“四定法”多次波識別體系的建立與應用

文章編號：1000-7210（2025）03-0689-11

關鍵詞： 多次波，正演模擬，平面區帶，地震響應，資料保真度中圖分類號：P631 文獻標識碼：A DOI：10. 13810/j. cnki. issn. 1000?7210. 20240093

Abstract：In the middle and deep oil and gas exploration in the Junggar Basin，the imaging quality of seismic data is seriously affected by multiple waves caused by strong impedance interface. Because of the small diffe? rence between multiple waves and primary waves and the unclear periodic characteristics of multiple waves due to multi?source superposition，it is difficult to distinguish between primary waves and multiple waves during data processing. Thus，accurate recognition of multiple waves is a prerequisite for multiple wave suppression. In this paper，the reflection coefficient，vertical seismic profile（VSP）calibration，and forward modeling results are first analyzed to determine the source of multiple waves. Then，the plane zone of multiple wave development is de? termined by making clear the characteristics of source plane distribution through well?seismic combination. Fur? thermore，the longitudinal segments affected by multiple waves are determined by precise calibration using syn? thetic recording，VSP，and other methods. At last，the differences in frequency and energy between multiple waves and primary waves are identified using data volumes of different frequency bands，and the seismic re? sponse characteristics of multiple waves are determined. On this basis，a multiple wave recognition system based on the“four determination”method is established. The practical application results in Fuzhong and Mahu areas of the Junggar Basin show that the formation structure and occurrence of the new data have high coin? cidence rates with well drilling，and the relationship between sand pinchout and overlaying is clear. The multi ? wave recognition system can effectively identify the development characteristics of different multiple waves，pro? viding an important basis for multiple wave suppression and greatly improving data fidelity. Keywords：multiple waves，forward modeling，plane zone，seismic response，data fidelity

，等 .“ 四定法”多次波識別體系的建立與應用［J］. 石油地球物理勘探，2025，60（3）：689?699.LIN Yu，MIAO Jinpeng，LIU Xiaohu，et al. Establishment and application of multiple wave recognition systembased on“four determination”method［J］. Oil Geophysical Prospecting，2025，60（3）：689?699.

0 引言

在準噶爾盆地中深層的油氣勘探中，地震多次波是一種常見且對有效信號影響較大的干擾波，導致目的層的反射同相軸形態發生畸變，地震合成記錄標定不準，解釋人員對砂體及地層尖滅特征認識不清，影響了對地震資料的正確認識，為后續的地震資料解釋及綜合地震地質研究帶來很大困擾。因此，精確識別多次波是獲得高精度地震資料的關鍵步驟之一。

多次波的識別與壓制一直是地震勘探中的熱點與難點，也是國內外地球物理學者一直攻關的一項技術，并且獲得了大量研究成果，但大多以多次波的壓制方法為主，對多次波的識別研究相對較少，沒有形成一套系統的多次波識別體系。目前，針對多次波的壓制方法有很多，主要是基于多次波的周期性和可分離性[1]，可以總結成濾波法和基于波動方程的預測法兩大類[2]。其中，濾波法主要是利用多次波與一次波之間速度上存在的差異，進而選擇合理的、適用性強的方法對多次波進行壓制[3?5]；預測法則是基于波動理論，通過模擬地震波傳播過程中的實際波場或者通過反演地震數據預測多次波，再從原始地震數據中減去多次波，得到真實一次波數據[6]。對于多次波的識別方法，比較常用而且有效的方法相對較少，在實際的油氣勘探過程中對多次波的識別還是相對比較簡單。地震資料處理過程中最常用就是“速度譜法”識別多次波[7]，主要通過尋找與多次波產生界面相關性較強的能量團；地震資料解釋過程中主要應用是“相面法”，在地震剖面上識別與地層產狀不符且能量關系不協調的多次波。這兩種方法雖然方便快捷，但實際應用效果并不理想，存在以下幾點不足：一是解釋人員介入多次波識別與壓制過程較晚，地質認識對處理過程的指導作用較小；二是多次波產生的源頭復雜多樣，多次波識別方法過于單一且片面化，缺少針對性和系統性，沒有對多次波的類型、發育范圍等給出明確的答案；三是缺少對多次波地球物理響應特征的分析，比如多次波與一次波在振幅、頻率、隨炮檢距變化方面的差別，目前在公開的識別方法中并沒有充分利用。

隨著中深層油氣勘探的逐漸深入，對地震資料的保真度要求越來越高，亟需建立一種準確的、系統性的多次波判別方法，為多次波壓制提供可靠依據。本文以準噶爾盆地阜中地區為例，該區中深層多次波非常發育，導致二疊系（P）、三疊系（T）地震同相軸的振幅、產狀嚴重畸變，地震資料保真度低，造成地震資料解釋困難、砂體尖滅線難以刻畫、與鉆探結果嚴重偏離，制約了該區的勘探進程。通過對大量多次識別技術的研究，充分考慮多次波產生的源頭、分布范圍、影響的地層以及地球物理響應特征，建立了一套實用、有效、可復制的多次波識別體系，可為資料處理提供指導性意見。實際地震資料應用表明，該識別體系能較精確地識別多次波，在處理過程中發揮重要作用。新處理資料的地層產狀、地層及砂體尖滅特征等更加清楚，更加符合地質認識，降低了勘探風險。在準噶爾盆地其他地區的實際生產中取得了較好的應用效果。

1 研究思路

在現有的一些多次波識別方法的基礎上，結合準噶爾盆地中深層油氣勘探目標特點，充分考慮多次波的產生原理、產生條件、影響范圍以及地震響應，瞄準多次波識別和壓制的核心問題，在地質認識和地質目標的驅動下，建立了 “四定法”多次波識別研究思路。

具體的研究思路是：從宏觀和微觀兩個方面入手。宏觀上以地質認識為指導，首先對多次波的成因進行分析，找到產生多次波的源頭；其次，通過井震結合，利用基于振幅和頻率的地震屬性分析從區域上明確多次波的平面展布范圍；然后，在微觀上以物探技術為手段，通過合成記錄、VSP 等多種方法的精細標定，找到易受多次波影響的縱向層段，鎖定關鍵目的層系；最后，再對多次波與一次波的地震響應進行分析，尋找二者的差別。基于“四定法”多次波識別研究結果，分區分類總結形成“四定法”多次波識別量板，為處理提供指導性的壓制意見，進而得到高保真的地震資料。

另外，本文研究方法具有較強的理論基礎：首先，理論上，地下任意兩個反射界面之間都會產生多次波，但只有相對較強的波阻抗界面形成的多次波會周期性或非周期性的表現出較強的反射能量，進而影響下覆地層的地震反射特征和成像質量，所以多次波的產生是存在源頭的；其次，按照地震波的傳播路徑，多次波影響的是源頭之下的層段，多次波一般都是強波阻抗界面的產物，其能量較強，與多次波反射系數絕對值差異越大的地層越容易受其污染；最后，根據地震波衰減的特征，多次波與一次波在振幅、頻率等地球物理響應特征上存在一定差別，當產生多次波的地層反射系數較強時，多次波能量更強，且主要出現在高頻段。由于只有強波阻抗界面產生的多次波才會被記錄到，所以在實際的地震資料解釋過程中，可以依據這些特征識別多次波。

2 多次波識別方法

2. 1 成因分析定源頭

多次波產生的原理：地震波由震源向地下傳播時，遇到強的波阻抗分界面時，除產生一般的反射外，還產生來往于界面之間幾次反射的波，這種波稱為多次反射波，簡稱多次波[8]。其產生條件都需要有反射系數較大的反射界面，因此能產生多次波的地質條件是：存在強的波阻抗界面，如煤層、火成巖界面、不整合面、海水面和海底面等[9]。

研究區具備產生多次波地質條件的界面，主要有侏羅系八道灣組 （J₁b） ）和西山窯組 （J₂X） 煤層以及四套區域不整合面[10]。從對研究區的反射系數分析得知，研究區內四套區域不整合界面的反射系數絕對值并不大，只有兩套煤層對應的反射系數絕對值比較大，據此，研究人員初步判定研究區的多次波主要來源是 J₁b 和 J₂X 的兩套煤層（表 1）。

表1 研究區重點層位不同井的反射系數（絕對值）統計

另外，從 KT1 井的 VSP 標定結果[11?12]也可以看出，受多次波的影響，中深層包括三疊系、二疊系以及石炭系（C）在內，多套地震同相軸存在明顯的中斷現象，并且與 J₁b 煤層同相軸相關性較強，進一步證實了多次波的主要源頭為煤層。

為了驗證這一結論，依據實際鉆井數據進行了正演分析。共模擬了三個地質模型[13?14]（圖 1）：第一個只有各個地層界面；第二個在地層界面的基礎上，加入 J₁b 煤層；第三個在第二個的基礎上再加入 J₂X 煤層。從正演結果來看，第一個模型從石炭系到白堊系地層反射界面清楚，中深層地層產狀特征也比較明顯，無多次波存在；第二個模型深層出現明顯的全程多次波，二疊系、三疊系無明顯多次，但地層反射強度較弱；第三個模型中深層出現明顯的全程多次波和層間多次波，二疊系、三疊系受多次波污染嚴重，已經看不清地層界面。因此，證實了煤層就是多次波的主要來源，并且雙煤層產生的層間多次波對有效信號的影響更嚴重。

圖1 基于各向同性彈性波動方程、 .25Hz 雷克子波模擬的垂直法線入射記錄

2. 2 井震結合定區帶

研究區主要發育 J₂X 底界和 J₁b 頂界兩套穩定煤層（表 2），煤層厚度變化較大， J₂X 底界煤層累計厚度介于 2～12m 之間， J₁b 頂界煤層累計厚度介于5～24m 之間。

從聯井剖面上可以看出研究區兩套煤層具有兩個發育特征（圖 2）：一是無論是 J₁b 還是 J₂X ，向東南西泉鼻隆方向，煤層厚度逐漸減薄；二是 J₁b 煤層在研究區發育穩定， J₂X 煤層在研究區主體部位向凸起方向減薄變少，斜坡區轉變為碳質泥巖。

為驗證煤層厚度對多次波發育特征的影響，開展了地質模型正演分析。基于井上實際鉆揭的煤層發育特征，建立了兩種地質模型，分別為 J₂X 煤層向凸起方向減薄， J₁b 煤層厚度保持不變；反之， J₁b 煤層向凸起方向減薄， J₂X 煤層厚度保持不變。結果表明，隨著煤層厚度的減薄，多次波對有效信號的干擾程度逐漸減弱， J₂X 煤層越厚，層間多次波的影響越嚴重。

表2 研究區重點井兩套煤層厚度（累計）統計

針對碳質泥巖對多次波產生的影響，建立了 J₂X 發育煤層或發育碳質泥巖， J₁b 煤層都穩定發育的兩種地質模型。正演結果表明， J₂X 煤層越發育，全程和層間多次對有效信號的干擾越嚴重； J₂X 發育碳質泥巖時僅出現 J₁b 全程多次波，并無明顯層間多次波，證實碳質泥巖對多次波的產生貢獻較小，可以忽略不計。

因此可以通過煤層的地震響應特征，利用地震資料精細落實煤層發育范圍。合成記錄顯示， J₂X 煤層表現為“弱波谷 + 強波峰”的地震響應， J₁b 煤層表現為“強波谷 + 強波峰”的地震響應，并且隨著煤層厚度變大振幅越大，反之，振幅越小。基于這個特征，本文提取了兩套煤層的振幅屬性，結果表明，洼槽區兩套煤層均發育，為全程和層間多次波都發育的區域；斜坡區僅發育 ΔJ₁b 煤層，主要發育全程多次波（圖 3）。單井正演也證實了這一結論，洼槽區FUU54 井和 FUU47 井層間和全程多次波比較發育，對有效信號的污染程度較重；斜坡區的 FUU49井和 FUU48 井僅發育全程多次波，無明顯層間多次波，對有效信號的污染較輕。

圖3 多次波發育平面圖

2. 3 精細標定定層段

理論上，反射系數的差異越大，多次波的發育程度越嚴重。從對研究區的反射系數分析得知，煤層以下，二疊系、三疊系的反射系數絕對值都小于煤層，易受多次波的影響，其中三疊系的反射系數更小，是多次波嚴重污染層段。實際合成記錄標定（圖 4）也證實，受多次波影響，二疊系、三疊系實際地震資料的振幅能量變化特征與合成地震記錄和 VSP 走廊疊加資料吻合程度較低，尤其是紅色箭頭所示位置比較明顯。另外，從反褶積前的 VSP 全波場道集上可以看到， J₁b 煤層產生的多次反射對二疊系、三疊系地層有效信號的污染非常嚴重。進一步證實了多次波發育的縱向層段是二疊系、三疊系。

為了更精準地鎖定多次波發育的縱向層段，選取洼槽區和斜坡區兩口井進行基于黏彈性波動方程的正演分析[15]。結果表明，受煤層的橫向發育特征影響，層間多次波主要發育在洼槽區的三疊系，全程多次波在洼槽區和斜坡區的二疊系都發育。

2. 4 多元綜合定響應

地震波在大地中傳播時，大地對地震波具有濾波、衰減作用，而由于不同地層的阻抗不同，所以一次波和多次波在衰減過程中有明顯差別[16]。

式中： f 為地震波頻率； Q 為地層品質因子； t 為地震波傳播的單程旅行時； A（f，0） 為震源處地震波

假設地下為水平層狀介質，上覆為煤層，下伏為其他巖性（圖 5），由于大地濾波作用，地震波的振幅衰減可表示為

振幅。

對于一次波， Y 接收點振幅可表示為

假設具有相同旅行時的多次波， Y 點振幅可表示為

則一次波與多次波的振幅比為

影響地震波衰減的因素主要有頻率、巖性、壓力、溫度和飽和度等，一般用品質因子 Q 描述。在勘探地震的頻帶內， Q 值可以看作是與頻率無關的物理量。對于頻率相同的地震波而言，火成巖、變質巖和結晶巖的 Q 值最大，頁巖次之，砂巖再次之，未固結成巖的地層 Q 值最小[17]。由于煤層屬于變質巖范疇，所以一般認為 Q₁gt;Q₂ ，則必有 D（f）lt;1 ，即一次波衰減快，多次波衰減慢。

假設有兩頻點 f₁ 和 f₂ ，且 f₁gt;f₂ ，由式（4）可得不同頻率的一次波與多次波的振幅比為

由于 f₁gt;f₂ ，則必有 D（f₁）2） 。可見，高頻處一次波與多次波的振幅比要小于低頻處的比值，這說明相對于多次波，一次波在高頻處衰減的更快。

為驗證一次波與多次波在能量和頻率上的差別，基于地震波在傳播過程中介質的分子或原子會吸收波的能量并轉化為內能，同時受到介質的強屏蔽作用，會發生散射現象，波的能量會被散射到不同的方向，造成地震波能量的逐漸耗散，因此采用黏彈性波動方程進行正演，模擬地震波在沉積層中的傳播過程，并對實際資料進行分析。正演結果表明，在正演剖面上二疊系、三疊系存在與煤層相關的能量較強的多次波同相軸（圖 6 左）。首先，通過傅里葉變換，獲得時頻譜，從正演結果 200 道的時頻譜上可以清晰地看到一次波的主頻隨著埋深的增大向低頻方向移動（圖 6 右），說明一次波高頻衰減更快，多次波衰減較慢，另外，對實際地震資料進行掃頻也證實多次波主要發育在 25Hz 以上的頻帶范圍， 25Hz 以下頻帶范圍地層產狀正常，符合地質規律；從正演結果（圖 7）可以看出，一次波疊加剖面上二疊系、三疊系同相軸能量較弱，多次波疊加剖面上二疊系、三疊系同相軸能量較強。這一結果充分說明了一次波與多次波在能量和頻率上存在一定差別。

圖4 KT1 井精細合成記錄標定結果

圖5 水平層狀介質一次波與多次波反射示意圖

圖6 一次波（a）與多次波（b）正演剖面（左）及時頻譜（右）對比

圖7 正演結果疊加剖面對比

3 多次波識別體系建立

3. 1 “四定法”多次波識別體系

基于以上研究成果，本文建立了基于“四定法”的多次波識別體系，主要包括“四定法”多次波識別技術流程（ 圖 8） 和多次波識別模板（ 圖 9） 兩個部分。

技術流程主要是基于鉆、測、錄井資料和 VSP測井資料及地震資料，在地質認識的指導下，從宏觀的地質分析和微觀的物探技術手段兩個方面入手，按照成因分析定源頭、井震結合定區帶、精細標定定層段和多元綜合定響應四個步驟進行多次波識別，增強了地震地質綜合研究過程中多次波識別的系統性和可操作性。

圖8 多次波識別技術流程

為更直觀、更高效地識別并壓制多次波，依據地質分區，制定了“四定法”多次波識別模板。具體是：洼槽區，多次波的源頭為 J₂X 和 J₁b 兩套煤層，在 J₂X 煤層發育范圍內，層間和全程多次波均發育，縱向上層間多次波主要發育在三疊系，全程多次波主要發育在二疊系及以下地層；斜坡區多次波的源頭為 J₁b 煤層，層間多次波不發育，主要發育全程多次波，縱向上主要是二疊系及以下地層發育全程多次波。另外，在頻率及能量響應方面，一次波較多次波衰減更快。

3. 2 “四定法”多次波識別體系特點及作用

本文多次波識別體系是一種以地質認識指導，采用分步實施、逐步逼近的組合技術系列，能夠全方位識別與多次波相關的信息。與常規方法相比，該方法多次波識別更加準確、合理，主要具有以下三個方面的特點：一是具有更加完備的多次波識別理論和方法，尤其是針對層間多次波首次提出系統的識別方案；二是多次波識別結果更容易量化，標準明確；三是多次波識別量板能夠系統全方位對多次波進行解譯，提升多次波識別的準確性。

本文多次波識別體系是基于多年來準噶爾盆地中深層油氣勘探實踐總結得出的。能夠克服傳統多次波識別方法單一、精度低、多解性強的缺點，有效解決復雜地質結構多次波識別難的技術瓶頸問題，為取得高保真地震資料、擴大中深層油氣勘探成果奠定了技術基礎。

圖 9 多次波識別模板

4 應用效果分析

本文的多次波識別體系在準噶爾盆地阜中地區中深層油氣勘探中得到了廣泛應用，累計推廣了三個工區。在處理解釋一體化運行過程中，針對阜中地區主要地質問題，結合地質認識，依據多次波識別模板，為處理提供了壓制意見，并制定了針對性的多次 波 壓 制 攻 關 流 程 。 在 疊 加 前 ，采 用 擴 展SRME[18?19]壓制洼槽區層間多次波，拉東變換壓制洼槽區和斜坡區的全程多次波[20?21]；疊加后，采用波場延拓法壓制洼槽區層間多次波[22]，模型預測法壓制洼槽區層間多次波和斜坡區剩余全程多次波，最終獲得高保真的地震資料。

圖10 多次波壓制前（a）、后（b）的速度譜對比

首先從多次波壓制前、后的速度譜對比（圖 10）看，多次波壓制前，速度譜不聚焦，整體趨勢不符合常規壓實規律，正是由于淺層兩套煤系地層與上下地層之間的波阻抗差異較大，反射系數絕對值較大，地震波在它們之間來回震蕩產生層間多次波，同時二疊系、三疊系反射系數絕對值較小，多次波與一次波旅行時相同，多次波將一次波湮沒，導致中深層速度譜與淺層煤系地層的速度譜之間有較強的相關性，能量也比較強，多次波壓制后，整體速度譜更加聚焦，趨勢更加符合地質規律。

由共反射點道集對比（圖 11）也可以看出，壓制前，在二疊系、三疊系同相軸不平，并且與煤層存在一定的相關性，多次波壓制后，整體道集資料品質得到明顯提升。從多次波壓制前、后的偏移剖面對比（ 圖 12）也可以看出，多次波壓制前，目的層存在與煤層平行的同相軸，與地層產狀存在較大差異（藍框所示）；壓制后，同相軸產狀與實際地層一致，資料品質得到明顯改善。另外，從成果資料與合成記錄標定的對比（圖 13）看，多次波壓制后，與合成記錄不吻合的強能量同相軸能量變弱（紅色箭頭所示），同時一次波基本無損失，目的層與合成記錄的相關系數達到 85% 以上；在過井剖面上拾取的地層傾角與實際測井的傾角一致（表 3），驗證了資料的真實性。

圖11 多次波壓制前（a）、后（b）的CRP 道集對比

總之，多次波壓制后，研究區地震資料的速度譜、道集、偏移剖面質量得到了提高，合成記錄標定效果都得到了改善，原始資料上與地層產狀不一致的波組消失，地震資料成像質量明顯變好，新資料二疊系內幕地層結構及產狀等與鉆井吻合率達 95% ，砂 體 尖 滅 及 疊 置 關 系 清 楚 ，資 料 保 真 度 更 高（ 圖 14）。另外，本文技術也成功推廣到準噶爾盆地瑪湖凹陷。在瑪南地區，新資料多次波壓制效果明顯，上烏爾禾組不整合面更加清楚，助力瑪南 P₂w 由“孤立巖性油藏”向“地層型油藏”巨大轉變，瑪湖 1井區新增含油面積 25.5km² ，南部新發現圈閉面積242km² ，預測資源量逾 2. 2 億噸。在瑪東地區，多次波壓制效果明顯，地震與地質充分結合，首次在瑪湖東斜坡建立“二疊系底超頂削”地質認識，上烏爾禾組在瑪北和瑪東均有分布，面積擴大了 2500km² ，增加了 2 個規模勘探區帶。

圖12 多次波壓制前（a）、后（b）的偏移剖面對比

圖13 FUU47 井多次波壓制前、后合成記錄標定對比

圖14 去除多次波前（a）、后（b）地震成果剖面對比

5 結論

（1）本文的多次波識別體系是一種準確的、系統性的多次波識別方法，是對多年來在阜中地區油氣勘探過程中多次波識別方法的總結和提升，能為多次波壓制提供可靠依據，為地震勘探的提質增效以及油氣藏高效勘探奠定了技術基礎。已在阜康、瑪湖兩大凹陷的實際應用中取得了較好的效果。

（2）多次波產生的源頭有很多，按照其原理，一般強波阻抗界面均會在其下伏地層中產生各種類型的多次波。實際地震資料中具有混源、多類型混合的多次波發育特征。本文主要以煤層為例，針對層間和全程兩種類型多次波進行了識別。在實際應用中，更加全面細致地認識多次波的源頭和類型，有針對性地進行識別和壓制，才能取得較好的效果、獲得真實的地下地質信息。

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（本文編輯：宜明理）

作 者 簡 介

博士，高級工程師，1985 年生；2007 年獲中國石油大學（華東）地理信息系統專業學士學位，2010 年獲中國石油大學（北京）地質工程專業碩士學位，2013 年獲中國石油大學（北京）地質資源與地質工程專業博士學位；目前就職于中國石油，主要從事地震地質綜合研究。