单次覆盖的COV体上实施。其具体实现思路如下：

1)基于一次波速度建立多次波传播路径的地质层位。该方法的重点是要找出产生多次波的地质层位，并把它准确地拾取出来，以模拟多次波传播路径。环玛湖凹陷产生多次波的主要地质层位是侏罗系西山窑和八道湾的多组强波阻抗界面，在地震剖面上表象为稳定的强能量同相轴，且连续性好，容易追踪层位。西山窑和八道湾两套地层在地震资料速度谱上是两个很强的能量团，且不受多次波的干扰，故这两套地层的一次波速度很容易准确得到，从而可以获得准确的产生多次波的地震地质层位。

2)基于多次波速度建立多次波的地质层位。通过一次波成像的地质层位模拟出的多次波同相轴形态需要与实际地震资料上存在的多次波同相轴进行相似性对比。为了保证多次波反射的成像质量，最好的方法是采用多次波速度来进行地震成像处理，这样更容易解释和刻画多次波的构造形态，从而精确地控制多次波的分布范围，最大程度地保护有效信号。

3)建立多次波路径模型。该方法的关键是通过地质层位建立正确的多次波传播路径，所得的结果与实际地震资料的多次波形态进行相似性对比分析，最后将模拟出的多次波的同相轴从原始数据中减去,所以正确的多次波路径模拟是压制多次波的关键。图4是多次波路径模拟图。在图4中，地震波传播路径S1-A-B-C-R1产生的多次波同相轴multiple1与地震波传播路径S2-D-E-F-R2产生的多次波同相轴multiple2完全处于不同深度位置。所以在建立多次波路径模型时，要根据多次波的走时和地层产状，充分试验预测多次波的路径模型，才是本方法压制多次波的关键。

图4 多次波传播路径模拟示意图

4)时空域内压制多次波。时空域内压制多次波，是通过对比多次波路径模型模拟的同相轴(图4)和给定时窗范围内地震资料的同相轴的相似度，确定是否压制多次波同相轴，如果多次波路径模拟出的同相轴信息(频率、振幅、相位)，与定义的空间时窗描述的同相轴信息相似度高，模拟出的多次波同相轴就能够从原始数据中减去。当一次波与多次波非常接近时，需要通过定义一个大的空间窗口和较小的时间窗口，使得一次波和多次波能够有效地分离，从而保证压制多次波的同时不损伤有效信号。

3 应用效果

图5是基于本区地质特征的多次波压制方法在环玛湖凹陷玛湖1井区三维的应用效果。图5(a)是多次波压制前地震剖面，一次波反射与多次波反射同相轴交叉在一起，上、下乌尔禾组之间的不整合面接触关系不清；图5(b)是采用其他方法压制多次波后的地震剖面，尽管多次波得到一定的压制，地震剖面得到改善，但还残留一些多次波能量；图5(c)是采用本文提出的多次波压制方法后的地震剖面，多次波基本上被压制，上、下乌尔禾组之间不整合面接触关系清楚，不整合面上、下地层波组特征、反射结构合理清晰，不整合面下伏地层逐层削截、上覆地层低角度上超现象明显。

图5 多次波压制前后剖面对比图

4 结论

基于本区地质特征的多次波压制技术，很好地解决了环玛湖凹陷层间多次波对勘探目的层二叠系成像质量的影响。该方法主要利用了工区的强反射煤层，进行精细的多次波路径模拟和设计，压制二叠系多次波，使得地层反射结构清楚。该方法针对与一次波有一定夹角的多次波能很好地压制，针对与一次波同相轴平行或者重合的多次波，需谨慎，需要与解释人员充分沟通，或者通过VSP资料准确识别出多次波，然后精确地控制压制层位，避免损伤有效信号。