渤海海域地震振幅影响因素分析

姜本厚，蔡越钎，王玉英

（中海石油（中国）天津分公司勘探开发研究院，天津塘沽 300452）

地震振幅包含丰富的地质信息，广泛应用于构造解释、储层反演和属性提取等方面，在油气藏勘探开发中发挥着重要作用，特别是在海上钻井少的情况下，地震资料具有更加重要的意义。地震振幅进行岩性识别和流体检测，在渤海海域浅层新近系勘探中取得了可喜的成果，但在中深层和隐蔽油气藏勘探中，单纯依靠地震振幅很难有效地判断岩性和含油气性，这给中深层储层和含油气性预测带来了困难。查明和分析地震振幅的影响因素对于中深层及隐蔽油气藏勘探及预测具有重要的意义，通过地震振幅影响因素分析，可提高中深层和隐蔽油气藏储层及含油气性预测的可靠程度。

1 采集因素影响

采集因素决定地震波的初始振幅，采集效果好坏直接影响地震资料品质，虽然有些因素可通过处理环节进行弥补，但有些因素却难以有效补偿，需要通过采集前合理的设计和试验来避免对地震振幅的影响。

1.1 激发接收条件影响成像质量

不同的激发、接收条件对振幅造成明显影响。就海上资料而言，拖缆和海底电缆的接收、激发条件存在较大差异，会导致地震资料的较大差别。图1说明的是震源强弱和电缆长短对成像效果的影响情况，大震源可有效改善深层成像质量，长电缆有利于陡倾角成像，也利于深层振幅保持。

1.2 观测系统设计不合理造成采集脚印

采集脚印是与震源和检波器密切相关的周期性振幅假象［1］，它的存在会掩盖有效信号的振幅。处理中采用的去除采集脚印方法，在减弱采集脚印影响的同时，也消弱了有效信号。减少采集脚印的影响，应尽量采用高密度均匀空间采样、宽方位角采集、提高覆盖次数、减少炮检点移动等［2］。

1.3 采集数据不规则产生偏移噪声

叠前偏移成像对空间采样有很高的要求，炮、道密度和均匀对称性直接影响偏移效果和偏移噪声的产生。当炮、道密度较小时，会产生空间假频，对假频的偏移不能正确归位，会以偏移噪声的形式出现［3］。不规则处理无法从根本上解决不规则化带来的影响，因此，杜绝这类问题的最佳方法就是均匀、对称采集。

1.4 照明度差异形成能量不均衡

吕公河等将地震波的照明度分为震源对界面的照明和界面对检波器的照明［4］。利用震源对界面的照明度可确定采集数据的信噪比；利用界面对检波器的照明度可确定偏移成像的分辨率和可靠性。地下照明不均匀或缺少会使损失部分频率成份、引起波组特征变差、造成非地质原因的振幅横向变化、降低速度分析的精度及产生层速度误差。减少照明不均匀或缺失的最好方法是尽量在采集前进行合理的设计和试验。

图1 激发、接收条件对地震振幅的影响

2 振幅补偿等处理因素影响

地震波在传播过程中存在传播衰减和吸收衰减［5］。由于地震波受到衰减和吸收作用的影响，深、浅层能量存在明显的差异，振幅补偿是为了消除能量差异，使地震振幅真正反映地下介质的变化。但振幅补偿等处理因素对地震振幅的影响也是显而易见的，下面就处理过程中的主要影响因素进行阐述。

2.1 振幅补偿技术局限性［3］的影响

目前的振幅补偿技术主要是针对地震波扩散和吸收进行补偿，其补偿方法也不能完全解决深层振幅补偿的问题［6］，且每种补偿方法都有一定局限性。如球面扩散补偿，只对振幅随时间的衰减进行了补偿，频率的衰减依然存在；常规反褶积，是一种平均补偿；反Q补偿，在速度异常带存在明显不足，而且Q因子的求取困难；地表一致性补偿，不能做时变处理，未考虑频率造成的振幅损失，易使低频补偿过重，高频补偿不足。对于振幅补偿而言，应加强振幅衰减特性研究，把握其衰减规律并寻找合适的振幅补偿方法，处理过程尽量做到保幅，真正消除深、浅层的能量差异，特别是频率衰减，使地震振幅能真正反映地下介质的变化。

2.2 噪声去除不彻底的影响

噪声直接会影响地震资料的信噪比、波组特征和成像效果。而噪声的种类繁多，且各种噪声的总体频带较宽，有些噪声与有效信号的频带重叠，不利于去噪。特别是深层，去噪难度更大，故其信噪比普遍较低。要减少噪声的影响，应该杜绝滤波的使用，因为滤波不是保幅处理过程，它在去噪的同时也滤掉了有效信号，同时，对于不同的噪声应选择有针对性的噪声衰减方法，以便提高深层信噪比和成像质量。

2.3 速度拾取不准确的影响

合适的速度模型是高质量构造成像的前提，同时速度也是地震属性（弹性参数）与地质属性（储层参数）衔接的重要纽带，很多储层参数都与速度有关［3］。速度解释精度对资料保幅性非常重要，不准确的速度会产生水平剩余时差，在数据体上易形成较强的振幅和相位畸变。如图2所示，在叠前时间偏移剖面上可见明显的振幅畸变，同时偏移噪声也掩盖了有效信号的振幅。深度偏移剖面的成像质量有了明显的改善，但在构造复杂、地层倾角较大的位置，由于速度准确拾取难度较大，成像效果也不理想。

3 地质因素影响

采集和处理因素对地震振幅的影响都有人为因素的成分，而地质因素对地震振幅的影响主要是客观问题的反映，可划分为反射系数、单层厚度变化、多层干涉及其它因素等几类。

3.1 反射系数的影响

反射系数是影响地震振幅最主要的因素。反射系数越大，地震振幅越强。而反射系数取决于界面两边地层的阻抗（包括密度和速度）和入射角的变化。在地震波法向入射时，反射系数是界面两边地层的阻抗差与阻抗和之比。

（1）岩性差异的影响。如表1所示［5］，不同地层的阻抗存在差异，使不同地层界面处产生反射，反射系数大小由界面两边地层的阻抗所决定。

图2 叠前时间、深度偏移对比图

表1 几种岩石的波阻抗统计表

（2）物性及流体性质的影响。物性和流体的影响主要通过孔隙度和孔隙中流体性质表现出来，它们通过影响地层速度和密度来影响反射系数和地震振幅。如表2所示，假定围岩（泥岩）阻抗和砂岩骨架密度已知，砂岩速度用密度通过gardner公式换算，分析孔隙度变化对反射系数的影响。然后在孔隙中分别充满盐水、油、气时，分析流体性质变化对反射系数的影响情况。通过图3的对比发现，当孔隙度较大时（大于25%），流体变化对反射系数的影响是显著的，含气时的反射系数甚至会达到含油时的两倍以上，容易在地震剖面上形成“亮点”特征，可以利用振幅的异常特征进行流体识别。随着孔隙度减少，反射系数逐渐减小，当降到一定范围时，孔隙度甚至会影响反射系数的正负，此时难以用振幅特征有效地识别流体。

表2 物性及流体变化对反射系数影响统计

图3 流体变化对反射系数的影响

（3）年代、深度的影响。年代、深度主要是通过胶结作用、压实作用、溶蚀作用和成岩作用的变化影响岩石速度和密度的变化，进而影响反射系数和地震振幅。

（4）低速泥岩（超压）的影响。在渤海地区的古近系地层，经常会出现振幅异常现象。钻前认为是砂、泥岩的阻抗差异引起的，但钻井结果往往是大套泥岩，为何泥岩间会产生如此强的反射。如图4所示，从钻井结果看，强反射界面的上下部地层都为泥岩沉积，但声波曲线上可见明显的速度降低，也就是说，低速泥岩与上覆正常压实泥岩存在明显的速度界面，可以产生较强的反射振幅。研究表明，泥岩低速特征是由于欠压实引起的，巨厚的泥岩在压实过程中产生局部超压，超压形成的局部“封存箱”阻止了泥岩进一步压实，孔隙度不再随上覆载荷的增加而减小，速度明显偏低，故该处泥岩表现为低速特征。统计结果表明，在渤海地区的东营组（主要是东二下段、东三段）和沙河街组（主要是沙三段）广泛发育大套低速泥岩，由于低速泥岩与正常压实泥岩间的反射振幅接近甚至会超过砂泥岩界面的反射振幅，极易造成强振幅位置有储层的认识假象。所以，在少井或无井情况下，当钻遇低速泥岩发育的东营组和沙河街组地层时，需要引起足够的重视。由于低速泥岩与正常压实泥岩的接触面单一，产生的强反射也较明显，可以利用地震剖面上的这一特征进行有效识别。

图4 低速泥岩对地震振幅的影响

（5）入射角的影响。以上探讨的是在法向入射时反射系数的影响因素，事实上，当入射角非法向入射时，反射系数也会随入射角（偏移距）变化而变化，即AVO效应。入射角对地震振幅的影响可以通过Zoeppritz方程来表示，Shuey近似方程更直观的反映了振幅与入射角的关系［7］。

3.2 单层厚度变化的影响

如图5所示，地震振幅随单层厚度增大，先呈近似线性增加，后呈曲线增加，并在调谐厚度处达到最大，再逐渐下降到一个相对稳定的振幅。

不同的子波和相位变化也影响振幅的响应特征。如图6所示，简谐波产生调谐的最大调谐振幅是常振幅的2倍，而零相位雷克子波产生调谐的最大调谐振幅为常振幅的1.446倍。当雷克子波的相位发生变化时，其振幅特征也随之改变。如90°相位雷克子波的调谐振幅特征类似于简谐波的调谐振幅特征，却与零相位雷克子波的调谐振幅特征有着显著的差异。

图5 地震振幅随单层厚度变化图

图6 不同子波及相位变化对地震振幅的影响

3.3 多层干涉的影响

如图7所示，在渤海海域的沙河街组经常可见低频连续强反射，钻井结果表明，这种强反射往往对应大套单层厚度较薄的砂泥岩互层段。分析认为低频连续强反射是由于多层间相互干涉造成的。

图7 低频连续的强振幅反射

为了验证这种认识，采用正演方法进行了证实。对于给定的模型，当频率较高（等同于厚度较大）时，各层之间不存在干扰，地震剖面上的最大振幅与地层界面严格对应。当频率较低（等同于厚度较小）时，各层之间不能严格分开，彼此产生干涉现象，最大振幅不再与地层界面严格对应，反射特征表现为低频、连续强反射，与真实地震资料有很好的相似性，间接证实了这种反射特征是由多层干涉引起的。

为了明确多层干涉对振幅的影响，以砂泥岩互层和雷克子波为例进行研究。如图8所示，假设有四层地层，速度密度分别为ρ1、ν1，ρ2、ν2，ρ1、ν1，ρ2、ν2。砂泥互层的地层达到调谐厚度时，干涉产生的最大理论振幅为常振幅的1.892倍。当地层层数和地层厚度变化时，砂泥岩互层干涉的振幅比值在－1.892～1.892之间变化。因此，多层干涉对地震振幅的影响也是显著的。

图8 砂泥岩互层的干涉对地震振幅的影响

对于深层时深标定而言，由于频率降低，地震分辨能力下降，多层之间易产生干涉，最大振幅不再与界面严格对应，因此，标定时不应刻意追求最大振幅与某一界面的严格对应。

4 其它因素影响

界面光滑度的影响属于地震波衰减中的散射问题。由于振幅补偿并未就散射问题进行专门补偿，所以这一遗留问题依然会影响地震振幅。即反射系数相同的界面，当其光滑度不同时，检波器接收到的信号强度有差异，造成地震振幅强度差异。反射系数小，但地震振幅较强的界面，可能是界面光滑程度差异造成的。如最大湖泛面，该处泥岩较纯，粒度较细，易形成光滑界面，产生较强的反射振幅。可以利用这种振幅特征确定最大湖泛面。

5 结论和认识

（1）激发接收条件、观测系统不合理、采集不规则、照明存在差异等采集因素都会引起地震振幅的变化。要减少采集因素的影响，需要在采集前进行合理的设计和试验。

（2）振幅补偿技术存在局限性，去噪不彻底、速度拾取不准等处理因素对地震振幅有着显著影响，特别是深层。对于储层研究而言，应加强地震保幅处理。

（3）渤海地区东营组（主要是东二下段、东三段）和沙河街组（主要是沙三段）广泛发育大套低速泥岩，由于低速泥岩与上覆正常压实泥岩的反射振幅接近甚至超过砂泥岩界面的反射振幅，极易造成陷阱，需要引起足够重视。

（4）地震振幅受单层厚度变化影响明显，并在调谐厚度处达到最大，其振幅特征还明显受子波和相位变化的影响。

（5）多层干涉时最大振幅不再与地层界面对应。标定时不要刻意追求界面与最大振幅的对应。

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