0 引言
琼东南盆地位于南海大陆架北部，西侧为莺歌海盆地与红河断裂，东侧临近珠江口盆地神狐隆起，是一个以新生代沉积为主要沉积类型的裂陷型含油气盆地，是南海天然气勘探的重要战场［1-2］。盆地中央坳陷带发育大型水道体系——中央峡谷体系，目前已在深水西区乐东—陵水凹陷莺歌海组和黄流组发现了超千亿立方米大气田，油气资源极为丰富［3］。其中宝岛—长昌凹陷位于中央坳陷带深水区东部，西侧连接松南凹陷，北邻松涛凸起与神狐隆起，南邻松南低凸起与南部隆起，呈近东西向展布，宝岛—长昌凹陷自下而上主要发育了崖城组、陵水组、梅山组等多种组系，区域内发育多套优质烃源岩，地质成藏条件优越，勘探潜力巨大［4-5］。但由于其储层埋藏较深，成藏地质条件复杂，引起振幅异常影响因素复杂、多解性强，对地层识别带来极大挑战［6-8］。因此，本文以理论振幅影响因素模拟与实际振幅差异类比，建立多因素振幅影响的定量关系，明晰地层振幅耦合产生的地震特征规律，利用相关规律认识建立振幅耦合识别，研究减小或剔除多类因素对振幅耦合的影响，去伪求真，实现厚度耦合调谐、物性变化、流体性质等因素的识别与判断，达到振幅定量化解释目的，从而实现流体信息提取，提高地球物理预测准确率。
1 理论振幅影响因素与实际地震影响因素差异类比
1.1 多因素信息对地震耦合影响规律
通过对大量地震相模式的识别与归类，对振幅主控因素形成一定认识。建立地震资料正演模型，设置储层、盖层与背景介质的不同物性和岩性参数，研究地震波振幅强度、波形宽度等受储层、地震、盖层、地质等一系列控制因素的影响并进行研究与总结，分析地震耦合影响规律，从而对地震振幅影响因素产生更深刻的认识。
通过对琼东南盆地已钻遇储层的系统梳理和分析，将琼东南盆地有利储层划分为以下6种基本模型（图1），代表其不同的储层发育特征。采用正演模拟分析手段明确不同因素对振幅的影响规律，基于宝岛—长昌凹陷的实际地震资料特征，采用25 Hz雷克子波进行正演模拟，根据周边已钻井区域岩石物理基础规律，确定正演模型的参数（具体参数见表1）；同时根据区域地质认识及实际已钻遇储层特征，对储层厚度、物性等因素进行合理变化，模拟分析振幅特征随厚度及物性的变化规律，正演模拟结果如图1所示。其中红色为砂底振幅绝对值，黑色为砂顶振幅。二者相等时红色线段覆盖在黑色线段之上。图1（a）模型为楔状砂体，模拟砂体厚度变化对其振幅的影响规律，厚度变化范围在数米到一百米之间，在背景泥岩为高阻抗泥岩情况下，随着储层厚度增大，振幅强度与波形宽度同时表现为先增大，在调谐厚度处达到极值随即小幅下降后保持稳定；图1（b）模型模拟不同盖层条件下地震振幅反射响应，在上覆致密盖层对砂岩的影响下，砂体顶界面反射逐渐加强，随着致密层厚度增加，完全超过调谐厚度，表明该砂体盖层完全改变，砂体振幅亦随之稳定，砂体底反射未受到影响；图1（c）模型为变孔隙度模型，随着孔隙度横向变小，孔隙度变化范围为30%~10%，砂体顶底界面反射振幅在横向上表现出明显减弱；图1（d）模型表示在储层右侧上方存在浅层气因素影响时，地震同相轴主频明显降低，振幅减小，波形宽度增加，琼东南盆地浅层气田的深度一般在数百米到一千米之间，宝岛凹陷的目标储层深度通常在4 000 m左右；图1（e）模型模拟较低孔隙度储层上气下水的地震响应特征，有效孔隙度大小为15%，其在砂体顶底反射之间存在较为明显的平点反射，受孔隙度低的影响，气水弹性参数差异小，平点反射较弱；图1（f）模型模拟高孔隙度储层上气下水地震响应特征，有效孔隙度大小为25%，与图1（e）差异明显的是其气水界面显著增强。
图1 部分因素对振幅正演模拟结果的影响Fig.1 Effects of some factors on amplitude forward modeling results |
表1 正演模型部分参数Table 1 Parts of parameters about forward model |
| 部分参数 | 气层 | 干层 | 水层 | 泥岩背景 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 速度/（m/s） | 密度/（kg/m3） | 速度/（m/s） | 密度/（kg/m3） | 速度/（m/s） | 密度/（kg/m3） | 速度/（m/s） | 密度/（kg/m3） | |
| a | 3 610 | 2 300 | 4 120 | 2 650 | ||||
| b | 2 900~3 350 | 2 300~2 440 | 4 120 | 2 650 | ||||
| c | 2 400 | 2 300 | 4 530 | 2 650 | 4 120 | 2 650 | ||
| d | 3 600 | 2 300 | 4 120 | 2 650 | ||||
| e | 3 680 | 2 378 | 4 210 | 2 520 | 4 120 | 2 650 | ||
| f | 2 400 | 2 300 | 2 070 | 2 400 | 4 120 | 2 650 | ||
根据砂体与地震波形对应关系，提取不同模型振幅值，其规律主要满足以下几种类型，其中据此结合振幅横向变化规律与纵向变化规律可以实现振幅主控因素识别。如图2所示，采用零相位子波，根据不同模型提取砂体顶界面反射振幅（图中波谷）、砂体底界面反射振幅（图中下波峰）、砂体上旁瓣振幅（图中上波峰），将砂体顶界面反射振幅归一化后，其基本规律满足如下几种模型，模式1（图3红色实线）代表存在调谐效应，在砂体顶底振幅增强，旁瓣基本不受影响，其基本满足A 上<0.4∶1∶1（A 上为上波峰处振幅值），根据调谐位置，上波峰在小于0.4范围内变化；模式2（图3黄色实线）代表上下围岩存在明显差异，波谷振幅明显大于下波峰，其上波峰大于旁瓣值，满足A 上>0.4∶1∶A 下<1（A 下为下波峰处的振幅值）；模式3（图3绿色虚线）代表厚层砂岩顶底振幅及旁瓣规律，其基本满足0.4∶1∶1的模式；模式4、模式5存在平点特征，其在砂体底界面反射前存在平点反射，所以其多一重变化，模式4为砂体孔隙度高，平点反射特征强于砂体底界面反射，同时均小于砂体顶界面反射，满足0.4∶1∶A 下<A x<1（Ax为平点反射的振幅）；模式5为低孔隙度砂岩，其平点反射较弱，砂体整体反射较强，满足0.4∶1∶A x<A 下<1。这为振幅定性定量解耦奠定基础。将其实际应用在宝岛21工区，振幅主控因素见图4。
2 多因素影响下的振幅解耦技术
2.1 基于振幅比值法的定性解耦
反射系数是影响地震振幅最主要的因素之一，反射系数越大，地震振幅越强，反射系数R计算公式为： ，故反射系数取决于界面上下地层的阻抗，不同地层的阻抗差异越大，界面产生的反射越强，亮点特征越明显。为减少“亮点”分析的多解性，在理论研究的基础上，结合区域岩石物理特征确定泥-气界面反射能量最强，气-水界面次之，水-泥界面最弱的基本规律。
分析储层含气、含水后各个界面地震振幅能量特征及相对关系，并且通过实际及等效模型进行正演模拟分析，对有利目标进行分析论证，证实了该方法的有效性。再对其影响因素进行详细研究分析，最后结合研究区自身油气成藏特征，总结归纳出适合该地区油气勘探工作中切实有效的“振幅比值法烃检技术”，为该地区有利目标的油气勘探提供了强有力的技术保障。
2.2 地震与理论调谐的半定量匹配解耦
结合调谐差异与含气层、水层振幅差异，可根据正演模型理论值公式，通过基准振幅确定实际地震资料中气层以及水层振幅异常，并对其进行计算得到调谐振幅、气水差异等信息，进一步进行筛选分析，获得各成分地层信息并解读。
地震数据中振幅处理与计算一般通过计算比例或相减进行对比，不同批次采集数据其振幅幅值数值量级大小并未有准确含义。如图9所示，目标气层振幅与水层振幅平均值可通过地震数据体解释层位信息提取，根据其比例获得气、水振幅差异比例系数，可对含气水层的气水界面等进行识别。在对地震体频谱分析计算得到子波长度并获取调谐厚度，识别并获取目标区域平均调谐差异系数与气、水层振幅相乘，可计算出一定范围内气层调谐振幅与水层调谐振幅。
2.3 盖层因素自适应解耦
油气地震勘探中，储层往往可能被盖层的强反射屏蔽，从而造成储层地震响应特征不明显，振幅属性难以表征储层的发育情况［11］。目前，传统的去强轴方法大多采用的是地震子波分解与重构技术［12-14］，其主要原理为将一个地震道分解为不同频率、不同振幅、不同相位的子波，然后针对不同的目标，选取最能表达该目标特征的子波，重新叠加，形成一个新的地震道［15］。传统的去强轴方法能够反映一定的地下地质信息，但忽略了地震记录的非平稳特性，从而导致子波估计不准。本文基于此发展了自适应子波分解去强轴技术，根据信号局部结构特征构建超完备的字典原子库，在一组能够适应各种时频特性的原子上将信号展开，最终利用有限个原子稀疏表示原始信号，实现信号的自适应分解，在重构过程中，利用匹配追踪算法，通过对不同频率、振幅、相位参数的各类原子进行全局扫描，以寻找最佳相关的匹配原子认为最大能量原子对应强反射，从而舍去，达到去屏蔽的效果。具体方法步骤如下：
针对每一道地震数据，利用自适应子波分解算法将其分解为不同能量、不同频率的原子，该算法的核心思想是通过建立一系列匹配子波集合的超完备的子波库，再利用其对信号进行自适应分解，则地震信号可表示为一系列匹配子波的线性叠加。匹配子波的获得方法通常是通过对基函数 进行伸缩、平移以及调制得到，基函数满足以下条件： 是连续可微的实函数，且满足 ， =1， ，且 。令 ，则匹配子波定义为：
设 是由一系列匹配子波组成的超完备子波库，从中搜索最优匹配子 ，使其满足：
通过不断迭代直到残差项达到预设的范围，整个自适应子波分解过程结束，信号 可通过一系列最优匹配子波和残差项线性叠加表示：
接着将这些原子按照能量的形式进行排序，具体过程是：第一能量分量代表在所有输入的地震数据段中具有最大共性、最大能量的子波；在去掉第一能量分量的输入数据段后，第二分量代表在剩余的输入数据段中具有最大共性，最大能量的子波分量；第三分量则是去掉第一分量和第二分量后剩余的地震数据段中具有最大共性，最大能量的子波分量，在地质与地层解释中，同一地震分量反映相应地质层段相似的地震岩相特征［12］。第一分量反映覆盖地区最大一级的地质和地层特征。它描述了不同地层和地质属性的最大一级区块分布。第二分量则反映该地区次一级的地质岩性或岩相分类；更高一级的分量以此类推。
经过多次迭代，匹配追踪计算得到强轴反射最佳波形，再将其进行重构合成强轴地震记录，最后再将其进行分离，得到分离强轴后的地震数据。通过该技术，可以将强反射层从地震道中剔除，去掉强反射子波的子波旁瓣对相邻目的层的影响，实现盖层因素自适应解耦，凸显有效地震振幅信息。
实际运用效果如图11（a）所示，原始地震剖面中IIIa砂体表现为强反射特征，由于受到上覆高速盖层因素的屏蔽影响，实际振幅能量信息不清。图11（b）为利用传统的子波分解去强轴技术后所得的地震剖面，从图中可以看出，传统的子波分解去强轴技术可以对盖层所引起的强反射有一定程度的去除，但在IIIa砂体X位置处上层仍然存在一些强反射现象，去强轴作用不明显。对比图11（c）可以看出，基于自适应子波分解去强轴技术处理后，能有效去除IIIa砂体X位置处由上覆盖层所引起的强反射现象，最终结果表明X位置处无振幅异常，Y位置处振幅异常明显，进而突出IIIa砂体实际储层的地震反射特征。说明基于自适应子波分解的去强轴技术，能够达到有效去除由盖层引起的强屏蔽影响，实现盖层因素自适应解耦，有效地剔除了非油气因素对振幅的影响。
3 宝岛凹陷实际应用
BD-XX-1井的钻探结果表明（图13），目标Ia、IIa、IIIa砂体均钻遇气层，且Ⅲa砂体钻遇了上气下水的模式，与钻前预测基本吻合，与气藏模式特征也基本一致（图14），验证了本文技术方法的有效性。该井的钻探打破了宝岛凹陷勘探困境，获得了领域新突破。Ⅲa砂体高部位底部已见水，低部位是否还有潜力，为此通过与已钻井的对比分析发现仍在明显振幅较强—强区域，尤以西块IIIa砂体最低部位最为明显（图13中平面属性图中蓝色箭头所指处）。通过分析波峰与波谷的振幅得到波峰振幅明显强于波谷，且波峰与波谷比值大于1，推测波谷强振幅受到上覆致密层形成的强波峰的影响，实际波谷振幅可能相对较弱，推测低部位强振幅区域含气概率低，而在另外振幅较强的区域则具有振幅比值异常的特征，基于以上分析得到该区可能存在局部构造（图13中BD-XX-2井点位置处），同时该位置处存在明显的低纵横波速度比特征［图15（b）］，预测该局部构造含气概率较高。最终BD-XX-2井实钻结果表明在Ⅱa砂体，Ⅲa砂体同样钻遇气层，与钻前预测完全一致，证实本文研究方法的有效性。
4 结论
基于已有的地质认识，利用正演模拟，明晰地层振幅耦合产生的地震特征规律，利用相关规律认识建立振幅耦合识别，研究减小或剔除多类因素对振幅耦合的影响，实现了地震振幅主控因素识别与排序，利用基于振幅比值法、振幅半定量分析技术、自适应子波分解去强轴技术，分别实现了地层主控因素下振幅定性解耦、实际地震与理论调谐的半定量匹配解耦以及盖层因素自适应解耦，从而获取地下地层的真实振幅信息。
应用该技术在琼东南盆地宝岛凹陷深水区获重大勘探突破，证明了该技术的有效性，同时该技术不仅适用于南海西部海域，还可推广应用于国内其他海域、海外矿区，以及复杂油气勘探领域，应用前景大。
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