地层品质因子Q值地震反演问题剖析

2017-10-23云美厚党鹏飞李伟娜赵秋芳

石油地球物理勘探 2017年1期

关键词：含气振幅反演

云美厚党鹏飞李伟娜赵秋芳② 聂岩

（①河南理工大学资源环境学院，河南焦作454000；②中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心，河南焦作454000）

·综述·

地层品质因子Q值地震反演问题剖析

云美厚*①②党鹏飞①李伟娜①赵秋芳①②聂岩①

（①河南理工大学资源环境学院，河南焦作454000；②中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心，河南焦作454000）

针对目前地层品质因子地震反演及估算研究中存在的5个方面的问题，指出了模型结构、厚度以及模型参数选择的合理性是吸收衰减正演模拟分析的关键。探讨了Q值反演与阻抗反演的异同，明确了连续Q值反演的理论局限性。分析了叠前Q反演与AVO反演的差异，揭示了地层吸收衰减导致地震反射波振幅随炮检距增加而减小的内在本质为射线品质因子随炮检距增大而增大，可称之为“QVO效应”。阐明了单一薄层衰减地震响应的可检测性问题，指出了利用薄层衰减地震响应变化来准确反演或估算地层品质因子Q值的困难性和反演估算结果的不确定性。揭示了尽管品质因子比速度对储层含气饱和度更敏感，但并不反映含油气检测更有效，只有二者引起的地震响应强弱变化才是真正意义上含油气检测的敏感性度量指标。与速度相比，单一含气薄层因品质因子Q值降低引起的衰减地震响应变化并不占优势。基于品质因子Q值地震反演结果检测薄储层含油气性具有极大的风险。

品质因子Q值反演地震反演 QVO效应衰减

1 引言

地层品质因子Q值反演或估算方法研究一直是地震勘探的研究热点。到目前为止，利用地震资料进行地层品质因子Q值反演与估算的方法层出不穷，概括起来大致可归纳为时间域、频率域、时频域及统计分析等四大类［1，2］。相比之下，时间域和频率域Q值估算方法出现最早［3］，其主要是利用地震波的时间域波形、振幅特征和频率域振幅、主频、带宽等频谱特征的变化来构建Q值估算方法，其中频率域谱比法应用最广泛。基于时频分析技术的时频域Q值反演与估算方法出现相对较晚，但发展迅速。其主要利用小波变换、S变换以及广义S变换等时频分析技术，通过提取时频谱信息用于Q值反演和估算，目前已被广泛用于叠前［4-9］、叠后［10，11］以及 VSP［12］与微地震测井［13］等各种地震数据的Q值反演与估算中。统计分析法主要是基于理论分析、岩石物理实验测试数据以及VSP资料Q值反演估算结果等构建纵波速度与品质因子之间的统计回归关系［2］，进一步利用统计回归公式由地震反演或实测速度资料近似估算地层品质因子Q值［2，14］。此类方法简单快捷，但是统计回归关系的应用具有很大的区域局限性。

总体来看，Q值反演技术尚未成熟，不论是在方法研究还是在反演或估算结果的精度等方面都存在较多的问题。诸如，在理论模型正演模拟分析中，部分吸收衰减模型的构建太理想化［8-10，15］；在方法应用中，对其适用条件重视不够［8-10］，误将厚层假设条件下导出的计算公式用于连续时间采样的Q值反演。此外，在叠前Q值反演中，对于衰减随炮检距变化的内在本质及其与AVO反演的差异性等认识还不够清楚，等等。Yun等［16］曾就上述问题进行过简要分析和阐述。本文将在此基础上对上述问题做进一步详细阐述和剖析，以期更好地促进Q值反演及估算技术的发展与应用。

2 正演模型设计及参数选择问题

作为Q值反演理论研究与方法验证的重要手段之一，正演模拟分析被广泛应用。然而，在正演模型的选择上有时较随意，存在着模型简单、模型参数选择不合理、模型缺乏代表性，甚至与客观实际严重不符等问题［8-11，15］，相应正演模拟结果和结论具有很大的局限性和不确定性。下面针对一个模型实例就其存在的问题进行具体剖析。

图1为文献［8］设计的含气储层Q模型，在文献［9］中也曾提及类似模型。图1中第二层为研究目的层，中段代表含气层，两侧为含水地层。作者试图通过该模型的正演模拟来说明基于叠前数据实现陆相含气储层Q值反演的可行性。不难看出，模型中含气储层厚度高达250m，这与实际厚度通常仅有几米、十几米或几十米的陆相薄层或薄互层沉积特征明显不符。换言之，模型厚度的选择不能准确反映陆相储层的客观实际，不具有代表性。其次，模型参数的选择太过理想化。模型中假定同一储层含气时和含水时速度一致，而品质因子Q值却相差很大，这显然与衰减理论和现实不吻合。

图1 含气储层Q模型［8］

首先，根据黏弹性介质理论，地层品质因子Q和速度v可以由复弹性模量M（ω）的实部与虚部定义如下

式中：MR、MI分别为复弹性模量M（ω）=MR+jMI的实部与虚部（单位为GPa）；ρ为地层密度（单位为g／cm3）。

对于考虑吸收衰减的双相介质理论，地层品质因子Q和速度v的定义与式（1）相同。这说明地层品质因子Q和速度v的变化在理论上具有一致性。

其次，在地震勘探的实践中，致密岩石往往具有较高的速度，对地震波的吸收衰减效应相对较弱，即地层品质因子Q值较大。反之，地层介质越疏松，相应的地层速度越低，对地震波的吸收衰减效应越强，意味着地层品质因子Q值越小。与此同时，岩石物理实验测试和统计分析结果表明，地层品质因子Q与速度v之间具有良好的统计回归关系［2］，这说明地层品质因子Q与速度v之间具有现实的内在一致性。对于同一砂岩储层，含气层的速度通常要低于含水层的速度。含气层速度的降低同样伴随着地层品质因子的降低，也正是由于地层品质因子的降低，才使得含气层表现出较强的地震波吸收衰减效应。

通过上述分析不难发现，图1所示含气储层Q模型也许并非错误，但至少欠合理。因此，在模型设计和参数选择方面，应尽可能符合研究目标区域的地质特征和参数变化规律，否则正演模拟结果就失去了其地质意义，变成了一种单纯的数学变换。可以说，正演模拟结果的可靠性除与正演模拟方程、计算方法等有关外，地质模型的代表性以及模型参数的合理性也尤为重要。

3 连续Q值反演问题

为了便于对比分析，首先简述叠后波阻抗反演的基本原理。对于任意n层水平层状介质，根据自激自收原理，地震反射系数主要取决于反射界面上下地层的波阻抗值，这是叠后波阻抗反演的理论基础。反演基本公式为

式中：Zi、Zi+1分别为第i个反射界面上、下地层介质的波阻抗，i=1，2，…，n；Ri为第i个反射界面的反射系数。

显然，当已知第1层介质的波阻抗和各反射界面的反射系数时，利用式（2）可由反射系数递推求取各层的波阻抗值。理想情形下，假如可以准确获得各采样点反射系数，则可将每一个采样点均视为一个反射面，按照采样间隔逐点进行波阻抗递推计算即可实现连续阻抗反演，且这样处理并不影响结果的可靠性。以厚层为例，在理想情形下，除顶、底界面反射系数有值外，层内各采样点的反射系数均为零，此时，由式（2）可知，所有Zi+1的计算结果均与Zi值相同。即同一厚层内各采样点的计算结果是相同的，且与厚层波阻抗完全一致，反演结果真实可信。这说明连续阻抗反演就算法本身而言至少在理论上是完备的，但是在实际应用中可能会面临某些限制或存在某些不足。

对于叠前弹性阻抗反演而言，除了将自激自收情形的波阻抗Zi换用随炮检距变化的弹性波阻抗EI（θ）表示外，基本反演公式与式（2）在形式上完全一致，因而同样可以实现类似的连续递推运算，且具有算法理论的完备性。

在实际资料处理中，尽管无法获得真正意义上的界面反射系数序列，难以保证反演波阻抗值的精度，但是至少波阻抗反演算法本身具有完备的理论基础，可以实现连续反演。不论是叠前弹性阻抗反演还是叠后波阻抗反演，均可将以界面信息存在的地震反射数据反演成具有层状分布特点的岩层波阻抗数据。

因谱比法Q值估算方法具有原理简单、算法稳定等优点，一直是频率域或时频域Q值反演最常用的方法之一。下面以此为例来讨论基于谱比法的Q值反演估算方法是否可以实现连续Q值反演。

众所周知，地层吸收衰减特性是通过地震子波传播过程中因子波衰减造成的时变特性或频变特性体现出来的。根据频率滤波理论和地震波传播的衰减理论，在均匀吸收介质中，地震记录的频域表达式可写为

式中：S（f，t）为地震记录谱；W（f）为地震子波谱；A（f，t）为地层吸收衰减谱；R（f）为反射系数谱；t为传播时间；f为振动频率；Q为地层品质因子。

当已知来自某一地层顶、底界面地震反射波的振幅谱时，利用式（3）由目的层顶、底界面反射波的振幅谱比值即可确定地层品质因子Q，具体计算公式为

式中：t1、t2分别表示地震波传播到目的层顶、底界面的双程旅行时；r1、r2分别表示目的层顶、底界面的反射系数；Δt为目的层双程旅行时间厚度；C12为与目的层顶底界面反射系数有关的常量。

不难看出，式（4）推导过程中是以准确确定地层顶、底界面反射波为前提的。由于地震子波本身具有一定的时间延续性，所以式（4）仅适用于能够准确区分来自地层顶、底界面地震反射波的厚层情形。任何忽略这一假设条件的限制［8-10］，将其扩展应用到薄层或连续时间采样间隔以实现连续Q值反演的做法都是不恰当的。

首先，薄层受地震分辨率的限制，顶、底界面反射波相互叠加形成复合反射波，顶、底界面反射波难以区分，不论是采用傅氏变换还是各种时频变换均无法准确确定顶、底界面的反射波谱，至于Q值的准确估算也就无从谈起。此外，受薄层滤波效应的影响，即使能够计算反射波谱，也是薄层滤波改造后的结果，并非地层吸收衰减效应的真实反映。

其次，若采用前述连续波阻抗反演的思路，将任意两个时间采样点的瞬时振幅谱值作为输入，由式（4）估算该时间采样间隔对应地层段的品质因子Q值，是能够获得一个计算值的，但是由于相应时间采样点的瞬时振幅谱值并不具有地层顶、底界面反射波的相关地质意义，所以计算结果充其量也只能是基于原始地震反射记录的一种数学运算，并不能将界面反射信息反演为真正意义上的地层Q值信息。图2是基于图1厚层地质模型的合成记录道采用谱比法由相邻采样点瞬时振幅谱实施连续Q值反演得到的三个Q值反演道［8］。不难看出，实际Q值反演结果仅仅是原始地震记录道的变形，反演Q值大小并不能反映实际地层Q值的大小，而且Q值与界面相对应，并不是与地层中心相对应。这说明即使在理想情形下，基于谱比法也很难实现连续Q值反演。换言之，谱比法连续Q值反演缺乏理论上的完备性。

综上所述，与阻抗反演相比，基于谱比法实施地层品质因子Q值连续反演的理论基础不完备，反演结果难以准确反映地层品质因子Q值的变化。仅在顶、底界面反射波可以准确确定的前提下，采用谱比法分段确定厚层品质因子Q值是切实可行的。对于顶、底界面反射难以分离的薄层复合反射，利用谱比法反演Q值缺乏算法理论上的完备性。

此外，基于谱比法由累积Q值（即平均品质因子）采用文献［17］中提供的类似DIX公式的地层品质因子计算式可以近似计算层段Q值，但这样处理只能近似估算层段Q值，还不能进行连续Q值反演。这种层段Q值对于反Q滤波处理也许有一定的利用价值，若用于薄储层含油气预测或储层物性参数的进一步估算并不合适。

图2 基于图1模型的反演Q值曲线［8］

4 叠前Q值反演问题

众所周知，叠前AVO反演技术是基于叠前CMP道集地震反射波振幅随着炮检距变化的特性反演求取储层参数的较成熟的方法技术，其理论基础是Zoeppritz方程。叠前Q值反演技术则是利用CMP道集内因地层吸收衰减所引起的地震反射波振幅或频率等随炮检距变化的特性来求取地层品质因子Q。可以说，AVO反演和叠前Q值反演是同一问题的两个方面。对于AVO反演而言，设法补偿因衰减随炮检距变化引起的振幅能量损耗是实现精确AVO反演的关键。同理，对于叠前Q值反演而言，设法消除AVO效应的影响是提升Q值反演精度的必要处理环节。由此可见，AVO反演与叠前Q值反演相辅相成。由于AVO效应的本质实际上是界面反射系数随入射角（或炮检距）的变化，因此地震响应特征主要表现为反射波振幅变化或相位翻转，而地震子波波形可以近似认为是不变的。相比之下，因衰减效应导致的地震反射振幅随炮检距变化的内在本质则是由于地层介质的非均匀性使得地震波沿不同传播射线路径表现出不同的射线平均品质因子［17］变化，笔者将这种变化称为“QVO效应”。显然，“QVO效应”不仅会引起地震反射波振幅的变化，还会造成地震波波形、相位和频率特性的变化，这是叠前Q值反演的理论基础。在频率域中，利用不同炮检距地震记录的归一化振幅谱特性（如中心频率、频谱宽度等）的变化，有望较好地剔除AVO效应，获得较理想的Q值反演结果。

叠前Q值反演和AVO反演面临的问题一样多。除相互影响外，原始地震记录的信噪比、薄层调谐等问题均会对实际的反演处理造成一定的影响。通常，决定AVO效应强弱变化的关键在于界面上下地层介质的弹性差异。根据地层介质弹性差异的不同，AVO异常曲线主要分为四类。当不考虑地层品质因子Q值的频散效应时，对于任意n层水平层状介质，“QVO效应”的强弱变化主要与反射界面之上各层Q值大小有关，同时也与地层结构或者地层的非均质性强弱有关。界面以下地层对于“QVO效应”几乎无影响。

基于表1所示的华北平原地层吸收模型［18］，依次抽取了二层和九层两种模型，分别计算了射线品质因子和衰减振幅随炮检距变化曲线，即QVO曲线或QVO效应，见图3。不难看出，随炮检距增加，射线平均品质因子Q值增大，说明对于相同的旅行时间，近炮检距道吸收衰减效应强，而远炮检距道吸收衰减效应反而弱。对于实际的CMP道集，因远炮检距道比近炮检距道的实际旅行时间大得多，尽管其射线平均品质因子高于近炮检距道，但是地震波传播总的吸收衰减量随炮检距增大而增大，所以，因“QVO效应”引起的地震反射振幅总是随着炮检距增大而减小。显然，AVO异常曲线要比“QVO效应”引起的振幅异常曲线变化复杂得多。

综上所述，叠前Q值反演与AVO反演具有同样的理论局限性，二者均依赖界面反射波，实施连续反演的理论依据不充分。相比之下，QVO曲线变化规律相对简单，对于厚层反射而言，只要摒弃直接依赖振幅变化反演Q值的方法，就可以较好地避免AVO效应对Q值反演的影响。

图3 基于表1不同模型的射线品质因子（左）和衰减振幅（右）随炮检距变化曲线［17］

表1 华北平原地层吸收模型［18］

5 衰减可检测性问题

在Q值反演或估计的研究中，目前研究者大多将注意力集中在Q值反演或估计方法理论和应用研究方面，对于反演估算方法的应用条件以及因地层吸收衰减所引起的地震响应的可检测性问题重视不够。就常用Q值估算方法而言，如谱比法、质心频率法等，基于理想的厚层正演模型记录均可以获得较好的理论估算效果。然而，对于实际地震资料而言，获得理想的厚层无噪声记录是不现实的。因噪声的存在，使实测地震响应值难以满足Q值反演或估算方法的精度要求，特别是对于陆相沉积薄储层含气性检测而言，因储层厚度较小，衰减地震响应较弱，甚至被背景噪声淹没，此时，很难获得理想的Q值估算结果，至于含气性检测，更是无从谈起。

为了说明衰减的可检测性，分别取主频为60、40和30 Hz的零相位Ricker子波对应表示浅、中、深不同深度衰减地震子波，并将其作为含气储层顶面反射地震子波。忽略地层压实效应，假定三种不同深度含气储层速度均为2000m／s，地层品质因子Q为50。进一步假定含气储层厚度分别为2、5、10、30、50、100和200m，相应双程旅行时间厚度分别为2、5、10、30、50、100和200ms，构建7种不同厚度含气储层模型。图4给出了浅、中、深三种深度条件下不同厚度含气储层衰减地震响应绝对振幅差随频率的变化曲线。为了便于对比分析不同品质因子含气储层衰减地震响应的差异，图4中同时给出了地层品质因子Q为30时（图4d）深层含气储层的计算结果（其他参数不变）。

由图4可见，对于不同埋深储层，不同频率衰减地震响应绝对振幅差值主要与子波频率、储层时间厚度以及地层品质因子Q值有关。在相同储层条件下，储层埋深越浅，即地震子波主频越高，衰减地震响应越显著，越有利于地层品质因子Q值的反演或估算。同理，在同一埋深条件下，储层时间厚度越大，地层品质因子Q值越小，衰减地震响应越强。就地层品质因子Q值反演或估算而言，中频带或者频宽的低截止频率和高截止频率范围内衰减地震响应信噪比更高，更有利于地层品质因子Q值的反演与估算。

图4 不同埋深、不同时间厚度储层不同频率衰减地震响应绝对振幅差曲线

下面说明衰减可检测性问题。就地震资料的背景噪声而言，浅、中、深背景噪声水平基本上一致。假定背景噪声为白噪声，噪声强度为浅层反射峰值振幅的十分之一，则浅、中、深噪声幅值均可视为0.1。从图4中不难看出，对于深层和中深层而言，时间厚度小于50ms的含气储层，衰减地震响应振幅差绝对值均低于噪声水平。换言之，因储层含气所引起的地震响应变化基本上都淹没在背景噪声中，此时衰减地震响应的变化难以准确测量，进一步利用衰减地震响应变化准确反演或估算地层品质因子Q值显然比较困难。除非地层品质因子Q值足够小，如低于30，则可检测的储层时间厚度极限有望降低。对于浅层而言，可检测的储层时间厚度范围可扩展到30ms以下。换言之，对于时间厚度在30ms以下的浅层含气储层，若地层品质因子不小于50，则利用衰减地震响应变化难以准确反演或估算地层品质因子Q值，至于储层时间厚度接近时间采样间隔时，Q值反演或估算几乎不可能。鉴于此，试图基于时间采样间隔来实现连续Q值反演的做法是不切实际的。

在图4的计算中实际上暗含了不同深度地震子波强度一致且峰值振幅均为1的假设前提。事实上，由于深层地震波遭受地层衰减影响较强，有效信号相对较弱，所以，在相同噪声水平条件下，经处理后的地震剖面中深层地震反射波的信噪比普遍比浅层低。若考虑因上覆地层吸收衰减所引起的不同深度储层地震反射波强度的不一致，则深层与中深层含气储层衰减地震响应的可检测时间厚度下限值将进一步提高到50ms或更高。这充分说明了对于薄含气储层Q值反演或估算的困难性。

进一步，考虑薄层调谐效应的影响。鉴于目前常用Q值反演或估算方法（如谱比法）大多是基于厚层假设提出的，对于速度为2000m／s的含气储层，相应浅、中、深三种埋深的主频为60、40和30 Hz地震子波，其主周期T和调谐厚度（λ／4）依次为17ms（8m）、25ms（12.5m）和33ms（16.7m）。这说明对于时间厚度小于17、25和33ms的浅、中、深储层而言，因含气储层顶、底界面反射难以准确区分，所以难以估算Q值。对比前述分析结果不难看出，即使含气储层顶、底界面反射可以区分，当时间厚度小于30ms（浅层）或50ms（深层）时，由于含气储层的吸收衰减效应难以产生有效的衰减地震响应变化，则要想利用衰减地震响应变化准确反演或估算地层品质因子Q值，同样存在很大的困难和估算结果的不确定性。

事实上，即使在地层品质因子Q值岩石样本实验测量中，Q值测量的相对误差也是非常大的，一般为10%～20%。Johnston等［19］给出的Q值估计误差为15%～20%；Kim等［20］估计的结果为10%；施行觉等［21］和王大兴等［22］估算谱比法Q值测量误差为10%；刘斌等［23］估算Q值测量相对误差约为15%。由此不难推断，利用地震资料确定较薄地层的Q值显然不准确，即使是采用VSP资料来准确确定薄层的Q值也非常困难。因此，试图通过叠前和叠后反射地震资料精确反演或估算Q值进而用于薄层或薄互层岩性或含油气性预测的做法虽然理论可行，但是现实的有效性应慎重考虑，否则很容易沦为数学游戏。这或许也是为什么大多数有关地震Q值反演或估算的论文中很少就实际地震资料反演或估算Q值的精度进行评价的缘由之一。除了难以获得实际地层准确Q值这一原因之外，研究者总是有意无意地回避这一问题。大多采用正演模拟结果对方法可行性和精度进行评述，然后直接用于实际资料计算，往往不关注和评价计算结果的精度就直接用于分析和解释。不过需要指出的是，针对大套地层或者厚层的Q值估计以及相应的地震波衰减补偿处理是切实可行的。

6 衰减与速度对油气层检测的敏感性问题

已有的部分岩石物理实验测试［21-25］和理论分析［26］结果表明，与速度相比，地层品质因子Q值或衰减（1／Q）随流体饱和度，特别是含气饱和度的变化更显著。因此，许多研究者认为地震波衰减特性比速度能更灵敏地反映地下油气层的存在［8，23，27］。这使得近年来品质因子Q值反演或估算方法及应用研究一度成为地震勘探的研究热点之一。人们试图通过反演Q值或吸收系数等来实现含油气储层预测。然而，需要注意的是，孔隙流体性质对岩石速度和品质因子的影响非常复杂，除与岩石本身孔隙度的大小、孔隙流体的相态（单相、双相、多相）、流体空间分布以及不同流体含量（或饱和度）有关外［21，24-28］，地层温度和压力条件也会对其产生不同程度的影响［19，22，23］。若进一步考虑速度与品质因子Q值的频散效应，则还与波的频率有密切关系［19，26，28，29］。因此，笼统地将不同孔隙度、不同观测频率，甚至不同温度、压力条件下的测试结果或结论放在一起，讨论速度与衰减究竟哪一个对含油气储层更敏感显然不合适，至少所得结论不够严谨和客观。

退一步讲，即使地层品质因子确实比速度对油气层更敏感，但由于二者并非地震勘探的直接观测值，因此，只有通过对比分析两种情形下地震反射特征的强弱变化，才能对二者的敏感性作出客观的评价。现实中，不论是气层速度的变化还是品质因子的变化，均直接体现为地震反射波振幅的变化。当然，还有旅行时间或相位的变化等。下面主要通过振幅变化的强弱来说明二者对气层的敏感性。

对于速度而言，气层速度的变化最直接的反映是气层与上覆泥岩或页岩盖层界面反射系数的变化。为简化起见，这里仅考虑自激自收情形，此时反射系数表达式可写为［30］

式中：R为泥岩／含气砂岩界面的反射系数；ρ1、ρ2、v1、v2分别代表泥岩盖层和含气砂岩层的密度与速度。

进一步假定上覆盖层速度不变，利用式（5）速度近似式将反射系数R对气层速度v2做微分运算处理，可得反射系数相对变化率与气层速度相对变化率的关系表达式

式（6）可以较好地反映气层速度变化对反射振幅变化的影响。

对于品质因子Q值，利用式（3）将气层记录振幅谱对品质因子Q值做微分运算处理，可得振幅相对变化率与气层品质因子Q相对变化率的关系表达式

Domenico［30］基于未固结砂岩储层的岩石物理测试结果表明，砂岩含有少量的气将会使得纵波速度显著降低，当含气饱和度从6.1%增加到13.5%时，纵波速度约降低44%，接近50%。这几乎是速度变化的最高值了。通常对于高孔隙度固结岩石，速度降低一般在20%以上（含气层）或12%以上（含油层），而对于低孔隙度岩石速度变化较小，一般不超过5%［30，31］。Murphy［25］对高孔隙度样品进行的低频实验测量结果表明，随含气饱和度增加，Q值呈现出与速度相同的变化规律，岩石中含有少量气体将使得Q值显著降低，在含气饱和度10%～20%之间，Q值达到极小值，Q值降低约200%以上。王大兴等［22］基于长庆油田苏里格气田中、低孔隙度砂岩样品的超声波测试结果表明，在含水饱和度较低时，纵波速度随饱和度的相对变化率不足4%，而品质因子Q值的变化率接近40%，几乎是速度变化率的10倍。鉴于此，假定速度与品质因子的变化率在50%以内，同时假定泥岩盖层速度v1为1500m／s，砂岩储层速度v2为2000m／s，品质因子Q为50，气层厚度h为100m，子波主频f为60Hz，利用式（6）和式（7）计算振幅随速度和品质因子Q值的相对变化关系，结果如图5所示。为便于对比分析，图中同时给出了不同盖层速度、不同气层厚度和不同子波频率的计算结果。

图5 地震反射振幅随气层速度和品质因子的相对变化关系

由图5和式（6）、式（7）不难看出，地震反射振幅相对变化与速度和品质因子的相对变化基本上为正比关系。砂岩储层因含气饱和度变化引起的地层速度和品质因子的变化越大，相应地震反射振幅变化也越大。就气层速度对地震反射振幅影响而言，除与气层本身速度变化有关外，上覆泥岩盖层速度的大小也会对振幅相对变化产生明显影响。理论上，气层与盖层速度差越大，振幅相对变化越小，反之则越大。这一点对比图5a中两条不同盖层速度的计算曲线显而易见。就气层品质因子Q值对地震反射振幅影响而言，除与气层本身品质因子变化有关外，气层厚度大小以及地震反射子波主频高低对反射振幅的相对变化也具有显著的影响。当气层厚度一定时，地震子波主频越高，振幅相对变化越大；同理，当地震子波主频一定时，气层厚度越大，振幅相对变化也越大（图5b）。

就常见陆相含气储层而言，单层厚度一般很少超过100m，若因含气饱和度变化引起的地层速度和品质因子的相对变化率相同，则在地震波频率范围内，由速度变化引起的反射振幅相对变化要远高于由品质因子Q值变化引起的反射振幅相对变化。即使是按照王大兴等［22］给出的“品质因子Q值的变化率几乎是速度变化率的10倍”这种极限情形来考虑，由图5可见，对于5%的速度变化率，相应于两种泥岩层速度的振幅相对变化率分别为12%和17%；而对于50%的品质因子变化率，相应于100m厚层气砂岩的振幅相对变化率分别约为19%（60Hz子波）和9.4%（30Hz子波）。显然，速度和品质因子在这种极限比例情形下所表现出的振幅相对变化基本相当。然而这种极限情形并非常态，因此，完全可以得出这样的认识，即在地震勘探常见频率范围内，因储层含气饱和度变化引起的界面反射振幅变化比所引起的衰减振幅变化对气层更敏感。尽管品质因子Q值对含气饱和度表现出比速度更强的敏感性，但其不能产生等效的地震反射振幅的变化。鉴于此，基于气层速度变化的地震响应特性比基于气层衰减变化的地震响应特征在多数情况下更有利于油气检测。由于薄气层衰减所引起的地震反射振幅变化难以承载精细Q值反演的信息，所以，基于反射地震资料反演Q值并用于储层含油气检测具有极大的风险。

除上述问题外，诸如地层品质因子定义的不严谨以及乱用等问题详见文献［17］，在此不再赘述。

7 结论

（1）通过正演模拟开展品质因子反演理论研究和方法验证，地质模型的代表性以及模型参数选择的合理性是关键。

（2）连续波阻抗反演具有完备的理论基础，可以将界面反射信息转化为地层阻抗信息。基于谱比法的地层品质因子Q值反演主要为厚层估计，实施连续Q值反演的理论基础欠完备。

（3）AVO反演和叠前Q值反演是同一问题的两个方面，二者的实施面临的问题一样多。AVO异常曲线复杂；QVO异常曲线相对较为简单，随炮检距增加，射线平均品质因子Q值总是增大的。因QVO效应引起的地震反射振幅总是随着炮检距的增大而减小。

（4）地层吸收衰减强度依赖于地层厚度。对于薄层或薄互层，因单层厚度小，衰减地震响应弱，难以准确测量。利用衰减地震响应变化准确反演或估算地层品质因子Q值存在很大困难，反演估算结果也不确定。特别是试图以时间采样间隔为计算单元实现连续Q值反演或估算的做法基本上是不切实际的。

（5）速度和地层品质因子与流体饱和度的关系十分复杂，不论条件笼统地说衰减或品质因子比速度对含油气储层更敏感是不合适的，有时甚至是错误的。

（6）速度或品质因子对于储层含气饱和度的直接敏感性强弱并不反映含油气检测的现实有效性。只有二者引起储层地震响应的显著变化才是真正意义上的敏感性度量指标。尽管通常认为品质因子Q值或衰减（1／Q）比速度对气层更敏感，但在地震勘探常见频率范围内，与速度变化引起的界面反射系数变化相比，单一含气薄层因品质因子Q值降低引起的衰减地震响应变化并不占优势。基于品质因子Q值地震反演结果检测储层含油气性具有极大风险。

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