戴曉峰

(中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

1 引 言

我國各個探區(qū)都不同程度地存在層間多次波。特別是在諸如四川、塔里木和鄂爾多斯等盆地，這些盆地構造平緩、中淺層存在多個強反射界面，能產(chǎn)生較強能量層間多次波，同時深層碳酸鹽巖地層反射弱，多次波干擾顯著更為嚴重[1-5]。多次波干擾使有效反射波振幅、頻率及相位發(fā)生畸變，分辨率下降，影響地震屬性提取、反演等地震解釋研究的可靠性。

針對多次波壓制，前人開展了大量的研究，取得了豐富的技術成果[6-12]，而多次波識別技術研究相對較少。由于層間多次波的復雜性，除了先進處理技術和理論基礎之外，要實現(xiàn)高質(zhì)量的處理，對多次波及其特征進行有效的識別和全方位的評價也是必不可少的。

目前，在地震處理解釋中，通?；诙啻尾ǖ乃俣群椭芷谛蕴卣髟谒俣茸V、疊加剖面、地震疊前道集上識別多次波或者評價壓制效果[13-16]。已有的多次波識別方法識別精度不高，并且只能對單個道集或速度譜、觀測線進行定性識別，不能對地震工區(qū)平面上多次波的整體發(fā)育程度和分布情況進行分析，難以滿足處理和解釋過程中對層間多次波識別、預測、壓制的需要。

針對以上的技術不足，本文提出了基于地震速度譜求取速度展度識別多次波的新方法，并通過速度展度沿層屬性識別和預測整個地震工區(qū)多次波的整體發(fā)育程度、分布規(guī)律，提高了多次波識別的能力，豐富了多次波識別和處理監(jiān)控方法，具有一定的生產(chǎn)意義。

2 基本原理

速度譜通常指多次覆蓋技術中的疊加速度譜，是分析多次波的基礎資料之一。通過速度譜上低速異常能量團，可粗略判斷多次波的類型、強度[17，18]。

通常情況下，多次波和一次波具有不同的傳播速度。因此，當?shù)卣鹩涗浿写嬖诙啻尾ǜ蓴_時，速度譜通常會表現(xiàn)出能量團不聚焦、在時間軸上速度變化趨勢不唯一等現(xiàn)象。以鄂爾多斯盆地某CMP(Common Middle Point,CMP,共中心點)點的速度譜為例，如圖1所示2.0 s以上，多次波不發(fā)育，一次波能量團聚焦好、能量集中，其能量團對應的疊加速度范圍小。在2.0 s以下之間的時間段內(nèi)，多次波逐步開始發(fā)育，在速度譜上，能量逐漸發(fā)散，出現(xiàn)了分別代表多次波反射的低速趨勢(黑色)和一次波反射的高速趨勢(白色)。

圖1 鄂爾多斯盆地某CMP點的速度譜Fig.1 Velocity spectrum of a CMP in the Ordos basin

通過分析其能量團分布特征可以看出，不同程度的多次波干擾在速度譜上表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。當沒有多次波或多次波干擾較弱時，能量團單一，聚焦好，能量團橫向較窄，如圖1中1.9 s黃色箭頭處；當多次波速度和一次波速度接近時，二者能量團會相互疊加，部分重疊在一起，聚焦變差，其能量團的寬度增加，如圖1中1.0 s黃色箭頭處的能量團對應的速度范圍為1 900～2 300 m/s；當多次波的速度和一次波的速度相差較大時，二者會分離出現(xiàn)兩個或多個能量團，如圖1中2.9 s黃色箭頭處，2個能量團對應的速度從2 300 m/s到3 050 m/s。

顯然無論哪種情況，當在某個時間存在多次波干擾時，速度譜上能量團對應的疊加速度范圍會變寬，而且多次波速度和一次波速度差異越大，疊加速度范圍也越寬。

基于以上特征，將速度譜上有效疊加能量團對應的速度區(qū)間寬度定義為速度展度，用于識別多次波。

假設CMP點的速度譜用二維數(shù)組A(t,v)表示：其中A為速度譜值(疊加能量或相關系數(shù))，t為時間，單位為s；v為速度，單位為m/s。如圖2(a)所示某CMP點的速度譜，橫坐標為相對地震速度百分比，間隔為1 %，網(wǎng)格數(shù)m=41；縱坐標為時間，采樣率為4 ms，網(wǎng)格數(shù)n=450。

圖2 某CMP點的速度譜及速度展度圖Fig.2 Velocity spectrum and velocity spread of a CMP

那么，A(t,v)在同一時刻t下，有效能量團對應的初始速度和最終速度之間的速度間隔即為該時刻的速度展度E。

3 速度展度求取和應用

速度展度求取的關鍵是如何判斷有效能量團。最為簡單的方法是采用門檻值判斷，大于某個值即為有效能量，反之則為噪聲能量。然而，受到采集和處理過程中多方面影響，不同CMP點速度譜質(zhì)量也有較大差異。若將單一的門檻值籠統(tǒng)地應用到整個三維資料來劃分，誤差很大，因此采用更為有效的圖像二值化方法進行速度譜類別分割處理。

3.1 圖像二值化處理

圖像二值化處理是將不同亮度等級的灰度圖像通過適當?shù)拈撝颠x取而獲得的可以反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。為了得到理想的二值圖像，一般采用封閉、連通的邊界定義不交疊的區(qū)域，所有灰度大于或等于閾值的像素判定為屬于特定物體，否則這些像素點被排除在物體區(qū)域以外，灰度值為0，表示背景或者例外的物體區(qū)域。

對于任意CMP點的速度譜A(t,v)，可以將其看作是一個二維灰度圖像數(shù)據(jù)。選擇圖像分割算法，確定圖像分割閾值，對速度譜進行二值化處理，將速度譜值分成背景和目標兩種類別，實現(xiàn)速度譜的類別分割。其中目標類別賦值為1，表示速度譜上地震反射形成有效能量團；背景類別賦值為0，表示包括隨機噪聲、異常值等在內(nèi)的背景數(shù)值。

本文選擇大津算法進行二值化處理。大津算法使用目標和背景之間的類間方差劃分類別，類間方差最大的分割即意味著錯分概率最小，計算以每個灰度值為閾值分割的類間方差，其中類間方差最大的值即為閾值[10]。

具體步驟如下：

1)將一個CMP點的速度譜A(t,v)按照數(shù)值從小到大排序，并記為灰度值ci,i=1,2,…,N。其中N為總的網(wǎng)格點數(shù)，且N=m×n；m為時間采樣點數(shù)；n為速度采樣點數(shù)。

2)按照下式計算該點速度譜的類間差σk：

(1)

其中，σk表示類間方差；ci為灰度值；N為總的網(wǎng)格點數(shù)；k為序號。

當σk取最大值時，序號k對應的灰度值Ck即為閾值。

3)以灰度值Ck為閾值，按下式將速度譜劃分為背景0和目標1兩種類別：

(2)

其中，Ti,j表示速度譜類別；Ai,j為速度譜值；Ck為閾值。

圖2(b)為該CMP點的速度譜類別劃分結(jié)果，圖中白色網(wǎng)格點代表類別1，表示速度譜上有效能量團；黑色網(wǎng)格點代表類別0，表示背景噪聲。

3.2 速度展度的求取

在速度譜類別道集Ti,j上，按照時間順序逐點計算速度展度Ei。

對于每個時間i，都是一個由Ti,1,Ti,2,Ti,3,…,Ti,n組成的一維數(shù)組。

采用下面計算方法求取該數(shù)組每個時間的速度展度：對數(shù)組Ti,1,Ti,2,Ti,3,…,Ti,n，記錄下類別1出現(xiàn)的初始相對速度和最終相對速度的位置，二者位置相減得到該時間點的速度展度Ei。

圖2(c)為該CMP點的速度展度，圖中可見，隨著時間深度增加，速度譜的展度逐漸增加，在2.4～2.8 s之間展度最大，指示該時窗范圍內(nèi)多次波發(fā)育。

3.3 多次波識別和應用

相同地質(zhì)層位反射特征相似，其速度譜也具有很好的相似性。如果該地質(zhì)層位存在來自于淺層的多次波反射，在地震速度譜上，會在相對一次波速度的低速區(qū)域也形成能量團，使得能量團在速度譜上橫向距離增大，即速度展度變大。

因此，利用沿層速度展度切片能夠分析地震資料中多次波的整體發(fā)育程度和平面分布情況。并且數(shù)值取值范圍越寬，多次波越發(fā)育；在平面上，展度屬性值大的區(qū)域指示多次波發(fā)育的區(qū)域。

在地震資料解釋研究中，通過分析地震成果資料所對應的CRP(Common Reflection Point,CRP,共反射點)道集的速度展度，能夠劃分出地震資料中多次波干擾強、不可靠的區(qū)域，對解釋成果的可靠性提供有價值的參考，降低勘探開發(fā)中井位部署的風險，更好地服務于油氣田。

在地震資料處理中，通過多次波壓制處理前、后的速度展度平面屬性對比(如圖3所示)，反映出多次波壓制程度，輔助分析多次波壓制的處理效果，指導處理人員優(yōu)化處理參數(shù)、合理壓制地震數(shù)據(jù)中的多次波，減少壓制多次波的不確定性，實現(xiàn)多次波壓制處理的參數(shù)優(yōu)選和定量監(jiān)控。

4 應用實例及效果

研究區(qū)位于四川盆地川中高石梯地區(qū)，目前在該區(qū)的深層震旦系燈影組四段碳酸鹽巖發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)、富集氣藏。研究表明，該區(qū)在震旦紀至中三疊世發(fā)育了4套低速泥頁巖和高速碳酸鹽巖互層及其強反射界面，在燈影組附近形成強能量多次波干擾。由于多次波干擾能量強，多次波速度和一次波接近，地震資料信噪比低[21，22]。

通過沿層求取得到燈四段速度展度平均值，中值濾波后得到屬性切片，見圖3(a)。從圖上看，燈四段速度展度在平面上存在較強的非均質(zhì)性，指示多次波干擾在空間上分布很不均勻。強能量多次波干擾主要位于GS2井和GS6井周圍，其速度展度在500以上。

圖3 高石梯燈影組四段速度展度屬性Fig.3 Dengying Fm’s spread attribute map of GST

已鉆井的井震標定驗證了預測結(jié)果的可靠性。如果井點處沒有多次波干擾，地震資料信噪比高，該井的測井合成地震記錄和地震數(shù)據(jù)應該符合好，相關系數(shù)高；反之，如果多次波發(fā)育，井震匹配差，相關系數(shù)低。

圖4為處于速度展度屬性預測為強多次波干擾區(qū)GS6井的井震標定圖。該井井震標定很差，對比測井合成地震記錄和井旁地震道，二者相關系數(shù)僅為0.14。在燈影組附近，除了燈影組頂面波峰能有效對比之外，同相軸時間、能量和相位均難以有效對比。說明地震資料中包含了強能量多次波干擾，和該井點處最高的速度展度值一致。

圖5為處于速度展度屬性預測為弱多次波干擾區(qū)GS1井的井震標定圖。該井燈四段測井合成地震記錄和地震道整體能夠有效對比，相關系數(shù)為0.64。該井附近速度展度為270 m/s，預測多次波相對較弱，和井震標定結(jié)果符合好。

5 結(jié) 論

1)速度譜展度是速度譜上有效疊加能量團對應的速度區(qū)間寬度，能夠反映出多次波發(fā)育的程度，用于識別多次波。

2)速度譜展度多次波平面發(fā)育程度預測方法，采用圖像分割技術對速度譜進行二值化處理，求取速度譜展度體，并利用展度屬性切片實現(xiàn)平面上多次波的定量分布預測，是對多次波識別和預測方法的補充。

3)實際地震資料的應用表明，速度譜展度分析技術有較高的準確性和實用性，可在地震處理中用于多次波壓制效果監(jiān)控，也可在地震解釋中用于地震資料多次波干擾分析，對儲層預測結(jié)果進行可靠性評價，降低開發(fā)勘探中井位部署的風險。